Материал: Свойства горных пород при разных видах и режимах нагружения

Техническая характеристика установки.

При испытании по варианту А

зочного штока и нижнего захвата — опорного пуансона. На нижнем опорном пуансоне установлены промежуточный сферический сегмент с раскалывающим клином радиусом закругления 3 мм, имеющий возможность поворачиваться только по длине испытуемого образца, две упругие пластины равного сопротивления изгибу, предназначен­ ные для центрирования образца по оси раскалывающего клина и удержания его в первоначальном положении в процессе пульсирующе­ го нагружения. Верхний нагрузочный шток в месте контакта с испы­ туемым образцом горной породы имеет также раскалывающий клин или может иметь плоское основание.

Методика исследования прочности и деформируемости горных пород при различных режимах пульсирующего нагружения в услови­ ях объемного напряженного состояния аналогична одноосным испы­ таниям. Ее отличие состоит в изменении конструкции испытательной камеры, захватов образца и наличия всестороннего давления, вслед­ ствие чего и несколько меняется последовательность проведения опыта.

Методикой предусматривается также испытание на пульсирующее сжатие в условиях объемного напряженного состояния незащемленных (свободных) образцов, диаметром 42 мм, высотой 65 -г 84 мм и на пульсирующее растяжение путем сжатия по образующей цилиндри­ ческих образцов диаметром 42—60 мм, высотой 42 мм с измерением продольных и поперечных деформаций.

Провода от тензодатчиков, наклеенных на образец, заводят в ка­ нал проходного зажима 9 (см. рис. 6.2) при снятой крышке и выну­ том зажиме. На стержень верхнего захвата 5 навинчивают тензометри­ ческий динамометр 14 и закрепляют его винтом 15. После этого на тензометрический динамометр 14 устанавливают опору 16. Затем образец горной породы 6 с жестко закрепленными на его концах захватами 4 и 5 устанавливают во внутреннюю часть корпуса 3 каме­ ры, а основание 1 соединяют с корпусом 3 камеры болтами.

В таком виде установку при помощи подъемника размещают на траверсе 26 испытательной машины с пульсатором и закрепляют на ней болтами 25.

При испытаниях закрывают вентиль 20 и насосом 22 через муль­ типликатор 21 создают заданное всестороннее боковое давление на образец горной породы 6, предварительно поджатый осевой нагруз­ кой. После этого вентиль 23 закрывают и при закрытом вентиле 18 и открытом вентиле 20 в газожидкостном аккумуляторе 19 создают требуемое давление газа, а в гидросистеме между мультипликато­ ром 21 и газожидкостным аккумулятором 19 — заданное давление жидкости; включают испытательную машину с пульсатором и, регу­ лируя ход поршня пульсатбра, устанавливают требуемую осевую пульсирующую нагрузку.

После вывода испытательной машины с пульсатором на заданный режим, вентиль 18 открывают, при этом аккумулятор 19 соединяется с полостью низкого давления камеры, заключенной между корпу­ сом 3 камеры, промежуточным цилиндром 12 и поршнем 13.

Врезультате этого давление, развиваемое в газожидкостном ак­ кумуляторе 19, воздействует на поршень 13, а через него — на дина­ мометр 14, верхний захват — шток 5 и образец горной породы 6, создавая в образце растягивающее усилие, направленное против дей­ ствующего пульсирующего усилия сжатия.

Водном из заданных режимов воздействия осевых пульсирующих нагрузок сжатия или растяжения и заданного всестороннего бокового давления происходит испытание образца горной породы.

Для предотвращения разрушения образца под действием пульси­ рующих нагрузок сжатия во время вывода испытательной машины

вустановившийся режим вентиль 18 закрывают, создавая тем самым замкнутую жидкостную полость между корпусом 3 камеры, проме­ жуточным цилиндром 12 и поршнем 13, рабочая площадь которой больше площади поперечного сечения образца, в результате чего ос­ новная часть развиваемого осевого усилия воспринимается корпу­ сом 3 камеры.

Измерение статических и динамических пульсирующих нагрузок, действующих на образец, производится с помощью манометров мини­ мального (статического) и максимального (динамического) давле­ ний. Определение характера кривой изменения этих нагрузок во времени (для контроля) производится с помощью тензометрических датчиков опорной мембраны, соединенных через усилитель ТА-5 с осциллографом Н-700. Измерение деформаций образца осуществля­ ется тем же осциллографом Н-700.

Для испытаний подготавливается не менее 24 образцов (только для одного из значений коэффициентов асимметрии) в соответствии с изложенными выше требованиями по подготовке цилиндрических образцов.

Испытательные нагрузки Fmax выбираются такими, чтобы макси­ мальные напряжения стп1ах были равными 0,9; 0,8; 0,7; 0,6; 0,5; 0,4; 0,3 от предела статической прочности при сжатии или растяжении в условиях соответствующих боковых давлений на образцы. Предел статической прочности при сжатии и растяжении определяется предва­ рительно разрушением не менее трех образцов каждого типа пород для одного из заданных боковых давлений. Минимальные напряже­ ния omin для всех значений атах принимаются в соответствии с приня­ тым коэффициентом асимметрии цикла.

Отсчеты (измерения) по приборам берутся через определенные интервалы времени, выбор величины которых зависит от типа горной породы (прочности образца) и от степени его нагружения (макси­ мального напряжения). Число циклов пульсирующей нагрузки опре­ деляется по счетчику, установленному на пульсаторе, или по времени проведения опыта при заданной частоте колебаний нагрузки от мо­ мента ввода испытательной машины на заданный режим.

Испытание считается законченным в момент разрушения образца или по достижении кривой циклической прочности прямолинейного участка — предела циклической прочности.

При заданной нагрузке Fmax испытывают не менее трех образцов

и выводят среднеарифметическое значение числа циклов, соответству­ ющих принятым условиям испытаний. Затем продолжают испытания при других намеченных значениях атах и строят функцию отач от числа циклов нагружения при заданном значении коэффициента асим­ метрии и заданном неизменном боковом давлении на образец.

Момент разрушения образца можно наблюдать по показаниям регистрирующей аппаратуры. После этого пульсатор пресса отключа­ ется и производится извлечение образца из камеры с предваритель­ ным отсоединением провода от коллектора токоввода, сливом масла из камеры высокого давления через специальный клапан, отсоедине­ нием трубопровода высокого давления. Стрела крана стыкуется с камерой, после небольшого подъема для снятия с центровочного кольца поворачивается на 90 или 180° и спускается посредством руч­ ной лебедки на специальный монтажный стол. Отсоединяется основа­ ние камеры, камера приподнимается, основание удаляется. Далее, придерживая нижний захват, отвинчивают упор в верхней части каме­ ры (при испытании по варианту А) и извлекают остатки образца вместе с верхним захватом. В случае заклинивания стержня верхнего захвата его выталкивают через верх после удаления распорного винта.

Установку образца, испытание и разборку камеры необходимо вести осторожно, чтобы не повредить специального уплотнения и дат­ чиков с их проводами, а также следует строго соблюдать требования по эксплуатации сосудов, стендов и установок вы сокого давления.

б.З. ВЛИЯНИЕ ПУЛЬСИРУЮЩЕГО НАГРУЖЕНИЯ И НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД

Особенности деформирования и разрушения горных пород при пуль­ сирующих нагрузках изучались на образцах нескольких типов моно­ литных горных пород, существенно различающихся по механическим свойствам в обычных (стандартных) условиях нагружения.

Известными методами [8, 27] определены характеристики проч-