Теоретические предпосылки комплексного геофизического мониторинга состояния геотехнических систем с учетом масштабных эффектов в горных породах и их кластерно-иерархической структуры

Приведено теоретичні передумови комплексного геофізичного моніторингу стану геотехнічних систем з урахуванням масштабних ефектів в гірських породах та їх кластерно-ієрархічної структури. Theoretical premises of complex geophysical monitoring of a geomechanical state of geotechnical systems with the...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Геотехническая механика
Date:	2007
Main Authors:	Паламарчук, Т.А., Скипочка, С.И., Усаченко, Б.М., Яланский, А.А.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Інститут геотехнічної механіки імені М.С.Полякова НАН України 2007
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/31427
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:	Теоретические предпосылки комплексного геофизического мониторинга состояния геотехнических систем с учетом масштабных эффектов в горных породах и их кластерно-иерархической структуры / Т.А. Паламарчук, С.И. Скипочка, Б.М. Усаченко, А.А. Яланский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2007. — Вип. 73. — С. 23-32. — Бібліогр.: 17 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-31427
record_format	dspace
spelling	Паламарчук, Т.А. Скипочка, С.И. Усаченко, Б.М. Яланский, А.А. 2012-03-08T21:16:26Z 2012-03-08T21:16:26Z 2007 Теоретические предпосылки комплексного геофизического мониторинга состояния геотехнических систем с учетом масштабных эффектов в горных породах и их кластерно-иерархической структуры / Т.А. Паламарчук, С.И. Скипочка, Б.М. Усаченко, А.А. Яланский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2007. — Вип. 73. — С. 23-32. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/31427 620.831:550.3 Приведено теоретичні передумови комплексного геофізичного моніторингу стану геотехнічних систем з урахуванням масштабних ефектів в гірських породах та їх кластерно-ієрархічної структури. Theoretical premises of complex geophysical monitoring of a geomechanical state of geotechnical systems with the account of the scale effects in the rocks and its cluster-hierarchical structure are described. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С.Полякова НАН України Геотехническая механика Теоретические предпосылки комплексного геофизического мониторинга состояния геотехнических систем с учетом масштабных эффектов в горных породах и их кластерно-иерархической структуры Theoretical premises of complex geophysical monitoring of a geomechanical state of geotechnical systems with the account of the scale effects in the rocks and its cluster-hierarchical structure Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Теоретические предпосылки комплексного геофизического мониторинга состояния геотехнических систем с учетом масштабных эффектов в горных породах и их кластерно-иерархической структуры
spellingShingle	Теоретические предпосылки комплексного геофизического мониторинга состояния геотехнических систем с учетом масштабных эффектов в горных породах и их кластерно-иерархической структуры Паламарчук, Т.А. Скипочка, С.И. Усаченко, Б.М. Яланский, А.А.
title_short	Теоретические предпосылки комплексного геофизического мониторинга состояния геотехнических систем с учетом масштабных эффектов в горных породах и их кластерно-иерархической структуры
title_full	Теоретические предпосылки комплексного геофизического мониторинга состояния геотехнических систем с учетом масштабных эффектов в горных породах и их кластерно-иерархической структуры
title_fullStr	Теоретические предпосылки комплексного геофизического мониторинга состояния геотехнических систем с учетом масштабных эффектов в горных породах и их кластерно-иерархической структуры
title_full_unstemmed	Теоретические предпосылки комплексного геофизического мониторинга состояния геотехнических систем с учетом масштабных эффектов в горных породах и их кластерно-иерархической структуры
title_sort	теоретические предпосылки комплексного геофизического мониторинга состояния геотехнических систем с учетом масштабных эффектов в горных породах и их кластерно-иерархической структуры
author	Паламарчук, Т.А. Скипочка, С.И. Усаченко, Б.М. Яланский, А.А.
author_facet	Паламарчук, Т.А. Скипочка, С.И. Усаченко, Б.М. Яланский, А.А.
