Способ определения термических напряжений в горной породе

(54) (5) СПОСО МИЧЕСКИХ НА ПОРОДЕ, включ о, туры образца и р Ткаче нн, В. Б. Б еханики ческое с СССР 7 (прототОУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПо ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Институт геотехническойАН Украинской ССР,801051277 Б ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕРПРЯЖЕНИЙ В ГОРНОИ ающий изменение темпера- измерение его деформа. ции, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, образец подвергают тепло. вому воздействию с одной стороны и измеряют его изгнбную деформацию, восстанавливают начальную температуру образца, 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.Изобретение относится к горной технике и может быть использовано для определения величины и знака термических напряжений в горной породе.Известен способ определения термонапряжсний в конструкциях при переменных температурах на их поверхностях, основанный на моделировании конструкций, т.е, соз. дании моделей из оптически активных мате. риалов, где свойства материала конструк ции учитываются через коэффициенты подобия 11).Указанный способ очень сложен в реализации.Наиболее близким к предлагаемому явля. ется способ определения термических напря. жений в горной породе, включающий измене ние температуры образца и измерение его де формации. Для определения величины терми ческих напряжений определяют модуль Юн. га образца, например ультразвуковым мето. дом, и затем с учетом параметров теплопро. водности рассчитывают величину термичес. ких напряжений в горной породе 121.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 деформация, 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 мем. рана 7 служит для того, чтобы прямое тем. пературное воздействие осуществлялосьтолько как верхнюю плоскость пластины. Гак как теплопроводность горным пород довольно низка, то через некоторое время после начала температурного воздействия в верхнем 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 неиэмен ной. Величина термических напряжений заР 1 8где Р -- % -40 505 20 25 Ю 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 развитйо 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 (ц ма), развивающихся в поверхностном слое породы по формулебраст(ае= - щ-,где Меах - максимальный изгибающий момент, действующий в среднем сечении пластины; механическая нагрузка, мдлина пластины, м;осевой момент сопротивления;Ъ Ьб где Ь - ширина пластины, м; 0толщина пластины, м. Рассчитанные, механические напряжения равняются напряжениям, возникающим й поверхностном слое породы при термических воздействиях. При термическом воздействии величина нзгибнцх деформаций является функцией времени и толщины пластины. Деформация растет до тех пор, пока граница температурного поля не пересечет центральную пло. скость пластйны. Затем деформация падает и становится равной. О. Это соответствуег моменту, когда температура пластины ста. носится одинаковой по всему сечению пла.делить термонапряжения в слое породы лю-.бой толщины, по истечении любого промежутка времени. 3105277 стины и равной температуре теплового источника. Таким образом, меняя толщину пластины исследуемой породы, мы можем опреНазас Била РедактЗаказ А Власенко