Определение размеров зоны неупругих деформаций вблизи выработок при свободном разрушении пород

Определение размеров зоны неупругих деформаций вблизи выработок при свободном разрушении пород

Публікація представляє модель розподілу напружень поблизу кругового отвору при утворенні зони руйнування, в гідростатичних умовах зовнішнього навантаження. На відміну відомим рішенням, модель дозволяє більш детально врахувати особливості формування остатньої міцності в межах зони руйнування, в якій...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:Геотехнічна механіка
Datum:2005
Hauptverfasser: Булич, Ю.Ю., Головко, С.А.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України 2005
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/141300
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Определение размеров зоны неупругих деформаций вблизи выработок при свободном разрушении пород / Ю.Ю. Булич, С.А. Головко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2005. — Вип. 59. — С. 68-73. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-141300
record_format dspace
spelling Булич, Ю.Ю.
Головко, С.А.
2018-08-30T15:00:03Z
2018-08-30T15:00:03Z
2005
Определение размеров зоны неупругих деформаций вблизи выработок при свободном разрушении пород / Ю.Ю. Булич, С.А. Головко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2005. — Вип. 59. — С. 68-73. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.
1607-4556
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/141300
К 622.02:539.375.5
Публікація представляє модель розподілу напружень поблизу кругового отвору при утворенні зони руйнування, в гідростатичних умовах зовнішнього навантаження. На відміну відомим рішенням, модель дозволяє більш детально врахувати особливості формування остатньої міцності в межах зони руйнування, в якій від контуру виробки в глибину масиву розглядаються три послідовних області порід з різними законами змінення остатньої міцності. У гірських порід в першій області поблизу контуру виробки остатня міцність відсутня. Остатня міцність востановлюється в другій області, та є сталою в третій.
The paper is devoted to stress distribution model around a circular opening in a hydrostatic stress field, due-to the fracture zone development. Unlike to well-known solution the model is able take into account the rock residual strength value change in a fracture zone. For this purpose within the limits of a zone of destruction three areas with the different laws of change of residual strength are considered. At soils of the first area near to a head loop (circuit) of a development the residual strength is absent. The residual strength of soils is restored in the second area, and in third is saved fixed.
ru
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
Геотехнічна механіка
Определение размеров зоны неупругих деформаций вблизи выработок при свободном разрушении пород
Nonelastic zone demensioning around opening with free fractured of rocks
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Определение размеров зоны неупругих деформаций вблизи выработок при свободном разрушении пород
spellingShingle Определение размеров зоны неупругих деформаций вблизи выработок при свободном разрушении пород
Булич, Ю.Ю.
Головко, С.А.
title_short Определение размеров зоны неупругих деформаций вблизи выработок при свободном разрушении пород
title_full Определение размеров зоны неупругих деформаций вблизи выработок при свободном разрушении пород
title_fullStr Определение размеров зоны неупругих деформаций вблизи выработок при свободном разрушении пород
title_full_unstemmed Определение размеров зоны неупругих деформаций вблизи выработок при свободном разрушении пород
title_sort определение размеров зоны неупругих деформаций вблизи выработок при свободном разрушении пород
author Булич, Ю.Ю.
Головко, С.А.
author_facet Булич, Ю.Ю.
Головко, С.А.
publishDate 2005
language Russian
container_title Геотехнічна механіка
publisher Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
format Article
title_alt Nonelastic zone demensioning around opening with free fractured of rocks
description Публікація представляє модель розподілу напружень поблизу кругового отвору при утворенні зони руйнування, в гідростатичних умовах зовнішнього навантаження. На відміну відомим рішенням, модель дозволяє більш детально врахувати особливості формування остатньої міцності в межах зони руйнування, в якій від контуру виробки в глибину масиву розглядаються три послідовних області порід з різними законами змінення остатньої міцності. У гірських порід в першій області поблизу контуру виробки остатня міцність відсутня. Остатня міцність востановлюється в другій області, та є сталою в третій. The paper is devoted to stress distribution model around a circular opening in a hydrostatic stress field, due-to the fracture zone development. Unlike to well-known solution the model is able take into account the rock residual strength value change in a fracture zone. For this purpose within the limits of a zone of destruction three areas with the different laws of change of residual strength are considered. At soils of the first area near to a head loop (circuit) of a development the residual strength is absent. The residual strength of soils is restored in the second area, and in third is saved fixed.