publishDate	2007
language	Russian
container_title	Геотехническая механика
publisher	Інститут геотехнічної механіки імені М.С.Полякова НАН України
format	Article
title_alt	Theoretical premises of complex geophysical monitoring of a geomechanical state of geotechnical systems with the account of the scale effects in the rocks and its cluster-hierarchical structure
description	Приведено теоретичні передумови комплексного геофізичного моніторингу стану геотехнічних систем з урахуванням масштабних ефектів в гірських породах та їх кластерно-ієрархічної структури. Theoretical premises of complex geophysical monitoring of a geomechanical state of geotechnical systems with the account of the scale effects in the rocks and its cluster-hierarchical structure are described.
issn	1607-4556
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/31427
citation_txt	Теоретические предпосылки комплексного геофизического мониторинга состояния геотехнических систем с учетом масштабных эффектов в горных породах и их кластерно-иерархической структуры / Т.А. Паламарчук, С.И. Скипочка, Б.М. Усаченко, А.А. Яланский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2007. — Вип. 73. — С. 23-32. — Бібліогр.: 17 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT palamarčukta teoretičeskiepredposylkikompleksnogogeofizičeskogomonitoringasostoâniâgeotehničeskihsistemsučetommasštabnyhéffektovvgornyhporodahiihklasternoierarhičeskoistruktury AT skipočkasi teoretičeskiepredposylkikompleksnogogeofizičeskogomonitoringasostoâniâgeotehničeskihsistemsučetommasštabnyhéffektovvgornyhporodahiihklasternoierarhičeskoistruktury AT usačenkobm teoretičeskiepredposylkikompleksnogogeofizičeskogomonitoringasostoâniâgeotehničeskihsistemsučetommasštabnyhéffektovvgornyhporodahiihklasternoierarhičeskoistruktury AT âlanskiiaa teoretičeskiepredposylkikompleksnogogeofizičeskogomonitoringasostoâniâgeotehničeskihsistemsučetommasštabnyhéffektovvgornyhporodahiihklasternoierarhičeskoistruktury AT palamarčukta theoreticalpremisesofcomplexgeophysicalmonitoringofageomechanicalstateofgeotechnicalsystemswiththeaccountofthescaleeffectsintherocksanditsclusterhierarchicalstructure AT skipočkasi theoreticalpremisesofcomplexgeophysicalmonitoringofageomechanicalstateofgeotechnicalsystemswiththeaccountofthescaleeffectsintherocksanditsclusterhierarchicalstructure AT usačenkobm theoreticalpremisesofcomplexgeophysicalmonitoringofageomechanicalstateofgeotechnicalsystemswiththeaccountofthescaleeffectsintherocksanditsclusterhierarchicalstructure AT âlanskiiaa theoreticalpremisesofcomplexgeophysicalmonitoringofageomechanicalstateofgeotechnicalsystemswiththeaccountofthescaleeffectsintherocksanditsclusterhierarchicalstructure
first_indexed	2025-11-25T22:40:41Z
last_indexed	2025-11-25T22:40:41Z
_version_	1850568774348963840
fulltext	"Геотехническая механика" 23 УДК 620.831:550.3 Т.А. Паламарчук, С.И. Скипочка, Б.М. Усаченко, А.А. Яланский ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ КОМПЛЕКСНОГО ГЕОФИЗИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ ГЕОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ С УЧЕТОМ МАСШТАБНЫХ ЭФФЕКТОВ В ГОРНЫХ ПОРОДАХ И ИХ КЛАСТЕРНО- ИЕРАРХИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ Приведено теоретичні передумови комплексного геофізичного моніторингу стану геоте- хнічних систем з урахуванням масштабних ефектів в гірських породах та їх кластерно- ієрархічної структури. THEORETICAL PREMISES OF COMPLEX GEOPHYSICAL MONITORING OF A GEOMECHANICAL STATE OF GEOTECHNICAL SYSTEMS WITH THE ACCOUNT OF THE SCALE EFFECTS IN TH E ROCKS AND ITS CLUSTER-HIERARCHICAL STRUCTURE Theoretical premises of complex geophysical monitoring of a geomechanical state of geotech- nical systems with the account of the scale effects in the rocks and its cluster-hierarchical structure are described. Массивы горных пород в приповерхностной части земной коры, т.