PL226028B1 - Sposob i urzadzenie do badania probek skal - Google Patents

Abstract

Sposób badania próbek skał w prawdziwie trójosiowym stanie naprężeń ściskających, w którym próbkę skał poddaje się trójosiowemu naciskowi, przy czym nacisk główny w kierunku pionowym zadaje się przez sztywny tłok, charakteryzuje się tym, że naciski boczne zadaje się sprężyście. Urządzenie do badania próbek skał w prawdziwie trójosiowym stanie naprężeń ściskających zawierające ramę (2) w której osadzone są dwie pary sworzni (3, 4) rozmieszone parami prostopadle do siebie a na sworzniach (3, 4) osadzone są przesuwnie dwie pary płyt (5, 6) i (7, 8), przy czym do jednej z każdej pary płyt(5, 6) i (7, 8), przymocowane są siłowniki (10), korzystnie hydrauliczne, charakteryzuje się tym, że pozostałe płyty (6, 8) są oparte o paraboidalne sprężyny, które z drugiej strony oparte są o ramę (2).

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do badania próbek skał w tak zwanym pra wdziwie trójosiowym stanie naprężeń ściskających prostopadłościennych próbek skalnych.

Analizując zachowanie się górotworu naruszonego prowadzonymi pracami górniczymi można zauważyć wzrost wartości naprężeń i odkształceń wokół wyrobisk. Znaczące są również zmiany w proporcjach pomiędzy składowymi tensora stanu naprężenia reprezentującego ciśnienie działające na górotwór, który najogólniej poddany jest złożonemu, przestrzennemu stanowi naprężenia. Wraz ze wzrostem głębokości eksploatacji znaczenia nabiera wiedza o własnościach mechaniczno-wytrzymałościowych skał, a także znajomość technicznych sposobów wyznaczania charakterystyk materiałowych próbek skalnych pracujących w prawdziwie trójosiowym stanie naprężenia.

Wyniki wieloletnich badań wytrzymałościowych skał pozwoliły stwierdzić, że w górotworze nienaruszonym robotami górniczymi czy budowlanymi w przypowierzchniowych partiach skorupy ziemskiej spełnione są warunki Karmana reprezentowane praktycznie przez osiowo symetryczny stan naprężenia z uwagi na nieduże różnice wartości pomiędzy naprężeniami głównymi. Jednakże w głęboko zalegających warstwach górotworu pośrednie naprężenie jest często kilkakrotnie większe od naprężenia uważanego za najmniejsze. Można zatem wnioskować, że powszechnie stosowana w laboratoryjnych badaniach trójosiowa zasada Karmana niekoniecznie musi odpowiadać ogólnym warunkom obciążenia ośrodka skalnego w warunkach rzeczywistych.

Laboratoryjne próby, pozwalające odwzorować prawdziwe warunki obciążeniowe pracy górotworu, możliwe są do zrealizowania tylko przy wykorzystaniu specjalistycznej i unikalnej aparatury, której konstrukcja umożliwia fizyczne poddanie próbek skalnych obciążeniu o zróżnicowanych składowych w trzech dowolnych kierunkach.

Sposób badania próbek skał w prawdziwie trójosiowym stanie naprężeń ściskających, według wynalazku, w którym próbkę skał poddaje się trójosiowemu naciskowi, przy czym nacisk główny w kierunku pionowym zadaje się przez sztywny tłok, charakteryzuje się tym, że naciski boczne zadaje się sprężyście. Najpierw zadaje się naciski boczne, zaś po nich zadaje się nacisk główny. Sprężysty nacisk zadaje się przy użyciu sprężyn paraboidalnych.

Urządzenie do badania próbek skał w prawdziwie trójosiowym stanie naprężeń ściskających, według wynalazku, zawierające ramę w której osadzone są dwie pary sworzni rozmieszone parami prostopadle do siebie a na sworzniach osadzone są przesuwnie dwie pary płyt, przy czym do jednej z każdej pary płyt przymocowane są siłowniki, korzystnie hydrauliczne, charakteryzuje się tym, że pozostałe płyty są oparte o paraboidalne sprężyny, które z drugiej strony oparte są o ramę. Paraboidalne sprężyny są sprężynami progresywnymi.

