Обоснование и разработка модели самонапряженного состояния породного массива для обеспечения устойчивости горных выработок

Мороз, Алексей Иосифович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Обоснование и разработка модели самонапряженного состояния породного массива для обеспечения устойчивости горных выработок
ВАК РФ 25.00.20, Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

Автореферат диссертации по теме "Обоснование и разработка модели самонапряженного состояния породного массива для обеспечения устойчивости горных выработок"

МОРОЗ АЛЕКСЕЙ ИОСИФОВИЧ

На правах рукописи

ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ САМОНАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПОРОДНОГО МАССИВА ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

Специальности:

25.00.20 - «Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная

аэрогазодинамика и горная теплофизика» 25.00.22 - «Геотехнология (подземная, открытая и строительная)»

2 7 0КТ 2011

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 2011

4858350

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Московский государственный горный университет» на кафедре «Физика горных пород и процессов»

Научный консультант

доктор технических наук, профессор Корчак Андрей Владимирович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Шкуратник Владимир Лазаревич доктор технических наук Норель Бронислав Константинович доктор технических наук, профессор Катков Геннадий Алексеевич

Ведущая организация:

Учреждение Российской академии наук Институт проблем комплексного освоения недр (УРАН ИПКОН)

Защита состоится 16 ноября 2011 года в 12 час. на заседании диссертационного совета Д 212.128.05 при Московском государственном горном университете по адресу: 119991, Москва, Ленинский проспект, д.6

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета

Автореферат разослан « Ц » октября 2011года

Учёный секретарь диссертационного сов<

доктор технических наук

Мельник В.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Освоение подземного пространства, являющееся техногенным воздействием на породный массив, сталкивается с различными проблемами. Одной из них остается недостаточная полнота и достоверность описания напряженно-деформированного состояния породного массива и его механических свойств, изменение их во времени при проходке горных выработок.

В рамках традиционного подхода механические свойства пород определяют по результатам испытаний изъятых из массива образцов, которые, являясь разгруженными, реализовали накопленную ранее потенциальную энергию, но считаются адекватными по свойствам образцам in situ и сохраняющими их неопределенно долгое время. Однако на практике в изъятых из массива образцах породы обнаруживают остаточные напряжения, после снятия внешней нагрузки (разгрузки) имеют место изменения свойств и даже их саморазрушение.

Остаточные напряжения, характерные для самонапряженного состояния (в теории упругости термин определяет наличие внутренних самоуравновепшнных напряжений разных знаков после разгрузки), означают неполную реализацию энергии упругих деформаций и оказываются потенциальным источником снижения ресурса прочности разгруженной породы. Вместе с тем постепенное снижение прочности во времени после разгрузки позволяет рассматривать породу как среду с краткосрочным запасом несущей способности, который необходимо направлять на обеспечение устойчивости горных выработок, в том числе котлованов при строительстве подземных сооружений открытым способом.

Одной из причин возникновения самонапряженного состояния является предыстория формирования начального напряженного состояния в условиях гравитации и связанная с ней последовательность приложения внешней нагрузки на элементы породы. В частности, в процессе генезиса осадочной породы с последующей цементацией происходит образование качественно отличающихся друг от друга полей напряжений, влияющих на изменение напряженного состояния массива при вскрытии в нем свободных поверхностей. Однако вклад напряженного состояния элементов строения породы в результирующее напряженно-деформированное состояние при разгрузке на практике не учитывают. Для его учета при оценке механических свойств необходима модель, адекватно объясняющая механизм возникновения самонапряженного состояния массива, знание которого поможет понять причину самопроизвольной потери прочности породы и явится основой разработки активных способов крепления, направленных на минимизацию изменепия напряженно-деформированного состояния породы и оптимизацию параметров, в частности анкерного крепления.

Поэтому актуальной научной проблемой являются обоснование и разработка модели самонапряженного состояния осадочной породы, учитывающей историю происхождения ее напряженно-деформированного состояния, для обеспечения устойчивости горных выработок, в том числе котлованов при строительстве подземных сооружений открытым способом.

Цель работы - обоснование и разработка модели самонапряженного состояния породного массива, позволяющей на ее основе использовать резервы несущей способности породы для повышения устойчивости горных выработок.

Идея работы заключается в представлении возникающего напряженно-деформированного состояния породы при разгрузке как суперпозиции генетических полей напряжений в элементах строения породы, обусловленных силовым воздействием при генезисе породы в условиях гравитации, которая приводит к появлению остаточных напряжений в этих элементах, при разработке активных способов крепления горных выработок.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Изменение напряженно-деформированного состояния массива осадочной породы при образовании в нем свободных поверхностей зависит от предыстории силового воздействия в процессах генезиса породы в условиях гравитации и связанного с ним появления качественно различающихся между собой полей напряжений в отдельных структурных элементах породы, приводящих при разгрузке вмещающий массив в самонапряженное состояние. ,

2. Взаимодействие слагающих породу элементов при разгрузке приводит к неполной реализации энергии упругих деформаций и появлению остаточных напряжений, величина которых зависит от свойств составляющих компонент породы, последовательности ее образования, давления на скелет и для схем генезиса «нагружение - цементирование» и «нагружение - упругопласгаческое деформирование» достигает 20% от начального давления.

3. Оценка напряженно-деформированного состояния массива методом суперпозиции генетических полей и внешней нагрузки позволяет учесть влияние остаточных напряжений на происходящие при разгрузке геомеханические процессы, а также уточнить значения параметров физико-технических свойств породы, используемых для анализа и оценки самонапряженного состояния массива и части нереализованной потенциальной энергии упругих деформаций.

деформация» при нагрузке и разгрузке породы, снижения скорости ультразвука по сравнению со скоростью в момент изъятия ее из массива. Самонапряженное состояние, способное изменяться как с нарушением сплошности, так и без ее появления, начинает возникать при разгрузке на 75-80% от начального давления.

5. Применение активных способов крепления снижает интенсивность разрушения пород на контуре выработки под воздействием техногенных процессов, что создает запас несущей способности, в частности анкерной крепи, и позволяет оптимизировать ее технологические параметры. Установка анкеров сразу же после обнажения забоя позволяет сократить их длину не менее чем на 15% и в результате снизить затраты на крепление.

6. Устойчивость котлованов в раздельно-зернистой породе обеспечивается предварительным нагружением массива, в том числе с помощью анкерной крепи, составляющим 0,4 от начального напряженного состояния бортов будущего котлована и 0,25 его дна, за счет искусственного повышения несущей способности приконгурной области массива пород.

Методы исследований. В работе использованы анализ и обобщение данных отечественных и мировых исследований по рассматриваемой проблеме, физическое моделирование, аналитические и экспериментальные исследования на основе геофизических, тензометрических и инструментальных измерений.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

- применением при исследованиях схем формирования напряженного состояния осадочной породы, аналогичных объективно реализуемым в природе;

- использованием апробированных стандартных методик проведения лабораторных исследований и ГОСТов, сертифицированного оборудования при исследованиях процесса разгрузки горной породы;

- представительным объемом экспериментальных данных, совпадением форм разрушения искусственных образцов и кернов породы с больших глубин;

- удовлетворительной сходимостью (90%) результатов аналитических и экспериментальных исследований и их непротиворечивостью.

Новизна работы заключается в:

- разработке общей физической модели и частных структурных историко-генетических моделей, отражающих, в отличие от существующих моделей, остаточные механические напряжения разных знаков в осадочной породе;

- установлении в цикле разгрузки зависимостей, связывающих упругие параметры породы с аналогичными параметрами образующих породу структурных элементов;

-обнаружении эффектов, сопровождающих формирование самонапряженного состояния, и их регистрации по ряду признаков;

- разработке новой методики определения упругих параметров осадочной горной породы при снятии внешних сил;

-обосновании подхода к определению внутренней остаточной потенциальной энергии породы после разгрузки;

- обосновании и разработке активных способов крепления, направленных на управление напряженно-деформированным состоянием массива, для обеспечения устойчивости выработок.

Научное значение работы состоит в разработке теоретической модели и установлении закономерностей возникновения остаточных напряжений в элементах породы при разгрузке, знание которых является основой развития нового направления по исследованию механизма самопроизвольной потери прочности породы и использованию его для повышения устойчивости выработок.

Практическое значение работы состоит в разработке стандарта СТО 36554501-019-2009 по выявлению самонапряженного состояния осадочной горной породы, который служит основой для научного обоснования совершенствований способов крепления выработок, и, в частности, во внедрении одного из его положений в виде прихруза подошвы выработки до ее проходки.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на секциях НТС НИИОСП им. Н.М. Герсеванова (1997, 2004, 2009 гг.); на научных симпозиумах МГТУ ("Неделя горняка" 2006, 2007, 2010 гг.); на Международных научных конференциях "Проблемы и перспективы развития горных наук" (1-5 ноября 2004 г.), "Геодинамика и напряженное состояние недр Земли"{ 10-13 октября 2005г.), (Новосибирск, ЙГД СО РАН); "Физические проблемы разрушения горных пород" (18-22 октября 2004 г., Москва, ИПКОН РАН); "Геотехнические проблемы мегаполисов" (7-10 июня 2010 г., Москва); (ВМСППС 2005) на секции механики деформируемого твердого тела (25-31 мая 2005 г., Алушта).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 44 работы, в том числе 1 монография, 1 авторское свидетельство, 4 патента, 22 статьи - в периодических изданиях, рекомендованных ВАК России.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы из 256 наименований, содержит 171 рисунок и 16 таблиц.

Автор выражает признательность научному консультанту д.т.н., проф. Корчаку A.B., коллективам кафедр «ФГПиП» и «СПСиШ» МГГУ за помощь при работе над диссертацией и особую благодарность д.т.н., проф. Баклашову И.В.,

д.т.н., проф. Картозия Б.А., начальнику отдела НИИОСП им. Н.М. Герсеванова К.Т.Н. Репникову JI.H. и сотрудникам НИИОСП - за повседневную поддержку, обсуждение и помощь, участие в постановке и проведении экспериментов.

Экспериментальная часть диссертации выполнена на базе ОАО "НИЦ "Строительство" - НИИОСП им. Н.М. Герсеванова, натурные исследования осадочной породы - при строительстве станции метро «Тимирязевская» (г.Москва), ускорительного тоннеля (гЛротвино), тоннеля Рогунской ГЭС.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Породный массив до проведения выработок находится в напряженном состоянии, названном в горном деле начальным, которое, в зависимости от характера распределения напряжений в массиве, отражается гипотезами А. Гейма, А.Н. Динника, И.А. Турчанинова. Большой вклад в изучение процессов формирования и описания начального напряженного состояния, механических свойств пород и их моделей внесли отечественные и зарубежные исследователи: С.Г. Авершин, И.Т. Айтматов, Б.В. Байдюк, И.В. Баклашов, Л.И. Барон, A.A. Барях, П. Бриджмен, Н.С. Булычев, С.С. Вялов, Н.М. Герсеванов, М.Г. Зильбершмидт, М.А. Иофис, A.B. Лавров, A.B. Леонтьев, Ю.М. Либерман, Б.А. Картозия, Г.А. Катков, Л.М. Качалов, A.B. Корчак, Г.Н. Кузнецов, М.В. Курленя, Л.А Назаров, Г.Я. Новик, Б.К. Норель, В.Н. Одинцев, В.Н. Опарин, H.H. Павлова, И.М. Петухов, А.Г. Протосеня, А.Ф. Ревуженко, Л.Н. Репников, В.В. Ржевский, И.В. Родин, В.Н. Родионов, А.Д. Рубан, К.В. Руппенейт, Б.А. Рычков, А.Н. Ставрогин, К. Терцаги, К.Н. Трубецкой, H.H. Фотиева, С.Е. Чирков, Е.И. Шемякин, В.Л. Шкуратник, Л.А. Шрейнер, Л. Шукле и др.

При традиционном подходе механические свойства породы определяют в основном при испытаниях образцов, извлеченных из породного массива, которые считаются разгруженными, полностью реализовавшими потенциальную энергию, свободными от внутренних напряжений из-за отсутствия внешней нагрузки на поверхности образцов, имеющими свойства, адекватные свойствам in situ. Однако, по данным экспериментальных исследований, механические свойства образцов породы изменяются во времени, на наш взгляд, в том числе из-за наличия остаточных напряжений, обнаруживаемых в породах всех классов. Остаточные напряжения в породе изучали Н.П. Влох, М.Г. Зильбершмидт, В.Н. Родионов, C.B. Ржевская, Ф.П. Саваренский, А.Н. Ставрогин, З.Г. Тер-Маргиросян, К. Терцаги и другие. При этом их наличие объясняют в основном изменением условий залегания породы в массиве, происходящим при ее разгрузке (изменение напряженного состояния, температуры, давления и др. факторов), различием свойств структурных элементов породы (А.Ф. Ревуженко) и т.п.

Саморазрушение пород наблюдали П. Бриджмен, Г.Р. Гамсахурдия, Л.И. Барон, А.В. Ключников, В.А. Усков. Это проявлялось при отборе кернов из массива в виде набора дисков, ориентированных нормально скважине, расслоения, например, на "отдельные бляшки толщиной 2-3 см" с Кольской сверхглубокой (~9 км) скважины (А. Осадчий). Известно разрушение породы через полгода после изъятия из массива (М.И. Евдокимов-Рокотовский). Среди причин снижения прочности отмечали действие тектонических напряжений, газа, взрыва, атмосферных факторов, разгрузку от высоких напряжений, нарушение технологии отбора образцов и др., физико-химические превращения осадочного массива при генезисе (В.И. Николин с соавторами), приводящие при разгрузке к деформациям генетического возврата (ДГВ). Теория ДГВ получила в том числе и критическую оценку из-за рассмотрения деформаций без связи с напряжениями.

Вместе с тем влияние истории формирования начального напряженного состояния породного массива на изменение прочности при разгрузке в основном не изучалось, за исключением исследования Л.Н.Репникова. Однако продолжения работ по изучению изменения механических свойств при снятии внешних сил и после него, влияющих на устойчивость выработок, предложений модели, адекватно отражающей возникновение остаточных напряжений, неизвестно, а конкретно самой разгрузке в исследованиях не уделяется достаточного внимания.

Взаимосвязь истории формирования начального напряженного состояния с напряженно-деформированным состоянием при разгрузке подтверждают простые примеры. Известно, что приложение небольшого давления внутри образца при его искусственном изготовлении ведет к снижению прочности при разгрузке. И даже в структурно-однородном образце, например литой резине, как показали результаты наших исследований, разгруженном от внешних силовых нагрузок, действовавших на него длительное время, имеют место остаточные напряжения.

Образцы для испытаний, изъятые из массива, насыщены информацией о воздействии различных природных факторов при его генезисе (механических, химических, температурных, магнитных и др.). Об образовании массивов пород известна лишь частичная информация, и к их образцам необходимо относиться не просто как к материалу определенных размеров, температуры и др., а как к объекту, напряженное состояние которого в полной мере неизвестно. Хотя в фундаментальных трудах по геомеханике и др. дисциплинам установлены главные особенности генезиса породы, историю ее образования не связывали с формированием начального напряженно-деформированного состояния, которое прямо влияет на изменение напряженного состояния при разгрузке и приводит к возникновению самонапряженного состояния.

Поэтому для повышения устойчивости горных выработок актуальной проблемой является научное обоснование и разработка модели самонапряженного состояния массива пород с учетом истории происхождения его напряженно-деформированного состояния, что и явилось целью диссертационной работы. Для достижения этой цели решались следующие основные задачи исследования:

• разработка и анализ общей физической модели и частных структурных моделей осадочной породы, отражающих главные особенности формирования напряженно-деформированного состояния массива в гравитационном поле в процессе генезиса и, в отличие от существующих моделей, остаточные напряжения разных знаков при разгрузке;

• обоснование способа описания и объяснение механизма возникновения остаточных механических напряжений разных знаков при снятии внешних сил;

• выполнение системного анализа и определение специфики изменения самонапряженного состояния породы на отдельных стадиях цикла разгрузки;

• выявление критериев, характеризующих самонапряженное состояние;

• проведение экспериментальных исследований по изучению изменения остаточных напряжений в породе для разных глубин залегания в цикле разгрузки, в том числе в раздельно-зернистой породе;

• разработка научных основ и рекомендаций по практическому использованию результатов исследования;

• разработка активных способов крепления, использующих резервы несущей способности массива пород для повышения устойчивости выработок.

Анализ исследований по геомеханике, геологии и другим дисциплинам обнаружил основополагающую особенность, общую для пород различных схем генезиса: разное долевое участие структурных элементов в восприятии внешней нагрузки, которая в том или ином виде вносит вклад в формирование начального напряженного состояния пород. В ее элементах возникают качественно отличающиеся системы напряжений, вызывающих при разгрузке появление остаточных эффектов. Наиболее наглядно эта особенность прослеживается в способе образования осадочной породы с последующей цементацией, который соответствует схеме «натружение-цементирование». Сущность способа состоит в том, что отложившийся обломочный материал сначала постепенно сдавливался вышележащими, более поздними, слоями осадков (рис.1, а) с вытеснением воды из пор и заполнением их цементирующим раствором, который затем твердел в порах деформированного и уплотненного высоким давлением скелета (рис.1, б).

