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...
Saved in:
| Published in: | Розробка родовищ |
|---|---|
| Date: | 2016 |
| Main Authors: | , , |
| 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 |