Sposób i urządzenie według wynalazku pozwalają na odtworzenie warunków trójosiowego stanu naprężenia najbardziej zbliżonego do stanu rzeczywistego. Uzyskano to na skutek zastosowania sił na próbkę skalną ze wszystkich jej stron. Jednocześnie siły boczne nie są siłami niszczącymi, zaś siły pionowe wzrastają stopniowo aż do wielkości niszczącej. Ponadto siły boczne są siłami sprężystymi co znacznie zbliża ich do sił rzeczywistych. Wielkość sił bocznych można dobierać w zależności od prowadzonych badań a ponadto obie siły boczne mogą różnić się od siebie.

Sposób i urządzenie według wynalazku są bliżej objaśnione w przykładzie wykonania oraz na rysunku, na którym fig. 1 przestawia próbkę skalną, na którą działają siły oraz reakcje tych sił, fig. 2 ukazuje urządzenie do badania próbek skał w widoku z góry, fig. 3 stanowi przekrój poprzeczny przez jeden zespół ściskający próbkę skalną.

Jak przedstawiono na fig. 1 - fig. 3 urządzenia do badania próbek skalnych jest utworzone z podstawowej płyty 1, do której przytwierdzona jest rama 2, przy czym jest to połączenie trwałe. W ramie 2 osadzone są dwie pary sworzni 3 i 4, przy czym poszczególne pary sworzni 3 i 4 są os adzone parami prostopadle do siebie a ponadto są one osadzone w różnych płaszczyznach. Na sworzniach 3 i 4 osadzone są przesuwnie pary płyt 5 i 6 oraz 7 i 8. Swobodny przesuw poszczególnych par płyt 5 i 6 oraz 7 i 8 zabezpieczają brązowe tuleje 9 osadzone w wszystkich płytach 5 i 6 oraz 7 i 8. Płyty 5 i 7 są połączone z siłownikami 10 i 11, natomiast płyty 6 i 8 są oparte o paraboidalne sprężyny 12 i 13.

Działanie urządzenia do badania skalnych próbek przebiega następująco. Pomiędzy parami płyt 5 i 6 oraz 7 i 8 umieszcza się skalną próbkę 14. Następnie podaje się płyn hydrauliczny do siłowników 10 i 11, które za pośrednictwem płyt 5 i 7 wywierają nacisk na skalną próbkę 14. Skalna próbka 14 jest oparta o płyty 6 i 8, które z kolei są oparte o paraboidalne sprężyny 12 i 13. W wyniku nacisku

PL 226 028 B1 siłowników 10 i 11 skalna próbka 14 nieco przemieszcza się, jednakże ze względu na progresywny charakter sprężyn 12 i 13 przemieszczenie jest niewielkie. Tak zaciśniętą skalną próbkę 14 wraz z całym urządzeniem podaje się do maszyny wytrzymałościowej gdzie podaje się na skalną próbkę 14 narastające pionowe obciążenie aż do momentu kompletnego zniszczenia skalnej próbki 14.

Claims (5)

1. Sposób badania próbek skał w prawdziwie trójosiowym stanie naprężeń ściskających, w którym próbkę skał poddaje się trójosiowemu naciskowi, przy czym nacisk główny w kierunku pionowym zadaje się przez sztywny tłok, znamienny tym, że naciski boczne zadaje się sprężyście.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że najpierw zadaje się naciski boczne, zaś po nich zadaje się nacisk główny.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że sprężysty nacisk zadaje się przy użyciu paraboidalnych sprężyn (12, 13).

4. Urządzenie do badania próbek skał w prawdziwie trójosiowym stanie naprężeń ściskających zawierające ramę w której osadzone są dwie pary sworzni rozmieszone parami prostopadle do siebie a na sworzniach osadzone są przesuwnie dwie pary płyt, przy czym do jednej z każdej pary płyt prz ymocowane są siłowniki, korzystnie hydrauliczne, znamienne tym, że pozostałe płyty (6, 8) są oparte o paraboidalne sprężyny (12, 13), które z drugiej strony oparte są o ramę (2).

5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że paraboidalne sprężyny (12, 13) są sprężynami progresywnymi.