issn 1607-4556
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/141300
citation_txt Определение размеров зоны неупругих деформаций вблизи выработок при свободном разрушении пород / Ю.Ю. Булич, С.А. Головко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2005. — Вип. 59. — С. 68-73. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT buličûû opredelenierazmerovzonyneuprugihdeformaciivblizivyrabotokprisvobodnomrazrušeniiporod
AT golovkosa opredelenierazmerovzonyneuprugihdeformaciivblizivyrabotokprisvobodnomrazrušeniiporod
AT buličûû nonelasticzonedemensioningaroundopeningwithfreefracturedofrocks
AT golovkosa nonelasticzonedemensioningaroundopeningwithfreefracturedofrocks
first_indexed 2025-11-25T21:22:34Z
last_indexed 2025-11-25T21:22:34Z
_version_ 1850557543044087808
fulltext Выпуск № 59 68 УДК 622.02:539.375.5 Н.с. Ю.Ю. Булич, м.н.с. С.А. Головко (ИГТМ НАН Украины) ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ЗОНЫ НЕУПРУГИХ ДЕФОРМАЦИЙ ВБЛИЗИ ВЫРАБОТОК ПРИ СВОБОДНОМ РАЗРУШЕНИИ ПОРОД Публікація представляє модель розподілу напружень поблизу кругового отвору при утворенні зони руйнування, в гідростатичних умовах зовнішнього навантаження. На відміну відомим рішенням, модель дозволяє більш детально врахувати особливості формування ос- татньої міцності в межах зони руйнування, в якій від контуру виробки в глибину масиву роз- глядаються три послідовних області порід з різними законами змінення остатньої міцності. У гірських порід в першій області поблизу контуру виробки остатня міцність відсутня. Остатня міцність востановлюється в другій області, та є сталою в третій. NONELASTIC ZONE DEMENSIONING AROUND OPENING WITH FREE FRACTURED OF ROCKS The paper is devoted to stress distribution model around a circular opening in a hydrostatic stress field, due-to the fracture zone development. Unlike to well-known solution the model is able take into account the rock residual strength value change in a fracture zone. For this purpose within the limits of a zone of destruction three areas with the different laws of change of residual strength are considered. At soils of the first area near to a head loop (circuit) of a development the residual strength is absent. The residual strength of soils is restored in the second area, and in third is saved fixed. Исследования особенностей развития зон неупругих деформаций вблизи выработок, в частности размеров зон возможного разрушения, являются одной из основных задач геомеханики. Наиболее универсальные и полные аналитиче- ские модели, основанные на результатах лабораторных испытаний горных по- род до и после достижения предела прочности, и обзор работ по интересующе- му вопросу можно найти в следующих литературных источниках [1, 2, 3]. Сравнение и анализ результатов расчетных моделей и данных натурных заме- ров размеров зон неупругих деформаций приведен в [4]. Причины значительного развития зон неупругих деформаций вблизи выра- боток, закрепленных податливой крепью, рассмотрены в работе [5]. Обосновы- вается возможность снижения остаточной прочности пород меньше значений, получаемых при испытаниях на одноосное сжатие, вплоть до нулевых. Для оценки эффекта исчезновения остаточной прочности пород вблизи кон- тура выработок, в отличие от известных решений для хрупко разрушающихся пород, в зоне разрушения выделим