Теоретеческие предпосылки к исследованию взаимодействия элементов геокомпозитных материалов в неустойчивых системах для условий блочно-структурированного массива

На основі аналізу експериментальних і теоретичних досліджень представлені теоретичні передумови к дослідженням взаємодії елементів геокомпозитних матеріалів в нестійких системах для умов блоково-структурованого масиву. Based on the analysis of experimental and theoretical studies the theoretical pr...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:	Геотехническая механика
Datum:	2012
Hauptverfasser:	Скипочка, С.И., Паламарчук, Т.А., Бобро, Н.Т.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України 2012
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/53646
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:	Теоретеческие предпосылки к исследованию взаимодействия элементов геокомпозитных материалов в неустойчивых системах для условий блочно-структурированного массива / С.И. Скипочка, Т.А. Паламарчук, Н.Т. Бобро // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 97. — С. 102-108. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-53646
record_format	dspace
spelling	Скипочка, С.И. Паламарчук, Т.А. Бобро, Н.Т. 2014-01-25T15:47:45Z 2014-01-25T15:47:45Z 2012 Теоретеческие предпосылки к исследованию взаимодействия элементов геокомпозитных материалов в неустойчивых системах для условий блочно-структурированного массива / С.И. Скипочка, Т.А. Паламарчук, Н.Т. Бобро // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 97. — С. 102-108. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/53646 622.284:678.029.46 На основі аналізу експериментальних і теоретичних досліджень представлені теоретичні передумови к дослідженням взаємодії елементів геокомпозитних матеріалів в нестійких системах для умов блоково-структурованого масиву. Based on the analysis of experimental and theoretical studies the theoretical prerequisite to the study of the interaction of elements geocomposite materials in unstable systems for the conditions of block-structured massif are presented. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехническая механика Теоретеческие предпосылки к исследованию взаимодействия элементов геокомпозитных материалов в неустойчивых системах для условий блочно-структурированного массива Theoretical prerequisite to the study of the interaction of elements geocomposite materials in unstable systems for the condidtions of block-structured massif Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Теоретеческие предпосылки к исследованию взаимодействия элементов геокомпозитных материалов в неустойчивых системах для условий блочно-структурированного массива
spellingShingle	Теоретеческие предпосылки к исследованию взаимодействия элементов геокомпозитных материалов в неустойчивых системах для условий блочно-структурированного массива Скипочка, С.И. Паламарчук, Т.А. Бобро, Н.Т.
title_short	Теоретеческие предпосылки к исследованию взаимодействия элементов геокомпозитных материалов в неустойчивых системах для условий блочно-структурированного массива
title_full	Теоретеческие предпосылки к исследованию взаимодействия элементов геокомпозитных материалов в неустойчивых системах для условий блочно-структурированного массива
title_fullStr	Теоретеческие предпосылки к исследованию взаимодействия элементов геокомпозитных материалов в неустойчивых системах для условий блочно-структурированного массива
title_full_unstemmed	Теоретеческие предпосылки к исследованию взаимодействия элементов геокомпозитных материалов в неустойчивых системах для условий блочно-структурированного массива
title_sort	теоретеческие предпосылки к исследованию взаимодействия элементов геокомпозитных материалов в неустойчивых системах для условий блочно-структурированного массива
author	Скипочка, С.И. Паламарчук, Т.А. Бобро, Н.Т.
author_facet	Скипочка, С.И. Паламарчук, Т.А. Бобро, Н.Т.
publishDate	2012
language	Russian
container_title	Геотехническая механика
publisher	Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
format	Article
title_alt	Theoretical prerequisite to the study of the interaction of elements geocomposite materials in unstable systems for the condidtions of block-structured massif
description	На основі аналізу експериментальних і теоретичних досліджень представлені теоретичні передумови к дослідженням взаємодії елементів геокомпозитних матеріалів в нестійких системах для умов блоково-структурованого масиву. Based on the analysis of experimental and theoretical studies the theoretical prerequisite to the study of the interaction of elements geocomposite materials in unstable systems for the conditions of block-structured massif are presented.
