Стенд для исследований напряженно-деформированного состояния моделей сборных крепей подземных выработок

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 4 а) Е 21 Р 11/О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ Сви ЕЛЬСТВ АНИЛОГОКРЕвклю 415 уЗ 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(54) (57) СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВНАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННСОСТОЯНИЯ МОДЕЛЕЛ СБОРНЫХПЕЙ ПОДЗЕМНЫХ ВЫРАБОТОК О. 1139854 А чающий корпус, внутри которого расположена испытуемая модель крепи и нагрузочное устройство, отличающийся тем что, с целью совместного деформирования системы крепь-массив, он снабжен шаблоном, состоящим из двух сегментов, один из которых жестко соединен с корпусом, и соединенных между собой, а нагрузочное устройство состоит из двух установленных соосно штоков, соединенных между собой посредством муфты и двух опор, одна из которых закреплена на корпусе и охватывает один из штоков, свободно проходящий через корпус, а вторая опора установлена на муфте и подпружинена относительно первой.Изобретение относится к лабораторному оборудованию для исследования моделей подземных сооружений.Известен стенд для испытаний обделоктоннелей и стволов шахт, состоящий извнешней опорной конструкции, гидравлических домкратов, распределительных подушек и заполнения. В стенде посредствомгидродомкратов одну часть контура обделки подвергают активному давлению, независящему от ее деформации, а другую1 Ореактивному давлению, зависящему от еедеформации и имитирующему реактивноедавление породы в натурных условиях 11.Недостаток известного стенда заключается в том, что на нем невозможно учестьперераспределение нагрузок на крепь засчет деформации массива.Известен стенд для исследований напряженно-деформированного состояния моделей сборных крепей подземных выработок,включающий корпус, внутри которого размещена испытуемая модель крепи и нагрузочное устройство 2,Недостаток данного стенда обусловлентем, что на нем можно учесть отпор породтолько между задающими активную нагрузку стержнями вследствие их жесткойзаделки в корпусе, а это не соответствуетдействительности, так как в натуральныхусловиях крепь, например, кругового очертания под действием горного давления(нагрузки) приобретает форму эллипса, ЗОперемещения породного контура и внешнего контура крепи происходят совместно доуравновешивания системы, а окончательная нагрузка является результатом совместных перемещений породы и крепи.Цель изобретения - совместное дефор 35мирование системы крепь- массив.Поставленная цель достигается тем, чтостенд для исследований напряженно-деформированного состояния моделей сборных крепей подземных выработок, вклю Очающий корпус, внутри которого размещена испытуемая модель крепи и нагрузочное устройство, снабжен шаблоном, состоящим из двух сегментов, один из которых жестко соединен с корпусом, и соединенных между собой, а нагрузочное устройство состоит из двух установленных соосно штоков, соединенных между собой посредством муфты и двух опор, одна из которых закреплена на корпусе и охватывает один из штоков, а вторая опора установлена на муфте и подпружинена относительно первойй.На фиг, 1 изображен предлагаемыйстенд, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-Ана фиг. 1; на фиг. 3 - узел 1 на фиг, 2 (нагрузочное устройство); на фиг, 4 - шкала тарированной пружины; на фиг. 5 конструкция шаблона; на фиг. б - разрез Б-Б на фиг. 5. Стенд имеет корпус 1, в котором смонтировано нагрузочное устройство, состоящее из штока 2 с правой и штока 3 с левой резьбой, соединяемых муфтой 4. Головка 5 штока 3 выполнена в форме клина. На муфте 4 смонтирована подвижная опора б. Между подвижной опорой б и неподвижной опорой 7 размещена тарированная пружина 8 сжатия, Шток 2 может быть зафиксирован в корпусе 1 гайкой 9.Жесткость пружин подбирается в соответствии с модулем деформации или коэффициентом упругого отпора примыкающих к крепи (обделке) пород.Для определения величин нагрузки на неподвижной опоре 7 закреплена шкала 10 с рабочим нониусом 11 и нониусом-фиксатором 12,Шток 3 опирается на модель обделки (крепи) 13 через распределительные бобышки 14 и упругие прокладки 15. Модель обделки 13 опирается на шаблон 16 (фиг, 1).Шаблон 16 состоит из сегментов 17 и 18, к которым прикреплены опоры 19 и 20, соединенные муфтами 21 с правой и левой резьбой по концам, До приложения нагрузки сегменты 17 и 18 расположены с зазором 22. В собранном виде шаблон представляет собой прочную и жесткую (без люфтов) конструкцию. Вращая муфты 21, сегменты можно сдвигать (смыкать) и раздвигать на требуемое расстояние.