Повышение устойчивости подземных выработок путем формирования новых геотехнических свойств прилегающих слоев методом роликового уплотнения

Purpose. To create a model reproducing the process of forming geotechnical properties of the rock massif adjoining
 circuit of underground excavation by roller compaction method incorporating hardening and creating the zone of
 slow plastic deformation.
 Methods. Modelling th...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Published in:Розробка родовищ
Date:2016
Main Authors: Kravets, V., Zaychenko, S., Gayko, G.
Format: Article
Language:English
Published: УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України 2016
Online Access:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104713
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:Повышение устойчивости подземных выработок путем формирования новых геотехнических свойств прилегающих слоев методом роликового уплотнения / V. Kravets, S. Zaychenko, G. Gayko // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2016. — Т. 10, вип. 1. — С. 44-49. — Бібліогр.: 11 назв. — англ.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1860260855237574656
author Kravets, V.
Zaychenko, S.
Gayko, G.
author_facet Kravets, V.
Zaychenko, S.
Gayko, G.
citation_txt Повышение устойчивости подземных выработок путем формирования новых геотехнических свойств прилегающих слоев методом роликового уплотнения / V. Kravets, S. Zaychenko, G. Gayko // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2016. — Т. 10, вип. 1. — С. 44-49. — Бібліогр.: 11 назв. — англ.
collection DSpace DC
container_title Розробка родовищ
description Purpose. To create a model reproducing the process of forming geotechnical properties of the rock massif adjoining
 circuit of underground excavation by roller compaction method incorporating hardening and creating the zone of
 slow plastic deformation.
 Methods. Modelling the main technological parameters of manufacturing process as for adjoining circuit of the tunnel:
 distribution of normal pressures and heights of the core seal depending on the main strength and deformation
 properties of rock massif, geometry and characteristics of the contact area of roller working body with the working
 medium.
 Findings. The choice of the computational model simulating the formation of adjoining mountain contour properties
 by roller method has been justified taking into account the processes caused by soil deformation: appearance of elastic
 and plastic deformation, change of soil characteristics, formation of compaction core. The main stages and parameters
 interrelations in modelling the processing of the tunnel adjoining zone are shown.
 Originality. Scientific novelty is referred to the development of a method to analyze contact interaction of the roller
 working body of a molding machine with the massif, considering changes in the process of the treated medium physical
 and mechanical properties stabilization, with the aim to predict the required stress and depth of the formed layer.
 Practical implications. The research allowed to infer theoretical fundamentals for the formation of geotechnical
 properties inherent to the adjoining contour of underground excavation by roller method, taking into account peculiarities
 of soil deformation and contact interaction of the working body with the environment which allows to improve
 the tunnel construction technology by strengthening the carrying capacity of the marginal massif. The obtained results
 are instrumental in determining parameters of the elastic and plastic deformations zone with the view to establishing
 its height and stresses. Цель. Создать модель процесса формирования геотехнических свойств прилегающего контура горного массива подземной выработки методом роликового прессования с учетом упрочнения и создания зоны замедленной пластической деформации.
 Методика. Смоделированы основные технологические параметры процесса обработки прилегающего контура тоннеля: распределение нормальных давлений и высоты ядра уплотнения в зависимости от основных
 прочностных и деформационных свойств горного массива, геометрии и особенностей зоны контакта роликового рабочего органа с обрабатываемой средой.
 Результаты. Обоснован выбор расчетной модели процесса формирования свойств прилегающего контура горных массива роликовым методом с учетом возникающих процессов при деформации грунтов: возникновения упругой и пластической деформации, изменение характеристик почвы, возникновение ядра уплотнения. Показаны основные этапы и взаимосвязи параметров при моделировании процесса обработки прилегающей зоны тоннеля.
 Научная новизна. Научная новизна заключается в разработке метода анализа контактного взаимодействия
 роликового рабочего органа формующего агрегата с массивом с учетом изменения в процессе стабилизации
 физико-механических свойств обрабатываемой среды, целью которого является прогнозирование необходимых
 напряжений и глубины сформированного слоя.
 Практическая значимость. Созданы теоретические основы формирования геотехнических свойств прилегающего контура подземной выработки роликовым методом с учетом особенностей деформации грунтов и
 контактного взаимодействия рабочего органа с обрабатываемой средой, которые позволяют усовершенствовать
 технологию строительства тоннелей путем усиления несущей способности приконтурного массива. Полученные результаты позволяют определить параметры зоны упругих и пластических деформаций с целью установления ее высоты и возникающих напряжений Мета. Створення моделі процесу формування геомеханічних властивостей прилеглого контуру гірського масиву підземної виробки методом роликового пресування з урахуванням зміцнення і створення зони уповільнененої пластичної деформації.