В диссертации такой "природный способ" образования породы рассмотрен с позиций концепции К.Терцаш о двух системах напряжений.

б)

Рис.1. Схема изображения процесса образования осадочной обломочной породы: а - сжатие зерен (1... 11) скелета внешней нагрузкой, б - последующее твердение цементного раствора в порах сжатого скелета (показано темным цветом) породы

Согласно этой концепции в грунтовых массах, состоящих из скелета и заполненных водой пор, в условиях открытой схемы (с возможностью выхода воды из пор) одновременно действуют две системы напряжений: эффективные (б7э) ~ в скелете, которые передают давление нижележащим слоям, воспринимая основную силовую нагрузку, и нейтральные {(ун), в этом процессе не участвующие. При этом полное напряжение равно:

(7=<Уэ + (7н- С1)

На начальном этапе генезиса осадочная порода состояла из нагруженного скелета и воды и по аналогии с грунтовой массой в ней действовали две системы напряжений. Далее вода замещалась жидким цементирующим раствором, после твердения которого порода способна воспринимать касательные напряжения, являясь носителем нового качества. Главные процессы, представляющие интерес для практики, начинаются при уменьшении давления, передававшегося на скелет.

Согласно общепринятым фундаментальным положениям, порода является накопителем упругих деформаций, которые реализуются при разгрузке. Моделирование главных стадий образования напряженно-деформированного состояния породы позволило для анализа принять модель (рис.2) в виде двух упругих элементов, находящихся в разных напряженных состояниях. Обладает ли элемент Пи моделирующий скелет породы, полной упругостью или частичной, в принципе значения не имеет, важно, что упругость проявляется при разгрузке. Данная упрощенная модель позволяет проследить причинно-следственную связь явления образования остаточных механических напряжений в элементах среды после разгрузки. Более того, на ее основе можно будет рассмотреть любые более сложные варианты и исследовать весь промежуточный спектр цементирования в процессах генезиса породы. На рис.2 элемент Я/, моделирующий скелет, показан толстой линией, тонкой -элемент П2, отражающий цементирующий материал.

г)

шш шт

Рис.2. Струюурная модель из двух упругих элементов: а) - сжатие элемента II) внешней силой Р и скрепление его с несжатым элементом 77?, 6) - снятие силы Р, виг)- остаточные механические напряжения в элементах П\ и П2

При разгрузке элемент П1, начиная растягивать II2, не сможет вернуться в исходное положение (рис.2, б) из-за сопротивления элемента Д?. Очевидно, без знания схемы формирования напряженного состояния можно сделать вывод, что модель ненапряженная. Однако в результате неполной реализации накопленной потенциальной энергии в элементах будут существовать совмещенные системы напряжений: сжимающие и растягивающие (рис.2, в, г). Отражающая образование остаточных напряжений и принципиальное отличие от пород, образованных в условиях закрытой схемы (компрессии), модель применима, если жесткость первого элемента больше нуля, жесткость второго- не ограничивается.

Длительность периода формирования породы не ограничивает возможности применения модели, поскольку энергия упругих деформаций не исчезает, а происходящие постоянно природные процессы в массиве генерируют ее вновь и возобновляют потенциальную энергию. Это подтверждается известными фактами поднятия подошвы карьеров и дна глубоких котлованов после выемки пород.

Влияние фазового перехода, структурных изменений, физико-химических и иных факторов, сопровождающих процесс набора прочности цементирующего раствора, которые приводят к образованию своих полей напряжений, вносящих некоторый вклад в изменение напряженно-деформированного состояния при разгрузке, в работе не рассматривается.

О возможности относительной консервации при разгрузке эффективных напряжений нейтральными в силу образования в капиллярных отверстиях менисков и соответствующим натяжением поровой воды отмечали на основе анализа грунтовой массы еще Н.М. Герсеванов и Д.Е. Полыпин. Однако, по их мнению, такое состояние крайне неустойчиво. Вместе с тем при замене воды затвердевшим заполнителем его связывающее влияние на деформации скелета при разгрузке установлено экспериментально сначала Л.Н. Репниковым, затем

соискателем совместно с ним, путем сравнения зависимостей разгрузки песка и песчано-цементных образцов, твердевших под давлением на скелет (рис.3). Для опытов в стенках формы и верхней плите были выполнены отверстия, через которые "лишний" раствор при нагружении образца выдавливался наружу. Разгрузка осуществлялась ступенями с определением приращений деформаций.

СГ,МПа

Рис.3. Экспериментальные зависимости а =f(Al) при разгрузке песка (скелета

породы) (1) и сцементированных после сжатия скелета образцов: с незатвердевшим раствором (2), с прочностью BIO (3), с прочностью ВЗО (4)

Из графиков видно, что при разгрузке величина упругих деформаций сцементированного сжатого давлением скелета уменьшается (до двух раз) по сравнению с незатвердевшим цементным раствором. Величина остаточных напряжений составляет примерно 20% от давления сжатия (5МПа) скелета для образцов с прочностью ВЗО, которая определена построением перпендикуляра из точки разгрузки сцементированного образца (т.С) до пересечения с зависимостью разгрузки песка (t.Ci), и соответствует отрезку 0С2.

Анализ природных процессов формирования напряженного состояния и других классов пород показал, что некоторые из процессов качественно соответствуют схеме «нагружение - цементация». В частности, магматическая порода образуется также в определенной последовательности (принцип Н.Боуэна). Сначала из жидкого расплава выпадают в осадок кристаллы минералов, обладающие повышенным удельным весом, что отмечено в трудах акад. А.Е.Ферсмана и Е.А.Кузнецова. Под действием сил гравитации они первыми перемещаются в нижние слои расплава и, оказываясь нагруженными весом кристаллов следующей очереди, дают начало процессу формирования скелета. Напряженное состояние скелета на этом этапе генезиса породы начинает отличаться от напряженного состояния межкристаллической массы.

При метаморфизме подверженность способам преобразования (окислению, растворению, выщелачиванию и др.) состава элементов породы и приспособления их к новым условиям неодинакова. В результате выборочного действия из оказавшейся устойчивой части минералов будет формироваться «скелет» породы с действием в нем эффективных напряжений; неустойчивые - создадут среду для формирования нейтральных напряжений. Кроме того, превращения минералов с изменением объемов в стесненных условиях ведут к механическим воздействиям на окружающий массив, что способствует созданию, по мнению Н.П. Юшкина, в породах локальных полей напряжений и деформаций.

Выполненное комплексное изучение напряженного состояния осадочной породы включало исследование напряженно-деформированного состояния скелета из обломочного материала при разгрузке, который до цементации в некоторых случаях является вмещающим массивом. За основу такого анализа взяты известные положения о напряженном состоянии раздельно-зернистой среды как статически неопределимой системы и об аналогии ее с пространственной конструкцией - фермой (предложение Н.М. Герсеванова), а также подход акад. Ю.Н. Работнова, изложившего основные идеи теории упругих и пластических сред на примере простых стержневых систем. Это позволило в качестве структурной модели породы в работе принять однократно статически неопределимую систему - симметричную ферму с шарнирами в узлах (рис.4).

Рис.4. Расчетная схема (а) и основная система (б) фермы; Р - внешняя нагрузка,

1... 6 - элементы фермы

Расчеты изменения напряженного состояния элементов фермы как функции внешней нагрузки в упругопластической постановке, когда при нагружении в наиболее напряженных элементах возникают пластические деформации без перехода в кинематически изменяемую систему (после преодоления величин Р/ и Рд), показали, что после разгрузки усилия в элементах Аг; (г - номер элемента) не равны нулю (рис.5). Знаки (+) и (-) означают соответственно растяжение и сжатие. Остаточные усилия составляют 23% от действовавшей нагрузки Р.

а) б)

Рис.5. Характер изменения усилий JV,- в элементах фермы при нагружении (а) и при разгрузке (б) в зависимости от внешней нагрузки Р; Л^д определяет несущую способность элементов системы в упругой стадии

Для статически неопределимой системы и породы при сжатии и разгрузке имеется определенная аналогия в развитии процессов деформаций и в "механизме" перераспределения усилий. Отличие для однофазной раздельно-зернистой породы состоит в том, что в ней сопротивление растяжению в узлах контактов равно нулю. Однако угол внутреннего трения нулю не равен, из-за чего сформированная под давлением структура обладает некоторой прочностью на растяжение. При разгрузке трение по контактам частиц друг с другом начинает препятствовать их возврату в начальное положение. Это приводит к изменению структуры с выделением части упругой энергии до некоторого уровня нагрузки, который определится, в частности, коэффициентом трения / между частицами породы с "консервированием" некоторой доли накопленной упругой деформации.

Доказательством этого служат экспериментальные данные сигналов акустической эмиссии {АЭ), регистрирующих образование дефектов, после разгрузки сухого песка. После сжатия песка на стенде в жесткой цилиндрической емкости (высотой 150, диаметром 300 и толщиной стенок 8 мм с двумя поясами ребер) с выдержкой на каждой ступени до стабилизации деформаций нагрузку снимали и изучали появление сигналов АЭ, а также измеряли деформации последействия индикаторами часового типа с точностью 0,01 мм.

Начальные и граничные условия до разгрузки были следующими:

az=P/F, ер=0, р — R, (Тр —(v/1- v)(Tz, dw/dR=0, 0 <z <h, (2)

где ctz, ap - соответственно вертикальные и боковые напряжения, Р - нагрузка,

кН; Р- площадь штампа, см2; ¡1 - радиус емкости, см; у- коэффициент Пуассона, €р< - относительные радиальные деформации и вертикальные перемещения.

Учет вклада каждого импульса выполняли нормированием сигналов, при котором один импульс с высоким уровнем АЭ, в частности, сто двадцать восьмого канала, равен 128 одиночным сигналам первого канала.

Эксперименты показали затухающее во времени образование дефектов, означающее преобразование структуры песка, при этом наиболее интенсивно оно происходит в течение 10-15 мин после полной разгрузки. Через 24-27 мин акустическая эмиссия прекращалась, и возникшее состояние стабилизировалось или новые импульсы АЭ были ниже порога чувствительности аппаратуры. Данные регистрации сигналов АЭ после разгрузки представлены на рис.6, где число нормированных импульсов показано темными столбцами, -ненормированных (арифметической суммы) - в виде белых столбцов, и на рис.7.

Анализ результатов показал, что в режиме ступенчатой разгрузки на остающиеся после разгрузки напряжения влияют фракционный состав и угол внутреннего трения. Выдержка нагрузки на каждой ступени приводит к снижению числа импульсов АЭ, в песке (с полиэтиленовой пудрой), коэффициент трения которого примерно равен нулю, их практически не наблюдалось.

вхЮ'

Аг

МО'-

:11 ¡Г ; а. ! Н -- -

16 I. нин

15 (, ШН

6 12

(. шт

а) б) в) г)

Рис.6. Изменения числа импульсов ЩАЭ в породах фракций: 30мм (а), 5мм (б, в,

г), сформированных давлениями 2,27 МПа (а, б, в), 5,54МПа (г) после разгрузки

Учет истории формирования напряженного состояния осадочной горной породы при исследовании разгрузки позволил выполнить; оценку величин физико-механических параметров породы в самонапряженном состоянии и части нереализованной потенциальной энергии упругих деформаций, графические

построения изменения напряженно-деформированного состояния породы при разгрузке и возникновения остаточных напряжений на основе модели.

§8 с 2

83 з <

Рис.7. Изменение числа импульсов АЭ во времени после разгрузки раздельно-зернистых пород различной крупности

Образовавшуюся породу по схеме «нагружение - цементирование» можно рассматривать сплошной, изотропной и однородной, являющейся носителем двух совмещенных однородных полей напряжений, и для любой ее точки полное напряжение определится, как и в (1), суммой напряжений в системах I и П:

(■о , {") е>\

а = а + сг ■ V)

Начальные и граничные условия при исследовании изменения напряженно-деформированного состояния породы в процессе разгрузки - следующие. Элемент породы в виде кубика расположен на глубине г = И в упругом полупространстве. Напряженное состояние обусловлено только гравитационными силами, гидростатическое давление в заполнителе принято атмосферным. Процесс разгрузки представлен удалением части толщи породного массива мощностью ЛИ в условиях отсутствия боковых деформаций ех =^,=0. При малых размерах сторон образца распределение горизонтальных составляющих напряжений в пределах кубика можно принять равномерным.

При определении зависимости между внешней нагрузкой и деформациями и перераспределением напряжений в элементах учитывалось, что в результате цементации порового пространства образуются прочные связи между элементами породы. Это позволило зависимости 1 и 2 разгрузки первого элемента и нагрузки второго в видах (рис. В, а, 6) совместить с общим началом координат О0 (идея Л.НРепникова), приняв их в дальнейших построениях линейными, что считается общепринятым, и равенство деформаций элементов породы (х), означающее, что при разгрузке деформации сжатого элемента вовлекают в деформации другой элемент, которые прекратятся, когда напряжения в элементах сравняются:

Х=Х°=Х№ ('"=***). (4)

Текущее значение напряжения, когда один элемент сжат, а другой растянут:

—»—щебень 30 -•-песок 5 -т*—П6СОК2

-^-щебень многократно

(О

0\ =0" ~<т ■ (5)

Выполненное построение демонстрирует образование остаточных напряжений. Зеркальное отражение зависимости (2) относительно оси е определяет точку Д равенства напряжений разных знаков ДС=СС1 (рис.8, в) при разгрузке. Ее проекция на ось е(в т.С) и перенос на нее всех ординат между АД и ОоД (эта область заштрихована) определяет зависимость сг=/(£) (3) (рис.8, г), которую получают в «привычном» виде, если значения внешней нагрузки, как обычно, откладывать от оси деформаций. Однако без знания истории образования среды фактические ординаты внутренних напряжений, равные отрезку ДС

(рис.8, д), неизвестны. Остаточные боковые напряжения 6 отражены на рис.8, е. + А

б)

с, -О-г

м а, а

1 1

1 1 1 д/ |/1 4 {,Ъ

1 £ 01 в/ / i / ' i/ \ ч,'

в! £о

г)

д) е)

Рис.8. Графическая интерпретация формирования самонапряженного состояния: совмещение зависимостей «напряжение - деформация» для элементов породы (а и б) в общем начале координат (в), получение результирующей зависимости (3) при разгрузке (г), остаточных напряжений: нормальных (д) и боковых (е)

В работе получена результирующая или эквивалентная жесткость модели породы, равная сумме относительных жеспкостей ее элементов:

C = C®+CW. (6)

Для результирующего модуля упругости породы Е из условий, что после заполнения пор раствором и его твердения дополнительная внешняя нагрузка АР (или напряжение Ао) воспринимается скелетом АР] и заполнителем АР2, т.е. АР 1 + АР2 =ЛР, и равенства относительных деформаций этих составляющих: Asi=As2=As, получено:

Е = asE2+(I-aJE,, (7)

гд&As=AP/EF, As\ = А оi/Ej =AP1/E1(l-ccs)F, Af.2=А о2/Е2 -=AP2/E2asF, F - общая площадь образца породы, asF- площадь сечения пор, as - долевой вклад заполнителя, (l-as)F - площадь сечения минералов скелета, E1 п Е2 -модули упругости минералов скелета и заполнителя соответственно.

Объемное напряженное состояние для элементов породы описано с помощью обобщенного закона Гука в виде:

s Ifs (s s^l.s lfi I s s\1. s lis I J sH ЛЛ

Sz=~Vrz-vsk7x+(Trb Sx^Trb-x-Vsbz+o-Tii' £v=~br-ysliTz+crJ> W

a s tis JtLs

где ef, vs, Es, af - деформации, коэффициенты Пуассона, модули упругости, нормальные напряжения на площадке с нормалью j соответственно скелета и заполнителя (s = I, П) в точке на глубине z = Я; _/= х, у, z.

Касательные напряжения по площадкам с нормалью по направлению главных координатных осей равны нулю. Из (8) с учетом вышеперечисленных условий, считая породу сплошной средой в пределах деформаций £ s^ (рис.9)

Рис.9. Схема изменения напряженно-деформированного состояния элементов породы при разгрузке: сг„ - текущее значение вертикальной составляющей напряжений при частичной разгрузке

кага2

' кО+а)-*-аг Р0^ссУ(Р +Р а^+адЕл'

(9)

р--ро-р к_ _ I

-У-1 агЕг СГл & Яг

1 -у, 1

v/, У2 - соответственно коэффициента Пуассона скелета и заполнителя (табл.1). Изменения результирующего коэффициента в предельных переходах:

а) при £я -»0 v-v^, (9, а)

б) при % у = (9,6)

в) при £¿1 ->£¡2 напряжения (сжатия) и (растяжения) станут равными по абсолютной величине, но различивши по знаку (к = -1), поэтому

(-1)-агсь _ аЛаг

Они отражают соответственно особенности напряженного состояния, когда нагрузку несет первая система (9, а), а вторая система напряжений является инертной, или наоборот, инертной является первая система напряжений (9, б); результирующие поперечные деформации определяются формулой (9, в).

