SU924241A1

SU924241A1 - Device for consolidation and rheology investigations of water-saturated rocks

Info

Publication number: SU924241A1
Application number: SU802899324A
Authority: SU
Inventors: Nikolaj P Vereshchagin; Dzhek M Kazikaev; Vasilij K Ishchenko
Original assignee: Vni Pk I Osusheniyu Mestorozhd
Priority date: 1980-03-19
Filing date: 1980-03-19
Publication date: 1982-04-30

Description

Изобретение относится к строительству, к приборам для исследования механических свойств водонасышенных пород и может быть использовано при лабораторных испытаниях пород в инженерной геологии, горном деле и строительстве.The invention relates to construction, to devices for studying the mechanical properties of water-saturated rocks and can be used in laboratory testing of rocks in engineering geology, mining and construction.

Известно устройство для исследования физико-механических свойств грунта, включающее стабилизирующую крыльчатку с вертикальными лопастями, смонтированную на трубчатом корпусе, соосно соединенном посредством упругого стержня с наклеенными на него тензодатчиками и дополнительным трубчатым корпусом сдвиговой крыльчатки, выполненной со спиральными лопастями [13.A device for studying the physical and mechanical properties of soil is known, including a stabilizing impeller with vertical blades mounted on a tubular body coaxially connected by means of an elastic rod with strain gauges glued to it and an additional tubular body of a shear impeller made with spiral blades [13.

Однако это устройство не позволяет измерять поровое давление в испытуемом образце и определять реологические и консолидационные характеристики пород. Кроме того, наклеивание тензодатчиков и вычисление замеренных по ним деформаций является весьма трудоемким про2 цессом и требует специальной квалификации исследователей.However, this device does not allow the measurement of pore pressure in the test sample and to determine the rheological and consolidation characteristics of the rocks. In addition, gluing strain gauges and calculating deformations measured by them is a very laborious process and requires special qualifications of researchers.

Наиболее близким к предлагаемому является прибор для определения деформационных, прочностных и фильтрационных характеристик пород, содержащий рабочую камеру, образованную диафрагмой, крышкой и днищем и связанную с блоком задания степени консолидации’и замера порового давления и блоком создания обжимающих давлений [2].Closest to the proposed is a device for determining the deformation, strength and filtration characteristics of rocks, containing a working chamber formed by a diaphragm, a lid and a bottom and connected to a unit for setting the degree of consolidation’s and measuring pore pressure and a unit for creating compressive pressures [2].

Однако известное устройство обладает недостаточной точностью измерения порового давления, не обеспечивает возможность непрерывного определения пол· зучести при сдвиге и длительной прочности при заданных значениях степени консолидации.However, the known device has insufficient accuracy of measurement of pore pressure, does not provide the ability to continuously determine the creep · shear and long-term strength at specified values of the degree of consolidation.

Цель изобретения - повышение точности исследований и расширение области применения прибора.The purpose of the invention is improving the accuracy of research and expanding the scope of the device.

Поставленная цепь достигается тем, что прибор для консолидационно-реологических исследований водонасышенныхThe circuit is achieved in that the device for the consolidation and rheological studies of water-saturated

924241 4 пород, содержащий рабочую камеру, образованную диафрагмой, крышкой и днищем и связанную с блоком задания степени консолидации и замера порового давления и блоксм создания обжимающих дав- _$пений, снабжен приводом и неподвижно размещенным в рабочей камере сдвигающим устройством с перфорированным корпусом, гидравлически связанным с блоком задания консолидации и замера порового ю давления, а корпус рабочей камеры соединен с приводом и установлен с возможностью поворота относительно сдвигающего прибора.4 924 241 rocks comprising a working chamber defined by the diaphragm, the lid and the bottom and connected to the block reference and measurement of degree of consolidation and the pore pressure bloksm create _$ sing-crimping pressures, provided with a drive and is fixedly disposed in the processing chamber with a perforated shearing device housing fluidly connected with a unit for setting consolidation and measuring pore pressure, and the housing of the working chamber is connected to the drive and mounted to rotate relative to the shear device.

При этом поперечное сечение рабочей камеры имеет квадратную форму.Moreover, the cross section of the working chamber has a square shape.

На фиг. 1 показан предлагаемый прибор, разрез плоскостями, секущими одну из лопастей крыльчатки и отверстия перфорации (сечение Б-Б на фиг. 2); на _Μфиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.In FIG. 1 shows the proposed device, a cut by planes cutting one of the impeller blades and perforation holes (section BB in FIG. 2); in _Μ FIG. 2 is a section AA in FIG. 1.