 Методика. Змодельовані основні технологічні параметри процесу обробки прилеглого контуру тунелю: розподіл нормальних тисків і висоти ядра ущільнення у залежності від основних характеристик міцності та деформаційних властивостей гірського масиву, геометрії й особливостей зони контакту роликового робочого органу
 з оброблюваним середовищем.
 Результати. Обґрунтовано вибір розрахункової моделі процесу формування властивостей прилеглого контуру гірського масиву роликовим методом з урахуванням виникаючих процесів при деформації ґрунтів: виникнення пружної та пластичної деформацій, зміна характеристик ґрунту, виникнення ядра ущільнення. Показані
 основні етапи та взаємозв’язки параметрів при моделюванні процесу обробки прилеглої зони тунелю.
 Наукова новизна. Наукова новизна полягає у розробці методу аналізу контактної взаємодії роликового
 робочого органу формуючого агрегату з масивом із урахуванням зміни в процесі стабілізації фізико-механічних властивостей оброблюваного середовища, метою якого є прогнозування необхідних напружень і
 глибини сформованого шару.
 Практична значимість. Створено теоретичні основи формування геотехнічних властивостей прилягаючого
 контуру підземної виробки роликовим методом з урахуванням особливостей деформації ґрунтів та контактної
 взаємодії робочого органу з оброблюваним середовищем, які дозволяють удосконалити технологію будівництва
 тунелів шляхом посилення несучої здатності приконтурного масиву. Отримані результати дозволяють визначити параметри зони пружних і пластичних деформацій з метою встановлення її висоти і виникаючої напруги.
first_indexed 2025-12-07T18:55:03Z
format Article
fulltext Founded in 1900 National Mining University Mining of Mineral Deposits ISSN 2415-3443 (Online) | ISSN 2415-3435 (Print) Journal homepage http://mining.in.ua Volume 10 (2016), Issue 1, pp. 44-49 44 UDC 622.28 http://dx.doi.org/10.15407/mining10.01.044 INCREASING STABILITY OF UNDERGROUND MINE WORKINGS BY FORMING NEW GEOTECHNICAL PROPERTIES OF ADJOINING LAYERS VIA ROLLER COMPACTION V. Kravets1, S. Zaychenko2*, G. Gayko1 1Department of Geobuilding and Mining Technologies, National Technical University of Ukraine “Kyiv Polytechnic Institute”, Kyiv, Ukraine 2Department of Electromechanics Equipment Productions, National Technical University of Ukraine “Kyiv Polytechnic Institute”, Kyiv, Ukraine *Corresponding author: e-mail zstef@gmail.com, tel. +380668632729 ПІДВИЩЕННЯ СТІЙКОСТІ ПІДЗЕМНИХ ВИРОБОК ШЛЯХОМ ФОРМУВАННЯ НОВИХ ГЕОТЕХНІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ПРИЛЕГЛИХ ШАРІВ МЕТОДОМ РОЛИКОВОГО УЩІЛЬНЕННЯ В. Кравець1, С. Зайченко2*, Г. Гайко1 1Кафедра геобудівництва та гірничих технологій, Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, Київ, Україна 2Кафедра електромеханiчного обладнання енергоємних виробництв, Національний технічний університет України “Київсь- кий політехнічний інститут”, Київ, Україна *Відповідальний автор: e-mail zstef@gmail.com, тел. +380668632729 ABSTRACT Purpose. To create a model reproducing the process of forming geotechnical properties of the rock massif adjoining circuit of underground excavation by roller compaction method incorporating hardening and creating the zone of slow plastic deformation. Methods. Modelling the main technological parameters of manufacturing process as for adjoining circuit of the tun- nel: distribution of normal pressures and heights of the core seal depending on the main strength and deformation properties of rock massif, geometry and characteristics of the contact area of roller working body with the working medium. Findings. The choice of the computational model simulating the formation of adjoining mountain contour properties by roller method has been justified taking into account the processes caused by soil deformation: appearance of elas- tic and plastic deformation, change of soil characteristics, formation of compaction core. The main stages and param- eters interrelations in modelling the processing of the tunnel adjoining zone are shown. Originality. Scientific novelty is referred to the development of a method to analyze contact interaction of the roller working body of a molding machine with the massif, considering changes in the process of the treated medium phys- ical and mechanical properties stabilization, with the aim to predict the required stress and depth of the formed layer. Practical implications. The research allowed to infer theoretical fundamentals for the formation of geotechnical properties inherent to the adjoining contour of underground excavation by roller method, taking into account peculi- arities of soil deformation and contact interaction of the working body with the environment which allows to improve the tunnel construction technology by strengthening the carrying capacity of the