Результаты расчетов по полученной формуле для последнего, менее очевидного случая, приведены для реальных коэффициентов Пуассона в табл. 1.

(9, в)

К -100 -50 -10 -5 -2 -1.5 -1 0

у =0.2 уг = 0.22 0.2002 0.2004 0.2014 0.2032 0.2063 0.2076 0.2101 0.22

У у, = 0.25 уг = 0.22 0.2497 0.2494 0.2474 0.2449 0.2403 0.2383 0.2352 0.22

у1 = 0.25 у2 = 0.29 0.2504 0.2508 0.2538 0.2570 0.2638 0.2665 0.2705 0.29

у1 = 0.29 у г — 0.25 0.2896 0.2893 0.2865 0.2836 0.2771 0.2745 0.2705 0.25

Изменения результирующего к происходят от величины коэффициента первой системы в начале разгрузки к практически среднеарифметическому значению коэффициентов первой и второй систем при полной разгрузке, результаты расчета которого приведены в диссертации в графические виде. Рассмотренная схема иллюстрирует, в отличие от традиционной постановки вопроса в рамках положений теории упругости, частичную "консервацию" при разгрузке в первом элементе ранее накопленной энергии упругой деформации.

При совместной деформации элементов, слагающих горную породу, в условиях разгрузки зависимости между напряжениями и деформациями могут быть представлены функциями: \ - /; (е) для первого элемента, 2 - /и (е) для второго элемента и 3 - /ш(е) для результирующей зависимости (рис. 10, а).

Рис.10. Зависимости <т=/(£) при разгрузке для элементов породы (а), и схема распределения составных частей потенциальной энергии после разгрузки (б)

Площади фигур, ограниченных зависимостями 1 -3, отражают удельную работу деформации, т.е. потенциальную энергию, накапливаемую в материале в результате действия внешних сил. Запасенная энергия, которая может быть реализована при разгрузке, отражается фигурой АВО0, если пренебречь другими видами энергии. Часть ее, ограниченная площадью &ДВС, не реализуется из - за сопротивления второго элемента. Площадь, ограничиваемая результирующей зависимостью 3 в диапазоне изменения деформаций от г0 до е2, определяется зависимостями для отдельных систем напряжений в этом интервале. Поэтому

Во £о

/УгСа~е)д, £ ~ ¡/„(£г£^ £ = иш(еге)<1 £. (ю)

Вг €2 Бг

Для случая когда эти зависимости являются линейными (что для определения фактического перераспределения внутренних усилий не вносит сколь-нибудь существенной погрешности), в допредельном состоянии диаграмма распределения потенциальной энергии после разгрузки образца имеет вид (рис. 10, б). Она может быть представлена в виде суммы площадей треугольников 4 (остаточная энергия первого поля) и 2 (или, что то же самое 3 - эту часть энергии накопило в процессе разгрузки второе поле):

Б\ €г

Э„= )(1 £ + 1/я(£ )с1 £■ (11)

Бг £о

Анализ графика показывает, что с увеличением модуля упругости второго элемента и возможности его воспринимать большие растягивающие напряжения возрастает доля нереализованной потенциальной энергии после разгрузки.

Кроме устойчивого состояния, возможны различные случаи в зависимости от прочностных характеристик элементов породы, режима разгрузки и других факторов (рис.11). В частности, при быстром снятии нагрузки ветвь разгрузки близка к линейной. При выдержке давления на ступенях проявляется ползучесть.

а)

в)

д)

б)

г)

е)

дД

Щ/Г )

7и

в В2 В1

,Ус е'п

А. к

сг

Ог

00£

Рис.11. Графики изменения напряженно-деформированного состояния породы, образованной по схеме «нагружение - цементирование», при разгрузке в зависимости от соотношения о®/Яр<71>

Случай 1. Цементирующий материал обладает очень высокой прочностью на растяжение Я/1> > (рис.11, а). Образец породы будет сохранять

стабильность характеристик при последующем хранении и скорее всего не обнаружит приращений деформаций после разгрузки. С практической точки зрения достаточно исследований породы в лаборатории, с другой стороны, этот случай наиболее сложный из-за того, что к настоящему времени не разработано способа идентификации самонапряженного состояния с устойчивым равновесием.

Случай 2. Связующий материал является хрупким и его прочность на растяжение после разгрузки равна <т;= <уп, причем R/!) ф Ф(Х) (рис.11, б), поэтому состояние характеризуется неустойчивым равновесием. В зависимости от дополнительных факторов воздействия (вибрация, температура и т.п.) упругое последействие может произойти, а может и не произойти.

Случай 3. При Rpm < <т/= сР образец, будучи извлеченным из массива, уже изменит свою прочность, и величина этого снижения будет зависеть от и1

Случай 4. Уровень напряжений, передаваемых при реализации упругих деформаций, реализуемых скелетной структурой, приближается к прочности на растяжение цементирующего материала (рис.11, в). Особенность этого случая в том, что в процессе разгрузки действующие биполярные напряжения достигнут уровня напряжений, при которых начинается образование дефектов, что приведет к началу уменьшения прочности. Изменение зависимости сг =/(£■) в этом случае показано на рис.11, г пунктиром. Деформация при разгрузке равна:

£„ = £,+£л ' О2)

где £„- полная относительная деформация до начала упругого последействия, £л - участок линейной относительной деформации, £/ - текущее значение относительной деформации после линейного участка, которая является функцией разности напряжений в структурах на нелинейном участке и времени V.

е>Ф1(а-(тпШ- (13)

Текущее значение полной деформации определяется формулой:

б^е.+е>иЕг<т1>+Ф Kp'-aU ]■ (14)

Результирующая зависимость разгрузки отражена ветвью АС (рис. 11, д).

После разгрузки возникшее состояние может оказаться неустойчивым из-за воздействия остаточных напряжений на цементирующую структуру. В результате со временем начнется новый процесс образования дефектов с уменьшением прочности породы, сопровождающийся дополнительными приращениями деформаций, пока не наступит равновесие остаточных напряжений. На рис.11, е пунктирной линией со стрелкой в окончании показано изменение зависимости между напряжениями и деформациями для связующего материала. Общая

деформация будет равна £ = £„+ Аес, при этом величина приращения деформаций Дес может трактоваться как упругое последействие. Результарующая зависимость разгрузки в этом случае отразится ветвью АВ1В2. Для учета эффекта самонапряженного состояния традиционная формула может быть записана в виде:

е=ЧЕсг+Аес. О5)

где Аес является функцией разности напряжений в структурах, времени и др.

Для определения влияния фактора самонапряженного состояния на результирующее напряженно-деформированное состояние был выполнен системный анализ возникновения остаточных напряжений в зависимости от ряда факторов, в частности, снижения внешнего воздействия на величину АР (МПа) для случаев АР = const во времени, которому соответствует случай удаления с поверхности части массива мощностью h = АР/у {у- удельный вес пород, МБУм3). и 8= const, для которого дальнейшая деформация исключается, т.е. de^dt = 0.

Рассмотренная схема «нагружение - упругопластическое деформирование» может моделировать и иные способы генезиса, например, нагружение сцементированного не сжатого скелета. Она возникает и при испытании образцов пород в условиях одноосного напряженного состояния, особенно при уровнях напряжений, вызывающих начало пластических деформаций или образования дефектов. Прикладываемые напряжения будут действовать и в части объема образца без дефектов, и в другой части объема, содержащей дефекты:

Nl=Nfa> + Ni<y>*m oi=a-m4-a)d <a¿1)> (16)

где N¡(П), N¡ aí1, <T¡y - соответственно усилия и напряжения в областях, затронутых дефектами, и без дефектов, а - коэффициент, характеризующий долевое участие объема материала, подверженного возникновению дефектов.

Для отражения генетической схемы «нагружение - упругопластическое деформирование» была разработана и исследована модель (рис.12). При уровне напряжений, вызывающих пластические деформации, перемещения модели имеют конечное значение. Для перехода к объемному состоянию можно использовать алгоритм решения Л.Шукле с помощью тензорных преобразований.

Результирующие зависимости при нагружении и разгрузке отражаются линиями OJA и ANG как алгебраической суммой напряжений в частях модели, при повторном нагружении - линией GPA в предположении, что образование остаточных деформаций не приводит к уменьшению модуля упругости E¡ и соответственно наклона результирующей зависимости (рис.13). При этом в т.G внешняя нагрузка будет равна нулю, однако внутренние напряжения в элементах модели, равные между собой по абсолютной величине (KG=GF), останутся.

rVVWNAA-,

с er

—s/W4-^—

Рис.12. Схематическое изображение многоэлементной контурной модели

■©-> S

Рис.13. Графическое представление зависимости между напряжениями и деформациями при циклическом нагружении контурной модели

Анализ этой зависимости показывает, что она представлена в виде кусочно-линейной функции (наклонным ромбом GPAN), как первого приближения общей нелинейной зависимости. По своим основным параметрам она схожа с петлей гистерезиса, удовлетворительно совпадая с экспериментальными зависимостями. Отличия состоят в том, что, во-первых, экспериментальные петли являются криволинейными, и, во-вторых, в отсутствии в них дискретного изменения производной da/da Если учесть известный из практики постепенный характер накопления дефектов, приводящий к появлению нелинейной зависимости а=а(е) с плавным переходом графика от упругих деформаций к пластическим, и упрощения, принятые при аналитической трактовке модели, то незначительное "скругление углов" сделает полученную петлю практически идентичной экспериментальной. Второй момент в вопросе трансформации напряженного состояния материала образца состоит в том, что постепенное накопление дефектов при приложении нагрузки явится причиной постоянного формирования

различных полей напряжений, что приведет к изменению "стартовых" условий этих полей перед разгрузкой. В первом приближении их можно представить двумя группами: поле упругих напряжений и поле напряжений текучести, которые могут быть в общем случае как совмещенными, так и локальными.

Элементы контурной модели в основных чертах и отражают эти разные по величине поля напряжений. Природное свойство породы, характеризуемое тем, что каждый фрагмент отличается упругостью и имеет свой предел текучести, в работе отражено на модели добавлением к проанализированному контуру параллельно таких же контуров. Полученная полная модель позволит "сгладить" теоретическую зависимость и приблизить ее к получаемым при проведении экспериментов зависимостям, и оценить ее работу при изменении знака нагрузки.

Несовпадение зависимостей разгрузки и повторной нагрузки на рис.13 позволяет сделать вывод, что одной из основных причин получаемых в опытах петель при повторном нагружении является наличие в образце разных полей напряжений, существовавших изначально или возникающих при проведении опыта из-за пластических деформаций, приводящих к появлению остаточных напряжений. Начиная с А. Надаи, все исследователи и отмечают, что такие петли образуются при нелинейной зависимости между напряжениями и деформациями.

Понимание механизма явления позволяет объяснить причину снижения механической прочности не только после разгрузки и не только породы, но и конструкций, работающих при циклической или знакопеременной нагрузке.

Наиболее заметно воздействие упругих деформаций на сформировавшуюся структуру с нарушением возникших в ней связей, сопровождаемым сигналами АЭ, начинает проявляться в процессе разгрузки песка после снятия нагрузки на 75 - 80%. Опыты показали, что в диапазоне нагрузок до (0,75-0,8)Р (рис.14) сигналов АЭ практически не поступало. С уровня пригруза ~0,2Р регистрировали увеличение числа импульсов АЭ, и после полной разгрузки - их затухание.

Рч" 160 св И

& 120

& 80 К

° 0 2 4 6 8 10 Деформации, мм

Рис.14. Компрессионные зависимости песка при нагрузке и после разгрузки

Величина 0,25 от действовавшей нагрузки может служить ориентиром для разработки мероприятий, предотвращающих преобразование образовавшейся структуры, например, с помощью приложения пригруза до разработки грунта.

Комплексный анализ полученных данных: традиционных компрессионных зависимостей, модельных исследований, опытных данных (см.рис.13, 14) позволяет сделать вывод, что самонапряженное состояние начинает возникать на последнем этапе процесса разгрузки. Поэтому для нейтрализации активного давления массива и деформаций наиболее эффективным способом может быть активный с приложением пригруза до начала разработки породы.

Результаты исследования показали, что после разгрузки наиболее заметное влияние на стабильность механических свойств обнаруживается у породы, сформированной по схеме «нагружение - цементирование». Для моделирования этой схемы применяли песчано-цементную смесь (цемент М500) с в/ц =0,28, из которой получали бетонные образцы класса ВЗО. Моделирование указанной последовательности осуществляли с помощью массивной стальной разборной формы с отверстиями в ее стенках, внутри цилиндрической полости которой помещался раствор. Торцевые части формы перекрывали пуансонами и ими сжимали раствор с передачей давления на скелет, поскольку «лишняя» часть жидкой фазы имела возможность выхода из пор через отверстия формы. Образцы твердели под давлением на скелет 30 МПа 28 суток. По истечении этого срока при разборке формы образцы расслаивались на рыхлые фрагменты (рис.15, а), близкие по форме к дискам, полученным с больших глубин (рис.15, б) Л.И.Бароном и соавторами, и имели ярко выраженную анизотропную структуру: плоскости расслоения были ориентированы под углом 90° к усилию сжатия. Аналогичное разрушение кернов песчаника получено при глубоководном (1-3 км) бурении Г.Р. Гамсахурдия, что может быть следствием и остаточных напряжений, а; б)

Рис.15. «Самопроизвольно» разрушенный образец (а), сформированный по схеме «нагружение - цементирование», при разгрузке и расслоившийся нормально скважине керн (б) после извлечения с большой глубины

Результат эксперимента показывает, что для набора прочности пресс-бетона по традиционной схеме при сооружении обделок горных выработок необходимо исключить опрессовку бетона по открытой схеме, не допуская образования эффективных напряжений. Иначе, при снятии нагрузки от домкратов бетон обделки переходит в самонапряженное состояние с возникновением в нем растягивающих напряжений и возможным образованием дефектов в обделке.

В натурных условиях скорости распространения ультразвуковых волн (20 кГц) определяли на изъятых из массива образцах породы толщиной около 5 см, имевших две примерно параллельные плоскости. Акустический контакт рабочей поверхности щупов с образцами обеспечивали слоем пластилина. Первые измерения проводили в забое сразу же после отладки. Результаты выполненных измерений образцов при проходке подземной выработки на Рогунской ГЭС на глубине порядка 50 м показали снижение скорости продольных волн в образцах песчаника на 26% во времени. Наиболее заметно это уменьшение происходило в течение 10 -14 дней после извлечения фрагментов породы из забоя и далее с постепенным затуханием.

Для практического применения этих данных в разработанном стандарте СТО 36554501- 019- 2010 рекомендовано сравнение результатов измерения скорости ультразвука в образцах непосредственно в забое, затем в течение месяца после извлечения их из массива. Неразрушающий метод потребует минимум образцов для исследования. В перспективе это поможет накопить и создать банк данных изменения свойств для различных горно-геологических условий. На их основании вводить в расчетные характеристики вмещающего массива численные поправки при решении конкретных задач горной механики.

Анализ результатов испытаний песчано-цементных образцов, твердевших по схеме эпигенетической цементации, показал снижение скорости ультразвука после разгрузки по сравнению с контрольными образцами в зависимости от давления на скелет породы (до 40 % при давлении 10 МПа) (рис.16).

V, км/с

.* 1-твердение образцов

под давлением 1 МПа

2,5 -« 2 - твердение образцов под

давлением 5МПа

1 5

'| 3- твердение образцов под

0 _ давлением ю МПа

О 500 1000 1500

Часы

Рис.16. Экспериментальные данные изменения скорости ультразвука песчано-цементных образцов, твердевших при различных давлениях, после их разгрузки

В направлении сжимающих усилий скорость оказалась в 2-3 раза ниже скорости в перпендикулярном направлении. Испытания на одноосное сжатие образцов после 28-дневного твердения показали снижение прочности в зависимости от давления на скелет (рис.17). Давление 30 МПА приводит при разгрузке даже к саморазрушению образцов, свидетельствующему о величине остаточных напряжений более 10% от начального давления.

0 5 10 15 20 Р,М?1а

Рис.17. Зависимость прочности на одноосное сжатие (осж) песчано-цементных образцов от величины давления Р на скелет, при котором они твердели

Результат изучения напряженного состояния песчано-цементного образца, образованного по схеме «нагружение - цементирование», после разгрузки синхронно тензометрическим и АЭ способами приведен на рис.18.

1,09 >,06

,03

№,имп

1 II

] • —. N '200

2 - / 50

1 ,час 192 144 96 48 0

Рис.18. Изменение деформаций (1) песчано-цементного образца, твердевшего при давлении на скелет 10 МПа, и числа импульсов АЭ (2) в нем после разгрузки

Модельные испытания песчано-гипсовой смеси в компрессионной камере показали, что в среде, образованной по схеме «нагружение - цементирование», после разгрузки в части граничной поверхности камеры происходят вертикальные деформации аналогично выпору в подошве выработки.