Прибор для консолидационно-реологических исследований водонасыщенных пород состоит из камеры 1, сдвигающего устройства 2 типа крыльчатки, блока 3 25 создания обжимающих давлений, блока 4 задания степени консолидации и замера порового давления и элемента 5 привода (привод не показан).The device for consolidation and rheological studies of water-saturated rocks consists of a chamber 1, an impeller type 2 shifting device, a compressing pressure unit 3 25, a unit 4 for setting the degree of consolidation and measuring pore pressure and an actuator element 5 (drive not shown).

Камера 1 состоит из крышки 6, диаф- _мрагмы 7 и содержит полость 8 для размещения образца горной породы. Камера 1 гидравлически соединена с блоком 3 создания давлений. Внутри камеры 1 расположено сдвигающее устройство 2 типа крыльчатки. Камера 1 жестко связана с выполненным в виде шкива элементом 5 привода, имеющим возможность поворачивать камеру 1 относительно сдвигающего устройства 2 на заданный угол.The camera 1 comprises a cover 6, diaf- _m Ragmi 7 and 8 comprises a cavity for placing a rock sample. The chamber 1 is hydraulically connected to the pressure generating unit 3. Inside the chamber 1 is located a shifting device 2 of the impeller type. The camera 1 is rigidly connected with a drive element 5 made in the form of a pulley, with the ability to rotate the camera 1 relative to the shifting device 2 by a predetermined angle.

Сдвигающее устройство 2 типа крылье чатки состоит из лопастей_ 9, отверстий перфорации 10, причем количество лопаотей может быть различным в зависимости от задач исследований. Сдвигающее устрой^ ство 2 гидравлически соединено с блоком 4 задания степени консолидации и замера порового давления. Между сдвигающим устройством 2, корпусом 1 и крышкой б установлены подшипники 11 и уплотнительные кольца 12.The wing wing shifting device 2 of the type consists of blades_9, perforation holes 10, and the number of blades may be different depending on the research tasks. The biasing device 2 is hydraulically connected to the unit 4 for setting the degree of consolidation and measurement of pore pressure. Between the shifting device 2, the housing 1 and the cover b, bearings 11 and sealing rings 12 are mounted.

Блок 3 создания обжимающих давлений состоит, например, из манометра 13, предназначенного для измерения давлений, компенсатора 14, предназначенного для поддержания постоянного давления в сио- ⁵⁵теме и подключенного к ней через кран 15, винтового насоса 16, предназначенного для создания давлений.Unit 3 consists of creating crimping pressures, e.g., from the pressure gauge 13 for measuring the pressure compensator 14 designed to maintain a constant pressure in and relating sio- ⁵⁵ connected thereto through the valve 15, the screw pump 16, designed to create the pressure.

Блок 4 задания степени консолидации и замера порового давления состоит, например, из манометра 17, предназначенного для замера порового давления или противодавления в системе, компенсатора 18 для поддержания противодавления, соединенного с системой посредством крана 19, и винтового насоса 20 для создания противодавления в системе.The unit 4 for setting the degree of consolidation and measurement of pore pressure consists, for example, of a pressure gauge 17 for measuring pore pressure or back pressure in the system, a compensator 18 for maintaining back pressure connected to the system by means of a valve 19, and a screw pump 20 for creating back pressure in the system.

Прибор для консолидационно-реологических исследований водонасыщенных пород работает следующим образом.A device for consolidation and rheological studies of water-saturated rocks works as follows.

В полость 8 камеры 1 помещается образец породы ненарушенного или нарушенного сложения, затем герметично устанавливается крышка 6 и, например, болтами равномерно прижимается к камере 1.A sample of rock of undisturbed or disturbed composition is placed in the cavity 8 of the chamber 1, then the lid 6 is sealed and, for example, is evenly pressed against the chamber 1 by bolts.

Блоком 3 создания обжимающих давлений через диафрагму 7 создают заданНое напряжение в' породе. Если исследования проводятся при постоянном обжимающем давлении, то через кран 15 вклк> чается компенсатор 14. Появившееся_ при этом поровое давление в породе через отверстия перфорации 10 и полый корпус крыльчатки 2 передается в гидравлически связанный с последней, блок 4 задания степени консолидации и замера порового, давления. Определение ^величины давления производится по манометру 17, при этом компенсатор 18 через кран 19 отключен.Block 3 create crimping pressures through the diaphragm 7 create a given voltage in the rock. If the studies are carried out with constant crimping pressure, then compensator 14 is turned on through valve 15. The pore pressure that appears in the rock through the perforation holes 10 and the hollow housing of the impeller 2 is transferred to the unit 4, which sets the degree of consolidation and pore measurement, hydraulically connected to the latter, 4 pressure. The determination of the pressure value is carried out by a manometer 17, while the compensator 18 is turned off through the valve 19.