е. в сфере наиболее интенсивной инженерной деятельности человека, представляют собой, как правило, сложные, дискретные, неоднородные, анизотропные и трещинова- тые среды, характеризующиеся определенным уровнем естественных (гравита- ционных и тектонических) напряжений [1,2 и др.]. Одной из особенностей таких сред является различие показателей механических и физических свойств, а также неоднородности и анизотропности, их напряженного состояния, для разновели- ких структурных элементов, т.е. для геоструктурных блоков различных мас- штабных уровней, которые можно охарактеризовать средним объемом Wi. Проявление зависимости среднего значения какого-либо параметра А * свойств или состояния среды от величины Wi. (или 3 ii Wl = ) обычно называют масштабным эффектом по отношению к А. Имеются примеры подобных зави- симостей для модулей упругости E и деформации D, характеристик прочности R, скоростей упругих волн V, а также ряда других показателей [3]. Эти приме- ры свидетельствуют о том, что во многих случаях зависимости основных пока- зателей свойств и состояния, прежде всего, скальных массивов от величины Wi или l i могут быть значительными, вследствие этого результаты эксперимен- тальных определений, полученные в ограниченном диапазоне Wi(l i), нельзя прямо использовать для характеристики массива объемом Wo, “работающего”, например, под сооружением (если Wo>>Wi). На указанное обстоятельство в последние годы обращают все большее вни- мание [4], однако сделано пока еще мало. Объясняется это тем, что определение физико-механических свойств пород в условиях их естественного залегания в широком диапазоне объемов – технически сложная задача, которая не всегда 24 Выпуск № 73 может быть решена существующими методами механики горных пород. Более перспективны способы ее решения с помощью так называемых “косвенных” и, в первую очередь, сейсмоакустических и сейсмических методов. Это направление довольно успешно развивалось и в прежние годы [3,5]. Получены определенные практические результаты, которые позволяют не только объективно оценить воз- можности “косвенных” методов, но и сделать общие выводы о характере и ин- тенсивности масштабных эффектов в различных природных условиях. В этой связи для их диагностики и контроля перспективными являются геофизические методы. Теоретические и экспериментальные исследования в геомеханике свиде- тельствуют о том, что хотя масштабные эффекты и связаны с неоднородностью строения свойств и состояния реальных геологических сред [6,7], однако эта неоднородность по-разному проявляется для аддитивных и неаддитивных пока- зателей свойств и состояния, т. е. для характеристик, подчиняющихся или не подчиняющихся условию ,1 n A A n k W Wo k∑ == (1) где 0WA – среднее значение параметра А* в объеме Wo; kWA – частное значе- ние параметра А* в объеме Wk = Wo/n; n – число определений. Примером аддитивных характеристик служат в основном показатели плот- ности, пористости, водопроницаемости, неаддитивных – модули упругости и деформации, показатели прочности и др. Для аддитивных показателей неодно- родность массивов при выборочном характере опробования обусловливает воз- можность пропуска менее распространенных пород. Природа масштабных эф- фектов здесь носит чисто вероятностный или статистический характер [5]. Различие средних значений неаддитивных показателей в объемах Wi разного масштаба наряду с указанной выше причиной определяется также и их физиче- ской природой. Поэтому хотя причина одна и та же, однако природа масштаб- ных эффектов для аддитивных и неаддитивных показателей различна, и это предопределяет специфику их изучения. Наибольший практический интерес представляют масштабные эффекты для неаддитивных параметров среды, ко- торые рассматриваются в работе [8]. Прежде, чем перейти к методике изучения, целесообразно представить общую схему возможных масштабных эффектов и явлений, с которыми встречаются в механике горных пород. Вариант такой схемы, исходя из физической сущности рассматриваемых яв- лений, представлен на рис. 1. Выделено три группы