marginal massif. The obtained re- sults are instrumental in determining parameters of the elastic and plastic deformations zone with the view to estab- lishing its height and stresses. Keywords: geotechnical properties, roller compaction, deformation, computer simulation 1. INTRODUCTION Seal polydisperse system is the main process for a va- riety of industries. In particular, the production of build- ing materials and construction quality of seal mixtures identifies the main technical and operational performance of a product (Hopkinson, Myatt & Tajbakhsh, 2004). Despite the existence of different ways of concrete mixtures sealing, the most effective are the methods of densification which makes it possible to create in a V. Kravets, Zaychenko, G. Gayko (2016). Mining of Mineral Deposits, 10(1), 44-49 45 sealed environment a strained condition resulting from normal and shear stresses. One of the ways that imple- ments the given principle is a method of roller compac- tion. This method proved itself in the construction of monolithic structures, in particular, hydraulic structures (Berga, 2003), roads (Vahedifard, Nili & Meehan, 2010). The current stage of tunnel construction development is characterized by using a combination of multiple mounting with monolithic and prefabricated elements (Miura, 2003; Ramoni & Anagnostou, 2010). Roller compaction of monolithic structures can be used for creat- ing of monolithic refinement layers (Zenunović & Folić, 2012; (Zinchuk, Mullarney & Hancock, 2004)). The new technology requires to study the process of sealing the tunnel by roller compaction method because of stresses occurring in the environment, which are linked by the way of interacting with roller working body. The most approximate theoretical and experimental research into the process of roller compaction is de- scribed in the works devoted to the interaction of the wheel with the ground (Hambleton & Drescher, 2008; Chiroux, Foster, Johanson, Shoop & Raper, 2005; Ham- bleton & Drescher, 2008). In these studies, the process is modeled by a rigid cyl- inder interacting with a semispace under the known value of power agitation or quantity of rainfall, where the ma- terial properties are represented by constant coefficients of models (Mohr-Coulomb, Drucker-Prager, Jung). 2. SIMULATION METHODOLOGY During processing of adjoining layers by a roller, for the case of circular outline of tunnel construction, upon the completion of the process of adjacent circuit ge- otechnical properties formation, soil rock massive will be divided into layers in the form of concentric circles (Fig. 1). Figure 1. Zones of roller bodies force impact on soil massive 3. RESULTS AND DISCUSSION Sizes (radiuses) of adjacent contour layers of soil massive, in which there are various types of defor- mations: – slow deformation zone: ( )( )γxтт hR;Rz +∈ ; (1) – developed plastic deformation zone: ( ) ( )( )max;∈ ІІІxтxт hhRhRz +++ γγ ; (2) – elastic deformation zone: ( )( )∞;∈ max ІІІxт hhRz ++ γ , (3) where: тR – radius of the tunnel; ( )γxh and max ІІІh – maximum height of slow devel- oped plastic deformation zone. As a result of dissipating and attenuation of force im- pact of the working body, the density will gradually change along the depth of the soil layer. The highest density can be expected in the slow deformation zone, the lowest – on the boundary of the developed plastic and elastic deformation zones in the case when soil mass will be holistic. In the case of mass destruction to a depth greater than the total height of the developed plastic and elastic deformation zones, minimum value of density will be in elastic deformation zone. Under the impact of the roller working body on the processed soil mass, environment, depending on the values of the resulting surface deformation, shows its elastic and plastic properties. Start of working body in- teraction (zone I, arc AB , Iϕ ) (Fig. 2) is accompanied by elastic and plastic mass deformations that match the phase of compaction and displacement (seals phase and local displacements) (zone I). A further effect of the working body leads to the formation of advanced plastic flow phase (phase of significant displacements) between the formed seal core (zone II) and sealing area that is formed by the core (zone III). Figure 2. Scheme of rock mass processing by the roller: I – sealing zone of the working body; II – compac- tion core zone; III – compaction core zone of compaction V. Kravets, Zaychenko, G. Gayko (2016). Mining of Mineral Deposits, 10(1), 44-49 46 Soil and rock mechanics focusing on the compres- sion zones formation was studied by K. Tsymerman, Jh. Ratie, Zh. Biarez and V. Kurdyumov. The basis of this research is the hypothesis of constant orientation of the displaced platform relative