2.1 Установка для испытания горных пород и минералов при повышенных давлениях и деформациях сдвига

В настоящее время повышенные статические давления в веществе достигаются, в частности, расположением ее между рабочими поверхностями двух наковален, которые затем прижимаются друг к другу достаточно большим усилием. Для обработки вещества в условиях сдвиговой деформации под давлением одну из наковален поворачивают относительно другой (поворотные наковальни). Впервые установку с поворотными наковальнями применил П.В. Бриджмен. Другой вариант установки предложил Л.Ф. Верещагин, который изучил пластическую деформацию твердых тел под давлением. В последние годы широкую известность приобрели исследования на подобной установке академика Н.С. Ениколопяна с сотрудниками.

М.А. Ярославский изготовил установку для исследования горных пород в условиях сдвиговой деформации под давлением. Эта установка отличается от предшествующих целым рядом преимуществ: неограниченным углом поворота, самоцентрирующимися наковальнями и возможностью регулирования скорости поворота наковален.

На рис. 2.1 приведена блок-схема изготовленной нами установки типа Бриджмена для обработки горных пород и минералов в условиях сдвиговой деформации под давлением (ВД+СД).

Рис. 2.1. Схема установки типа Бриджмена.

1 образец, 2 верхняя наковальня, 3 нижняя наковальня, 4 поворотная станина, 5 опорные подшипники, 6 нижняя станина, 7 рычаг, 8 верхний пуансон.

Эта установка состоит из неподвижной и поворотной наковален, между которыми помещается испытуемый образец. Поворотная наковальня снабжена устройством для приложения осевой силы и поворота. Таким образом высокие реологические поля в образце создавались в зоне соприкосновения двух наковален, одна из которых крепится к верхнему пуансону, а вторая жестко связана с поворотной станиной. Верхняя наковальня является неподвижной, а нижняя поворачивается вместе со станиной. Между поворотной и неподвижной станиной находится опорный подшипник, который выдерживает большие вертикальные нагрузки и позволяет при этом осуществить вращение поворотной станины.

Вращение поворотной части аппарата осуществляется вручную. В первом варианте эта установка изготовлена из немагнитных сплавов и металлов. Она помещена внутри трех пар ортогональных колец Гельмгольца и применена для испытания горных пород в условиях ВД+СД в скомпенсированном магнитном поле Земли. Данная установка использовалась для изучения закономерностей разрушения различных видов остаточной намагниченности горных пород и минералов после обработки ВД+СД в скомпенсированном магнитном поле Земли. Степень деформации сдвига () для точек образца, расположенных на радиусе (r), определяли по формуле

,

где N - количество оборотов, B - толщина образца.

Другой вариант установки также предназначена для испытания горных пород в условиях ВД+СД. Установка смонтирована на гидравлическом прессе ПСУ-50. Осевое усилие составляет Р=1,5 105 Н и момент силы, приложенной к наковальне М=1103 Нм. Для этой установки созданы различные модификации камер высокого давления для сдвига, с использованием наковален из твердого сплава (WC Co), на которых проведены испытания различных горных пород и минералов. Для увеличения количества испытуемого вещества камера в пресс-форме сконструирована по типу поршеньцилиндр.