Способ регистрации вариаций напряжений земли
Патент 890296
Авторы
Классы МПК
Способ регистрации вариаций напряжений земли
Иллюстрации
Реферат
O П И С А Н И E (1890296
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 11.04.80 (2! ) 2911680/18-25 (51)М. Кл.
С О1 V 1/00 с присоединением заявки М
3Ънуаарстнанный квинтет
СССР (23) Приоритет
Опубликовано ) 5. 12. 81., Бюллетень % 46 (53) УДК 550.83 (088.8) вв денни нэабретеннй н втнрытнй
Дата опубликования описания 15.12,81 (22) Авторы изобретения
M. И. Шпоркин и Г. А. Соболев
Ордена Ленина институт физики Зе им. 0. Ю, Шмидта (71) Заявитель (54) СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ ВАРИАЦИЙ
НАПРЯЖЕНИЙ ЗЕМЛИ
Изобретение относится к измерению напряжений Земли и может быть использовано для контроля напряженно-деформированного состояния регионов и массивов горных пород, вариаций механических напряжений, вызванных лунными приливами и отливами, а также тектоническими напряжениями в задачах прогноза сейсмических событий, и, кроме того, для регистрации напряжений в подземных горных выработках и бортах карьеров для разработки про" филактических мер борьбы с горными ударами, стрелянием и выбросами горных пород.
Известен способ измерения деформаций Земли при помощи деформографа, представляющего собой трубу из кварцевого стекла длиной несколько метров, поддерживаемую в горизонтальном положении системой опор °
Один конец трубы закреплен на породе с помощью постамента, а второй свободен и движется относительно породы при ее расширении и сжатии!1)
Недостатком известного способа является сложность эксплуатации оборудования и невысокая точность измерений.
Известен также способ регистрации вариаций напряжений Земли путем измерения деформаций в измерительной щели с помощью рабочего т0 и компенсационного датчиков, установ.ленных в горной породе. В этом способе уменьшено влияние температуры и влагонасыщенности на результаты измерения. Однако в связи с тем, что преобразователь деформаций регистрирует вариации деформаций на малой базе (расстояние между мембранами датчика напряжений составляет прибли зительно 10 мм), приходится увеличивать чувствительность регистрирующей электронной аппаратуры, что при водит к помехам, обусловленным сложностью электроники (усилитель, фильтр
890296 4 я т.д.). В этом случае информативный сигнал оказывается трудновыделчмым.
Кварцевые деформографы или проволочные фиксируют деформации. При реализации способа давление жидкости в преобразователе деформаций лишь обеспечивает контакт мембран преобразователя деформаций с горной породой. Однако в процессе образования щели происходит сброс напряжений массива за счет деформаций стенок щели в сторону полости, что,в конечном итоге может искажать картину вариаций напряжений. При регистрации напряжений в "мягкой щели", т.е. когда не восстанавливается первоначальное состояние массива, ведется контроль напряжений с учетом на невосстановление первоначального напряжения состоя-. ния. Б этом случае необходимо для определения истинного характера напряжений проводить комплекс как теоретических, так экспериментальных исследований.
Целью изобретения является увеличение чувствительности; и точнос- ти способа.
Лоставленная цель достигается тем, что согласно способу регистрации вариаций напряжений Земли путем измерения деформаций горных пород в измерительной щели, перед образованием измерительной щели со стороны ее противоположных близлежащих бортов устанавливают реперы1 фиксируют расстояние между ними, затем вырезают щель, фиксируют изменение расстояния между реперами, создают в преобразователе деформаций избыточное давление, обеспечивающее церемещение бортов щели на величину разности расстояния между реперами до и после образования щели, при этом за базу измерения принимают площадь внутренней поверхности стенки щели и регистрируют вариации объема щели.
Рассмотрим принцип регистрации напряжений Земли (горных пород) на следующей модели. Щель, образованную в массиве горных пород, рассечем вдоль ее длины и глубины. Такое же рассечение проведем и по массиву, в котором щель образована. Полученная модель является классической задачей сопротивления материалов балка, закрепленная на двух опорах (при рассмотрении в одной проекции).
S
%5
В случае действия силы на такую балку, последняя будет деформироваться.
Максимальный прогиб приходится на центр балки, а величина прогиба зависит от силы и расстояния между опорами, т. е. длины балки. Величину деформаций балки можно фиксировать приращением длины непосредственно балки, либо, если установить пневматический или гидравлический датчик между балкой и основанием и создать контактное давление между осно. ванием и создать контактное давление между основанием и балкой, регистрировать изменение давления в пневматическом датчике, Измерения в таком случае построены на силовой компенсации и более характеризуют напряжения, При одной и той же силе, действующей на балку, деформации, последние растут с увеличением длины балки, а максимальная деформация имеет место в ее центре. В измерительной щели деформациям подвержена внутренняя поверхность ее стенок, Максимальные деформации имеют место в центре щели. Вариации площади внутренней поверхности щели ведут к изменению объема щели. Увеличивая площадь внутренней поверхности стенок щели, можно увеличить базу измерений, а также повысить чувствительность измерений. Принимая площадь внутренней поверхности щели за базу измерений, можно уменьшить объем подготовительных мероприятий.
Способ реализуют следующим образом.
Перед образованием щели между будущими двумя противоположными, близлежащими ее бортами устанавливают реперы.При этом расстояние между ними измеряют. Затем между реперами делают щель. После образования щели берега последней под действием нап ряженного состояния массива смещаются. Смещаются навстречу друг другу и реперы, что легко может быть определено измерением расстояния между ними до и после образования щели.
После установки преобразователя деформаций в измерительной .щели давление в преобразователе доводят до давления, обеспечивающего движение берегов щели друг от друга, т.е. до того расстояния, которое было между реперами до образования щели. Эта
890296
Формула изобретения
Составитель Э. Волконский
Техред А. Бабинец Корректор М. Коста
Редактор О.Персиянцева
Подписное
Заказ 10984/74 Тираж 735
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППТ "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 операция позволяет довести напряженное состояние массива до величины, бывшей перед образованием щели. Восстановленное напряжение массива является естественной точкой отсчета напряжений при их вариациях как в сторону увеличения, так и уменьшения.
Предлагаемый способ позволяет достигнуть увеличения чувствительности без введения сложных электронных высокочувствительных устройств, что позволяет использовать его в отделенных районах..
Способ регистрации вариаций напряжений Земли путем измерения деформаций горных пород в измерительной щели, отличающийся тем, что, с целью увеличении чувствительности и точности способа, перед образованием измерительной щели со сторо4 ны ее противоположных близлежащих бор.тов устанавливают реперы, фиксируют расстояние между ними, затем вырезают щель, фиксируют изменение расстоя5 ния между реперами, создают в преобразователе деформаций избыточное давление, обеспечивающее перемещение бортов щели не величину разНосТН расстояния между реперами до и после образования щели, при этом за базу измерения принимают. площадь внутренней поверхности стенки щели и регистрируют вариации обьема щели..
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Benioff Н . Fused-quarts ex20 tencometer for secular and seismic strains. Bull. Geol. Soc. America, 1959, ч.70, У 8, р. 1019-1032.
2. Авторское свидетельство СССР по .заявке Р 2687356/25, кл. G 01 V 1/16, 1978 (прототип).