три части. Непосредственно вблизи контура расположим зону, в которой значение остаточной прочности равно нулю. По- роды в этой зоне соответствуют сыпучим и удерживаются от высыпания под- пором крепи. Следующие зоны вглубь от контура выработки – восстановления и стабилизации остаточной прочности (остаточной несущей способности). В осесимметричной постановке для хрупко разрушающихся пород расчет- ная схема задачи может быть представлена следующим образом. Условия на внутренней и внешней границах имеют стандартный вид. "Геотехническая механика" 69 σr = P при r = 1 (на контуре выработки) σr = σθ = q при r → ∞ (вдали от контура выработки), где P – отпор крепи, q - гидростатическая нагрузка. Пусть радиус зоны восстановления остаточной прочности ∗r определяется коэффициентом К2 в долях от радиуса зоны неупругих деформаций rL; величи- на которого нормирована по отношению к радиусу выработки. Радиус зоны от- сутствия остаточной прочности ∗∗r , определяемый характерными размерами блоков пород на контуре выработки, учитывается коэффициентом К1 в долях от ∗r : ∗r = 1 + K2 (rL - 1), ∗∗r = 1 + K1 ( ∗r - 1) = 1 + K1K2 (rL - 1), (1) где 0 ≤ K1 ≤ 1 и 0 ≤ K2 ≤ 1. Пусть также скорость восстановления остаточной прочности в пределах со- ответствующей зоны регулируется показателем степени n, а A – параметр, за- висящий от угла внутреннего трения ρ горных пород: . sin1 sin1 ρ ρ − +=A В соответствии с принятыми обозначениями для плоской задачи в полярной системе координат, изменение прочности пород на различных расстояниях от контура зоны неупругих деформаций может быть представлено в виде         <<= <<      − −= << > =−= ∗∗∗∗ ∗∗∗ ∗∗∗ ∗∗ ∗ ∗ , 1 , 0 , , , , , , 0 rr rrr rr rr rrr rr A сж ост сж n сж L ост сж Lсж rсж σ σσ σ σ σσσ θ (2) где , r rdr d ϕσϕσθ == , ϕ(r) – функция напряжений, 0 сж σ - предел прочности на одноосное сжатие, величина которого нормируется по отношению к гидроста- тической нагрузке q, приложенной на бесконечности, ост сж σ - остаточная проч- ность, величина которой нормирована по отношению к пределу прочности по- род на одноосное сжатие 0 сж σ . Выпуск № 59 70 Рассмотрим более подробно по зонам. 1) Для зоны отсутствия остаточной прочности ∗∗<< rr1 . 0=− r A dr d ϕϕ Решение ищем в виде: ϕ = С1r A . Удовлетворяя граничным условиям на контуре выработки, находим постоян- ную интегрирования С1 : при r = 1 Pr =∗∗σ , где Р – отпор крепи, тогда С1 = 1, 1−∗∗ = A r Prσ и 1−∗∗ == AAPr dr dϕσθ . (3) 2) Для зоны восстановления остаточной прочности ∗∗∗ << rrr . n ост сж rr rr r A dr d         − −=− ∗∗∗ ∗∗ σϕϕ Решение ищем в виде: ϕ = С1r A (С1 = С1(r)). Подставляя его в уравнение, получим: dr d dr dC rArC AA ϕ=+− 11 1 . После интегрирования определяем: ( ) ( ) ∫ +− − = ∗∗ ∗∗∗ 21 Cdr r rr rr C A n n ост сж σ и ( ) ( ) 1 2 1 − ∗∗∗ − ∗ + − == A n Aост сж r rCrI rr r r σϕσ , где ( ) ( ) ( )∫ ∑ = ∗∗ +−−∗∗ +−− −=−= n i iAin i n i A n r Ain r Cdr r rr rI 0 1 1 1 . Постоянную интегрирования С2 находим из условия: при ∗∗∗∗∗ == rrrr σσ , тогда "Геотехническая механика" 71 ( ) ( )∗∗ ∗∗∗ − −= rI rr PC n ост сж σ 2 , ( ) ( ) 1, −∗∗ ∗∗∗ ∗         ∆ − += A n ост сж r rrrI rr P σσ и ( ) ( ) ( ) ( )rI rr r rrI rr PAr n Aост сж n ост сжA ′ − +         ∆ − += ∗∗∗ ∗∗ ∗∗∗ −∗ σσσθ ,1 , (4) где ( ) ( ) ( )∗∗∗∗ −=∆ rIrIrrI , , ( ) ( ) ( )∑ = ∗∗−− ∗∗ −=−=′ n i iAini n i A n rrC r rr rI 0 1 . 