issn	1607-4556
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/53646
citation_txt	Теоретеческие предпосылки к исследованию взаимодействия элементов геокомпозитных материалов в неустойчивых системах для условий блочно-структурированного массива / С.И. Скипочка, Т.А. Паламарчук, Н.Т. Бобро // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 97. — С. 102-108. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT skipočkasi teoretečeskiepredposylkikissledovaniûvzaimodeistviâélementovgeokompozitnyhmaterialovvneustoičivyhsistemahdlâusloviibločnostrukturirovannogomassiva AT palamarčukta teoretečeskiepredposylkikissledovaniûvzaimodeistviâélementovgeokompozitnyhmaterialovvneustoičivyhsistemahdlâusloviibločnostrukturirovannogomassiva AT bobront teoretečeskiepredposylkikissledovaniûvzaimodeistviâélementovgeokompozitnyhmaterialovvneustoičivyhsistemahdlâusloviibločnostrukturirovannogomassiva AT skipočkasi theoreticalprerequisitetothestudyoftheinteractionofelementsgeocompositematerialsinunstablesystemsforthecondidtionsofblockstructuredmassif AT palamarčukta theoreticalprerequisitetothestudyoftheinteractionofelementsgeocompositematerialsinunstablesystemsforthecondidtionsofblockstructuredmassif AT bobront theoreticalprerequisitetothestudyoftheinteractionofelementsgeocompositematerialsinunstablesystemsforthecondidtionsofblockstructuredmassif
first_indexed	2025-11-24T03:29:57Z
last_indexed	2025-11-24T03:29:57Z
_version_	1850837490562236416
fulltext	102 622.284:678.029.46 Доктора техн. наук С.И. Скипочка, Т.А. Паламарчук, инж. Н.Т. Бобро (ИГТМ НАН Украины) ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ К ИССЛЕДОВАНИЮ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ГЕОКОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ В НЕУСТОЙЧИВЫХ СИСТЕМАХ ДЛЯ УСЛОВИЙ БЛОЧНО-СТРУКТУРИРОВАННОГО МАССИВА На основі аналізу експериментальних і теоретичних досліджень представлені теоретичні передумови к дослідженням взаємодії елементів геокомпозитних матеріалів в нестійких сис- темах для умов блоково-структурованого масиву THEORETICAL PREREQUISITE TO THE STUDY OF THE INTERACTION OF ELEMENTS GEOCOMPOSITE MATERIALS IN UNSTABLE SYSTEMS FOR THE CONDITIONS OF BLOCK-STRUCTURED MASSIF Based on the analysis of experimental and theoretical studies the theoretical prerequisite to the study of the interaction of elements geocomposite materials in unstable systems for the conditions of block-structured massif are presented Практика эксплуатации различного рода современных инженерных соору- жений и зданий, особенно в экстремальных условиях делает все более очевид- ной актуальность создания теории расчетов на прочность и жесткость констру- кций, элементы которых частично утратили или перманентно утрачивают свою несущую способность. В связи с этим возникают задачи создания механических и математических моделей состояния конструкционных материалов различной физической природы и разнообразной композиции в процессе исчерпания ими несущей способности. Естественно, что пионерными здесь должны быть экспе- риментальные исследования [1, 3]. В результате анализа экспериментальных исследований и известных в лите- ратуре теорий прочности можно сформулировать основные требования, кото- рые целесообразно соблюдать при разработке феноменологических механиче- ских теорий прочности композиционных материалов. 1) Теория прочности при сложном напряженном состоянии должна основы- ваться на экспериментальных данных, полученных при простых напряженных состояниях. 2) Теория прочности должна иметь определенный физический смысл, а не базироваться на математических построениях, содержащих неизвестные пара- метры, которые определяются из опытов при сложном напряженном состоянии. 3) Аналитическая форма теории прочности (условие прочности) должна со- держать тензор напряжений и тензорные или скалярные величины, характери- зующие прочностные свойства материала. 4) Уравнение поверхности прочности, соответствующее принятому условию прочности, должно иметь действительные корни, то есть должно соблюдаться условие действительности предельного напряженного состояния. 5) Условие прочности должно иметь форму инварианта, не зависеть от вы- 103 бора положения осей координат и в общем случае для анизотропного материала содержать все константы, а не только пределы прочности пр и сжатии и растя- жении в трех взаимно перпендикулярных направлениях, что допустимо лишь в частных случаях для некоторых материалов и должно специально оговаривать- ся. 6) Все вытекающие из условий прочности соотношения между константами материала не должны зависеть от выбора системы координат. В условии проч- ности должно содержаться, по возможности, минимальное количество конс- тант, определяемых из опытов, а сами опыты для этого должны быть максима- льно простыми. 