книги из ГПНТБ / Карташов Ю.М. Оборудование для исследования физико-механических свойств горных пород (патентный обзор) [сотрудникам НИИ, проектно-конструкторских и проектных институтов]

М и н и с т е р с т в а уг о л ь н о й п р о м ы ш л е н н о с т и С С С Р

Центральный научно-исследовательский институт экономики и научно-технической информации угольной промышленности

Серия "Рационализаторские предложения, внедренные в производство"

I

Ю.М. Карташов, 3. Б. Головина

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД

(Патентный обзор)

Москва 1974

УДК 622.002.553.001.4:620.173.2-52

АН Н О Т А Ц И Я

Вобзоре использованы описания к авторским свидетель­

ствам СССР и патентам США, Великобритании, Франции, Ф РГ и ГДР, сгруппированные в разделахпо основным на­ правлениям совершенствования приборов и устройств для исследования физико-механических свойств горных пород.

Обзор предназначен для инженерно-технических работ­ ников предприятий и институтов, занимающихся исследова­ нием физико-механических свойств горных пород и может быть использован работниками патентных служб при пред­ варительной экспертизе на новизну.

1Уч*'*личная

г.г.нкч'эская

С С СР

; :Р

0>ЦНИЭИуголь, 1974,

В В Е Д Е Н И Е

Для решения различных горнотехнических задач необ­ ходимо знание физико-механических свойств горных пород, показатели которых определяются различными испытаниями. В последние годы разработаны новые и усовершенствованы существующие методы испытаний пород.

Испытательное оборудование, приборы и устройства для

приборы и устройства для определения прочностных свойств

ненарушенной структуру выбуриваемого образца.

3

Повышение точности результатов испытаний достигает­ ся в большей части приборов созданием определенных ус­ ловий на торцах образцов, при которых напряженное состо­ яние материала образца оказывается близким к однородно­ му. Это не связано с усложнением известных методов и тщательностью изготовления образцов, в некоторых случаях

Рис. 1

эластичных прокладок 4 (эпоксидная смола) и шариковых инденторов 5 диаметром 2 мм, между которыми устана­ вливается образец 6. При сжатии образца шариковые инденторы внедряются в его торец и под шариками возника­ ют соединяющиеся между собой зоны раздробленной поро­

4

ды, через которые передается давление на образец. При­ менение эластичных прокладок равномерно располагает ша­ риковые инденторы по торцу образца, с одинаковым усили­ ем контактируя на его выпуклостях и впадинах. Располо­ жение прокладок й инденторов в замкнутом объеме, обра­ зованном выточкой в накладке, препятствует возникновению растягивающих напряжений в образце, неизбежных при при­ менении "свободных*" эластичных прокладок. Диаметр внут­

шариковыми инденторами должен быть не более 0,35 мм. При испытаниях на одноосное сжатие часто производит­

ся измерение деформаций у торцов образца и в его сред­ ней части (при равномерном распределении поперечных де­ формаций по высоте образца напряженное состояние мате­ риала можно считать близким к однородному). Однако са­ мо измерение деформаций является пассивным. Разработан­

пряжений на торцах образца с равномерным распределени­ ем поперечных деформаций по его высоте. Этим достигает­ ся однородность напряженного состояния материала. Вели­ чина касательных напряжений на торцах образца в устрой­ стве изменяется путем регулировки податливости низкомодульных прокладок в процессе нагружения. Образец 1 (рис.

сегментов, соединенных между собой регулировочными бо­

5

цилиндрических обойм 4 увеличивают вращением болтов 5, обеспечивая податливость прокладки 3 в поперечном напра­ влении* Так как между прокладкой и образцом имеется оп­ ределенное сцепление, то образец дополнительно деформи­ руется. Прочность образцов, испытанных при однородном напряженном состоянии материала, в широких пределах не зависит от отношения высоты образца к его диаметру.

Рис. 2

При исследованиях бывает необходимо на одном образ­

для образца 8, устанавливаемого на нижнем диске 9 с тен­

зец болтами 6 через пластину с динамометром крепится к диску 9; аналогично крепится другой конец образца. На ис­ пытательной машине устройство с образцом сжимается, а затем винтами 3 в образце создаются растягивающие на­ пряжения, равные предварительно приложенной нагрузке.

6

среднюю траверсу 11. Растягивающее усилие в образце:-со­ здается навинчиванием гаек 12 на стяжки 13. Возникаю­ щие в последних растягивающие усилия передаются через нижцие концы на плиту 9, а через верхние концы - на тра­ версу 4, шарнирную головку, динамометр и затем через за­

ния образцов в условиях независимого приложения растяги­

ком направляющей 2. Сжимающие равные напряжения осу*^ ществляются нагнетанием компрессорного масла от источ­ ника давления через патрубок 11 с манометром в полость между втулками и образцом. Масло, передающее давление на боковую поверхность образца, действует одновременно на нижнюю плоскость втулки 3, вызывая растягивающие на­

между нижней плоскостью затвора 5 и верхним заплечиком

7

Вопросы, связанные с центрированием образцов и закре­ плением их при испытаниях, рассмотрены в описаниях к изобретениям [7-14] •

УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ПОРОД НА СРЕЗ (СДВИГ)

Приборы и устройства для определения показателей со­

грунта в условиях плоской деформации заключается в сле­

чатый диск с подвижной направляющей, имеющей фикса­ тор, и расположенный с возможностью перемещения ползун,, шарнирно соединенный жесткими тягами с одной боковой стенкой корпуса. При повороте стенок образец сдвигается.

связано с обеспечением возможности плоскопараллельного поступательного перемещения боковых стенок.

Известные приборы для испытания грунта на сдвиг не позволяли плавно менять угол наклона плоскости в процес­ се испытания. Для этой цели был разработан прибор, отли­ чающийся тем, что нижняя часть его корпуса выполнена с криволинейными направляющими, имеющими на боковой по­ верхности резьбу, и взаимодействующими с червячным ме­ ханизмом. Вертикальная нагрузка раскладывается на сжи­ мающую и сдвигающую силы, величины которых служат ис­ ходными в дальнейших инженерных расчетах.

С целью упрощения конструкций приборов и создания на поверхности образца равномерно распределенной нагрузки был разработан прибор для определения сопротивления ррунта сдвигу, в корпус которого вставлена камера для образ­ ца. В отверстие днища корпуса вставляется штамп со што­ ком. Корпус с камерой покрыт упругой мембраной, на ко-

8

испытания на чистый срез fl7] . Способ обеспечивает в пло­

Поэтому результатами испытаний на изгиб часто пользуют­

характера заделки концов образца, вида опор и т .д . Основ­ ные предложения по этому виду испытаний направлены на

9

(