Незначительное изменение прочности можно зарегистрировать только аппаратурой с высокой чувствительностью. Предельным случаем является зримое разрушение. Одной из причин может быть наличие давления в заполнителе,

имеющем вполне определенный коэффициент вязкости. Как следствие, изменение давления на открытом контуре может дойти с опозданием до областей среды, удаленных от этого контура (только в воде давление распространяется практически мгновенно в пределах рассматриваемого объема). В результате этого в глубине напряженное состояние заполнителя может находиться между нулем и прикладываемым давлением. Существование многочисленных промежуточных случаев в природе как раз и может объяснить очень высокие деформации упругого последействия извлеченных из массива образцов без их разрушения.

Вместе с тем одной из возможных схем формирования напряженного состояния породы является твердение заполнителя в порах ненагруженного скелета. В этом случае внешнее воздействие прикладывается к сцементированной породе. В качестве аналога случая образования породы, при котором начальные напряжения в ее элементах равны нулю, а деформационные свойства минералов и заполнителя различные, может быть обычный железобетон, хорошо изученный в настоящее время. На 8 призмах железобетона, который достаточно адекватно моделирует образование горной породы вблизи дневной поверхности, после нагружения их до величины 1/2 от разрушающей нагрузки исследован процесс разгрузки, результаты одного из испытаний которой приведены на рис. 19.

Рис.19. График изменения напряжений в железобетонной призме и ее элементах в циклах нагружения и разгрузки: 1 - результирующая зависимость (выделена толстой линией); 2,3- зависимости соответственно для бетона и арматуры

Методика проведения испытаний позволяла выполнить мониторинг деформаций и усилий отдельно в элементах и призме в целом. Действие нагрузки приводит к перераспределению усилий в бетоне и арматуре, при котором, как известно (К.В. Сахновский и Н.М. Беляев), напряжения в бетоне уменьшаются, а в арматуре возрастают, причем данный процесс наблюдается длительное время. Однако этот вопрос не рассматривался раньше для случая уменьшения нагрузки.

<Т,МПа

■я— ^д--1-~

V У 40 60 80 \

Испытания выявили после разгрузки в арматуре остаточные напряжения, составляющие примерно 2% от начального давления, вызывающие в бетоне напряжения растяжения. Практическое приложение этого результата можно отнести к многократному продольному нагружению и разгрузке железобетонной обделки при проходке тоннелей способом «микротоннелирование».

Сравнение полученных результатов показывает, что на величину остаточных напряжений в большей степени влияет последовательность формирования напряженно-деформированного состояния, и в меньшей - различие упругих постоянных (табл.2).

Таблица 2. Сравнение величин остаточных напряжений в породе и каменных

материалах.

№ п/п Последовательность образования напряженного состояния Вид напряженно- деформированного состояния Остаточные напряжения, % от начального, определенные

теоретически экспериментально

1 Нагружение - упругопластическое деформирование Е, = Е2 а(1)=а™, а^ = О-ссз)? 23 -20

2 Нагружение -цементирование а(,)>х/"\ Е1=Е2 — -18

3 Нагружише железобетона для случая 3%-ного армирования Е! *Е2, а(1)=а™, VI Фъ 2

Обозначения в таблице аналогичны обозначениям в формулах (3), (7) и (9).

Полученные в работе результаты позволили обосновать способ определения напряженного состояния породного массива при техногенном воздействии с учетом генетических напряжений, при котором результирующее поле напряжений представляет собой суперпозицию полей начального, снимаемого и остаточного. Рассмотрен пример изменения напряженно-деформированного состояния контура кровли выработки прямоугольного сечения этим методом (в основе которого - подходы И.В.Родина, Б.НЖемочкина и Н.А.Цытовича), показавший, что формирование зоны расслоения пород происходит в кровле выработки. Нулевые значения результирующей зависимости означают, что остаточные напряжения, в том числе и растягивающие, имеют максимальное значение в этой точке с затуханием вглубь массива. Действуя в направлении нагрузки, сжимавшей массив, они будут способствовать расслоению породы, образуя свод в соответствии с эпюрой растягивающих напряжений, в пределах которого будет происходить снижение прочности породы кровли выработки, а также подошвы. Для предотвращения расслоения породы в кровле выработки необходимы

способы, направленные на восприятие растягивающих напряжений, например, установка анкеров нормально плоскости расслоения, нагнетание скрепляющих растворов, создание противодавления и др., причем сразу же после обнажения породы, поскольку из-за растягивающих напряжений происходит образование дефектов и, как следствие, безвозвратная потеря прочности породы.

Для инструментального контроля величины упругого последействия в породе, а также для оперативного определения опасных тенденций в изменении параметров дефектов конструкций подземных сооружений и возможности производить повторные наблюдения через любой промежуток времени разработан и апробирован способ высокоточного мониторинга дефектов.

Анализ результатов выполненных нами исследований и данных других авторов позволяет выделить главные особенности самонапряженного состояния. С одной стороны, остаточные напряжения являются потенциальным источником образования дефектов, которые приводят к началу потери прочности и изменению механических свойств породы. С другой стороны, постепенное снижение прочности породы при разгрузке позволяет рассматривать ее как среду, обладающую ограниченным во времени резервом несущей способности, что позволяет использовать эти резервы для обеспечения устойчивости выработки.

Форма и скорость реализации накопленных упругих деформаций при разгрузке для разных пород различны. И, если снижение прочности осадочных сцементированных пород может продолжаться несколько месяцев, то в раздельно зернистой породе разрушение сформировавшейся структуры происходит в процессе разгрузки, причем наиболее интенсивно на последней ее стадии. Это позволило научно обосновать подходы к вопросу крепления выработок при их проходке, не допускающие полной разгрузки породы. Необходимы мероприятия, направленные на создание во вмещающем массиве поля напряжений, способствующего консервации начального напряженного состояния, и снижение рисков образования участков или зон породы, переходящих в предельное состояние. К ним относятся активные способы крепления: распор, обжатие слоя породы, примыкающего к контуру выработки, например, повышенным давлением воздуха на породу по аналогии с методом кессона, и др., направленные на искусственную "помощь" породе в сохранении начальной структуры. Повышенное давление воздуха, действуя на породу, например, через экран, создаст силовой пригруз на ее скелет, что увеличит силы трения и будет препятствовать образованию потенциальных поверхностей скольжения в массиве.

Эффективность пригруза была проверена в производственных условиях. При сооружении станции метро «Тимирязевская» в г. Москве выполнялся распор сборной железобетонной обделки в кровлю выработки домкратом Фрейсине,

устанавливаемом в разрывном замковом блоке обделки, после нагнетания за обделку инертного и связующего. Это позволило процесс трещинообразования, регистрировавшийся с помощью комплекса АЭ, сократить во времени (до 7 мин). В аналогичных условиях, на примерно одинаковых глубинах и породах -известняках, при проходке вспомогательного тоннеля в г. Протвино выработка крепилась после ухода забоя временными анкерами без распора, и в кровле произошел вывал породы. При этом установлена связь качественных изменений напряженно-деформированного состояния массива и числа импульсов АЭ при нарушении устойчивости выработки с образованием вывала (рис.20, а). На фоне среднего числа импульсов четко выделялось их уменьшение за 6-7 часов до вывала при последующем росте в течение ~3 час непосредственно перед ним.

Сравнение с результатами лабораторных испытаний позволяет сделать вывод о том, что нарастание активности АЭ свидетельствует о росте горного давления и приближении стадии потери устойчивости кровли выработки.

Лабораторные испытания образцов скальных пород и бетонов на растяжение, сжатие и срез позволили обнаружить закономерность зависимости числа импульсов АЭ от нагрузки в режиме ее линейного (во времени) увеличения во всем интервале от нуля до разрушающей (рис.20, б). При напряжениях 0,5 - 0,6 от разрушающей имеет место максимум функции Их = N1(0), далее идет спад до минимума (т.Л) при уровне нагрузки примерно 0,65 - 0,75 от разрушающей. Участок в области значений производной (Ш^/ск - 0 предшествует стадии разрушения. С учетом того что замеры из-за производственных издержек в забое начинали с точки А, наблюдается полное совпадение графиков а и б на рис.20.

к1Ч£.ИМП

20 1,час

0,55 К 0,75 К

а) б)

Рис.20. Изменение числа импульсов Л^ АЭ: а) во времени перед вывалом породы в кровле выработки в гЛротвино (I - вывал породы); б) от напряжения а при лабораторных испытаниях (Я - разрушающая нагрузка, МПа)

Одним из эффективных мероприятий является искусственное наложение силового поля на напряженно-деформированное состояние массива до разработки породы, предотвращающего смещение контура выработки. Такое ограничение перемещениям может создать активное натяжение анкеров, которое позволяет им вступить в работу до начала деформаций массива, что увеличит не только нормальные, но и касательные напряжения, повышающие сопротивление силам трения при смещениях. Для подтверждения этого положения выполнены модельные испытания с соблюдением критериев подобия по созданию искусственной грузонесущей конструкции, использующей несущую способность окружающей выработку области массива в пределах свода обрушения, стянутой анкерами до разработки породы.

Опыты выполняли в сухой раздельно-зернистой среде с отсутствием сцепления. В действительности, на практике, как правило, имеющееся у пород сцепление (С>0) явится фактором повышения несущей способности массива. Исследовались схемы расположения анкеров, параметры крепления, а также последовательности включения их в работу, при этом определялась динамика усилий в анкерах как функция линейных перемещений по вертикали кровли.

Анализ результатов показал, что предварительное натяжение анкеров до изменения напряженно-деформированного состояния вмещающего массива способствует сохранению структуры и максимальному использованию несущей способности вмещающего массива. Оно позволяет оптимизировать технологические параметры анкерной крепи, в частности, уменьшить длину анкеров, по крайней мере, на 15%. Для сравнения были выполнены опыты по моделированию сначала смещения кровли выработки, после чего - натяжения анкеров. При небольшом относительном смещении (0,0004) для закрепления кровли выработки длину анкеров необходимо было увеличить ~ на 30-35%. Анализ результатов исследований показал, что повторное натяжение анкеров оказывается менее эффективным, чем закрепление не разрушенной начальной структуры среды. В этом случае для обеспечения устойчивости кровли необходима длина анкеров, превышающая высоту свода обрушения.

Вместе с тем такое крепление в песках оказывается эффективным только при контролируемом процессе и когда известны результаты мониторинга усилий, действующих в анкерах, поскольку в них со временем происходит их падение. В работе разработана принципиальная схема устройства для определения усилий, действующих в анкерах, в полевых условиях с выборочным или сплошным контролем по всей площади ограждающей конструкции. Для исследования была изготовлена механическая модель, в которой при приложении внешнего

воздействия на данную систему один элемент (моделирующий породу) является сжатым, а другой (анкер) - растянут. По сути, после фиксации усилия анкера эта система представляет собой предналряженную конструкцию с усилиями сжатия и растяжения. Экспериментальные исследования показали, что с помощью замкнутой силовой системы по точке (тЛ) дискретного изменения зависимости «нагружение - деформация» можно определить ранее действовавшее усилие в анкере. После приложения к концевым элементам устройства усилия это напряженное состояние, характеризуемое точкой А, фиксировали, после чего внешнюю нагрузку снимали (рис.21, а). Затем с нулевой отметки усилия стержень начинали вновь растягивать с одновременной регистрацией деформаций и построением зависимости «нагружение - деформация». В результате испытаний, помимо подтверждения работоспособности принципиальной схемы, сформулированы технические требования к конструкции информационного узла регистрации момента равенства нулю усилия между фиксатором натяжения и элементом устройства, на котором расположен этот фиксатор.

120т

I 25

>• 20

—теретичесгая зависимость -•-экспериментальная

зависимость —новое нагружение

а)

400 600 800

Показание индикатора, дел.

б)

60 100 120 Деформации, мм

Рис.21. Диаграммы усилие - деформация преднапряженной системы: а) при нагружении до точки А и фиксации усилия, б) при повторном растяжении

Повторное растяжение модели приводит к перераспределению усилий между элементами преднапряженной конструкции, которые станут равными нулю вт .А (рис.21, б). В процессе монотонного увеличения внешней нагрузки при превышении уровня ранее действовавшего усилия произошло дискретное изменение угла наклона этой зависимости на графике. Небольшой наклон графика до точки перегиба характеризует удлинение стержня при растяжении.

Анализ результатов испытаний раздельно-зернистой породы показал, что они могут бьггь применены для решения одной из задач практики: полного исключения или минимизации деформаций породы при разработке котлованов в условиях плотной городской застройки и связанных с ними неравномерных

осадок зданий в зоне влияния строительства. Традиционно считается, что устроенное в массиве ограждение («стена в грунте» и др.) до разработки котлована является жесткой конструкцией. Предпосылки о начале влияния только при выемке породы нашли свое отражение в современных расчетах (в программах WALL-3, РЬАХВ) в виде учета поэтапной экскавации породы из котлована.

По данным мониторинга «стены в грунте», осадки массива происходят на расстоянии до 10 м (В.П. Петрухин и др.) от оси стены. При бурении скважин для крепления из б/н свай происходит разуплотнение породы забоя на глубину до 2,5 м (ХАДжантимиров и др.). Таким образом, изменение структуры породы начинается на стадии сооружения ограждения котлована при устройстве захваток «стены в грунте». И извлечение обсадной трубы, воздействуя на стенки скважины, т.е. на систему эффективных напряжений, приводит к деформации примыкающей к ее поверхности породы к центру скважины. Бетон, поступая в жидком состоянии, начинает разжижать в этой области массив, уменьшая эффективные напряясения, которые воспринимают основную нагрузку. В результате крепление вступает в работу только при разработке котлована и появлении деформаций. Здания в зоне строительства получают осадки.

В работе установлено, что повышение устойчивости котлованов круглого сечения обеспечивается применением кольцевой крепи с распором каждого кольца в тангенциальном направлен™ с фиксацией перемещений после распора, позволяющим выполнить распор колец с забиркой в породу по всему периметру шахты и устраивать опережающую забирку до разработки породы, что эффективно способствует сохранности зданий около шахт.

Основная идея повысить несущую способность бортов котлована состояла в выполнении ряда мероприятий в пределах потенциальной призмы обрушения по различным схемам. В частности, была выполнена экспериментальная проверка устойчивости ограждающей конструкции с помощью приложения к верху стены ограждения до разработки котлована изгибающего момента, противоположного по знаку моменту, возникающему в результате выемки породы из котлована.

Исследования проводили в лабораторных условиях. В качестве критерия рассматривалось приращение перемещения стенки в сторону котлована. Были выбраны самые неблагоприятные условия работы ограждения котлована, а именно, подпорная стенка выполнена не только без защемления ниже подошвы в массив, но и шарнирно опиралась на дно котлована. Кроме того, прикладывали горизонтальное усилие, провоцирующее начало перемещения ограждения после откопки котлована. В качестве породы, слагающей борт котлована, применяли сухой калиброванный песок (сцепление равно нулю) фракции 1,5...2 мм.

Предварительно были выполнены расчеты по определению активного давления потенциальной призмы обрушения, необходимого для обеспечения устойчивости бортов котлована величины изгибающего момента, угла трения песка о лоток (оказавшийся равным 14°), которые удерживают призму от обрушения, и другие вспомогательные вычисления. Исследовали схемы жесткого и шарнирного закрепления верхней части ограждения, через которую пригруз передавался на призму обрушения. Далее в исследовании применяли горизонтальную площадку в пределах призмы обрушения, на которую прикладывали вертикальный пригруз, расположенный в пределах призмы обрушения с двумя вариантами соединения ее с ограждающей конструкцией. Лоток оснащали измерительными приборами, обеспечивающими регистрации начального и последующих состояний ограждения, а также горизонтальной площадки. В ряде случаев регистрировали сигналы АЭ. Анализ полученных результатов показал, что без пригруза и распределительной площадки ограждение обрушается в котлован. Пригруз, начиная с величины 0,25 от начального давления, увеличивает устойчивость стенок котлована. При величине пригруза, равного 0,4 от начального давления, перемещения стенки от внешнего давления уменьшаются ~ на 50 %.

Для сравнения была исследована схема с шарнирным соединением площадки с верхней частью ограждения, не создающим изгибающего момента. При этом нижняя поверхность горизонтальной площадки для выравнивания скоростей перемещений частиц массива в разных слоях была снабжена решеткой в виде гребенки. Оказалось, что такая схема также допускает приложение дополнительной горизонтальной нагрузки. Наибольшие перемещения ограждение получило в момент уборки распорок, после чего приращения перемещений радикально уменьшились. При величине пригруза, равной 0,8 от активного давления, получен график зависимости меяаду прикладываемыми горизонтальными усилиями и соответствующими им перемещениями (рис.22).

Анализ полученных результатов показал, что величина приложения дополнительной горизонтальной нагрузки к ограждению в сторону котлована в обоих вариантах сопоставима с величиной активного давления грунта потенциальной призмы обрушения. На первом этапе приложения усилия к ограждению (примерно до величины 0,5 от активного давления) перемещения стенки в сторону котлована - незначительные, в пределах 1 мм. Далее скорость перемещений увеличивается, и только при величине примерно 0,9 от активного давления начинается прогрессирующая подвижка ограждения.