7) Условие прочности для анизотропного материала должно автоматически обращаться в условие прочности изотропного материала и не противоречить классическим теориям прочности. 8) Условие прочности должно давать удобные для использования расчетные формулы, не перегруженные, имеющими второстепенное значение составляю- щими, что во многих случаях играет решающую роль при окончательном вы- боре теории прочности для практического использования. 9) В условии прочности должны быть учтены: влияние гидротермического состояния среды и материала, характер и режим силового воздействия, масшта- бный фактор и другие существенные технологические и эксплуатационные фа- кторы. 10) Окончательная рекомендация теории прочности может быть дана только после всесторонней экспериментальной проверки для наиболее важных част- ных случаев сложного напряженного состояния. 11) Для частных случаев сложного напряженного состояния, встречающихся в практике, возможно создание частных условий прочности, не распространя- ющихся на другие случаи напряженного состояния. 12) Предельная поверхность прочности при сложном напряженном состоя- нии в пространстве тензора напряжений должна быть плавной, гладкой и выпу- клой. При этом предполагается, что изменяется только напряженное состояние и влияние прочих факторов не учитывается. 13) Соотношения между характеристиками прочности материала должны подчиняться принципу, сущность которого состоит в том, что при изменении хотя бы одной константы материала новая предельная поверхность прочности должна находиться внутри или снаружи первоначальной, но не пересекать ее. В крайнем случае, обе предельные поверхности прочности могут иметь общие ка- сательные в одной или нескольких точках. 14) При разработке механической теории прочности феноменологическим путем можно рассматривать композиционный материал как сплошной и одно- родный, оперируя осредненными макронапряжениями и деформациями. Это хотя и противоречит действительной структуре материала, но позволяет испо- льзовать более простые аналитические зависимости, чем при рассмотрении анизотропного композиционного материала в виде неоднородной армирован- ной среды. Указанные выше основные требования, предъявляемые к механической тео- 104 рии прочности композиционного материала, соблюдаются далеко не всегда, особенно, если условие прочности не претендует на характеристику прочности при сложном напряженном состоянии в общем виде. В связи с этим, примени- тельно к композиционным материалам, следует различать две группы условий прочности: - для анизотропных материалов, имеющих симметрию характеристик проч- ности, то есть пределы прочности, абсолютная величина которых не зависит от знака напряжений; - для асимметричных по прочности анизотропных материалов, то есть таких материалов, абсолютная величина пределов прочности которых зависит от зна- ка напряжений. Установленные особенности свойств и поведения дискретно-блочного мас- сива обусловлены наличием широкого спектра границ раздела между структур- ными элементами всех уровней: от первых миллиметров до километров. Границам раздела сопутствуют специфические проявления – так называе- мые граничные эффекты, которые характеризуются изменением значений и знака измеряемых параметров при изучении и контроле его напряженно- деформированного состояния (НДС). Сам механизм изменения зависит от взаимодействия блоков, что и порождает эти граничные эффекты. Очевидно, что и методология исследования свойств и поведения массива, и построение аналитических и теоретических моделей для описания его НДС требуют специ- ального учета самих эффектов на каждом структурном уровне рассматриваемо- го элемента массива в масштабе, соответствующем исследуемым геомеханиче- ским процессам [2]. Здесь рассматривается пять групп эффектов, связанных: - с особенностями распределения в блочных массивах минералогического состава, микро- и макроструктурных элементов; - с функциональной изменчивостью физико-механических свойств; - с распределением напряжений; - с проявлением деформирования и подвижностью блочных сред; - с крупноблочным сдвижением подработанного массива горных пород. Проявление первой группы эффектов сопряжено со свойствами зонально- сти, выражающемся в направленном изменении количественно и качественно минералогического состава и плотности микротрещин. В зависимости от масштаба блока (его ранга или порядка) эти изменения носят периодический характер с обязательным количественным скачком вблизи границы раздела. Вторая группа эффектов, сопровождающая пространственную изменчивость физико-механических характеристик пород, функционально сопряжена с пер- вой и носит тот же характер периодичности и скачкообразности изменения в пределах блоков. Прочностные и деформационные характеристики изменяются в пределах блока в зависимости от степени удаленности (близости) от границ разделов. Как показали экспериментальные данные, приведенные в [2], сущест- венной является анизотропия свойства и напряжений, выражающаяся в разли- чии количественных оценок свойств в зависимости от ориентировки испытан- 105 ных образцов относительно элементов залегания пород (по простиранию вкрест простирания и по вертикали). Третья группа эффектов, связана с распределением напряжений в блочных структурах, выражается в различном уровне напряжений в зоне сплошности, упруго-прорастающих трещин и сформировавшихся трещин с тенденцией со- ответствующего снижения и, главным образом, в проявлении растягивающих напряжений вблизи междублокового контакта. Этот эффект иллюстрируется графиком напряжений измеренных методом разгрузки с высокой степенью де- тальности. Здесь, кроме эффектов периодичности и скачкообразности, важным является эффект проявления напряжений разных знаков, что дополняет пред- ставление о характере разрушения или снижения устойчивости пород за счет междублочных зон, в которых действуют растягивающие напряжения. При крупномасштабных процессах в блочных массивах возникает эффект экраниро- вания, при котором распределение напряжений существенно изменяется вблизи тектонических зон (сбросы, взбросы сдвиги). В тектонических активных регио- нах экранирующий эффект может отсутствовать. Рис. 1 – Распределение напряжений σ1, σ2 по скважине (вертикальные пунктирные линии – границы раздела) К четвертой группе эффектов относятся междублоковые перемещения с раз- воротом блоков налегающих пород на стадии активного проявления горного давления, обусловленного подвижностью вмещающих пород. На рис. 2 показаны схемы взаимодействия смежных блоков на разных фазах их перемещения и измерительные устройства, расположенные в выработке около границы раздела. σ, М П а - 40 - 20 0 0 1 2 3 4 5 6 7 l, m 106 а – состояние равновесия; б – относительное смещение блока; в – смещение с разворотом; i 1 , i 2 – измерительные станции Рис. 2 – Схемы взаимодействия блоков i 1 i 2` σr > c а i 1 = i i 1 i 2` σr < c = б i 1 ∞ 0 i 2 > 0 i 1 i 2` σr > в i 1 < 0 i 2 > 0 107 Характерными являются смена знака на стадии образования опорной пяты с проявлением деформации растяжения (поднятия) в опорном блоке и повторная смена знака при разрушении опорной пяты после достижения критического значения угла разворота блоков. Наиболее четко этот эффект проявляется в подземных выработках на границе раздела между сдвигающейся частью масси- ва и несдвигающейся. Поскольку формирование этой границы является процес- сом многостадийным, измерениями вблизи границ фиксируются периодичное изменение знака и изменения амплитуды приращения деформаций (рис.3). Рис. 3.- Знакопеременные деформации на границах блоков. И, наконец, пятая разновидность эффектов также связана с граничным со- стоянием сдвигающегося и неподвижного массивов и выражается в поднятии краевой части мульды сдвижения на земной поверхности. Поскольку измере- ниями в подземных выработках и на поверхности были зафиксированы одно- временно и длительно протекающие деформации растяжения (поднятия), про- явления этих эффектов можно считать сопряженными. Отметим, что во време- ни и пространстве их проявление локализовано. Данная разновидность эффек- тов зафиксирована при глубинах отработки до 300 м. Вполне вероятно, что при больших глубинах они могут не проявляться. Сгруппированные выше особенности в поведении пород блочного строения позволяют сделать некоторые выводы, касающиеся принципиальных сторон оценки напряженно-деформированного состояния горных массивов как пред- мета исследования в геомеханике. Прежде всего, установление зональности распределения вещества, свойств и напряжений делает необходимым выделить блочно-структурный массив в от- дельный класс пород, природа формирования и поведения которого требует специального теоретического осмысления и практической разработки. Возмож- ности теорий сплошных сред здесь ограничены. Методология исследовательских средств в изучении блочных пород должны ∆ε · 10 4 - 20 - 10 0 10 0 1 2 3 4 5 6 7 t, сут8 108 учитывать дискретность распределения качественных и количественных пока- зателей при сохранении непрерывности их пространственного положения. Это касается понятий прочности, устойчивости и напряженно-деформированного состояния блочных конструкций различного уровня в иерархии масштабов и форм образования. В большой степени от учета граничных эффектов зависит разработка мето- дов измерений, ставящих целью контроль или оценку геомеханического со- стояния массива пород. Особенно это относится к геофизическим средствам измерения. Основным условием достоверности результатов измерений можно считать условие интерпретируемости результата измерения с позиций учета дискретности и проявления граничных эффектов как наиболее информативных сигналов качественного изменения состояния пород под воздействием прира- щения (изменения) уровня напряжений при ведении горных