Материал для моделирования горного давления Советский патент 1983 года по МПК E21C39/00 E21D20/00 

Изобретение относится к изучению напряжений и деформаций разли ных объектов (подземные и гидротехнические сооружения,,, строительство) методами моделирования. Широкое распространение для изуче ния вопросов горной геомеханики полу чил метод моделирования на эквивален ных материалах. В основе метода лежит изготовление модели породного массива из материала, обладающего свойствами, зквивалентньпад свойствам горной породы, и последующее испытание модели. В качестве материалов моделей используют смеси, состоящие из дисперс ного наполнителя и связующего. В качестве дисперсного наполнителя наи-. большее применение получил кварцевый песок. В качестве связующего используют парафин, вазелин, канифоль, гипс, цемент, тиосульфат натрия, кар бамидную и эпоксидную смолы 1. Выбор связующего производят на основании требований удовлетворения подоби между материалами натуры и модели и требований технологического характера 1. Например, песчано-парафиновые сме си дают возможность моделировать широкий диапазон горных пород/- их свойства мало зависят от влажности окружающей среды. Но технология изготовления достаточно трудоемка, так как требует нагрева компонентов на стадии приготовления смеси. Поэтому крупномасштабные модели, исследование которых дает наиболее ценную информацию в экспериментах по моделированию, из песчано-парафиновых смесей не изготовляют . Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является материал для моделирования горного давления на основе кварцевого песка и эпоксидной смолы и отвердителя С2 j Технология его изготовления проста, не связана с нагреванием при перемешивании и с этой точки зрения из него могут быть изготовлены модели любых размеров. Однако физико-механические показатели песчано-эпоксидных материалов существенно зависят от влажности окружающей среды, особенно в диапазоне 80-100%. При влажности 100% образцы из материалов полностью теряют несущую способность. Разработка моделей из него в условиях высокой атмосферной влажности (jvnt Северо-запада СССР это весеннелетне-осенний период) приводит к сни жению надежности и представительност получаемых результатов, требует воспроизведения дорогостоящих экспериментов. Цель изобретения - повышение дос1}товерности конечных результатов. Поставленная цель достигается тем что материалдля моделирования горно го давления на основе кварцевого пес ка, связующего и отвердителя, в качестве связующего содержит кремнийорганический низкомолекулярный каучук , а в качестве отвердителя смесь тетраэтоксисиланаи дибутилдилаурийа Ълова при следующем соотношении ком юнентов, вес.%: Кварцевый песок 82,6-99,0 Низкомол кулярный каучук 0,9-16,6 Смесь тетраэтоксисилана и дибутилдилаурината0,1-0,8 Причем соотношение тетраэтоксисилана и дибутилдилаурината олова в смеси равно 1:1. Технология изготовления материала состоит из операций приготовления связующего, его перемешивания с песком и уплотнения полученной смеси. Синтетический каучук- СКТН смешивают С катализатором К-1, представляющим собой смесь тетраэтоксисилана с дибутилдилауринатом олова в соотношении 1:1. Полученный раствор переливают в кварцевьой песок и производят перемешивание компонентов в течение 5 мин. Приготовленную смесь укладывают в опалубку и уплотняют одним из известных способов (вибрация, укатка, трамбовка). При. укатке катком с удельной нагрузкой 235 г/см(15 циклов укатки) уплотняется около 30% количества смеси.процесс твердения смеси завершается практически на пятые сутки. По указанной технологии готовят пять смесей ингредиентов, отличающиеся составом. Полученные материалы испытывают на одноосное сжатие определяют их объемную массу и пористость. Значения найденных характеристик приведены в табл. 1. Таблица

Как видно, прочность материалов может направленно р1Ё Гулироваться в диапазоне 1-10x105 па, что дает возможность имитировать прочные горные породы при геометрическом масштабе моделирования от 1/100 до 1/500 и слабые и средние породы - при масшта.бе 1/10-1/100..

Испытания показали, что разрушение образцов материалов при сжатии происходит по механизму сдвига, диаграмма состояния не содержит площадки текучести.

Проводят сопоставительные испытания образцов, песчано-кремнеорганичес50 ких и песчано-эпоксидных материалов на прочность при переменной влажности.

С этой целью образцы из предлагае55 мого и известного, материалов выдерживают в течение трех суток в камерах с различными влажностями - 20, 70 ,и 100%, затем производят их испытания

Зависимость прочности образцов от влажности приведены в табл. 2.

Таблица 2