to indenter surface. In addition, it allowed to determine the height change of the slow deformation zone, the maximum height occuring at point E , where slip surfaces overlap: ( ) ( )γϕϕπγ τ −⋅      += 24 tanRhx , (4) where: τϕ – angle of soil internal friction; R – working body radius; ϕ – angle of the load zone arc AEC ; γ – neutral angle. It should be noted that the planes of displacement during soil compaction are spatially located. It will lead to lateral expansion with the formation of the core addi- tional surface, which is oriented at an angle 24 τϕπ + to the generatrix contacting surface of the working body. Сompaction core shape under these conditions is shown in Figure 3. Figure 3. Shape of the compaction core (R = 0.3 m; L = 0.5 m; φ = 20º) The described compaction process can take place on- ly in the condition of the required amount of soil mixture determined by angle of capture φ (arc AC ). If the amount of soil exposed to the working body impact de- creases, the formed compaction core is reduced and takes the shape of a rotation body with radius r and height h (Johnson, 1985): ( ) 1 1cos − −= k kR h ϕ ; (5) hRr −= . (6) Distribution of compacted soil height across the con- tact area ( )yx ,ϕ , for the case of inadequate amount of soil mixture , is shown in Figure 4. Figure 4. Compaction core form for the case of insufficient amount of soil mixture Obtained distributions of compaction core height al- low to determine the sealing contact pressures, using the equations of soil mixture volume element equilibrium, derived from T. Karman’s equation (Alexander, 1972). The equations for the conditions of geotechnical proper- ties formation of underground mine marginal layer take the following forms: – advance zone (arc AE ): ( ) x xx x x x h R+h 2 + 4 Rh p d pd ξ βμϕπμξ ϕ τ       ′+     −+−′− = tan ; (7) – lag zone (arc ED ): ( ) x xx x x x h R+h 2 + 4 Rh p d pd ξ βμϕπμξ ϕ τ       ′−     +−′− = tan , (8) where ( ) x xx x d dh h ϕ ϕ =′ . Solution to differential equation of normal pressure distribution along the contact arc xϕ by Euler numerical method with predictor-corrector is shown in Figure 5 as the pressure distribution surface in the contact zone for the composition of soil mixture with humidity: %18=cW ; 25=kϕ ; 22=пϕ ; 3.0=μ ; 4.0=′μ ; 3.0=R ; 58.0=R MPa. The resulting distribution of normal contact pressures has convex nature which is typical for interaction of hard indenter with plastic environment, with maximum values in the zone of tan- gential pressures changes. The values of obtained max- imum stresses (1.6 – 2.21 MPa) are sufficient for com- paction of soils forming adjacent contour of transporta- tion, hydraulic and collector tunnels of cities. To test the proposed dependences of normal and tan- gential pressures distributions in the models of contact interaction of compaction environments with working bodies, the calculated and experimentally determined force impacts were compared. V. Kravets, Zaychenko, G. Gayko (2016). Mining of Mineral Deposits, 10(1), 44-49 47 Figure 5. Distribution of normal pressures on the contact surface Figure 6. The formation of soil mixture by roller method Figures 6 and 7 show the formation process and a typical graph presenting forces, arising during the impact on soil mixture which were determined by a device for measuring and recording the working body actions. The graph shows gradual increase in measured pa- rameters during soil mixture compaction at each pass. It confirms the importance of taking into account the distri- bution of strength and deformation characteristics along the contact zone. In all graphs, normal force N is 1.5 – 2 times higher than the tangent force xQ , which corre- sponds to improved compacting conditions when press- ing of the working body occurs due to displacement. The axial force yQ during roller compaction is virtually ab- sent. The reason for the relatively low value of axial force, which equals about 4% of the normal, is formation of the lateral expansion zone at the final stage, while tangential pressures that shape the axial force are di- rected opposite to the direction of the working body axial movement. Thus, the resultant axial force of the lateral pressure zone balances the axial force of friction that occurs in advance and lag zones. In measuring the force of working bodies impact on soil mixture, the data was partly obtained at the end of forming process without feeding mixture to the com- paction zone. This was accompanied by the decrease in the contact zone, complete restoration of the deforma- ble layer height and sharp reduction of force – up to 10% of the maximum value. It confirms the hypothesis about the plastic nature of deformation during roller compaction. The components of force impact determined