работ. Особый интерес приобретает проблема задания граничных условий для ана- литических расчетов напряженного состояния блочных структур, поскольку они представляют собой совокупность плотных ядер, окруженных зонами тре- щин (дробления) и проявлений, в зависимости от изменения внешних условий, свойств непрерывных или подвижных (но не сыпучих) сред. Весьма важным оказываются способ и плотность размещения измеритель- ных устройств или интервалов измерения в пространстве при организации кон- троля состояния горного массива для того, чтобы иметь возможность надежно прогнозировать разрушение целиков, подготовительных выработок и камер (лав). Методические разработки в этом направлении позволят расширить или, по крайней мере, установить пределы возможности каждого способа измере- ний, проводимых с целью оценки напряженно-деформированного состояния элементов горного массива. Тем самым будет повышен уровень надежности получаемого результата. И, наконец, установленные зональность и периодичность структурно- вещественных характеристик блочных пород и особенности их напряженно- деформированного состояния могут быть использованы для объяснения фено- мена дезинтеграции пород под воздействием возрастающих напряжений вблизи горных выработок. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Малмейстер А.К. Сопротивление полимерных и композитных материалов / А.К. Мал- мейстер, В.П. Тамуж, Г.А. Тетерс. – Рига: Зинатне, 1980. – 571 с. 2.Протопопов И.И. Экспериментальное исследование свойств и напряженно- деформированного состояния горных пород блочного строения / И.И. Протопопов // Горный журнал – 1993. - № 2. – С. 20-24. 3.Яценко В.Ф. Прочность композиционных материалов / В.Ф. Яценко .- К.: Вища школа, 1988. – 192 с. 109 УДК 553.94:622.411.332 Канд. геол. наук. П.С. Пащенко (ИГТМ НАН Украины) УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ЗОН СКОПЛЕНИЯ МЕТАНА В УГЛЕПОРОДНОМ МАССИВЕ Розглянуті основні геологічні чинники, які впливають на формування зон скупчення метану у вуглепородному масиві. Виділені, найбільш ефективні показники для середнього катагенеза порід – опосередковані локальні структури, зони тріщинуватості порід, стрижневі ділянки пісковиків (палеопотоки). Для виділених показників виконаний розрахунок диспер- сійного аналізу по альтернативній ознаці. На основі розрахунків встановлено вплив кожного фактора на формування зон скупчення метану у вуглепродному масиві. CONDITIONS OF METHANE ACCUMULATION ZONES IN A COAL- BEARING ARRAY Basic geological factors, which influence on forming of zone of accumulation of methane in coalrock massif, are presented. The most effective indexes for middle katagenesis of rock are de- terminated - medial local structures, zone of jointing of rock, race areas of sandstones (paleocur- rent). For determinated indexes calculation of dispersion on an alternative character is executed. On the basis of calculations influence of every factor on forming of zone of accumulation of methane in a coalrock massif is definited. Запасы метана распределены в углепородном массиве Донбасса неравно- мерно. Существуют участки, с пониженным содержанием метана и, наоборот, участки с повышенным содержанием. На распределение метана в породах влияет целый ряд геологических факторов. Основными из них являются глуби- на залегания исследуемого пласта, степень катагенеза пород, морфология, тек- тоника, литологический состав вмещающих пород и др., но влияние каждого из этих факторов в различных условиях шахтных полей и районов Донбасса раз- личны и неоднозначны. В каждом конкретном случае необходимо установить закономерности изменения газоносности на площади и с глубиной, определить степень влияния на газоносность геологических факторов, выделить основные из них для исследуемой площади, что позволит при ограниченном объеме фак- тических данных выявить наиболее газоносные участки на каждом шахтном поле. Определение основных геологических факторов, влияющих на формиро- вание зон скопления метана в породах Донбасса, является, актуальной научно- практической задачей для угледобывающей отросли, что позволит рентабельно производить работы по дегазации углепородного массива и вести добычу газа в промышленных масштабах. В работе [1] выполнен анализ литературных данных, которые послужили основой для разработки новых способов по прогнозу зон скопления метана, рассмотренные в работах [2, 3]. Выполненные автором данной статьи исследо- вания в Донецко-Макеевском районе, позволили выделить основные геологиче- ские факторы, влияющие на формирование зон скопления метана в углепород- ном массиве. Определены показатели тектонического, литологического харак- тера и комплексного влияния на формирования скоплений метана в породах среднего катагенеза. В процессе исследований, были выбраны и изучены оптимальные показа-

Institution

Ähnliche Einträge