Таким образом, система, включающая ограждение, горизонтальную площадку на поверхности борта, конструктивно связанную с ограждением, и

пригруз, при отсутствии распорок приводит к увеличению несущей способности породы в пределах призмы обрушения. Снижение величины пригруза до 0,6 от I активного давления приводит к тому, что дополнительное горизонтальное усилие, при котором обеспечивается устойчивость выработки, снижается примерно в 1,5 раза. В случае защемления стенки в дно котлована величина пригруза, достаточная для обеспечения устойчивости бортов котлована, составляет 0,4 активного давления потенциальной призмы обрушения.

5 ю

£„ э

I 8

I I 7 " 6 о, <I х -> <а л Н 4

Усилие к ограждению в долях от результирующей потенциального активного давления

Рис.22. Зависимости между горизонтальными усилиями к ограждению с пригрузом и соответствующими перемещениями в сторону котлована при: 1- шарнирном закреплении, 2 - жестком закреплении

Выполненные исследования показали, что устройство ограждающей конструкции котлована с пригрузом, не загромождающей его внутреннее пространство, позволяет использовать резервы несущей способности слагающего борта котлована вмещающего массива, и управлять его напряженным состоянием в определенных границах при строительстве подземных сооружений открытым способом в городских условиях. Для подтверждения эффективности уменьшения давления массива и деформаций выполнены эксперименты в лотке высотой 6 м размерами в плане 4x14 м с породным массивом, представленным песком средней крупности. Результаты измерения давления на облицовку показали, что без приложения усилия пригруза происходит падение давления при разработке очередного яруса котлована ~ в 2 раза. Распор сводит к минимуму влияние снятия ранее существовавших давлений на контуре котлована, препятствуя падению давления на ограждение при выемке песка, при этом величина начального давления практически не изменяется (рис.23).

На втором этапе экспериментов прикладывали внешнюю нагрузку на поверхности борта котлована. Зависимость горизонтальных перемещений средней части стенки до нагрузки, равной примерно 0,6-0,7 предельной, является

Рис.23. Изменение давления на ограждение при разработке породы на глубинах 11=1,5 и 11=2,7 м: 1 - с применением распора, 2 - без распора

линейной, далее прирост перемещений возрастает и стенка "съезжает" в котлован (рис.24). Распором величиной 0,4 от начального давления (зависимость 8 на рис.24) удалось повысить несущую способность в два раза.

Рис.24. Горизонтальные перемещения верха стенки от внешней нагрузки

Получены графики смещения ограждения в котлован, которые показали, что при прогрессирующем перемещении стенки верхняя часть смещается быстрее, чем нижняя, но затем приращения деформаций сравниваются. В опыте 8 (с распором), в котором параметры крепления аналогичны параметрам в опыте 1, величина смещений верхней части стенки на последней ступени нагрузки меньше, что доказывает полезность распора, благодаря чему классическая призма обрушения не реализуется, позволяя располагать анкеры в пределах этой призмы.

На основании выполненных исследований разработана схема пригруза с помощью натяжения анкеров, расположенных на воротнике крепления бортов котлована, с созданием изгибающего момента к креплению, противоположного моменту от активного давления. Пригруз начнет прижимать крепление и,

соответственно, породу в сторону борта будущей выработки (рис.25), позволяя креплению вступать в работу до начала выемки породы. Сжатие массива приведет также к созданию благоприятного напряженно-деформированного состояния в пределах потенциальной призмы давления породы на ограждение и будет препятствовать образованию призмы обрушения, а также горизонтальным перемещениям в сторону котлована. Пригруз на поверхности борта котлована в пределах призмы обрушения позволяет использовать резервы несущей способности вмещающего массива, слагающего борта котлована, и управлять его напряженно-деформированным состоянием в определенных пределах при строительстве подземных сооружений открытым способом в городских условиях.

Рис.25. Создание горизонтального пригруза по боковой поверхности борта котлована с помощью козырька и грунтового анкера: 1 - стеновое ограждение котлована; 2 - замок анкера (6) на воротнике (3) ограждения

Анализ результатов испытаний показал, что прикладываемая к ограждению величина пригруза, обеспечивающая устойчивость бортов котлована, составляет 0,6 от активного давления. При защемлении стенки в дно котлована эта величина уменьшается до 0,4. Применение пригрузов открывает возможности для поиска новых эффективных решений и конструирования ограждающих конструкций котлованов без применения конструкций крепления, располагаемых в котловане.

Практическое применение пригруза путем цементирования породы вмещающего массива в лотковой части сооружаемого коллектора метрополитена до начала проходки тоннеля было выполнено на ] -ом Смоленском пер. г.Москвы для сведения к минимуму деформаций массива на контуре тоннеля при его проходке и дня защиты зданий в зоне влияния строительства.

В процессе поиска активных креплений был разработан способ увеличения продольной жесткости тоннеля для условий грунтовой массы (или плывунной среды), поскольку при динамическом воздействии, в частности, поездов метро в определенных случаях происходит тиксотропное разжижение плывунной среды,

2 _з_ 5

максимальное в нижней части контура тоннеля (лотке). В результате появляется вектор неуравновешенной нагрузки, вызывающей прогиб тоннеля с возникновением дополнительных напряжений в болтовых соединениях лотковой части. Решение задачи достигается созданием по длине тоннеля изгибающего момента, регулируемого по результатам мониторинга, препятствующего увеличению продольного изгиба тоннеля, системой расположенных между обделкой и габаритами приближения строений стягиваемых вант-тросов с заданным эксцентриситетом и передачей реакций от них на обделку через упорные обоймы. Внецентренное сжатие обделки, кроме того, создаст предпосылки для изменения схемы тиксотропного разжижения плывуна по контуру тоннеля, выражающегося в увеличении доли вибрационных воздействий на плывунный массив в сводовой части и уменьшении ее в лотковой части.

Практическая применимость способа основана на использовании выпускаемых отечественной промышленностью вант-тросов, например 0 71,5 мм, которые имеют разрывное усилие 4500кН. Размещение в лотковой части тоннеля пяти - семи и в сводовой трех - четырех ниток вант-тросов позволит создать изгибающий момент со сжатием всей тоннельной "трубы" и тем самым увеличить продольную жесткость тоннеля на участке до 100 м.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация представляет собой научно-квалификационную работу, в которой разработаны теоретические положения, совокупность которых можно квалифицировать как новое крупное научное достижение по обоснованию и разработке модели самонапряженного состояния породного массива, что позволяет сформулировать условия обеспечения устойчивости горных выработок. Установление закономерностей формирования при разгрузке поля остаточных напряжений в массиве пород вносит значительный вклад в развитие представлений о природе геомеханических процессов в породах при техногенном воздействии, повышает надежность методов обеспечения их устойчивости.

Основные научные выводы и рекомендации, полученные лично, заключаются в следующем:

1. Разработана модель горной породы, в главных чертах отражающая механизм образования остаточных напряжений после разгрузки, которая объясняет причину, физическую сущность и последствия возникновения самонапряженного состояния, развивающая применительно к горной породе концепцию двух систем механических напряжений в механике грунтов.

напряженного состояния породы в условиях гравитации и связанным с ней формированием двух полей механических напряжений, несущих различную силовую нагрузку. Суперпозиция этих полей при разгрузке, препятствуя полной реализации накопленной упругой энергии, приводит к возникновению остаточных напряжений с переходом породы в состояние самонапряжения.

3. Установлено, что основными показателями самонапряженного состояния породы являются эффекты после разгрузки: упругое последействие, образование дефектов, характеризующееся различными признаками: выделением, в частности, звуковой энергии, изменением механических параметров, а также несовпадение ветвей повторных нагружений и разгрузок. Начало возникновения самонапряженного состояния происходит на конечном участке разгрузки, примерно на уровне 75-80% от начального давления.

4. Обоснована необходимость принятия во внимание при проходке горных выработок активности породы в самонапряженном состоянии, которая, обладая сначала резервом несущей способности, затем переходит к стадии реализации растягивающих напряжений, являющихся причиной образования дефектов и снижения механических параметров породы. Состояние с частичным связыванием упругой энергии при разгрузке способно проявляться без потери прочности, изменением прочности без видимых дефектов и в виде саморазрушения с расслоением в направлении, нормальном наибольшим сжимающим напряжениям. В частности, затухание образования дефектов для песка составляет -0,5 часа, для залегающих на глубинах 40-50 м образцов песчаников снижение прочности достигает 26% через 30 дней после изъятия их из массива.

5. Уточнено, что результирующий коэффициент Пуассона зависит от коэффициентов Пуассона составляющих компонент, который вычисляется по формуле, полученной в диссертации. Модуль упругости зависит соответственно от модулей упругости составляющих породу минералов скелета и заполнителя и их долевых вкладов в объем породы. Показано, что «самопроизвольное» приращение относительных деформаций после разгрузки необходимо трактовать как эффект самонапряженного состояния.

6. Выполнено обоснование метода оценки напряженно-деформированного состояния породного массива при разгрузке с учетом остаточных напряжений, учитывающего, что вклад в результирующее напряженное состояние после проходки выработки будет определяться начальным, снимаемым и остаточным генетическим полями напряжений. Экспериментальной основой для расчетных схем, используемых в геомеханике, в каждом конкретном случае является определение механических свойств на образцах, методики которых должны

сводить к минимуму время между его отбором и началом испытания с проведением первой регистрации информативного параметра в забое или вблизи выработки фазу же после извлечения образца из массива,

7. Разработан способ высокоточного мониторинга дефектов для инструментального контроля величины упругого последействия в породе, а также для оперативного определения опасных тенденций в изменении параметров дефектов конструкций подземных сооружений и возможности производить повторные наблюдения через любой промежуток времени. При мониторинге состояния массива в процессе проходки выработки изменение знака производной числа импульсов АЭ во времени после экстремального значения функции -минимума (сШ^/Ж = 0) - характеризует начало разрушения породы.

8. Разработан и впервые введен в действие стандарт организации - СТО 36554501-019-2010, который направлен на выявление самонапряженного состояния и определение механических свойств пород, склонных к возникновению этого состояния, предназначенный для изыскательских, научно-исследовательских, проектных и строительных организаций.

9. Обосновано, что при сооружении обделок выработок из пресс-бетона необходимо исключить опрессовку бетона по дренированной схеме и не допускать выпуска его жидкой фазы при циклическом приложении нагрузки от домкратов, не позволяя бетону обделки перейти в самонапряженное состояние с возникновением растягивающих напряжений и образованием дефектов в обделке.

10. Выявлено, что максимальное значение растягивающих напряжений в самонапряженном состоянии в породе - в местах полной разгрузки: кровле и подошве выработки. Для предотвращения расслоения породы в кровле сразу же после ее обнажения необходимы меры по восприятию растягивающих напряжений, например, установка анкеров нормально к контуру кровли выработки, нагнетание скрепляющих растворов, создание противодавления и иные активные способы (пригрузы, кессоны), направленные на улучшение или минимизацию изменения напряженно-деформированного состояния породы.

11. Установлено, что применение активных способов крепления препятствует образованию дефектов, способствует сохранению природной структуры, чем снижает интенсивность разрушения пород на кошуре выработки, а также позволяет включать резервы несущей способности массива пород для повышения устойчивости выработок. Это создает запас несущей способности, в частности, анкерной крепи и позволяет оптимизировать ее технологические параметры: при установке анкеров сразу же после обнажения забоя сократить их длину на величину не менее 15% и в результате снизить затраты на крепление.

12. Обосновано, что при строительстве подземных сооружений открытым способом в раздельно-зернистых породах в условиях городской застройки повышение устойчивости котлованов и предотвращение негативного влияния на здания и сооружения обеспечивается активными способами крепления, например, противодавлением. Для создания противодавления разработан способ крепления стен котлована воротниковой конструкцией, с помощью которой до экскавации фунта прикладывается изгибающий момент, противоположный по знаку моменту, возникающему в результате выемки породы из котлована. Величина противодавления на контуре выработки для защемленных в дно котлованов конструкций равна 0,4, величина вертикального пригруза дна котлована составляет не менее 0,25 от начального давления.

13. Разработаны критерии величины необходимого натяжения анкеров в массиве и усилий в арматуре преднапряженных строительных конструкций.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

Монографии:

1. Мороз А.И. Самонапряженное состояние горных пород. - М.: Изд-во Московского государственного горного университета, 2004. - 288 с.

Статьи в рецензируемых журналах, входящих в Перечень ВАК Минобрнауки России:

1. Репников Л.Н., Воробьев Н.В., Мороз А.И. Влияние условий формирования горных пород на их прочностные свойства при снятии бытового давления // Глюкауф. -1994. -№9/10,- С.52 - 55.

2. Картозия Б.А., Мороз А.И. Возникновение самонапряженного состояния горной породы при разгрузке // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2001,- №4,- С.5-9.

3. Мороз А.И. Анализ изменения н.д.с. горной породы на модели при разгрузке // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2002. - №3. - С.35 - 38.

4. Мороз А.И. Исследование упругого последействия на основе модели самонапряженного состояния горной породы // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2002. - №4. - С. 15 -17.

5. Мороз А.И. Анализ напряженно-деформированного состояния скелета горной породы в цикле разгрузки // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2002. -№5.-С.49-53.

6. Мороз А.И. Экспериментальные исследования изменения напряженно-деформированного состояния скелета горной породы в цикле разгрузки // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2002. - №6. - С.227 - 231.

7. Мороз А.И. Исследование остаточных напряжений в цикле разгрузки в горной породе, как материале, сформировавшемся в условиях длительной нагрузки // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2002. - №8. - С.52 - 55.

8. Мороз А.И. Анализ напряженно-деформированного состояния газонасыщенного угля в цикле разгрузки // Горный информационно-аналишческий бюллетень. -2002. - №9. -С.21 -25.

9. Мороз А.И. Зависимости между деформационными характеристиками подструктур геоматериала в самонапряженном состоянии в допредельной стадии // Горныйшформационно-аналитическийбюллетень.-2002. -№11.-С.45-48.

10. Мороз А.И. Влияние условий работы крепления котлованов на разгрузку ограждаемого грунта при строительстве подземных сооружений открытым способом // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2002. - №11. - С.42 - 45.

11. Мороз А.И. Привлечение механических моделей для исследования напряженно-деформированного состояния горной породы в цикле разгрузки // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2003. -№1. -С.51 - 54.

12. Мороз А.И., Репников JI.H. Исследование напряженно-деформированного состояния контурной модели горной породы в цикле разгрузки // Горный информационно-аналитический бюллетень.-2003. - №5.-С.12- 14.

13. Мороз А.И., Репников Л.Н. Анализ причин образования петель гистерезиса // Горный шформационно-аналитический бюллетень. - 2003. - №6. - С.54 - 58.

14. Мороз А.И. Исследование напряженно-деформированного состояния горной породы при проходке выработок неглубокого заложения // Горный информационно-аналишческий бюллетень. - 2003. - №8. - С. 47 - 48.

15. Мороз А.И. Результаты исследования напряженно-деформированного состояния горной породы при проходке выработок неглубокого заложения // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2003. - №9. - С. 31 - 32.

16. Мороз А.И. Самонапряженное состояние горных пород как одна из возможных причин травматизма в глубоких шахтах // Безопасность труда в промышленности. - 2005. - №5. - С.30 - 33.

17. Мороз А.И. Одна из возможных причин самовоспламенения метанонасыщенного угля в условиях разгрузки // Безопасность труда в промышленности. - 2005. - №7,- С.65- 68.

18. Мороз А.И. Влияния генетических напряжений на напряженно-деформированное ссостяние массива пород при техногенном воздействии // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2007. - №6. - С.221 - 225.

19. Мороз АИ. К вопросу об определении коэффициента Пуассона осадочных горных пород // ФТПРПИ. - 2006. - №4. - С.59 -68.

20. Корчак A.B., Мороз А.И. Экспериментальные исследования влияния пригруза на устойчивость ограждения бортов котлована // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-техническийжурнал). - 2010. - №10. - С.7 - 13.

21. Корчак A.B., Мороз А.И. Экспериментальные исследования эффективности активной анкерной крепи кровли выработки в раздельно зернистой породе// Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2011. - №2. -С.125 -130.

22. Корчах A.B., Мороз А.И. К вопросу о минимизации снижения природных прочностных свойств вмещающего массива при устройстве ограждающих конструкций котлованов в условиях городской застройки // Горный информащгошю-ашлитический бюллетень (научно-технический журнал). - 2010. - №8. - С.7 -14.

Другие научные публикации:

1. Открытие № 162 РФ. Явление возникновения самонапряженного состояния горной породы, сформировавшейся под действием внешних сил // Репников Л.Н., Картозия Б.А., Мороз А.И. // Научные открытия. - М.: РАЕН, 2001.

2. A.c. № 1762287 СССР. Способ обработай сигналов акустической эмиссии при разрушении каменных материалов / Репников Л.Н., Аникин A.A., Ковальчук С.Л., Мороз А.И., Четыркин Н.С.// Б.И. - 1992. - №34.