experi- mentally and on the basis of theoretically derived stress distribution diagrams for compacted soil mixture of dif- ferent compositions and deformation velocities, are shown in Table 1 (component yQ was not theoretically determined). Table 1. Components of force impact on the soil mixture Humidity of mixture/clay content, % Theoretically determined Experimentally obtained Velocity, m/s Velocity, m/s 0.14 5 0.14 5 N, kN Qx, kN Qу, kN N, kN Qx, kN Qу, kN N, kN Qx, kN Qу, kN N, kN Qx, kN Qу, kN 14/10 0.19 0.12 — 0.27 0.17 — 0.17 0.10 0.02 0.23 0.15 0.08 18/10 0.21 0.13 — 0.32 0.21 — 0.18 0.12 0.03 0.28 0.18 0.09 14/20 0.25 0.16 — 0.45 0.29 — 0.22 0.14 0.06 0.39 0.26 0.01 18/20 0.28 0.18 — 0.60 0.39 — 0.25 0.15 0.07 0.54 0.35 0.02 14/20 0.31 0.19 — 0.91 0.59 — 0.27 0.17 0.09 0.78 0.52 0.03 18/20 0.36 0.23 — 1.12 0.72 — 0.32 0.20 0.02 0.96 0.62 0.06 Comparison of the experimental and theoretical val- ues of force impact components on soil mixture confirms theoretical conclusions. The difference between the re- sults ranges from 9 to 14%. V. Kravets, Zaychenko, G. Gayko (2016). Mining of Mineral Deposits, 10(1), 44-49 48 Figure 7. Changing components of force – normal N, tangent Qx and axial Qу during compaction of the soil layer (▬▬ N; ▬▬ Qx; ▬▬ Qу) 4. CONCLUSION Comparison of experimentally determined force im- pact components on the processed environment with theoretically established normal and contact pressures distributions allows to confirm suitability of the proposed models for describing the contact interaction of roller working bodies with soil mixture. It also allows to use these data to develop a method for engineering calcula- tion of principal parameters of geotechnical properties formation on the basis of the proposed approach. ACKNOWLEDGMENTS The authors express their gratitude to the staff of the Department of Computer Material Engineering of Super- hard Composite Materials at V. Bakul Institute for Su- perhard Materials of the National Academy of Sciences of Ukraine for providing test instrumentation system. REFERENCES Alexander, J. M. (1972, February). On the theory of rolling. In Proceedings of the Royal Society of London A: Mathe- matical, Physical and Engineering Sciences (Vol. 326, No. 1567, pp. 535-563). The Royal Society. http://dx.doi.org/10.1098/rspa.1972.0025 Berga, L. (2003). Roller compacted concrete dams. Lisse: A.A. Balkema. Chiroux, R., Foster, W., Johnson, C., Shoop, S., & Raper, R. (2005). Three-dimensional finite element analysis of soil in- teraction with a rigid wheel. Applied Mathematics And Com- putation, 162(2), 707-722. http://dx.doi.org/10.1016/j.amc.2004.01.013 Hambleton, J., & Drescher, A. (2008). Development of improved test rolling methods for roadway embankment construction. St. Paul, Minn.: Minnesota Department of Transportation, Re- search Services Section. http://dx.doi.org/10.1016/j.amc.2004.01.013 Hopkinson, I., Myatt, M., & Tajbakhsh, A. (2004). Static and dynamic studies of phase composition in a polydisperse sys- tem. Polymer, 45(12), 4307-4314. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2004.04.006 Johnson, K. (1985). Contact mechanics. Cambridge [Cambridge- shire]: Cambridge University Press. http://dx.doi.org/10.1017/CBO9781139171731 Miura, K. (2003). Design and construction of mountain tun- nels in Japan. Tunnelling And Underground Space Tech- nology, 18(2-3), 115-126. http://dx.doi.org/10.1016/s0886-7798(03)00038-5 Ramoni, M., & Anagnostou, G. (2010). Tunnel boring ma- chines under squeezing conditions. Tunnelling And Under- ground Space Technology, 25(2), 139-157. http://dx.doi.org/10.1016/j.tust.2009.10.003 Vahedifard, F., Nili, M., & Meehan, C. (2010). Assessing the effects of supplementary cementitious materials on the per- formance of low-cement roller compacted concrete pavement. Construction And Building Materials, 24(12), 2528-2535. http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2010.06.003 Zenunović, D., & Folić, R. (2012). Models for behaviour analysis of monolithic wall and precast or monolithic floor slab connections. Engineering Structures, 40, 466-478. http://dx.doi.org/10.1016/j.engstruct.2012.03.007 Zinchuk, A., Mullarney, M., & Hancock, B. (2004). Simula- tion of roller compaction using a laboratory scale compac- tion simulator. International Journal Of Pharmaceutics, 269(2), 403-415. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijpharm.2003.09.034 V. Kravets, Zaychenko, G. Gayko (2016). Mining of Mineral Deposits, 10(1), 44-49 49 ABSTRACT (IN UKRAINIAN) Мета. Створення моделі процесу формування геомеханічних властивостей прилеглого контуру гірського масиву підземної виробки методом роликового пресування з урахуванням зміцнення і створення зони уповіль- нененої пластичної деформації. Методика. Змодельовані основні технологічні параметри процесу обробки прилеглого контуру тунелю: ро- зподіл нормальних тисків і висоти ядра ущільнення у залежності від основних характеристик міцності та дефо- рмаційних властивостей гірського масиву, геометрії й особливостей зони контакту роликового робочого органу з оброблюваним середовищем. Результати. Обґрунтовано вибір розрахункової моделі процесу формування властивостей прилеглого кон- туру гірського масиву роликовим методом з урахуванням виникаючих процесів при деформації ґрунтів: виник- нення пружної та пластичної деформацій, зміна характеристик ґрунту, виникнення ядра ущільнення. Показані основні етапи та взаємозв’язки параметрів при моделюванні процесу обробки прилеглої зони тунелю. Наукова новизна. Наукова новизна полягає у розробці методу аналізу контактної взаємодії роликового робочого органу формуючого агрегату з масивом із урахуванням зміни в процесі стабілізації фізико- механічних властивостей оброблюваного середовища, метою якого є прогнозування необхідних напружень і глибини сформованого шару. Практична значимість. Створено теоретичні основи формування геотехнічних властивостей прилягаючого контуру підземної виробки роликовим методом з урахуванням особливостей деформації ґрунтів та контактної взаємодії робочого органу з оброблюваним середовищем, які дозволяють удосконалити технологію будівництва тунелів шляхом посилення несучої здатності приконтурного масиву. Отримані результати дозволяють визначи- ти параметри зони пружних і пластичних деформацій з метою встановлення її висоти і виникаючої напруги. Ключові слова: будівництво тунелів, гірський масив, ґрунт, роликовий робочий орган, метод ABSTRACT (IN RUSSIAN) Цель. Создать модель процесса формирования геотехнических свойств прилегающего контура горного мас- сива подземной выработки методом роликового прессования с учетом упрочнения и создания зоны замедлен- ной пластической деформации. Методика. Смоделированы основные технологические параметры процесса обработки прилегающего кон- тура тоннеля: распределение нормальных давлений и высоты ядра уплотнения в зависимости от основных прочностных и деформационных свойств горного массива, геометрии и особенностей зоны контакта роликово- го рабочего органа с обрабатываемой средой. Результаты. Обоснован выбор расчетной модели процесса формирования свойств прилегающего контура гор- ных массива роликовым методом с учетом возникающих процессов при деформации грунтов: возникновения упру- гой и пластической деформации, изменение характеристик почвы, возникновение ядра уплотнения. Показаны ос- новные этапы и взаимосвязи параметров при моделировании процесса обработки прилегающей зоны тоннеля. Научная новизна. Научная новизна заключается в разработке метода анализа контактного взаимодействия роликового рабочего органа формующего агрегата с массивом с учетом изменения в процессе стабилизации физико-механических свойств обрабатываемой среды, целью которого является прогнозирование необходимых напряжений и глубины сформированного слоя. Практическая значимость. Созданы теоретические основы формирования геотехнических свойств приле- гающего контура подземной выработки роликовым методом с учетом особенностей деформации грунтов и контактного взаимодействия рабочего органа с обрабатываемой средой, которые позволяют усовершенствовать технологию строительства тоннелей путем усиления несущей способности приконтурного массива. Получен- ные результаты позволяют определить параметры зоны упругих и пластических деформаций с целью установ- ления ее высоты и возникающих напряжений. Ключевые слова: строительство тоннелей, горный массив, почва, роликовый рабочий орган, метод ARTICLE INFO Received: 23 October 2015 Accepted: 15 December 2015 Available online: 30 March 2016 ABOUT AUTHORS Viktor Kravets, Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Geobuilding and Mining Technologies, National Technical University of Ukraine “Kyiv Polytechnic Institute”, 37 Peremogy Ave., 30056, Kyiv, Ukraine. E-mail: kravets@geobud.kiev.ua Stefan Zaychenko, Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Electromechanics Equipment Produc- tions, National Technical University of Ukraine “Kyiv Polytechnic Institute”, 37 Peremogy Ave., 30056, Kyiv, Ukraine. E-mail: zstefv@gmail.com Gennadiy Gayko, Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Geobuilding and Mining Technologies, National Technical University of Ukraine “Kyiv Polytechnic Institute”, 37 Peremogy Ave., 30056, Kyiv, Ukraine. E-mail: gayko.kpi@meta.ua
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-104713
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 2415-3435
language English
last_indexed 2025-12-07T18:55:03Z
publishDate 2016
publisher УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України
record_format dspace
spelling Kravets, V.