эффектов, которые связы- ваются с показателями свойств среды, характеристиками ее состояния и проис- ходящими процессами. Первая группа эффектов непосредственно определяется особенностями строения и свойствами среды, частичное влияние на нее оказы- вают и характеристики состояния массивов пород [8]. Вторая группа "Г еотехническая м еханика" 2 5 Масштабные эффекты в механике горных пород Масштабные эффекты показателей свойств массивов горных пород Масштабные эффекты показателей состояния массивов горных пород Масштабные эффекты аддитивных показателей Масштабные эффекты неаддитивных показа- телей Масштабные эффекты аддитивных показателей Масштабные эффекты (явлений) процессов Масштабные эффекты неаддитивных показа- телей Скорос тей уп- ругих волн - V , Vp s Показа- телей проч- ности R Анизо- тропии и др. V, E, D R Неодно- родности и др. V, E, D R Моду- лей уп- ругос- ти Е и деф. е D Дефор- маци- онных про- цессов Про- цес- сов разру- шения Фильт- рацион- ных и др.про- цессов Напряженного состояния Рис. 1 – Схема масштабных эффектов в механике горных пород 26 Выпуск № 73 определяется спецификой состояния исследуемых массивов, однако, в свою очередь, значительно зависит и от показателей их свойств и строения. Мас- штабные эффекты процессов, происходящих в массиве, полностью определя- ются параметрами первых групп, следовательно, эти эффекты в какой-то мере являются производными. Развиваемые и используемые авторами методы изучения масштабных эф- фектов всех групп базируются на способах определения скоростей упругих волн (продольных Vp и поперечных Vs) для различных баз lі и объемов породы Wi, их спектральных характеристик. Эти способы, использующие упругие коле- бания различных диапазонов частот (сейсмического, акустического и ультра- звукового), в настоящее время отработаны и изложены в целом ряде специаль- ных публикаций [8-14]. Величина объема породы, определяющего эффектив- ные скорости упругих волн, оценивается на основании следующего выражения: Wi = πl i (a′Λi) 2, (2) где l i − база измерения скоростей упругих волн; Λi – длина волны колебаний с частотой fi, Λi =Vi fi -1; a′ – глубина захвата упругих волн, в соответствии с выво- дами работы [15] принимается, что a′ ≈ 0,25; Vi – скорость упругих волн. Следовательно Wi ≈ 0,2 li Λi 2. (3) Специфика изучения масштабных эффектов различных групп состоит в том, что наряду с совокупностью значений VWi используются: в первой группе – корреляционные соотношения между величинами Vp (Vs) и основными показателями физико-механических свойств массива (величинами Ec, D, R* и т.д.); во второй группе – специальные методы определения состояний пород в массиве; в третьей – временные вариации скоростей упругих волн [10-14]. Изменения физико-механических свойств и состояния пород на разных масштабных уровнях отражается и в динамике происходящих в массиве де- формационных процессов: деформационные процессы в мелких структурных элементах значительно слабее, чем в крупных. Наряду с изменением средних показателей свойств среды на разных масштабных уровнях происходит изме- нение степени и характера ее анизотропии, а также изменение напряженного состояния горных пород. Средний уровень напряжений в мелких блоках выше, чем в более крупных структурных элементах. Переход от свойств пород в образце к свойствам массива на том же мас- штабном уровне предусматривает введение поправок, учитывающих различное состояние горных пород в образце и в условиях естественного залегания. Это различие прежде обусловливается трещиноватостью, обводненностью, напря- женным состоянием, температурным режимом, газонасыщенностью и др. Сре- ди всех этих факторов ведущая роль принадлежит трещиноватости и связанной с ней обводненностью массива, а также напряженному состоянию. "Геотехническая механика" 27 На основе анализа литературных источников и результатов собственных ис- следований предложено рассматривать горные породы как геоматериал кластер- но-иерархической структуры, а