Элементы сборной крепи 13 своей внутренней стороной опираются на шаблон 16 по всему его контуру, контактное давление передается с внешней стороны крепи (на фиг. 6 обозначено стрелками). Сегменты 17 и 18 разъемным соединением 23 прикреплены к диску 24, который установлен в корпусе 1 по тугой поювдке, обеспечивая требуемую жесткость шаблона и предотвращение формоизменения сборной крепи во время задания контактного (горного) давления,Шаблон нужен для того, чтобы ненагруженную модель сборной крепи можно было бы собрать с наибольшей точностью (эксцентриситетом, эллиптичностью и т.п.) и задать контактное давление требуемой величины без изменения первоначально заднанной формы сборной крепи (обделки).Работа стенда осуществляется в следующем порядке.Вращением муфт 21 устанавливают требуемую величину зазора 22 между сегментами 17 и 18 шаблона (фиг. 5). Разъемным соединением 23 прикрепляют шаблон к диску 24 (фиг. 6), последний устанавливают в корпус 1 (фиг. 1). Корпус располагают горизонтально для удобства монтажа сборной обделки. Модель обделки 13 собирают на шаблоне 16. По наружному контуру обделки 13 размещают распределительныебобышки 14 на упругих прокладках 15 (фиг. 1).Каждый шток 2, 3 вращением муфты 4 загружают до расчетного значения контактного давления, снимаемого по шкале 10 рабочим нониусом 11, который перемещается по мере сжатия пружины 8. На всех шкалах устанавливают нониусы-фиксаторы на одном уровне с рабочими нониусами 11, чтобы зафиксировать первоначально заданное распределение контактных давлений.После задания требуемого контактного давления (распределенного по любому закону; на фигурах показан случай, когда давление в вертикальном направлении имеет большую .величину) корпус устанавливают в вертикальное положение, например в поляризационную установку, и приступают к удалению шаблона: снимают все элементы разъемного соединения 23. Вращением муфты 21 сегменты 17 и 18 смыкают (сдвигают друг к другу) до их освобождения от давления, извлекают сразу весь шаблон (в направлении из плоскости модели) и диск 24.По мере смыкания сегментов шаблона происходит формоизменение сборной крепи (круглая приобретает эллиптическую форму) и перераспределение контактных давлений до возникновения состояния равновесия системы крепь - массив. При этом рабочие нониусы 11 показывают величину действующих контактных давлений.На части контура крепи, где контактное давление стало больше первоначального действует пассивный отпор, равный их разности величина определяется разностью отсчетов с рабочего нониуса 11 и нониусафиксатора 12.На части контура крепи, где контактное давление стало меньше первоначального, сказалось разгружающее действие массива, окружающего крепь, и оно равно их разности: величина определяется разностью отсчетов с нониуса-фиксатора 12 и рабочего нониуса 11.5Фиксация отсчетов возможна на любойстадии исследования (испытания), а соответствующее им напряженно-деформированное состояние модели фиксируют на фотопластинки или на экране поляризационной установки (величины перемещений измеряют микроскопом или компаратором, напряжения по всему полю модели по отдельным сечениям разделяют с помощью ЭВМ, получая компоненты тензора напряжений б,бьбпгдбх 6 у ху Р )После выполнения исследований модельиз стенда извлекают в порядке, обратном ее нагружению.Предлагаемое изобретение создает достаточное для практики приближение условий испытания к реальным. При этом по вышается точность исследования, появляется возможность исследовать крепи (обделки) в различных условиях заложения сооружения с симметричными и асимметричными нагрузками (давлениями), а также выявления наиболее слабых мест крепи (обделки). Кроме того, измерение деформации крепи и величины действующей на нее перераспределенной нагрузки (давления) на любой стадии исследования крепи (обделки) является результатом совместЗ 0 ных перемещений упругого контура мас"сива и крепи, причем возможно разделениепассивного и активного давлений из величины действующей перераспределенной нагрузки (давления), чего ранее выполнить никак не удавалось.35Непосредственное определение величины нагрузки по шКале с рабочим нониусом создает дополнительные удобства в работе, так как сокращает примерно вдвое время на проведение исследования., г. Ужгород,Редактор М. КелемешЗаказ 29/24ВНИИПпо113035,филиал ПП авител.ь Л. Беед И. Верес зкинаКорректор А. ИльинПодписноеитета СССРткрытийя на 6., д. 4/5ул. Проектная, 4