Zaychenko, S.
Gayko, G.
2016-07-14T13:05:19Z
2016-07-14T13:05:19Z
2016
Повышение устойчивости подземных выработок путем формирования новых геотехнических свойств прилегающих слоев методом роликового уплотнения / V. Kravets, S. Zaychenko, G. Gayko // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2016. — Т. 10, вип. 1. — С. 44-49. — Бібліогр.: 11 назв. — англ.
2415-3435
DOI: http://dx.doi.org/10.15407/mining10.01.044
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104713
622.28
Purpose. To create a model reproducing the process of forming geotechnical properties of the rock massif adjoining
 circuit of underground excavation by roller compaction method incorporating hardening and creating the zone of
 slow plastic deformation.
 Methods. Modelling the main technological parameters of manufacturing process as for adjoining circuit of the tunnel:
 distribution of normal pressures and heights of the core seal depending on the main strength and deformation
 properties of rock massif, geometry and characteristics of the contact area of roller working body with the working
 medium.
 Findings. The choice of the computational model simulating the formation of adjoining mountain contour properties
 by roller method has been justified taking into account the processes caused by soil deformation: appearance of elastic
 and plastic deformation, change of soil characteristics, formation of compaction core. The main stages and parameters
 interrelations in modelling the processing of the tunnel adjoining zone are shown.
 Originality. Scientific novelty is referred to the development of a method to analyze contact interaction of the roller
 working body of a molding machine with the massif, considering changes in the process of the treated medium physical
 and mechanical properties stabilization, with the aim to predict the required stress and depth of the formed layer.
 Practical implications. The research allowed to infer theoretical fundamentals for the formation of geotechnical
 properties inherent to the adjoining contour of underground excavation by roller method, taking into account peculiarities
 of soil deformation and contact interaction of the working body with the environment which allows to improve
 the tunnel construction technology by strengthening the carrying capacity of the marginal massif. The obtained results
 are instrumental in determining parameters of the elastic and plastic deformations zone with the view to establishing
 its height and stresses.
Цель. Создать модель процесса формирования геотехнических свойств прилегающего контура горного массива подземной выработки методом роликового прессования с учетом упрочнения и создания зоны замедленной пластической деформации.
 Методика. Смоделированы основные технологические параметры процесса обработки прилегающего контура тоннеля: распределение нормальных давлений и высоты ядра уплотнения в зависимости от основных
 прочностных и деформационных свойств горного массива, геометрии и особенностей зоны контакта роликового рабочего органа с обрабатываемой средой.
 Результаты. Обоснован выбор расчетной модели процесса формирования свойств прилегающего контура горных массива роликовым методом с учетом возникающих процессов при деформации грунтов: возникновения упругой и пластической деформации, изменение характеристик почвы, возникновение ядра уплотнения. Показаны основные этапы и взаимосвязи параметров при моделировании процесса обработки прилегающей зоны тоннеля.
 Научная новизна. Научная новизна заключается в разработке метода анализа контактного взаимодействия
 роликового рабочего органа формующего агрегата с массивом с учетом изменения в процессе стабилизации
 физико-механических свойств обрабатываемой среды, целью которого является прогнозирование необходимых
 напряжений и глубины сформированного слоя.
 Практическая значимость. Созданы теоретические основы формирования геотехнических свойств прилегающего контура подземной выработки роликовым методом с учетом особенностей деформации грунтов и
 контактного взаимодействия рабочего органа с обрабатываемой средой, которые позволяют усовершенствовать
 технологию строительства тоннелей путем усиления несущей способности приконтурного массива. Полученные результаты позволяют определить параметры зоны упругих и пластических деформаций с целью установления ее высоты и возникающих напряжений
Мета. Створення моделі процесу формування геомеханічних властивостей прилеглого контуру гірського масиву підземної виробки методом роликового пресування з урахуванням зміцнення і створення зони уповільнененої пластичної деформації.
 Методика. Змодельовані основні технологічні параметри процесу обробки прилеглого контуру тунелю: розподіл нормальних тисків і висоти ядра ущільнення у залежності від основних характеристик міцності та деформаційних властивостей гірського масиву, геометрії й особливостей зони контакту роликового робочого органу
 з оброблюваним середовищем.
 Результати. Обґрунтовано вибір розрахункової моделі процесу формування властивостей прилеглого контуру гірського масиву роликовим методом з урахуванням виникаючих процесів при деформації ґрунтів: виникнення пружної та пластичної деформацій, зміна характеристик ґрунту, виникнення ядра ущільнення. Показані
 основні етапи та взаємозв’язки параметрів при моделюванні процесу обробки прилеглої зони тунелю.