структуризацию геотехнических систем – как ие- рархию естественных структур различных порядков, начиная от самых малых до самых больших (субмикроструктура, микроструктура, мезоструктура, макро- структура, блочно-иерархическое строение массива, слоистость), процесс разру- шения которых происходит многостадийно после достижения пороговой кон- центрации микротрещин. Информация о напряженно-деформированном состоя- нии горных пород массива дает фундаментальное представление о важнейших геологических процессах, протекающих в земной коре как на глобальном (дви- жение литосферных плит), так и на региональном и локальном уровнях (форми- рование складок, разрывов, возникновение землетрясений), а также об образова- нии и размещении полезных ископаемых. С целью изучения возможностей акустических методов для диагностики на- пряженного состояния массива горных пород с учетом их кластерно- иерархического строения рассмотрено в первом приближении распространение акустических волн в слоистой пористой (или трещиноватой) среде с учетом ее физической и геометрической нелинейности. Для этого в уравнения, полученные нами для скоростей распространения и коэффициентов затухания акустических волн, которые получены авторами в [11], с учетом разработанной в статье [15] физической модели кластерного строения породного массива модули упругости λi для трансверсально-изотропной среды заменим на 23 * 21,21 2 ii i i R U ε λ ∆ = , (4) где ∆Ui – разности потенциальной энергии связи в горных породах при сжатии на относительные величины ε i; Ri – расстояние между кластерами. Анализ полученных уравнений позволяет сделать вывод, что на изменение скоростей и коэффициентов затухания продольных волн оказывают влияние напряжения лишь в направлении их распространения, а на изменение скоростей и коэффициентов затухания поперечных волн влияют также и напряжения в направлении поляризации, что подтверждают и результаты экспериментальных исследований. С увеличением напряжений скорости акустических волн возрастают, а коэффи- циенты поглощения уменьшаются, причем коэффициенты поглощения больше за- висят от частоты и расстояния между кластерами. Характер влияния трещинова- тости на акустические параметры среды имеет противоположный характер. Эти выводы подтверждены экспериментально. Развитие деформационных процессов в породном массиве в камерных вы- работках больших пролетов, их сопряжениях, а также в лавах сопровождается формированием блочных и балочных конструкций, консолей и плит разных размеров и с различными условиями их защемления. В связи с этим с целью теоретического обоснования применения виброакустического метода для опе- 28 Выпуск № 73 ративного контроля состояния горных выработок, а также выявления наиболее информативных параметров метода рассмотрим удар какого-либо тела, напри- мер шара, о прямоугольную плиту со сторонами a, b, толщиной d и различны- ми условиями закрепления плиты. Воспользовавшись приближенной теорией и рядом допущений о недеформируемости при изгибе срединной части плиты из уравнения равновесия [16], получим следующие значения амплитуды и частоты колебаний кровли горных пород, которые моделируем в виде плиты: , ; 22 max dV A dV ip i iст ipii β γ= βα=ω (5) где Vp – скорость распространения продольной волны; αi, γi, βi – коэффициенты формы отслоения в кровле, зависящие от условий закрепления отслоений. Подставляя в уравнение (5) выражение для скорости распространения про- дольной упругой волны в напряженных горных породах без учета вязких свойств среды, получим зависимость частоты и амплитуды колебаний кровли горных вы- работок от величины начальных механических напряжений в массиве , 3 1 ; 3 1 0 202 max 0 0       σ±β γ=       σ±βα=ω i zz ip i iст i zz ipii K AdV A K AdV (6) где A – акустический коэффициент трещиноватости; 0 zzσ – компоненты начальных напряжений; Ki – модули всестороннего сжатия. Кластерное строение породного массива учитывается заменой в формулах (6) модуля сдвига Ki на Ki )21(63,66 2 23 * iii i i R U K νε − ∆ = . (7) Необходимую информацию о состоянии исследуемой литосферы (грунтов и породного массива) без нарушения ее сплошности позволяют получить и элек- трометрические методы, основанные на известном явлении изменения электро- сопротивления среды от изменения влажности, степени трещиноватости, по- ристости, а также величины приложенной нагрузки. Известно, что при получе- нии информации о состоянии исследуемого объекта применяют как искусст- венные, так и естественные электрические поля. И тот и другой методы доста- точно хорошо работают в тех или иных условиях. "Геотехническая механика" 29 Для многослойной среды, состоящей из трехслойных пачек, которые имеют толщины h1, h2, h1, а удельные электрические сопротивления – ∗ρ1 , ∗ρ2 , ∗ρ1 , при условии, если влажность пород не слишком велика, получим следующие выра- жения для определения удельного электрического сопротивления многослой- ной среды ∑ = ρ=ρ n i i 1 ** , (8) где ( ) ( ) 2 1 2 1 2 3 2 1 2 1 1 2 21 1 3 16 γ      σ+π       σ±ρρ =ρ ∗∗ ∗ e i ii i ii i W E K , 8,0<νK ; (9) ( ) ( ) 2 1 2 1 2 1 0 2 2 3 21 1 3 112,1 m E K i ii i ii i       σ+π       σ ±ρρ =ρ ∗∗ ∗ , 8,0>νK ; (10) We – влажность грунтов на единицу сухой массы в долях единицы; γ1 – отноше- ние удельного веса грунтов к удельному весу воды; m0 – пористость грунтов; где Kν – коэффициент влагонасыщенности; Ei – модули Юнга; σii – величина на- пряжений в направлении, в котором производится измерение удельного элек- трического сопротивления. Из приведенных формул следует, что на величину удельного электрического сопротивления оказывает влияние как объемное напряженное состояние иссле- дуемого объекта, так и величина действующих напряжений в направлении, в ко- тором выполняются измерения. Кластерная структура среды учитывается заменой Ei и Ki на Ei * и Ki * анало- гично (7) )21(21,22 2 23 * iii i i R U E νε − ∆ = . (11) Таким образом, с позиций геофизического контроля все типы кластерно- иерархических структур равноценны, если соблюдается соотношение между длиной волны физического излучения и размером структуры [11-17]. При этом процедура измерений и методы их интерпретации связаны с реальной структу- рой массива. Другими словами, для повышения эффективности измерений необ- ходимо обеспечить согласование параметров измерительной системы с характе- ристиками области исследований. Изучение массива ведется на некоторой площади или в объеме массива, в пределах которых наблюдения проводятся выборочно или по определенной схе- 30 Выпуск № 73 ме. В массиве находится неоднородность, характеристический размер которой равен a. Каждое измерение при геофизическом контроле охватывает некоторую область массива, которая называется областью воздействия эксперимента W *, оказывающую существенное влияние на параметры распространяющегося в этом объеме физического поля. В случае использования, например, волновых методов контроля область воздействия эксперимента определяется согласно по- ложениям геометрической оптики через зону Френеля в предположении, что длительность излучаемого сигнала меньше его распространения в пределах об- ласти измерения L . При этом радиус первой зоны Френеля, определяющего па- раметр области воздействия эксперимента, можно представить следующим обра- зом [14]: 4/Lr Λ= (12) где Λ - длина волны физического излучения. Согласование измерительной системы с объектом исследований производит- ся через правильный подбор соотношения между существующими неоднород- ностями и областью воздействия эксперимента, а также длиной волны воздейст- вующего на массив поля. По отношению к величине области воздействия экспе- римента W все существующие неоднородности можно разбить на следующие три типа. 1. Неоднородность высшего порядка относительно W , для которой справед- ливо Wa <<3 (a– характеристический размер неоднородности), выступающая чаще всего в форме свойств «эквивалентной» однородной среды. К этой группе относятся зернистые, пористые, микро- и макротрещиноватые горные породы. 