3. Патент РФ №2148716. Способ увеличения продольной жесткости подземного сооружения из сборных элементов/ Репников Л.Н., Мороз А.И. - Б.И. - 2000.-№13.

4. Патент РФ № 2178049. Способ мониторинга трещин в строительных конструкциях / Репников Л.Н., Мороз А.И., Жашков B.C., Аникин А.А.-Б.И.-2002,- №1.

5. Патент РФ № 2327008. Крепление бортов котлована / Картозия Б.А., Репников Л.Н., Сандуковский А.Э., Панкратенко А.Н., Мороз А.И., Валиев Б.А - БИ, 2008. - №17.

6. Патент РФ № 2417284. Способ крепления бортов котлована / Мороз А.И., Репников Л.Н., Синякин В.В. - Б.И. -2011. - № 12.

7. Репняков Л.Н., Мороз А.И. Механизм образования двух совмещенных систем напряжений в горной породе различного генезиса // Механика композиционных материалов и конструкций. - 2005. - Т.П. -№2.-С.258- 265.

8. Мороз А.Й. Механическая (структурная) модель газонасыщенного угля // Нефтегазовые технологии. - 2002. - № 2. - С.21-23.

9. Мороз А.И. Анализ напряженно-деформированного состояния газонасыщенного материала геомассива в цикле разгрузки // Нефтегазовые технологии. - 2002. - № 3. - С.27- 29.

10. Мороз А.И. Самонапряженное состояние осадочной горной породы в цикле разгрузки / «Проблемы и перспективы развития горных наук». Труды международной конф., посвящ. 60-летию образования Горно-геологического ин-та СО АН СССР - Ин-та горного дела СО РАН (1- 5 ноября 2004 г.). В II т. T.I. Геомеханика. - Новосибирск: Ин-т горного дела СО РАН, 2005. - С.391 - 397.

11. Мороз А.И. Анализ деформационных свойств твердого тела при повторном нагружении на основе контурной модели / Материалы XTV Междунар. конфер. по вычислительной механике и современным прикладным программным системам (ВМСППС-2005), Алушта, 25-31 мая 2005 г. - М.: Вузовская книга, 2005. - С.332 - 334.

12. Мороз А.И. Образование совмещенных механических полей напряжений в твердом теле / Материалы XIV Междунар. конфер. по вычислительной механике и современным прикладным программным системам (ВМСППС - 2005), Алушта, 25 -31 мая 2005 г. - М.: Вузовская книга, 2005. - С.334 - 336.

13. Мороз А.И. Особенности НДС деформируемого твердого тела с двухсистемным напряженным состоянием при разгрузке / Материалы XIV Междунар. коифер. по вычислительной механике и современным прикладным программным системам (ВМСППС - 2005), Алушта, 25 -31 мая 2005 г. - М.: Вузовская книга, 2005. - С.336-338.

14. Мороз А.И. Анализ особенностей состояния горной породы с разнородными внутренними напряжениями после разгрузки / Физические проблемы разрушения горных пород: Сб.тр. Четвертой международной научной конференции, 18- 22 октября 2004 г. - М.: ИПКОН РАН, 2005.-С.127-131.

15. Мороз А.И. Генезис некоторых видов осадочной горной породы - одна из причин снижения ее прочности в цикле разгрузки / Физические проблемы разрушения горных пород: Сб.тр. Четвертой международной научной конференции, 18-22 октября 2004 г. - М.: ИПКОН РАН, 2005. - С.205 -210.

16. Мороз А.И. Образование остаточной потенциальной энергии в горной породе с двух системным напряженным состоянием после ее разгрузки / «Геодинамика и напряженное состояние недр Земли». Труды международной конф. (10 -13 октября 2005г.).- Новосибирск: Изд. Института горного дела СО РАН, 2006. -С.302- 308.

17. Мороз А.Н. Изменение напряженно-деформированного состояния несвязного грунта после разгрузки. В сб. научных трудов НИИОСП им. Н.М. Герсеванова. Выпуск 99. - М.: Изд-во "ЭСТ", 2008. - С.70 - 77.

18. СТО 36554501-019-2010. Выявление самонапряженного состояния горной породы/ А.И.Мороз, Л.Н.Репников, А.А.Аникин.-М.: ОАО«НИЦ«Строительство», 2009.

19. Мороз А.И. Самонапряженное состояние горной породы как одна из причин получаемых в опытах петель гистерезиса / «Геодинамика и напряженное состояние недр Земли». Труды международной конф. (10 -13 октября 2005г.). - Новосибирск: Изд. Института горного дела СО РАН, 2006. - С.318 - 325.

20. Мороз А.И., Аникин A.A. К вопросу об определении усилий в грунтовых анкерах и преднапряженных конструкциях / «Геотехнические проблемы мегаполисов». Труды междунар. конф. по геотехнике (7 - 10 июня 2010 г.). Т.4. - М. - СПб: ПИ Теореконструкция", НИИОСП, 2010. - С.1466 - 1469.

21. Репников Л.Н., Мороз А.И., Аникин АА. Совершенствование средств мониторинга дефектов в практике обследований зданий и сооружений / Труды института "НИИОСП им. Н.М. Герсеванова-70 лет". М.: НИИОСП, 2001. -С.231-238.

Подписано в печать 14.07.2011 Формат 60x90/16

Объем 2 печ. п._Тираж 100 экз._Заказ № 969

Отдел печати Московского государственного горного университета Москва, Ленинский проспект, 6

Содержание диссертации, доктора технических наук, Мороз, Алексей Иосифович

Введение.

I. Анализ современных представлений об изменении природного напряженно-деформированного состояния породного массива при техногенномвоздействии.

1.1. Методы оценки природного напряженного состояния массива горных пород при решении задач освоения подземного пространства

1.2. Современные подходы к оценке изменения напряженно —деформированного состояния породного массива в условиях разгрузки.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование и разработка модели самонапряженного состояния породного массива для обеспечения устойчивости горных выработок"

Актуальность работы. Освоение подземного пространства, которое является техногенным воздействием на массив горных пород, связанное в настоящее время в основном с увеличением глубины добычи полезных ископаемых, а также с развитием инфраструктуры больших городов, по-прежнему сталкивается с многочисленными проблемами (безопасности, совершенствования технологии проходки, крепления выработок и т.д.), требующими своего решения. При этом одной из наиболее сложных проблем геомеханики продолжает оставаться полнота и достоверность описания начального напряженно-деформированного состояния (НДС) природного массива, механических свойств горной породы, влияющих на обеспечение расчетов и устойчивости выработок достоверными исходными данными.

Традиционные подходы к оценке НДС вмещающего массива по результатам испытания извлеченных из него образцов породы основаны на том, что образцы приходят в ненапряженное состояние, сохраняют свои свойства до начала испытаний и адекватны свойствам in situ. Однако на практике в; изъятых из массива образцах породы обнаруживают остаточные напряжения.после снятия внешней нагрузки (разгрузки), имеют место изменения свойств, и даже их , саморазрушение, особенно изъятых с больших глубин, что свидетельствует о специфическом напряженном состоянии образцов и нереализованной потенциальной энергии. При испытаниях исследователи получают эмпирические ■ данные о свойствах образцов, не учитывая их изменения в процессе разгрузки, в том числе необратимые, что может привести к ошибочным выводам о фактических свойствах, влияющих на устойчивость выработок.

Остаточные напряжения: и растягивающие, и сжимающие, - приводящие породу в самонапряженное состояние (термин заимствован из теории упругости), свидетельствуют о неполной реализации энергии упругих деформаций и оказываются потенциальным источником снижения ресурса прочности породы, показателями чего являются проявляющиеся и поддающиеся регистрации эффекты в видах образования дефектов, деформаций последействия. Вместе с тем" ^ постепенное снижение прочности позволяет рассматривать породу как среду, обладающую ограниченным во времени запасом несущей способности, который необходимо задействовать для обеспечения устойчивости выработок.

Одной из причин возникновения остаточных напряжений, как показали результаты наших исследований, является предыдущая история формирования НДС в условиях гравитации и связанная с ней последовательность силового воздействия на породу. В частности, при генезисе осадочной сцементированной породы в последовательности «нагружение - цементирование» по открытой схеме происходит образование качественно отличающихся друг от друга полей напряжений, влияющих на последующее изменение НДС породы при ее разгрузке. Современные подходы рассматривают формирование таких полей при. образовании массива, носителями которых являются, например, матрица и включения. Однако вклад структурных элементов породы - носителей полей с разным напряженным состоянием - в результирующее НДС при снижении внешних силовых воздействий (разгрузке) на практике не учитывается.

Для учета данных факторов при оценке механических свойств необходима модель, адекватно объясняющая механизм, возникновения самонапряженного состояния массива, знание которого- поможет понять причину самопроизвольной потери прочности породы и явится основой разработки активных способов крепления, противодействующих образованию дефектов или сдерживающих разрушение. Активные способы минимизируют влияние разгрузки на снижение прочности пород на контуре выработки и оптимизируют параметры крепления.

Поэтому актуальной научной проблемой является обоснование и разработка модели самонапряженного состояния осадочной породы, учитывающей историю происхождения ее НДС, для обеспечения устойчивости выработок, в том числе котлованов при строительстве подземных сооружений открытым способом.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Изменение напряженно-деформированного состояния массива осадочной породы при образовании в нем свободных поверхностей- зависит от предыстории силового воздействия в процессах генезиса породы в условиях гравитации и связанного с ним- появления качественно различающихся между собой полей напряжений в отдельных структурных элементах породы, приводящих при разгрузке вмещающий массив в самонапряженное состояние.

2. Взаимодействие слагающих породу элементов при разгрузке приводит к неполной реализации энергии упругих деформаций и появлению остаточных напряжений, величина- которых зависит от свойств составляющих компонент породы, последовательности ее образования, давления на скелет и для схем генезиса «нагружение - цементирование» и «нагружение - упругопластическое деформирование» достигает 20% от начального давления.

4. Признаками возникновения и развития самонапряженного состояния при снятии внешних воздействий являются эффекты в видах: наведенной анизотропии механических свойств, приращений деформаций последействия, сигналов АЭ, носящих во времени затухающий характер, различий зависимости «напряжение — деформация» при нагрузке и разгрузке породы, снижения скорости ультразвука по сравнению со скоростью в момент изъятия ее из массива. Самонапряженное V состояние, способное изменяться как с нарушением сплошности, так и без ее появления, начинает возникать при разгрузке на 75-80% от начального давления.

6. Устойчивость котлованов в раздельно-зернистой породе обеспечивается предварительным нагружением массива, в том числе с помощью анкерной крепи, составляющим 0,4 от начального напряженного состояния бортов будущего котлована и 0,25 — его дна, за счет искусственного повышения несущей' способности приконтурной области массива пород.

Методы, исследований. В работе использованы, анализ и обобщение данных отечественных и мировых исследований по рассматриваемой проблеме; физическое моделирование, аналитические и экспериментальные исследования на основе геофизических, тензометрических и инструментальных измерений.

Обоснованность и, достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

- применением при исследованиях схем формирования' напряженного состояния осадочной породы, аналогичных объективно реализуемым в природе;

- использованием апробированных стандартных методик, проведения лабораторных исследований и ГОСТов, сертифицированного оборудования при исследованиях процесса разгрузки горной породы;

- удовлетворительной сходимостью (90%) результатов аналитических и экспериментальных исследований и.их непротиворечивостью.

Новизна работы заключается в:

- разработке новой методики определения упругих параметров осадочной горной породы при снятии внешних сил;

-обосновании подхода к определению внутренней остаточной потенциальной энергии породы после разгрузки;

Научное значение работы состоит в разработке теоретической модели и установлении закономерностей возникновения остаточных напряжений в элементах породы при разгрузке, знание которых является' основой развития нового направления по исследованию механизма самопроизвольной потери прочности породы и использованию его для повышения устойчивости выработок.

Практическое значение работы состоит в разработке стандарта СТО 36554501-019-2009 по выявлению самонапряженного состояния осадочной горной породы, который служит научным обоснованием совершенствований способов крепления выработок, и, в частности, во внедрении одного из его положений в виде пригруза подошвы выработки до ее проходки.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на секциях НТС НИИОСП им. Н.М. Герсеванова (1997, 2004, 2009 гг.); на научных симпозиумах МГГУ ("Неделя горняка" 2006, 2007, 2010 гг.); на Международных научных конференциях "Проблемы и перспективы развития горных наук" (1—5 ноября 2004 г.), "Геодинамика и напряженное состояние недр ЗемлгГ(\0-13 октября 2005г.), (Новосибирск, ИГД СО РАН); "Физические проблемы разрушения горных пород" (18-22 октября 2004 г., Москва, ИПКОН РАН); "Геотехнические проблемы мегаполисов" (7-10 июня 2010 г., Москва); (ВМСППС 2005) на секции механики деформируемого твердого тела (25 - 31 мая 2005 г., Алушта).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 44 работы, в том числе 1 монография, 1 открытие, 1 авторское свидетельство, 4 патента, 22 статьи - в периодических изданиях, рекомендованных ВАК России.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы из 256 работ, содержит 171 рисунок и 16 таблиц.

Заключение Диссертация по теме "Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика", Мороз, Алексей Иосифович

4.7. Выводы

Проведенные экспериментальные исследования, включающие изучение остаточных напряжений в образцах горной породы, начиная непосредственно в забое, натурные исследования изменения НДС массива при техногенном воздействии, моделирование двух систем напряжений, воспроизводящее в главных чертах формирование НДС горной породы в условиях гравитации и последующую разгрузку, а также опубликованные результаты натурных исследований других авторов в отношении извлеченных из скважин с больших глубин образцов породы позволили сделать следующие выводы.

1. Всестороннее исследование моделирования проявления генетических напряжений, возникающих при образовании осадочной породы по схеме эпигенетической (последующей) цементации в условиях гравитации, основа которой базируется на концепции механики грунтов о двух системах напряжений, показало, что предшествующая история образования напряженно-деформированного состояния вмещающего массива оказывает прямое влияние на изменение НДС породы при техногенном воздействии.

Изменение напряженно-деформированного состояния породы при разгрузке вследствие перераспределения генетических полей напряжений, носителями которых является скелет,породы и заполнитель, отличающихся количественно друг от друга, вызывает появление остаточных напряжений разных знаков в породе: сжимающих и растягивающих. Величина этих напряжений зависит как от отношения начальных давлений в элементах породьъ при ее генезисе, так. и от механических свойств составляющих ее компонентов и достигает 20% от начального давления, на, скелет. После разгрузки остаточные напряжения приводят породу в самонапряженное состояние, а растягивающие напряжения являются, в частности, потенциальным источником образования структурных дефектов, что приводит к уменьшению (во времени) механических свойств породы.

2. Образование дефектов, сопровождающееся сигналами акустической эмиссии, приводит к уменьшению величин остаточных напряжений, увеличению относительных деформаций, снижению результирующего модуля упругости и прочности. Характер уменьшения прочности породы зависит от режима уменьшения первоначального напряженного состояния, времени и прочностных и деформационных параметров, характеризующих механические свойства компонентов породы. В частности, уменьшение скорости ультразвука и, соответственно, прочности алевролитов, залегающих на глубине 45-50 м, через 30 дней зафиксировано на уровне 23%, песчаников - на 26%.

Первые регистрации информативного параметра целесообразно производить в забое сразу же после извлечения образца из массива, поскольку в породе в самонапряженном состоянии происходит изменение свойств уже при разгрузке и транспортировке ее из забоя в лабораторию.

3. Наблюдаемая в экспериментах физическая анизотропия является наведенной процессом разгрузки, как результат взаимодействия биполярных напряжений в горной породе, и может проявляться в разных формах. Скрытая форма может быть обнаружена и зарегистрирована с помощью геофизических (неразрушающих) методов. Открытая форма физической анизотропии обнаруживается визуально в извлеченных из глубоких скважин образцах в виде расслоений однородного ранее образца породного массива.

Другим проявлением изменения временного равновесия является упругое последействие, выражающееся в приращениях относительных и линейных деформаций разгруженных образцов во времени, с образованием дефектов. Величина упругих деформаций последействия зависит от многих факторов, и только при определенном их сочетании она оказывается доступной для регистрации с помощью существующих измерительных средств или визуального контроля. Характер этого изменения определяется прочностными и деформационными свойствами элементов породы, отношением давлений в структурных элементах, при котором она формировалась, и многими другими факторами.

Самопроизвольное» приращение деформаций Аес может трактоваться как упругое последействие, позволяющее учесть эффект самонапряженного СОСТОЯНИЯ В виде £ =—<7 +Д ■ Е

Определены критерии, определяющие переход горной породы в предразрушающую стадию. При нагрузке величиной 0,5 - 0,6 от разрушающей имеет место максимум функции, при уровне нагрузки 0,65 - 0,75 от разрушающей — минимум. Участок, находящийся между экспериментальными значениями с^Ы^/Ж = 0, предшествует стадии разрушения. При проходке в известняках на небольших глубинах (порядка 30 м) перед потерей устойчивости кровли выработки происходит прогрессирующее нарастание акустической эмиссии после минимума функции.

