Определение показателей механических свойств горных пород методом статического вдавливания штампа

17.10.16 в 21:09

1.Цель работы – овладение методикой определения показателей механических свойств горных пород методом статического вдавливания штампа (по методу Л.А. Шрейнера).

2. Приборы и инструменты: УМГП-3, образцы породы с подготовленными поверхностями, цилиндрические штампы с плоскими основаниями, аналитические весы, чашечка с лопаткой и пластилином.

Установка УМГП-3

На столике 1 установлен образец горной породы 2. Штамп 3 под плунжером 4, через который создается нагрузка Р на штамп. Система нагружения рычажная с электродвигателем 5. Электродвигатель вращает шестерню и зубчатое колесо 6 с гайкой, через которую проходит винт 7. Нижний конец винта соединен с роликом 8, через который перекинута стальная лента 9. Один конец ленты прикреплен к рычагу 10, а второй к ролику 11. При движении ролика 8 вверх лента, сматываясь с ролика 11, поворачивает прикрепленный к нему рычаг с грузом 12. При этом в ленте возникает сила, прямо пропорциональная величине отклонения груза от вертикали. Эта сила передается на левый конец рычага 10, правый конец которого нагружает плунжер 4 и далее штамп 3 силой Р. Запись зависимости Р от h осуществляется на бумаге закрепленной на барабане 13. Рычаг с грузом 12, отклоняясь от вертикали перемещает каретку 14 с пером 15 вдоль образующей барабана 13 на величину, прямо пропорциональную силе Р. Рядом со штампом 3 расположена ножка 16 следящего устройства 17 для измерения перемещения плунжера со штампом 3 относительно поверхности образца горной породы 2. Верхний конец ножки воздействует на электронный датчик устройства 17, при замыкании которого включается вращение вала 18 и далее через коническую передачу – вращение барабана 13. Поворот барабана прямо пропорционально глубине вдавливания h штампа в поверхность горной породы.

3. Схема и условия испытаний:

На рисунке 2 приведены схемы взаимодействия штампа с горной породой при вдавливании. Цилиндрический штамп 1 диаметром d  вдавливается в подготовленную поверхность образца горной породы  2 силой Р, которая медленно увеличивается от 0 до Р_мах. В конце вдавливания происходит либо хрупкий выкол породы вокруг штампа с образованием лунки, либо глубина вдавливания штампа достигает предельного значения 0,75 мм, но хрупкое разрушение не происходит.

Рис.2 Схемы деформирования и разрушения породы

При вдавливании штампа:

а- упругое вдавливание;

б- хрупкое разрушение горной породы в конце вдавливания.

В процессе испытания на установке УМГП-3 автоматически записывается график зависимости Р от h. Наиболее общий вид графика приведен на рисунке 3. Область графика от 0 до h₀ соответствует упругому деформированию (прогибу) поверхности горной породы ( см. рис.2, а). Далее в области от h₀ до h_l имеют место и упругое и пластическое деформирование породы под штампом. Область от  h_l до h_e соответствует хрупкому разрушению породы. Если горная порода пластичная и хрупко не разрушается, то эта область на графике отсутствует.

Рис.3. Вид записи зависимости Р от h при вдавливании штампа и схема измерений величин для расчета показателей механических свойств горной породы.

4. Расчёт показателей механических свойств горной породы.

Показатели прочностных свойств горной породы