Способ и устройство для определения прочности и деформируемости образцов горных пород в объемном напряженном состоянии

 

Изобретение относится к исследованиям механических свойств горных пород. С целью повышения достоверности peзУльtaтoв и упрощения определения характеристик способ определения прочности и деформируемости включает боковое обжатие образца в обойме с упругостью стенок, равной упру-- гости образца, и приложение вертикальной сжимающей нагрузки с последующим ее увеличением до момента разрушения ., В устройстве для реализации способа жесткие боковые плиты, образующие рабочую камеру и установленные с возможностью горизонтального перемещения , соединены между собой шиповым соединением. Стержни для стягиванкя противоположных плит установлены в пазах, образованных в выступах шипового соединения, и имеют модуль упругости, равный модулю упругости . породы Использование изобретения позволяет получить характеристики породы в объемном напряженном состоянии , соответствующем природному. 2 с.п. ф-лы. 3 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) А1 (5D 4 G 01 N 3/08, Е 02 Р 1/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,Иг, C

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ е (21 ) 3670928/29-33 (22) 12.12.83 (46) 15.03.87, Бюп,9 10 (71) Всесоюзный проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт "Гидропроект" им.С.Я.Жука (72) Э.Г.Газиев и А.С.Морозов (53) 620.1.17(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 280015, кл. G 01 N 3/00, 1969.

Авторское свидетельство СССР

Ф 461333, кл. G Ol N 3/08, 1975. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ

И ДЕФОРМИРУЕМОСТИ ОБРАЗЦОВ ГОРНЫХ ПОРОД

В ОБЪЕМНОМНАПРЯЖЕННОМ СОСТОЯНИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к иссле- дованиям механических свойств горных пород. C целью повышения достоверности результатов и упрощения определения характеристик способ определения прочности и деформируемости включает боковое обжатие образца в обойме с упругостью стенок, равной упругости образца, и приложение вертикальной сжимающей нагрузки с последующим ее увеличением до момента pasрушения. В устройстве для реализации способа жесткие боковые плиты, образующие рабочую камеру и установленные с возможностью горизонтального перемещения, соединены между собой шиповым соединением. Стержни для стягивания противоположных плит установлены в пазах, образованных в выступах шипового соединения и имеют модуль упругости, равный модулю упругости породы Использование изобретения позволяет получить характеристики породы в объемном напряженном состоянии, соответствующем природному, .

2 с.п. ф-лы. 3 ил.

1296897

Изобретение относится к исследованиям механических свойств горных пород.

Известен способ определения прочностных характеристик горных пород, включающий помещение в камеру испытуемого образца, боковое обжатие его давлением жидкости и доведение об-. разца до разрушения путем увеличения вертикальной нагрузки при сохранении ® постоянной величины бокового обжатия (б = б ) и устройство для его осуществления.

Основным недостатком устройства является ограниченность возможностей создания различных видов напряженного состояния (так как 6 = б ), в то время как горные породы находятся в, условиях более сложного напряженного состояния. Это обстоятельство не поэ- 20 воляет получить указанным способом достоверные результаты, Наиболее близким к изобретению является способ определения прочности и деформируемости образцов горных пород в объемном напряженном состоянии, включающий размещение образца в обойме, создание того или иного вида напряженного состояния во всем диапазоне изменения параметра Лоде (†0, +1) путем независимого регулирования величин трех главных напряжений (б,,б,6 ) измерение усилий и деформации в процессе испытаний и разрушение образца. В резуль- 35 тате получают комбинацию из трех значений напряжений, соответствующую пределу прочности материала.

Однако в реальных условиях нагружения материала соотношение напряже- 40 ний 6,, G, б неизвестны, поэтому судить о прочности материала по одной и даже по нескольким комбинациям значений 5, 5, б не представляется возможным. 45

Рассмотренный способ осуществляют устройством, содержащим жесткую зам" кнутую обойму для образца кубической формы с установленными на ней подвиж- 50 ными,нагрузочными плитами, гидродомкраты для нагружения образца по трем осям, смонтированные на массивной металлической раме, и измерительные приборы. Однако конструктивное выполнение устройства отличается сложностью системы нагружения и приводит к значительным погрешностям в получаемых результатах, вследствие неравномерного распределения напряжений в образце, возникающего за счет несоответствия размеров нагрузочных плит и граней образца.

Целью изобретения является повышение достоверности получаемых результатов и упрощение определения характеристик механических свойств горных пород.

Цель достигается тем, что согласно способу определения прочности и деформируемости образцов горных пород в объемном напряженном состоянии, включающему размещение образца в обойме,. боковое обжатие образца, приложение вертикальной сжимающей нагрузки, увеличение ее до момента разрушения образца и измерение усилий и деформаций, определяют модуль упругости породы, подбирают обойму, упругость стенок которой равна упругости образца. породы, а о прочности и деформируемости породы судят по вертикальной нагрузке и усилиям, возникающим на. боковых гранях образца после ее приложения.

В устройстве для определения прочности и деформируемости образцов горных пород в объемном напряженном состоянии, содержащем жесткие боковые плиты, установленные с возможностью горизонтального перемещения, стержни для объединения их в рабочую камеру и пресс для создания верти, кальной нагрузки, плиты соединены между собой "в шип"у а стержни д я стягивания противоположных плит установлены в пазах, образованных в выступах шилового соединения и имеют модуль упругости, равный модулю упругости породы.

