Способ определения термических напряжений в горной породе

Способ определения термических напряжений в горной породе

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕРМИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ГОРНОЙ ПОРОДЕ, включающий изменение температуры образца и измерение его деформации , отличающийся тем, что, с целью повышения точности, образец подвергают тепло . вом.у воздействию с одной стороны и измеряют его изгнбную деформацию, восстанавливают начальную температуру образца, а затем прикладывают к нему изгибающую нагрузку, соответствующую той же величине деформации, что и при тепловом воздействии , и по величине изгибающей механической нагрузки судят о термонапряженни в горной породе. (Л СП ю -si сриг.1 УУУЛ у /////////л 2tl 5 J Y//////////////////

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК зов Е 21 С 39/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

По ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ (21) 3479621/22-03 (22) 26.07.82. (46) 30.10.83. Бюл. № 40 (72) А. Н. Москалев, . В, M. Ткаченко, Л. Г. Керекилица, 1О. Н. Вахалин, В. Б. Бурлак и В. А. Попков (71) Институт геотехнической механики

АН Украинской CCP (53) 622.235. (088.8) (56) 1. Фролов E. М. Гидротехническое строительство, 1971, ¹ 10, с. 12-15.

2. Авторское свидетельство СССР № 229394, кл. Е 21 С 39/00, 196? (прототип), „„SU„„1051277 A (54) (5?) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕРМИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ГОРНОЙ

ПОРОДЕ, включающий изменение температуры образца и измерение его деформации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, образец подвергают тепло. вому воздействию с одной стороны и измеряют его изгнбную деформацию, восстанавливают начальную температуру образКа, а затем прикладывают к нему изгибающую нагрузку, соответствующую той же величи-. не деформации, что и при тепловом воздействии, и по величине изгибающей меха нической нагрузки судят о термонапряжении в горной породе.

10512?7

Изобретение относится к горной технике и может быть использовано для определения величины и знака термических напряжений в горной породе.

Известен способ определения термонапряжений. в конструкциях при переменных температурах на их поверхностях, основанный на моделировании конструкций, т.е. создании моделей из оптически активных материалов, где свойства материала конструк. ции учитываются через коэффициенты подобия (1).

Указанный способ оч нь сложен в реализации.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения термических напряжений в горной породе, включающий измене. ние температуры образца и измерение его де. формации. Для определения величины терми ческих напряжений определяют модуль ЮнI? образца, например ультразвуковым методом; и затем с учетом параметров теплопроводности рассчитывают величину термических напряжений в горной породе )2).

Известный способ сложен в осуществлении и обладает низкой точностью. Цель изобретения — повышение точности.

Поставленная цель достигается Фем, что согласно способу определения термических напряжений в горной породе, включающему изменение температуры образца и измерение его деформации, образец подвергают тепловому воздействию с одной стороны и измеряют его изгибную деформацию, восстанавливают начальную температуру образ- ца, а затем прикладывают к нему изгибающую нагрузку, соответствующую той же величине деформаций, что и при тепловом воздействии, и по величине изгибающей механической нагрузки судят о термонапряжении в горной породе.

На фиг. 1 показано устройство для осуществления предлагаемого способа, вид сбоку; на фиг. 2 — то же, вид сверху.

Устройство содержит разъемный корпус, состоящий из верхней крышки .1 и нижней

2. Отверстие 3 служит для ввода источника нагрева (охлаждения) . Отработанный газ выходит через отверстие 4. Зажимы 5 служат. для закрепления образца горной породы 6.

Термоизолирующая мембрана 7 делит корпус на две полости, в нижней полости устанавливается датчик 8 перемещения.

Определение термонапряжений в породе осуществляют следующим образом.

Образец конкретной горной породы в виде тонкой пластины 6 закрепляют жестко в зажимах 5, в отверстие 3 вводят источник

9 теплового воздействия, через который осугществляется воздействие температурной труей на пластину. Теплоиэоляционная мемрана 7 служит для того, чтобы прямое температурное воздействие осуществлялось только как верхнюю плоскость пластины. Гак как теплопроводность горных пород довольно низка, то через некоторое время после начала температурного воздействия в верх5 нем слое пластины начнет развиваться температурное поле (положительное илн отрицательное}, которое приведет к возникновению термических напряжений в этом слое, в то время как температура нижнего слоя какое-то время будет оставаться неизменной. Величина термических напряжений заР f м

8 где P—

k—

W—

25 10 висит от свойств породы и термодинамических параметров температурного воздействия.

Напряжения, возникающие в слое породы, вызывают соответствующие деформации в этом слое, приводящие к изгибу пластины, который регистрируется датчиком 8 перемещения. Максимальный изгиб пластины соответствует развит по в верхнем ее слое максимальных напряжений сжатия или растяжения,- направленных вдоль оси пластины.

Затем дают возможность пластине прийти в исходное положение: остыть или нагреться и снять температурные деформации.

После этого пластину нагружают сосредоточенной нагрузкой в центре до тех пор, пока деформация изгиба, вызываемая ме- ханической нагрузкой, не станет равной деформации, вызываемой термическими напряжениями. Зная величину механической нагрузки, определяют величину напряжений (Q (мР), развивающихся в поверхностном слое породы по формуле б растаяв) = —, где М>ж — максимальный изгибающий момент, действующий в среднем сечении пластины; механическая нагрузка, м длина пластины, м; осевой момент сопротивления;

h. Ü* б где h — ширина пластины, м;

0 -- толщина пластины, м.

Рассчитанные, механические напряжения равняются напряжениям, возникающим и поверхностном слое породы при термических воздействиях.

При термическом воздействии величина нзгибных деформаций является функцией времени и толщины пластины. Деформация растет до тех пор, пока граница температурного поля не пересечет центральную плоскость пластйны. Затем деформация падает и становится равной. О. Это соответствуег моменту, когда температура пластины становится одинаковой по всему сечению пладелить термонапряжения в слое порты лю-. бой толщины, по истечении любого промежут. ка времени.

1О51277 стины и равной температуре теплового источника. Таким образом, меняя толщину пластины исследуемой породы, мы можем опреРедактор А.. Власенко

Заказ о632/35

Составнте1пь И. Яазаркина

Техред И. Верес Корректор О. Билак

Тираж 603 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по . делам нзобретеняА я открытнА

1 l3035. Москва, Ж вЂ” 35, Раунккан наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патента, г. Ужгород, ул. Проектная, 4