4. Впервые установлено, что разгруженная раздельно-зернистая порода приходит при определенных условиях в самонапряженное состояние с образованием многочисленных дефектов в течение примерно получаса. При образовании дефектов наблюдается явление упругого последействия, продолжительность которого зависит от крупности частиц породы, уровня действовавших напряжений, режима разгрузки и т.д., и носит затухающий характер. Явление обусловлено наличием в нагруженной среде двух групп связей (допредельной и пластической).

Полученные результаты должны учитываться при анализе результирующего НДС пород, которые освобождают от начального давления (котлованы, подземные сооружения), и при анализе более сложных случаев -двухфазных сред. В связи с этим новым видом крепления может быть способ создания упреждающего противодавления до начала разработки котлована на его будущие стены величиной 0,4 от предшествующего природного давления для исключения деформаций породы и сооружений в процессе разработки породы, например с помощью распорной системы, с использованием домкратов и устройством обвязочного пояса.

5. Конструкции подземных сооружений, состоящие из элементов с различными деформационными характеристиками, свободными от внутренних напряжений до приложения внешних нагрузок, в процессе длительного нагружения претерпевают трансформацию НДС элементов, образующих композитную среду. Оно проявляется в цикле разгрузки и выражается в реализации различных остаточных деформаций элементов конструкции.

Разгрузка железобетонных конструкций, которые могут применяться в качестве обделок, после длительного периода нагружения приводит к образованию растягивающих напряжений (2-3%) в бетоне, обусловленных реализацией упругих деформаций арматуры. Это может явиться причиной образования в конструкции дефектов, а многоцикличность нагрузки и разгрузки усиливает это явление. Для исключения образования дефектов обделки при проходке методом микротоннелирования с многократным приложением нагрузки и разгрузки возможны следующие решения. Снижать время одного цикла (менее 0,5 часа), по необходимости исключить армирование, увеличив при этом класс бетона по прочности на сжатие.

Нагрузки и разгрузки бетонной конструкции приводят к деформациям ползучести примерно пропорционально уровню нагрузки,, времени ее приложения и цикличности. Происходит увеличение деформаций ползучести бетона при разгрузке с давлений,, больших (0,7Япр), по сравнению с кривыми разгрузок, полученными для меньших (максимальных) напряжений, и уменьшение модуля упругости. При четырехкратном приложении нагрузки и разгрузки происходит уменьшение модуля упругости в среднем на 14%.

6. Результаты проведенных исследований показывают, что ■ даже достаточно "благополучные" виды крепления, например "стена в грунте", являются пассивным видом крепления, воздействие на который одного только неоднородного температурного фактора приводит к горизонтальным перемещения стены и деформациям грунта. Горизонтальные перемещения стены от этого воздействия приводят к возникновению в породе за ограждающей конструкцией самонапряженного состояния с неизбежной реализацией энергии упругого последействия, сопровождающегося образованием дефектов, имеющих, массовый характер, с уменьшением прочности породы и увеличением активного давления на крепь заглубленных выработок. В условиях плотной городской застройки это может привести к образованию дефектов в близлежащих зданиях и сооружениях. В связи с этим необходимо создание и внедрение активных видов .крепления выработок при строительстве подземных сооружений открытым способом, препятствующих реализации негативных последствий возникновения самонапряженного состояния пород.

7. На основании выполненных экспериментальных и теоретических исследований проявления генетических напряжений в условиях снятия внешней силовой нагрузки, анализе существующих расчетных схем, а также результатов других авторов предложена постановка задачи и расчетная схема. Учитывая это, обоснован метод оценки напряженно-деформированного состояния породного массива при техногенном воздействии с учетом генетических напряжений, согласно которому вклад в результирующее напряженное состояние после проходки выработки будет определяться начальным; снимаемым и остаточным генетическим полями напряжений.

8. Анализ результатов выполненных исследований позволяет выделить особенность самонапряженного состояния, имеющего двоякую природу. С одной стороны, остаточные напряжения являются потенциальным источником образования дефектов, которые способствуют началу потери прочности породы во времени и изменению ее механических свойств вплоть до саморазрушения. С другой стороны, постепенное снижение прочности при разгрузке позволяет рассматривать полностью не разгрузившуюся породу как среду, обладающую некоторым резервом несущей способности во времени, что позволяет использовать эти резервы для обеспечения устойчивости выработки с помощью активных способов крепления. На практике необходимо при этом свести к минимуму время установки крепления после разгрузки.

9. Предложены активные способы крепления, направленные на сохранение, улучшение или, по крайней мере, на минимизацию изменения начального напряженного состояния массива.

Предварительное натяжение анкеров до изменения НДС вмещающего массива способствует сохранению структуры и максимальному использованию несущей способности вмещающего массива. Являясь активным способом крепления, оно снижает интенсивность разрушения пород на контуре выработки под воздействием техногенных процессов, и создает запас несущей способности анкерной крепи и позволяет оптимизировать ее технологические параметры, в частности уменьшить длину анкеров, по крайней мере, на 15%.

Предварительный распор крепления не допускает образование дефектрв в массиве пород на контуре выработки. Устойчивость котлованов в раздельно зернистой породе повышается предварительным напряжением приконтурной области массива пород, составляющим не менее 0,4 от начального давления, с помощью пригруза на поверхности бортов котлована, анкерной крепи и др. способов на борта будущего котлована. Пригруз величиной 0,25 от начального давления на дно выработки не допускает образования дефектов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные выводы и рекомендации, полученные лично, заключаются в следующем:

1. Разработана модель породного массива, в главных чертах отражающая механизм образования остаточных напряжений после разгрузки, которая объясняет причину, физическую сущность и последствия возникновения самонапряженного состояния, развивающая применительно к горной породе концепцию механики грунтов двух систем механических напряжений.

2. Показано, что процесс изменения напряженно-деформированного состояния массива пород при разгрузке необходимо рассматривать с учетом предшествующей истории, в частности, последовательности образования напряженного состояния породы в условиях гравитации и связанным с ней формированием двух полей механических напряжений, несущих различную силовую нагрузку. Суперпозиция этих полей при разгрузке, препятствуя полной реализации накопленной упругой энергии, приводит к возникновению остаточных напряжений с переходом породы в состояние самонапряжения.

6. Выполнено обоснование метода оценки напряженно-деформированного состояния породного массива при разгрузке с учетом остаточных напряжений, учитывающего, что вклад в результирующее напряженное состояние после проходки выработки будет определяться начальным, снимаемым и остаточным генетическим полями напряжений. Экспериментальной основой для расчетных схем, используемых в геомеханике, в каждом* конкретном случае является определение механических свойств на образцах, методики которых должны сводить к минимуму время между его отбором и началом испытания с проведением первой регистрации информативного параметра в забое или вблизи выработки сразу же после извлечения образца из массива.

7. Разработан способ высокоточного мониторинга дефектов для инструментального контроля величины упругого последействия в породе, а также, для оперативного определения опасных тенденций, в изменении параметров дефектов конструкций подземных сооружений и возможности производить повторные наблюдения через любой промежуток времени. При мониторинге состояния массива в процессе проходки выработки изменение знака производной числа импульсов АЭ во времени после экстремального значения функции - минимума ((Ш^ск = 0) - характеризует начало разрушения породы.

11. Установлено, что применение активных способов крепления препятствует образованию дефектов, способствует сохранению природной структуры, чем снижает интенсивность разрушения пород на контуре выработки, а также позволяет включать резервы несущей способности массива пород для повышения устойчивости выработок. Это создает запас несущей способности, • в частности, анкерной крепи и позволяет оптимизировать ее технологические параметры: при установке анкеров сразу же после обнажения забоя сократить их длину на величину не менее 15% и в результате снизить затраты на крепление.

12. Обосновано, что при строительстве подземных сооружений открытым способом в раздельно-зернистых породах в условиях городской застройки повышение устойчивости котлованов и предотвращение негативного влияния на здания и сооружения обеспечивается активными способами крепления, например, противодавлением. Для создания противодавления разработан способ крепления стен котлована воротниковой конструкцией, с помощью которой до экскавации грунта прикладывается изгибающий момент, противоположный по знаку моменту, возникающему в результате выемки породы из котлована. Величина противодавления на контуре выработки для защемленных в дно котлованов конструкций равна 0,4, величина вертикального пригруза дна котлована составляет не менее 0,25 от начального давления.

Таким образом, на основе анализа известных фундаментальных положений, выполненных теоретических, лабораторных, натурных исследований разработана и обоснована модель самонапряженного состояния, раскрывающая причинно-следственную связь явления в горных породах, позволяющая использовать положения механики сплошной среды при описании механизма образования остаточных полей напряжений при разгрузке.

Установлены основополагающие факторы влияния истории формирования напряженного состояния в условиях гравитации на изменение результирующего НДС породы при снижении внешних нагрузок, которое-сопровождается возникновением остаточных напряжений разных знаков, позволяющие перейти на новый уровень оценки механических свойств горных пород при техногенном воздействии. Определены критерии, определяющие переход породы в самонапряженное состояние. Особенность этого состояния состоит в том, что, с одной стороны, остаточные напряжения- являются потенциальным источником снижения прочности, а с другой - оно определяет резервы несущей способности породы, что позволило использовать их для обеспечения устойчивости выработок, в том числе котлованов, с помощью активных способов крепления.

На основании результатов выполненных исследований разработаны активные способы крепления выработок.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора технических наук, Мороз, Алексей Иосифович, Москва

1. Аверишн С.Г. Сдвижение горных пород при подземных разработках. -М.: Углетехиздат, 1947.

2. Агафонов A.B. О новой теории горного давления в угольных шахтах// Безопасность труда в промышленности. 2003. - № 9. - С.60.

3. Ажгирей Г.Д. Структурная геология. М.: Изд-во МГУ, 1966.

4. Айбнндер И.И., Катков H.H., Кузяев JI.C. Оценка результатов экспериментальных исследований напряженного состояния в разделительных массивах глубоких рудников Норильского района // Безопасность труда в промышленности. 2002. № 4. - С.22 -26.

5. Айтматов И.Т. Геомеханика рудных месторождений Средней Азии. -Фрунзе: Илим, 1987.

6. Алексеев АД. К новой псевдотеории горного давления //Безопасность труда в промышленности. 2003. - № 9. - С.59 - 60.

7. Бадтиев Б. П. Развитие научных основ * крепления горных выработок при разработке рудных залежей блочного строения на больших глубинах. Автореферат диссерт. д-ра техн. наук. Новосибирск: ИГД СО РАН, 2009.

8. Байдюк Б.В. Механические свойства горных пород при- высоких давлениях и температурах. М.: Гостоптехиздат, 1963.

9. Баклашов И.В., Картозия Б А. Механика подземных сооружений. М.: Недра, 1992.-544 с.

10. Баренблатт Г.И. Математическая теория равновесных трещин, образующихся при хрупком разрушении // Журнал прикладной механики и технической физики. М, 1961. - №41. - С. 3 - 56.

11. Барон Л.И., Логунцов Б.М., Позин Е.З. Определение свойств горных пород. -М.: Госгортехиздат, 1962.

12. Барон Л.К, Турчанинов И.А., Ключников A.B. Нарушения горных пород при контурном взрывании. JL: Наука, Ленингр.отд., 1975. - С. 61 - 62.

13. Барях A.A., Константинова СЛ., Асанов В.А. Деформирование соляных пород. Екатеринбург: УрО РАН, 1996.

14. Беляев Н.М. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1976. - 608с.

15. Беспалъко A.A., Голъд P.M., Яворович Л.В., Дацко Д.И. Возбуждение электромагнитного излучения в слоистых горных породах при акустическом воздействии // ФТПРПИ. 2003. - №2.

16. Бивин Ю.К., Викторов В.В., Кулинич Ю.В., Чурсин А.Г. Электромагнитное излучение при динамическом деформировании различных материалов //Механика твердого тела. 1982. - №1.

17. Болдырев Г.Г. Методы определения механических свойств грунтов. Состояние вопроса. Пенза.: ПГУАС, 2008. - 696 с.

18. Бриджмен П.В. Исследование больших пластических деформаций и разрыва. -М.: Изд-во иностр. лит., 1955. 390 с.

19. Бритков H.A., Пынзарь М.М., Кулаков Г.И. Регистрация электромагнитной эмиссии в горных выработках Таймырского рудника /Труды Межд. Конф. T.I. Геомеханика. Новосибирск: Ин-т горного дела СО РАН, 2005.-С. 371 -374.

20. Брэдшоу М.Дж. Современная геология /Перевод с англ./. Л.: Недра, 1977. - 279 с.

21. Быков В.Г. Нелинейная математическая модель вибрационного инициирования неустойчивой подвижки по неровному контакту блоков горной породы //ФТПРПИ.- 2001.- №2.- С. 10-15.

22. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений в примерах и задачах. М.: Недра, 1989.-270 с.

23. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений. -М.: Недра, 1994.

24. Ватолин Е.С. и др. Методы и средства контроля состояния и свойств горных пород в массиве. М.: Недра, 1989. - 173 с.

25. Векслер Ю.А., Шульгин Е.И., Шейное B.Ä. и др. Аппаратура для регистрации сейсмоакустической информации-// Горная геофизика. Тбилиси, 1983.

26. Викторов С.Д., Кочанов А.Н. Изучение процессов разгрузки образцов горных пород после взрывного нагружения // ФТПРПИ 2004.-№2. -С. 52- 57.

27. Влох Н.П., Липин Я.И., Сашурин А.Д. Исследование остаточных напряжений в крепких горных породах / В кн.: Современные проблемы механики горных пород. Л.: Наука, Ленингр. отд., 1972. - С. 186 -189:

28. Вознесенский A.C., Захарченко Г.В. Обоснование контроля устойчивости целиков и кровли на рудниках с помощью информационного критерия // ФТПРПИ. 2001. - №2: - С. 28 -36.

29. Войнов К. А., Краков A.C., Томилин Н.Г., Фролов Д.И. Пространственно-временной анализ процессов разрушения горного массива на примере СевероУральских бокситовых месторождений (ПО СУБР) // ФТПРПИ. 1987. - №1.

30. Воларович М.П. Исследование упругих свойств пород при высоких всесторонних давлениях /Труды ИФЗ АН СССР, №23. Физические свойства горных пород при высоких давлениях. М.: АН СССР, 1962.

31. Воробьев A.A., Завадовская Е.К., Сальников В.Н. Изменение электропроводности и радиоизлучения горных пород и минералов при физико-химических процессах в них //ДАН СССР. -1975. Т.220. -№1.

32. Вялое С.С. Реологические основы механики грунтов. М.: Высшая школа, 1978. - 448 с.

33. Гамсахурдия Г.Р. Система геофизических и петрофизических исследований земной коры океанического типа при глубоководном научном бурении //Автореф. дисс. д-ра техн. наук. Тверь, 2000.

34. Герсеванов Ü.M., Полъшин Д.Е. Теоретические основы механики грунтов и их практическое применение. М.: Стройиздат, 1948. - 248 с.

35. Горбунов-Посадов М.И., Маликова Т.А. Расчет конструкций на упругом основании. -М.: Стройиздат, 1973. 627 с.

36. ГоршковГ.П., ЯкушоваА.Ф. Общая геология.-М.: Изд-во МГУ, 1973. 592 с.

37. ГОСТ 24452-80. Методы определения призменной прочности, модуля упругости и коэффициента Пуассона. М.: Изд-во стандартов, 1981.41 .ГОСТ25100-95.Грунты. Классификация. -М.: Изд-во стандартов, 1995.

38. Григорьев Д.П. Онтогения минералов. Львов: Изд-во Львовск. Гос. Унив:, 1961.

39. Грунтоведение /Трофимов В.Т., Королев В. А., Вознесенский JE. А. и др. Под ред. В.Т.Трофимова. 6-е изд., переработ, и доп. - М.: Изд-во МГУ, 2005. -1024 с.

40. ГудаевАЛ. Геология. -М.: Недра, 1968. С. 153 - 154.

41. Гудков В.М., Катков Г.А. Устойчивость массивов горных пород // Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: Изд-во Mi l У, 2008. -№2. -С. 119-121".

42. Гудков В.М., Катков Г.А.,Спиридонов В.П. К вопросу обеспечения устойчивости оснований при строительстве зданий и сооружений // Маркшейдерский вестник. М.: Изд-во ИКС, 2005. -№3. -С. 53-54.

43. Давыдов С. С. Расчет и проектирование подземных конструкций. М: Стройиздат, 1950. - 376 с.

44. Дарков A.B., Кузнецов В.И. Статика сооружений. М.: Трансжелдориздат, 1940. 412 с.

45. Демин A.M., Норелъ Б.К. Закономерности разрушения породного массива вблизи горных выработок // Горный информационно-аналитический бюллетень. Тематическое приложение «Физика горных пород»- М.: Изд-во1. МГТУ, 2006. С. 59-63.