2. Эффективная относительно W , когда Wa ~3 ; это соответствует случаю статистически неоднородного массива, в котором параметры регистрируемых физических сигналов являются случайной функцией пространственных коорди- нат. 3. Низшего порядка относительно W , для которой справедливо Wa >>3 ; к ней относятся крупные включения и пустоты. зоны повышенных напряжений и зоны нарушенности в массиве вокруг горных выработок. Этот тип неоднородно- сти может рассматриваться как неслучайное изменение (тренд) физико- механических свойств горных пород в пространственных координатах. Относительно длины волны Λ излучаемого поля в массиве все неоднородно- сти тоже можно разделить на три типа. 1. Высшего порядка относительно Λ, удовлетворяющая условию Λ<<a , мо- жет выступать при рассмотрении процессов распространения колебаний в форме свойств эквивалентной однородной среды (например, идеально упругие и диф- ференциально упругие многофазные среды). 2. Эффективная относительно Λ включает в себя структурную неоднород- ность массива (включения, трещины, зернистость), для которой справедливо Λ~a . Дифракция волн на этих неоднородностях приводит к рассеянию энергии "Геотехническая механика" 31 волнового поля; их воздействие выражается в изменении структуры и флюктуа- циях параметров сигнала. 3. Низшего порядка относительно Λ, для которой справедливо Λ>>a , позво- ляет использовать методы лучевой теории распространения волн в неоднород- ных средах. Эти методы широко применяются в геоакустике и сейсморазведке, особенно при описании процессов отражения и преломления волн в слоистых средах. Классификация неоднородности массива относительно области воздействия эксперимента позволяет корректно ставить и правильно решать задачи рацио- нального выбора параметров точек сети наблюдений в массиве (выбор базы L и шага l∆ измерений и т.п.) и обработки результатов измерений , полученных в различных точках массива. Классификацию неоднородности массива относи- тельно длины волны Λ необходимо учитывать при разработке моделей массива. Классификации несколько условны, однако они позволяют выделить четыре основных направления в изучении неоднородных горных пород геофизическими методами. 1. Определение интегральных свойств массива горных пород, выступающих в форме свойств «эквивалентной» однородной среды. Это направление соответ- ствует условиям Wa <<3 ; Λ<<a , в настоящее время оно наиболее разработано. К данному направлению относятся многочисленные модели идеально упругих и дифференциально упругих многофазных систем, которые успешно используются при оценке интегральной трещиноватости и пористости массива. 2. Оценка параметров неоднородностей высшего порядка относительно об- ласти воздействия эксперимента и эффективных относительно длины волны в массиве. К этому направлению относятся работы, связанные с установлением однозначных зависимостей между структурой сигнала и параметрами неодно- родности массива ( раскрытие и количество трещин, средний диаметр зерен, ра- диус корреляции неоднородности и т.п.) при выполнении условия Wa <<3 , Λ~a . Дальнейшее развитие данного направления весьма перспективно и связано с изучением спектрально-корреляционной структуры зондирующих ( )tS1 и про- шедших через массив горных пород ( )tS2 сигналов. 3. Изучение пространственной неоднородности массива горных пород, эф- фективной относительно области воздействия эксперимента. Указанное направ- ление связано с изучением случайной компоненты изменчивости массива, для которой выполняются условия Wa ~3 ; Λ=a . Здесь преимущественное разви- тие получили статистические методы оценки степени неоднородности массива с целью определения его нарушенности. 4. Изучение пространственной неоднородности низшего порядка относитель- но области воздействия. Для этого направления справедливы условия Wa >3 ; Λ>>a , в настоящее время основные при контроле состояния массива вблизи горных выработок. К типичным задачам данного направления относятся: изуче- 32 Выпуск № 73 ние распределения напряжений и определение зон нарушенности в массиве во- круг горных выработок; прозвучивание массива с целью выделения крупных включений (рудных тел, карстов и т.