3) Для зоны стабилизации остаточной прочности Lrrr <<∗ .ост сжr A dr d σϕϕ =− Решение ищем в виде: ϕ = С1r A (С1 = С1(r)). Подставляя в уравнение, полу- чим: Aост сж r dr dC −=σ1 , после интегрирования: ( ) 211 1 C rА C A ост сж + − = − σ и ( ) 1 2 1 −+ − == A n ост сжP r rC Ar σϕσ . С2 находим из условия: при ∗∗ == r P rrr σσ , тогда: ( ) ( ) ( )∗∗∗ ∗∗∗−∗ ∆ − ++ − = rrI rr P rA C n ост сж A ост сж , 1 12 σσ , Выпуск № 59 72 ( ) ( ) 1 1 ,1 1 −∗∗∗ ∗∗∗ − ∗         ∆ − ++         −      − = A n ост сж Aост сжP r rrrI rr P r r A σσσ и (5) ( ) ( ) 1 1 ,1 1 −∗∗∗ ∗∗∗ − ∗         ∆ − ++         −      − = A n ост сж Aост сжP rrrI rr PA r r A A σσσθ , где ( ) ( )∑ = +−−∗∗+−−∗∗∗∗       − +−− −=∆ ∗∗ n i AinAin i i ni rr Ain rC rrI 0 11 1 1, . На границе зоны неупругих деформаций r = rL и радиальная компонента напряжений 1 2 0 + −== А P сж L P r σσ , тогда: ( ) ( ) L A Ln ост сж A L ост сж PrrrI rr P r r A =         ∆ − ++         −      − −∗∗∗ ∗∗∗ − ∗ 1 1 ,1 1 σσ (6) Подставив (1) в (6), получаем: ( ) ( ) ( ) ( ) L A LLn L nn ост сж A L L ост сж PrrI rKK P rK r A =         ∆ −− ++         −      −+− − − 1 12 1 2 11 1 111 σσ , (7) где ( ) ( ) ( )( ) ( )( ) ( )( )( )∑ = +−−+−− −+−−+ +−− −+ −=∆ n i Ain L Ain L i L i ni L rKKrK Ain rKKC rI 0 1 21 1 2 21 1111 1 11 1 . Таким образом, получено трансцендентное уравнение (7) для определения размеров зоны неупругих деформаций. Решение уравнения для каждого кон- кретного случая может быть найдено численно. Например, для 0 сж σ = 1 (РL = 0,2) при 1,0=ост сж σ ; Р = 0,005; n = 1; А = 4; К1 = 0,5; К2 = 0,4 вычислен- ный методом Ньютона радиус зоны неупругих деформаций rL = 2,4 и r* = 1,56; r** = 1,28 (рис. 1). "Геотехническая механика" 73 Рис. 1 – Графики распределения радиальной и тангенциальной компонент главных напряжений вокруг горизонтальной выработки При K1 = 0 и K2 = 0 уравнение (7) переходит в соответствующее уравнение модели [1] для случая М = ∞, где М – модуль спада. Предложенная модель может использоваться для исследования напряженно- го состояния горных пород вблизи выработок в условиях больших глубин раз- работки и применении податливых крепей. При наличии структурных ослабле- ний горного массива, действии масштабного, кинематического и других факто- ров разупрочнение пород вокруг таких выработок, происходит по механизмам хрупкого свободного разрушения, сопровождается потерей остаточной несущей способности пород вблизи контура и формированием значительных зон неуп- ругих деформаций. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Виноградов В.В. Геомеханика управления состоянием массива вблизи горных выработок. – Киев: Наук. думка, 1985. – 192 с. 2. Баклашов И. В. Деформирование и разрушение породных массивов. – М.: Недра, 1988. – 271 с. 3. Brown E.T., Bray J.W., Ladany B., Hoek E. Characteristic line calculation for rock tunnels // J. Geotech. Engng, Am. Soc. Civ. Engrs. -1983-№109.- P 15-39. 4. Шашенко А.Н., Тулуб С.Б., Сдвижкова Е.А. Некоторые задачи статистической геомеханики // - Київ.: Університетське видавництво “Пульсари” 2002.-304 с. 5. Булич Ю.Ю., Головко С.А. Влияние разрыхления пород на развитие зоны неупругих деформаций вблизи выработок // Геотехн. механика: Межвуз. сб. научн. работ, Ин-т геотехнич. механики НАН Украины. – Днепро- петровск: 1999. – Вып. 15. – С. 62-65.

Ähnliche Einträge