 Наукова новизна. Наукова новизна полягає у розробці методу аналізу контактної взаємодії роликового
 робочого органу формуючого агрегату з масивом із урахуванням зміни в процесі стабілізації фізико-механічних властивостей оброблюваного середовища, метою якого є прогнозування необхідних напружень і
 глибини сформованого шару.
 Практична значимість. Створено теоретичні основи формування геотехнічних властивостей прилягаючого
 контуру підземної виробки роликовим методом з урахуванням особливостей деформації ґрунтів та контактної
 взаємодії робочого органу з оброблюваним середовищем, які дозволяють удосконалити технологію будівництва
 тунелів шляхом посилення несучої здатності приконтурного масиву. Отримані результати дозволяють визначити параметри зони пружних і пластичних деформацій з метою встановлення її висоти і виникаючої напруги.
The authors express their gratitude to the staff of the Department of Computer Material Engineering of Superhard Composite Materials at V. Bakul Institute for Superhard Materials of the National Academy of Sciences of Ukraine for providing test instrumentation system.
en
УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України
Розробка родовищ
Повышение устойчивости подземных выработок путем формирования новых геотехнических свойств прилегающих слоев методом роликового уплотнения
Підвищення стійкості підземних виробок шляхом формування нових геотехнічних властивостей прилеглих шарів методом роликового ущільнення
Increasing stability of underground mine workings by forming new geotechnical properties of adjoining layers via roller compaction
Article
published earlier
spellingShingle Повышение устойчивости подземных выработок путем формирования новых геотехнических свойств прилегающих слоев методом роликового уплотнения
Kravets, V.
Zaychenko, S.
Gayko, G.
title Повышение устойчивости подземных выработок путем формирования новых геотехнических свойств прилегающих слоев методом роликового уплотнения
title_alt Підвищення стійкості підземних виробок шляхом формування нових геотехнічних властивостей прилеглих шарів методом роликового ущільнення
Increasing stability of underground mine workings by forming new geotechnical properties of adjoining layers via roller compaction
title_full Повышение устойчивости подземных выработок путем формирования новых геотехнических свойств прилегающих слоев методом роликового уплотнения
title_fullStr Повышение устойчивости подземных выработок путем формирования новых геотехнических свойств прилегающих слоев методом роликового уплотнения
title_full_unstemmed Повышение устойчивости подземных выработок путем формирования новых геотехнических свойств прилегающих слоев методом роликового уплотнения
title_short Повышение устойчивости подземных выработок путем формирования новых геотехнических свойств прилегающих слоев методом роликового уплотнения
title_sort повышение устойчивости подземных выработок путем формирования новых геотехнических свойств прилегающих слоев методом роликового уплотнения
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104713
work_keys_str_mv AT kravetsv povyšenieustoičivostipodzemnyhvyrabotokputemformirovaniânovyhgeotehničeskihsvoistvprilegaûŝihsloevmetodomrolikovogouplotneniâ
AT zaychenkos povyšenieustoičivostipodzemnyhvyrabotokputemformirovaniânovyhgeotehničeskihsvoistvprilegaûŝihsloevmetodomrolikovogouplotneniâ
AT gaykog povyšenieustoičivostipodzemnyhvyrabotokputemformirovaniânovyhgeotehničeskihsvoistvprilegaûŝihsloevmetodomrolikovogouplotneniâ
AT kravetsv pídviŝennâstíikostípídzemnihvirobokšlâhomformuvannânovihgeotehníčnihvlastivosteiprileglihšarívmetodomrolikovogouŝílʹnennâ
AT zaychenkos pídviŝennâstíikostípídzemnihvirobokšlâhomformuvannânovihgeotehníčnihvlastivosteiprileglihšarívmetodomrolikovogouŝílʹnennâ
AT gaykog pídviŝennâstíikostípídzemnihvirobokšlâhomformuvannânovihgeotehníčnihvlastivosteiprileglihšarívmetodomrolikovogouŝílʹnennâ
AT kravetsv increasingstabilityofundergroundmineworkingsbyformingnewgeotechnicalpropertiesofadjoininglayersviarollercompaction
AT zaychenkos increasingstabilityofundergroundmineworkingsbyformingnewgeotechnicalpropertiesofadjoininglayersviarollercompaction
AT gaykog increasingstabilityofundergroundmineworkingsbyformingnewgeotechnicalpropertiesofadjoininglayersviarollercompaction