п.); контроль процессов упрочнения (замо- раживания, цементации, битумизации) массива. Обоснован базовый принцип мониторинга для прогнозной диагностики со- стояния геотехнических систем с учетом их кластерно-иерархической структу- ры, в основе которого лежит многоплановость и многостадийность, а также ком- плексный подход к решению как отдельных вопросов контроля, так и всего мо- ниторинга в целом. Геофизический контроль должен быть как непрерывный, так и оперативный. Непрерывность контроля необходима для обеспечения постоян- ной безопасности работ, но при этом системы контроля становятся громоздкими, четко проявленными к соответствующим объектам, теряют свою оперативность и соответственно, эффективность. Оперативный контроль, как правило, бази- рующийся на переносных приборах, более дешевый и эффективный, но нужда- ется в сопоставлении результатов измерений. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Савич А.И. Опыт изучения масштабных эффектов в механике горных пород / А.И. Савич, Л.В. Шаумян // Инженерная геология. - 1986.- № 2. - С. 12-24. 2. Гзовский М.В. Основы тектонофизики / М.В. Гзовский. - М.: Наука, 1975.-178 с. 3. Мячкин В.И. Геофизические методы изучения деформационных процессов в земной коре / В.И. Мячкин, А.И. Савич: Сб. научн. тр. / Гидропроект. -– М., 1983. - Вып. 89. - С. 21-29. 4. Салганик Р.Л. Механика тел с большим числом трещин / Р.Л. Салганик // Механика твердого тела. - 1972. - № 4. - С. 15-22. 5. Савич А.И. Сейсмоакустические методы изучения массивов скальных пород / А.И. Савич, В.И. Коптев. - М.: Недра, 1969. - 218 с. 6. Шаумян Л.В. Физико-механические свойства массивов скальных горных пород / Л.В. Шаумян. - М.: Наука, 1972. - 137 с. 7. Шаумян Л.В. Природа физико-механических свойств массивов скальных грунтов: автореф. дис. на соис- кание уч. степени д-ра геол.- мин. наук: спец. 04.00.07 / Л.В. Шаумян. - М., 1983. - 39 с. 8. Соболев Г.А. Изучение образования и предвестников разрыва сдвигового типа в лабораторных условиях / Г.А. Соболев // Физические процессы в очагах землетрясений: Сб. научн. тр. - М.: Наука, 1980. - 312 с. 9. Bernaix J. Etude geotechnigue de la roche de Malpasset / J. Bernaix - Du P., Dunod, 1967. - 235 р. 10. Müller L. Gesteins und Ge,rigseigenschaften in Abhängigkeit von betrachten Grössenbereich / L. Müller // Z. Deutsch. Geol. Ges, Jahrg. - 1967. - 119. - P. 25-38. 11. Паламарчук Т.А. Элементы механосинергетики породного массива / Т.А. Паламарчук, В.Я. Кириченко, Б.М. Усаченко. - Днепропетровск: «Лира ЛТД», 2006. - 307 с. 12. Яланский А.А. Особенности и диагностика процессов самоорганизации пордного массива в окресности горных выработок / А.А. Яланский, Т.А. Паламарчук, С.Н. Розумный // Горный информационно-аналитический бюллетень. – М.: МГГУ, 2003. – № 3. – С. 151-154. 13. Яланський А.О.Спектральний аналіз геофізичної інформації для розв’язання задач геології / А.О. Яланський, Г.С. Веселовський, Т.А. Паламарчук, Г.М. Шевцова // Геологія, геохімія горючих копалин. – 1999. – № 2. – С 76-82. 14. Глушко В.Т. Геофизический контроль в шахтах и тоннелях / В.Т. Глушко, В.С. Ямщиков, А.А. Яланский. – М.: Недра, 1987. – 278 с. 15. Гречихин Л.И. Взрывные технологии в шахтном строительстве / Л.И. Гречихин, О.И. Рублева // Вест- ник. Современные проблемы шахтного и подземного строительства. – Донецк: «Инфо-Пресс», 2006. – Вып. 7. – С. 100-110. 16. Тимошенко С.П. Пластины и оболочки / С.П. Тимошенко, С. Войновский-Кригер. - М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1963. - 635 с. 17. Усаченко Б.М. Исследование синергетических и волновых процессов в массиве горных пород / Б.М. Усаченко, Т.А. Паламарчук, Е.А. Слащева // Горный информационно-аналитический бюллетень. – М.: МГГУ, 2000. – № 8. – С. 182-184.

Institution

Similar Items