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

опорное приспособление, состоящее из основания 2 и

шар­

нирно связанной с ним пяты 3. Механизм для

регулировки

пяты по высоте состоит из клиньев 4 и винтов

5. Это поз­

воляет устранить вредные напряжения в балке

6 при задел­

ке. После регулировки, до полного соприкосновения

опор­

ной поверхности с балкой накладывается жесткая

плита,

распределяющая нагрузки на балку и препятствующая

про­

гибанию балки между опорами.

[19], содержащего стол 1 (рис. 3,6)

с _П-обрааными

па­

зами и размещенные в них опоры 2 на болтах 3 для

уста­

новки испытуемого образца. В отличие от известных

при­

способление

снабжено клиновыми зажимами 4 и 5 для

фит

ксапии опор

в пазах стола. В средней

части боковых

по­

Для более надежного определения прочности пород

на

растяжение при изгибе балок разработано

устройство [20] ,

отличием которого является новый способ

приложения

на­

грузки. Испытываемые балки лежат обоими концами

на

опорах и нагружаются в середине пролета при помощи

1/ -

редине .

Точные лабораторные исследования при испытаниях.

на

изгиб проводятся с помощью прибора [21] , особенность

ко­

торого - повышение точности испытаний, исключение

кон­

центрации напряжений у торцовых

частей образца и

сохра­

нение образца в одном и том же

пространственном

поло­

щается относительно основания. Изгибающий момент

осу­

ществляется сложной системой рычагов, роликовых

уст­

ройств и поршней.

Испытания пород на кручение занимают

относительно

небольшой объем в исследованиях

физико-механических

свойств пород. Основные трудности

в технике

испытаний -

предотвращения появления растягивающих напряжений

в

плоскости разрушения и исключение

концентрации напряже­

на образец [22] отличается от известных

нагружающими

устройствами, выполненными в виде двух

соосно располо­

эксперимента винтовой преобразователь рабочего

усилия

выполнен в виде обоймы с двумя винтовыми пазами,

свя­

занной с одним из захватов, самоустанавливающейся

дер­

жавки с подшипниками качения, размещенными в

пазах

обоймы, и штока, связанного с державкой.

Для аналогичных испытаний может применяться

уста­

новка [24], в которой устройство для нагружения

крутя­

гидропилиндров, плунжеры которых через призмовые

сое­

динения связаны с одним из захватов для крепления.

об­

тактирует с упором на захвате, а полости его соединены

с

полостями гидроцилиндров поворота другого захвата.

В

двух последних установках обеспечивается, постоянство со­

отношений крутящего момента и осевого усилия.

УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ПОРОД

НА ОБЪЕМНУЮ. ПРОЧНОСТЬ

Прочностные и деформационные характеристики горных

пород, полученные в условиях одноосного сжатия

или

рас­

тяжения, не являются достаточными при решении

различ­

ных горнотехнических задач, так как породы в массиве

и

около выработок находятся в условиях всестороннего

(час­

то неравномерного) объемного напряженного

состояния.

Этим и объясняется большое количество изобретений,

свя­

занных с разработкой соответствующих методов

и приборов

для испытаний. Одним из направлений в изучении

свойств

ется проведение испытаний на образцах

специальной

гео­

метрической формы.

при

Предложенный образец для испытания материалов

плоском

напряженном состоянии отличается тем, что

его

жесткий

обод выполнен эллипсообразным

[2б] • Внутри обо­

да 1 (рис.4, а) расположена пластина 2

испытуемого

ма­

ре пластины возникает плоское напряженное состояние

с

главными напряжениями разных знаков. Соотношение

меж­

ду главными напряжениями можно менять

в узком диапа­

зоне за счет изменения соотношения осей

эллипса.

Если

к одноосному сжатию, Нели усилие прикладывать

&доль

большой оси, то напряженное состояние в центре

пластины

близко к одному растяжению. Таким образом,

используя

ная часть которого представляет собой испытываемую

об­

ласть образца, а выступы выполнены в виде

полос

прямо­

угольного сечения, разделенных пространством так,

чтобы

суммарная площадь поперечного сечения полос

равнялась

площади поперечного сечения, расположенной

на

одной

с

ними оси центральной части образца; концы полос

имеют

цилиндрические приливы. Образец был предложен

для

ис­

следования напряжений

и деформаций

высокоэластичных

материалов.

Для получения в образце различных видов напряженного

состояния применяются механические и гидравлические

си­

стемы нагружения (под гидравлическими системами

под­

разумевается приложение нагрузок по двум и трем

осям

образца через жидкость).

Устройство, представляющее собой

пространственную

стержневую систему типа биопирамиды

[27],

содержит

за ­

грузочное приспособление

1 (рис. 4, 6),

расположенное

вну­

три или вне установки, опытный образец 2,

нагрузочные

стержни 3,4 и 5, динамометры 6 и передающие стержни

7.

Стержни шарнирно соединены между собой,

причем

каж­

ниры 8 или 9, а на другом конце имеет захват,

через

ко­

торый передается нагрузка на образец. В

зависимости

от

того, в каком месте находится загрузочное

приспособление

(вне или внутри, установки), можно обеспечить

различные

виды напряженного состояния (объемное сжатие,

объемное

растяжение, сжатие-растяжение). Плоское и линейное

на­

пряженные состояния можно получить исключением

из

ра­

боты соответствующих пар нагрузочных стержней.