При экспериментальном определении критического значения нагрузки, соответствующей незатухающей деформации сдвига породы, насосом 20 блока 4 задается величина противодавления, соответствующая поровому давлению в образце горной породы для заданной степени консолидации. Величина противодавления с помощью компенсатора 18 через кран 19:и величина обжимающего давления компенсатора 14 через кран 15 поддерживаются постоянными во время проведения эксперимента. Прекращение перемещения движка компенсатора 18 свидетельствует ’ о достижении исследуемой степени консолидации породы.In the experimental determination of the critical value of the load corresponding to the undamped shear deformation of the rock, the pump 20 of block 4 sets the backpressure value corresponding to the pore pressure in the rock sample for a given degree of consolidation. The amount of back pressure using the compensator 18 through the valve 19: and the amount of compressive pressure of the compensator 14 through the valve 15 are kept constant during the experiment. The cessation of the movement of the compensator engine 18 indicates ’achievement of the investigated degree of rock consolidation.

После приведения системы в равновесие ступенями увеличивают нагрузку на блоке сдвигающей нагрузки, передаваемую на элемент 5 привода до ее критического значения Т_мг , которое соответствует незатухающей деформации сдвига.After bringing the system into equilibrium in steps, the load on the shear load block is transferred to the drive element 5 to its critical value T _mg , which corresponds to a continuous shear deformation.

Характер развития ползучести во времени (развитие сдвига во времени) при заданных значениях степени консолида5 $24241 6 ции (например 0,25^:, 0,5ί 0,75, ... от полной консолидации) определяется испытанием породы на сдвиг по той же схеме при расчетных значениях сдвигающей нагрузки Тр , равных, например, 0,9, 0,8ζ 5 .0,7, ”«_^от Тцг· •Испытание на ползучесть для каждой (заданной) степени консолидации продолжается до развития незатухающей деформации сдвига либо до полного прекращу- ¹⁰ния деформации.The nature of the development of creep in time (the development of a shear in time) at given values of the degree of consolidation 5 $ 24,241 6 tion (for example, 0.25 ^:, 0.5ί 0.75, ... from full consolidation) is determined by testing the rock for shear according to the same scheme for the calculated values of the shear load Tp, equal, for example, to 0.9, 0.8ζ 5 .0.7, "" _ ^from Tg · • The creep test for each (given) degree of consolidation continues until the development of undamped shear deformation or until it stops completely - ¹⁰ deformation.

Применение предлагаемого прибора по полученным значениям деформаций сдвига во времени позволит определять длительную прочность породы для каждой 1$ заданной степени консолидации и производить построение семейства кривых ползучести (и)=£(1, Тр) ), устанавливать реологическую модель исследуемой породы при заданных степенях консолида- 20 ции,' более достоверно определять параметры устойчивости массивов горных пород во времени, например, пород в осно- . вании и теле отвалов, хвостов обогатительных фабрик, оснований инженерных ²$ сооружений в зоне сдвижения пород при пооведении проходческих и очистных горных работ или глубоком воцопонижении и др.,Using the proposed device from the obtained values of shear deformations in time, it will be possible to determine the long-term strength of the rock for each $ 1 of a given degree of consolidation and to construct a family of creep curves (u) = £ (1, Tr)), to establish a rheological model of the rock under study at given degrees of consolidation 20 tion, 'it is more reliable to determine the parameters of the stability of massifs of rocks over time, for example, rocks in the main. and the body of dumps, tailings of concentration plants, foundations of engineering $ ² structures in the zone of rock displacement during the conduct of tunneling and mining operations or deep reduction, etc.,

Claims

Claim

1. A device for consolidation-rheological research of water-saturated rocks, containing a working chamber formed by a diaphragm, a lid and a bottom and connected with a unit for setting the degrees of consolidation and measuring pore pressure .. · pressure and a unit for creating compressive pressures, characterized in that that, with the aim of increasing the accuracy of research and expanding the scope of its application, it is equipped with a drive and a shifting device with a perforated body fixed in the working chamber, hydraulically connected to the consolidation unit and measuring and pore pressure, while the working chamber housing is connected to the actuator and rotatably mounted with respect to the shearing device.

2. The device according to π, 1, t l and the fact that the cross section of the working chamber has a square shape.