Способ определения прочности и деформируемости образцов горных пород осуществляют следующим образом.

Из исследуемого массива вырезают образец кубической формы размером, например, 20 20 20 см и тщательно шлифуют его грани. В местах установки индикаторов перемещений в образце выполняют углубления, в которых эаподлицо с поверхностью грани устанавливают металлические подставки на клеевой основе. Далее определяют модуль упругости породы по результатам испытаний на одноосное сжатие или по классификационным таблицам физико-механических свойств горных пород.

Определив модуль упругости породы и зная размеры образца иэ имеющегося

12968

3 набора стержней п одбир аю-. стержни соответствующей длины и площади поперечного сечения, исходя из условия равенства модулей упругости породы и материала стержней: ( с

Е ° — — = Е (и с где Е, Ео — модули упругости стержня и образца;

- длина стержня и.грани 10 образца; суммарная площадь поперечного сечения стержней, работающих в осевом направлении; 15 п - количество стержней (n = 4).

Кроме того, на стержнях установлены тензореэисторы.

Затем испытуемый образец устанав- 20 ливают на нижнюю нагрузочную плиту, после чего окружают его боковыми нагрузочными плитами, которые стягиваются стержнями подобранного сечения до соприкосновения с гранями образца. 25

Сверху на образец помещают верхнюю нагрузочную плиту и затем устанавливают индикаторы для контроля за перемещениями граней образца, причем рычаги индикаторов доводят до сопри- 30 косновения с ними.

В случаях, когда необходимо моделирование природного напряженного состояния исследуемой породы, к образцу при""адыв "т начальные усилия: 35 обжимающие — с помощью соответствующего натяжения стержней гайками резьбового соединения и в вертикальном направлении — прессом, В момент разрушения испытываемогî 40 образца боковые обжимающие напряжения 5 и бэ увеличиваются со скорост тью звука за счет дилатансии материала и упругой реакции рабочей камеры. При дальнейшем увеличении внешней нагрузки указанный процесс продолжается, при этом образец находится в состоянии предельного равновесия. По показаниям индикаторов перемещений определяют модуль деформации 50 и коэффициент Пуассона испытываемого материала.

На фиг.1 изображено устройство для осуществления способа определения прочности и деформируемости образцов горных пород в объемном напряженном состоянии, общий вид; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 — кривая прочности, полученная при испыта ниях образца долерита., Устройство содержит боковые плиты

1, образующие рабочую камеру для образца 2 горной породы, стержни 3, стягивающие плиты 1, верхнюю 4 и нижнюю 5 нагруэочные плиты, тензодат- чики 6, индикаторы 7 перемещений, установленные на рамах 8. Стержни 3 пропущены через пазы 9 в выступах 10 противоположных боковых плит, а рычаги индикаторов 7 через отверстия в плитах контактируют непосредственно с испытываемым образцом, Указанное выполнение средства для объединения плит в рабочую камеру позволяет, придать последней упругость, равную упругости испытываемой породы, и тем самым создать условия, приближающиеся к естественным условиям нагружения породы, а соединение плит

"в шип" обеспечит равномерное распре" деление налряжений в образце.

Использование предлагаемого тех нического решения позволяет получить .характеристики материала в объемном напряженном состоянии, соответствующем его состоянию в природных условиях, что обеспечивает повышение достоверности этих характеристик. При этом для подтверждения прочности материала требуется один образец, один цикл нагруження, одно нагружа-. ющее устройство, что позволяет сократить временные и материальные эатра" ты на испытания, упростить их. За счет того, что образец контактирует с боковыми плитами всей поверхностью боковых граней, происходит равномерное распределение напряжений в образце, что также способствует повышению точности получаемых результатов, Формула изобретения

1. Способ определения прочности и деформируемости образцов горных пород в объемном напряженном состоянии, включающий размещение образца в обойме, боковое обжатие образца, приложение вертикальной сжимающей нагрузки, увеличение ее до момента разрушения образца и измерение усилий и деформаций, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения достоверйости получаемых результатов и упрощения определения характеристик механических свойств

1296897 горных пород, определяют модуль упругости породы, подбирают обойму, унругость стенок которой равна упругости образца. породы, а о прочности и деформируемости породы судят по вертикальной нагрузке и усилиям, возникающим на боковых гранях образца после ее приложения.

2. Устройство для определения прочности и деформируемости образцов горных пород в объемном напряженном состоянии, содержащее жесткие боковые плиты, установленные с возможностью горизонтального перемещения, стержни для объединения их в рабочую камеру и пресс для создания вертикальной нагрузки, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности получаемых результатов и упрощения определения характеристик механических свойств горных пород, ft ll плиты соединены между собои в шип

f0 а стержни для стягивания противоположных плит установлены в пазах, образованных в выступах шиповоrо соединения, и имеют модуль упругости, равный модулю упругости породы.

1296897

1Я

Omg

0 0,Z

04 g6 08 10 4 мэ фиг.У

Составитель В.Врачев

Редактор М,Недолуженко Техред И.Попович Корректор А. Зимокосов

Тиразк .777 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д,4/5

Заказ 768/44

Производственно-полиграфическое предприятие, г,ужгород, ул.Проектная,4