С помощью реверсов к испытательным машинам

можно

ными рядами с просветами

и образующими жесткие

в пер­

пендикулярном направлении

столбики. Облицовка стенок ка­

меры может быть также выполнена из склеенных

между

рование стенок камеры и пробы грунта исключает

их

взаи­

мное смещение, а следовательно, и трение грунта

а

стен­

ки.

Для прочных пород можно использовать устройство [30],

в котором нагрузка по двум осям передается механически,-

ресивер и трубопроводы. Отличие установки -

применение

резиновых башмаков, установленных по двум

осям образца.

сти располагаются датчики,

контролирующие свойства об­

разца. Устройство позволяет

увеличить точность испытаний

и надежно определять статические и динамические

харак­

теристики образцов.

В предложенном приборе

[3l] обеспечивается

возмож­

деформаций и напряжений по каждому из. этих

направле­

ний.

Приборы, основанные на гидравлической

системе нагру­

жения (стабилометры), широко применяются

в

лаборатор­

ний, расширением диапазона нагрузок и увеличением коли­

чества определяемых параметров, упрощением

конструкций

и методики испытаний и т .д .

Прибор, применяемый для трехосного

испытания

грун­

тов [32] , имеет камеру для

удержания

образца и

нагру­

зочный стержень, проходящий через камеру и '

предназна­

ченный для прикладывания нагрузки к образцу.

В

нижней

части стержня имеется наконечник с сужающимся

книзу

участком, к которому подсоединяется ряд

тензодатчиков.

Вокруг наконечника размешен

защитный цилиндр,

который

гося под давлением грунта в камере.

Прибор для испытания грунта на трехосное

сжатие [33]

включает

корпус 1 (рис.5, а)

с электродами

2,

располо­

женными

на наружной поверхности оболочки 3,

и электро­

дами 4 —на его внутренней

поверхности,

измерительное

ность слабых и пластичных пород является изменение

ги­

дравлического давления в испытательной камере

при

де ­

формировании образца.

Стабилометр [Зб]

позволяет устра­

нить этот недостаток.

Образец 1 (рис. 5,

б) помещен

в ка­

меру 2, заполнение которой рабочей жидкостью и

создание

давления осуществляются через ввод 3. Боковое

давление

создается непосредственно через боковую поверхность

об­

верстия 4, 5 и 6 к поверхности нагрузочного поршня

7.

Штуцер 8 служит для выпускания воздуха перед

заполне­

нием камеры жидкостью.

Для ускорения проведения испытаний и упрощения

кон­

струкции при кратковременных и длительных объемных

ис­

пытаниях разработана установка [37] , включающая

в

себя

гидравлический пресс, состоящий из

цилиндра 1 (рис. 5,

в),

поршня 2, несколько (например, три) скреплённых

между

собой гидростатических камер 3 с плунжерами 4, 5 и

6.

В

рабочих полостях камер размещены испытываемые

образцы

7. Поршень, плунжеры и образцы составляют единую

сис­

тему осевого нагружения. Для сохранения силовой

связи

при разрушении образцов в системе

имеются

предохрани­

тельные стаканы 8. Рабочая среда,

например

компрессор­

ное масло, от источника давления поступает в полости

ги­

дравлического пресса и гидростатических камер.

Источни­

ком давления в установке является потенциальная

энергия

сжатого газа (азота) и рабочей среды

(компрессорного

масла), поступающих в рабочие полости установки.

Поступ­

ление рабочей среды в рабочую полость

гидравлического

пресса обеспечивает осевое нагружение

образцов

^

,

а

в рабочие полости гидростатических

камер -

боковое нагру-

жение образцов ^ * ( S j • При этом боковое

давление в

каждой из камер может быть одинаковым или

различным.

чениях боковых давлений) предусмотрены кольцевые

вы­

точки 9, соединенные с атмосферой.

проч­

Установка [38] предназначена для исследования

ностных свойств пород в режиме динамического нагруже­

ния при объемном сжатии. В гидрокамере 1 (рис. 5, г)

ус­

сосной станции 5 через трубопроводы 6 и 7. Ударный

блок

8 с зарядной камерой 9 и энергоносителем

10 гидравличес­

ки соединен с гидрокамерой. Деформации

образца и

вели­

чина импульсного давления фиксируются тензоблоком

11.

При испытаниях много времени уходит

на перезарядку

внешней камеры разработана установка [39] , у

которой

внешняя оболочка жестко закреплена

на штампе и

корпусе

установки, а подставка с матрицей и

закрепленной

на ней

Горные породы, отличаясь по своим свойствам от

клас­

сических упругих или сыпучих сред, обладают

реологичес­

кими свойствами, т .е . способностью деформироваться

во

времени под действием постоянной нагрузки,

снижать

на­

при длительном действии нагрузки или при изменении

ско­

рости нагружения. Для' изучения этих

свойств

применяется

различная испытательная аппаратура:

устройство

для

дли­

тельных статических испытаний материалов,

позволяющее

поддерживать во времени постоянное

давление;

гидравли­

ческий аккумулятор давления, в котором в качестве

эле­