46. Демин А.М., Норелъ Б.К. Изменение физических состояний горного массива вблизи выработок // Горный информационно-аналитический бюллетень.- М.: Изд-во МГТУ, 2008. №9. - С. 155 - 157.

47. Демин А.М., Чирков С.Е., Норелъ Б.К., Лгшанский A.B. Определение деформационных и прочностных характеристик горных пород в объемном напряженном состоянии// Горный информационно-аналитический бюллетень. -М.: Изд-во МГТУ, 2011. №2. - С. 155 - 157.

48. Дересевич Г. Механика зернистой среды / В сб.: Проблемы механики. -М.: ШТ., 1961. Вып.ПГ.

49. Динник А.Н. О давлении горных пород и расчет крепи круглой шахты.- Инженерный работник, 1925, №7.

50. Егоров П.В., Колпакова JI.A., Малъшин A.A. и др. Исследование разрушения твердых тел методом регистрации импульсного электромагнитного излучения. Кемерово: Кузбассвузиздат, 2001.

51. Елисеев H.A. Метаморфизм. Л.: Изд-во Ленинградского университета,1959.

52. Елисеев H.A. Основы структурной петрологии-Л.: Изд.Наука, 1967.

53. Ершов Л.В., Иофис И.М., Нейман И.Б. Математические модели массива горных пород: Учебное пособие. М.: Изд. МГИ, 1983. - 86 с.

54. Жемочкш Б.H. Теория упругости. -М.: Госстройиздат, 1957.- 256 с.

55. Жигалкин В.М., Рычков Б.А. Анизотропия от скольжений // ГГМТФ. -1994. Т.35. - №3.

56. Жигалкин В.М., Усолъцева О.М. Экспериментальное исследование деформации полухрупких материалов. Сообщение 1: Разрыхление при пропорциональном нагружении // ФТПРПИ. 2001. - №6. - С. 38 - 45.

57. ЗборщикМ.П., Назгшко В.В. Охрана выработок глубоких шахт в зонах разгрузки. Киев: Техника, 1991. - 248 с.

58. Згшаков Б.М. Новая концепция геолого-технологической оценки метана угольных пластов как полезного ископаемого в угольных бассейнах. // Геолого-геофизические методы прогноза угленосности. Ростов-на-Дону, 1993. -С. 180 -189.

59. Игнатьев А.Г. Диагностирование поверхностных напряжений в металлических покрытиях, нанесенных при восстановлении деталей сельскохозяйственной техники / Автореф. докг. дисс. Челябинск, 2008.

60. Израэль Ю.А. Геофизические аспекты и мониторинг // Вестник АН СССР. 1988.- №11.

61. Инструкция по безопасному ведению горных работ на рудных и нерудных месторождениях, объектах строительства подземных сооружений, склонных и опасных по горным ударам. РД 06-329-99. М.: НТЦ по безопасности промышленности в России, 2000.

62. Иофис МА., Шмелев А.И. Инженерная геомеханика при подземных разработках. -М.: Недра, 1985.

63. Исследовать проблемы механики грунтов и бетонов и создать новые методы расчета и проектирования оснований и фундаментов зданий и сооружений", этап 3. Раздел 2. Отчет о НИР/НИИОСП, В.А. Ильичев. — договор № 3-2/97 от 01.1997 г. -М.: НИИОСП, 1997.

64. Катков ГА. Определение зон расслоения и обрушения пород кровли в горных выработках / Маркшейдерия и недропользование. М.: ИКС №2 (40) март-апрель 2009. - С. 38-40.

65. Качанов JI.M. Основы теории пластичности. М.: Государств, изд-во технико-теоретической лит-ры, 1956. - 324 с.

66. Коваленко М.Д. Напряженное состояние плоских областей с негладкой границей. Точные решения: особенности и геофизические приложения // Автореф. дисс. д-ра физ.-мат. наук. -М.,2002.

67. Коваленко Ю.Ф., Карев В.И. Динамика газовыделения из угольного пласта при проходке выработки // ФТПРПИ. 2001. - №1. - С. 56 -62.

68. Коган И.Ш., Ямщиков B.C., Корн А.В. Автоматизированный контроль устойчивости конструктивных элементов систем разработки // Безопасность труда в промышленности. — 1985: .- № 10.

69. Колесниченко И.Е., Колесниченко Е.А: Физико-химические расчеты/ максимального давления метана в угольном пласте // ГИАБ. М.: МГГУ, 2001. - №6. - С. 140- 141.

70. Колесов О.А. Исследования предлагаемого направления должны развиваться//Безопасность труда в тфомышленности.-2003. -№ 9.-G. 57-58.

71. Колыбнн И.В. Уроки аварийных ситуаций при строительстве; . котлованов в городских условиях / Труды междунар. конф. по геотехнике "Развитие городов и геотехническое строительство".- G-Иетербург, 2008.

72. Корчак А.В. Методология проектирования5 строительства подземных сооружений. М.: "Недра коммюникейшнс ЛТД", 2001. - 416 с.

73. Корчак А.В., Шкуратннк В.Л. О возможности использования эффекта Кайзера для определения коэффициента Пуассона горных пород // Горный информационно-аналитический бюллетень. М: Изд-во Mi l У, 2009. - №8. -С. 46 - 51.

74. Корчак А.В., Мороз A.M. К вопросу о минимизации снижения природных прочностных свойств вмещающего массива при устройстве ограждающих конструкций котлованов в условиях городской застройки // ГИАБ. М.: Изд-во МГГУ, 2010. - №8. - С. 7-14.

75. Корчак А.В., Мороз А.И. Экспериментальные исследования влияния пригруза на устойчивость ограждения бортов котлована // ГИАБ. М.: Изд-во МГГУ, 2010. - №Ю.- С. 7-13.

76. Кочарян Г.Г., Спивак А.А. Движение блоков горной породы при крупномасштабных подземных взрывах. ЧЛ: Экспериментальные данные // ФТПРПИ. 2001. №Г. - С. 71 -83.

77. Кузнецов Г.Н., . Слободов М.А: Определение методом разгрузки напряжений, действующих в межкамерных целиках каменной соли Артемовских рудников /В кн.: Исследования по вопросам горного и маркшейдерского дела ВНИМИ. Сб.22. - M.- JI.: Углетехиздат, 1950.

78. Кузнецов Г.Н и др. Изучение проявлений горного давления на моделях. -М.: Углетехиздат, 1959.-278 с.

79. Кузнецов Е.А. Курс петрографии магматических и метаморфических пород. -М.: Изд-во МГУ, 1956.

80. Кулачкин Б.И., Радкевич А.И. Александровский Ю.В., Остюков Б.С. и др. Фундаментальные и прикладные проблемы геотехники. М.: РАЕН, 1999. — С. 11-14.

81. Курленя М.В., Опарин В.Н., Ревуженко А.Ф., Шемякин Е.И. О некоторых особенностях реакции горных пород на взрывные воздействия в ближней зоне // ДАН СССР, 1987. Т. 293. - №1.

82. Курленя М.В., Попов В.Н. Теоретические основы определения напряжений в горных породах. Новосибирск: Наука, 1983.

83. Курленя М.В., Вострецов А.Г., Пынзаръ М.М., Яковщкая Г.Е. Электромагнитные сигналы при статическом и динамическом нагружении образцов горных пород // ФТПРПИ. 2002. - №1. - С.22 - 27.

84. Курленя М.В., Опарин В.К, Балмамнова Е.Г., Востриков В.И. О динамическом поведении "самонапряженных" блочных сред. 4.1: Одномерная механико-математическая модель // ФТПРПИ. -2001. №1.

85. Курс общей геологии / Под ред. В.И.Серпухова. М.: Госгеолтехиздат, 1960. - 636 с.

86. Лавров А.В., Шкуратник В.Л., Филимонов Ю.Л. Акустоэмиссионный эффект памяти в горных породах. М.: Изд-во Московского государственного горного университета, 2004. - 288 с.

87. Ларионов А.К., Ананьев В.П. Основы минералогии, петрографии и геологии. М.: Высшая школа, 1969. - 464 с.

88. Леонтьев А.В. Анализ естественных напряжений по результатам измерений в рудниках на территории северной Евразии // ФТПРПИ. 2001. -№1. - С. 31-40.

89. Либерман Ю.М. Давление на крепь капитальных выработок. М.:j1. Наука, 1969,120 с.

90. Линьков A.M., Доброскок A.A. Численное моделированиедеформирования пород при сжатии // ФТПРПИ. 2001. - №4. - С.36 - 48.

91. Логвиненко Н.В. Петрография осадочных пород. М.: Высшая школа,1967.

92. Мельников H.H., Козырев A.A., Савченко С.Н. и др. Прогноз и профилактика горно-тектонических ударов и техногенных землетрясений с позиций нелинейной геодинамики // ФТПРПИ. 2001. - №4. - С. 17 - 31.

93. Менделеев Д.И. Основы, химии. Том Г. - М. - JI.: Госхимтехиздат, 1932. - С. 162 - 169,394 -395.

94. Маслов Л.Б. Применение теории Бийо к исследованию вынужденных^ колебаний пористых структур // Механика композиционных материалов и конструкций,- 2005. Т.П. -№2. - С. 276 - 297.

95. Михайлов А.М. Расчет упругой энергии, высвобождающейся при развитии трещины // ФТПРПИ. 2001. - №5. - С.41 - 45.

96. Михайлов В.В., Литвер С.Л. Расширяющиеся напрягающиеся цементы и самонапряженные железобетонные конструкции-М.: Стройиздат, 1998.

97. Михайлов Ю.В., Катков Г.А., Носков В.Ф., Хакурате А.М. Специальные способы проведения горных выработок в сложных горногеологических условиях. М: Изд-во «Риасофт ЛТД», 2010. - 400 с.

98. Мороз А.И. Самонапряженное состояние горных пород. М.: Изд-во Московского государственного горного университета, 2004. - 288 с.

99. Мороз А.И. К вопросу об определении коэффициента Пуассона осадочных горных пород // ФТПРПИ. 2006. - №4: - С. 59 - 68.

100. Мороз А.И. Механическая (структурная) модель газонасыщенного угля // Нефтегазовые технологии. 2002. - № 2. - С. 21-23.

101. Мороз А.И. Одна из возможных причин самовоспламенения метанонасыщенного угля в условиях разгрузки // Безопасность труда впромышленности. 2005. - №7. - С. 65 - 68.

102. Мороз А.И., Репников JI.H. Анализ причин образования петель гистерезиса // Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: Изд-во МГГУ, 2003. - №6. - С. 54 - 58.

103. Мороз А.И., Репников JI.H. Исследование напряженно-деформированного состояния контурной- модели горной породы в цикле разгрузки // Горный информационно-аналитический бюллетень. Ml: Изд-во МГТУ, 2003. - №5. - С. 12 - 14.

104. Надаи А. Пластичность и разрушение твердых тел. М.: Изд-во "Иностранной литературы", 1954. - 647 с.

105. ИЗ. Назаров JI.A., Назарова JI.A., Дядьков П.Г. Оценка времени подготовки динамического события в блочном массиве на основе реологических моделей//ФТПРПИ.-2001.- №6. С. 13-24.

106. Назаров JI.A., Назарова Л.А., Шурина Э.П. Определение полей напряжений и деформаций в породном массиве на основе решения обратных задач//ФТПРПИ.-2001.- №1. С. 41-49.

107. Николин В.И., Мордасов В.И., Подкопаев C.B. Закономерности развития деформаций генетического возврата научная основа снижения травматизма. - Донецк: РИА ДонГТУ, 2001. - 316 с.

108. Николин В.И., Подкопаев C.B., Колесников В.Г. О новой теории горного давления в угольных шахтах // Безопасность труда в промышленности. -2002.-№11.-С. 36-38.

109. Новик Г.Я., Зильберишидт М.Г. Управление свойствами пород в процессах горного производства. -М.: Недра, 1994. -224 с.

110. Odumfee В.Н., Бунин И.Ж., Ковалева КБ., Соловьева Е.А. Участие сорбированного метана в разрушении угольного пласта // ГИАБ. М.: МГТУ, 2002,- №6.- С. 96-100.

111. Одинцев В.Н. Отрывное разрушение массива скальных пород // Дисс./д ра техн. наук. -М.:ИПКОН, 1996.

112. Odumfee В.Н. Теоретическая оценка влияния скважины на проницаемость газонасыщенного пласта // ФТПРПИ. 2001- №6. - С. 25 - 30.

113. Осадчий А. Легендарная Кольская сверхглубокая // Наука и жизнь. -2002.- №5.-С. 36-42.

114. Осипов С.Н., Волошин Н.Е. География динамических проявлений аномальных напряжений горных пород при подземной разработке / В кн.: Современные проблемы механики горных пород. Изд. Наука, Ленингр.отд., Л., 1972.- С. 152-163.

115. Основы механики разрушения. Нотг Дж.Ф. / Пер. с анг. -М.: Металлургия, 1978. -256 с.

116. Открытие №86, РФ. Закономерность изменения активности электромагнитной эмиссии горных пород при их циклическом- нагружении (электромагнитный эффект памяти) / Шкуратник В.Л., Лыков К.Г., Фарафонов В.М., Лавров A.B. / Научные открытия. М.: РАЕН, 2000.

117. Открытие №400, СССР. Явление зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок / Е.И.Шемякин, М.В.Курленя, В.Н.Опарин, В.Н.Рева, Ф.П.Глушихин, М.А.Розенбаум // Б.И. 1992. - №1.

118. Открытие №162, РФ. Явление возникновения самонапряженного состояния горной порода, сформировавшейся под действием внешних сил. / Л.Н.Репников, Б.А. Картозия, А.И. Мороз / Научные открытия. М.: РАЕН, 2001.

119. Павлова H.H., Шрейнер JI.A. Разрушение горных пород при динамическом нагружении. М.: Недра, 1964.

120. Патент РФ №2148716. Способ увеличения продольной жесткости подземного сооружения из сборных элементов / Л.Н. Репников, А.И.Мороз // Б.И. 2000. - № 13.

121. Патент РФ № 2178049. Способ мониторинга трещин в строительных конструкциях / Л.Н. Репников, А.И. Мороз, B.C. Жашков, A.A. Аникин // Б.И. — 2002.- №1.

122. Петрухин В.П., Шулятъев O.A., Мозгачева O.A. Опыт проектирования и мониторинга подземной части Турецкого торгового центра / ОФиМГ. 2004*. — №5.

123. Политехнический словарь / Гл.ред. И.И.Артоболевский. М.: Советская энциклопедия, 1977. - 608 с.

124. Поиск электромагнитных предвестников разрушения / Под ред. М.Б. Гохбера. М.: ИФЗ АН СССР; 1988.

125. Попов В.Б., Скрицкий В.А., Хромцов В.И., Обидов C.B. Новые представления о природе начального теплового импульса при возникновении очагов самовозгорания угля« в шахтах // Безопасность труда в промышленности. -2002.- № 3. С. 36-38.

126. Прогноз и предотвращение горных ударов на рудниках / Под ред. И.М.Петухова, АЖИльина, К.Н.Трубецкого.-М.: АГН, 1997.

127. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СниП 2.02.01 83) / НИИОСП им: Н.М. Герсеванова. - М.: Стройиздат, 1986.

128. Поспелов Г.Я., Кушанская П.И. Деформации горных пород, вызванные развитием в них кристаллов-при встречной диффузии реагентов / Геология и геофизика. 1965. - №5.

129. Пригорнева C.B. Разработка методики оценки напряженного состояния фундаментов и грунтов оснований с использованием инфракрасного излучения //Автореферат дисс. на соискание ученой степени канд.техн.наук. — М.: НИИОСП, 1988.

130. Провести исследования по разработке материала, повышающего эксплуатационные характеристики перегонных тоннелей метрополитена / Отчет о НИР / НИИОСП. Х/д ОНИА- 12- 88. - М.: НИИОСП, 1990. - 92 с.

131. Провести экспериментальные исследования напряженного состояния на внутренней поверхности железобетонных тоннельных обделок / Отчет о НИР/НИИОСП; Л.Н.Репников.- 46 № ГР 80003702.- М., 1980. -72 с.

132. Протодьяконов М.М. Давление горных пород на рудничную крепь. — Изд.Екат.высшего горного училища. T.I. - 1908.

133. Протодьяконов М.М., Койфман М.И., Ширков С.Е., Кунтыш М.Ф., Тедер Р.И. Паспорта прочности горных пород и методы их определения. М.: Наука, 1964.

134. Протосеня А.Г., Трушко B.JI., Карпенко В.В. Расслоение приконтурного массива пород вокруг выработок при разработке удароопасных месторождений // ФТПРПИ. -2004. -№2'. -С. 3 -12.

135. Разработать методику определения напряжений на внутренней поверхности обделок подземных сооружений промышленного5 назначения: отчет о НИР / НИИОСП, Л.Н.Репников. 0.Ц.031.04. № Г.Р. 81018283. - М.: НИИОСП, 1982. - 118 с.

136. Работное Ю. Н. Механика деформируемого твердого тела. Учеб. пособие для вузов. - 2-е изд., испр. - М.: Наука, 1988. - 712 с.

137. Разработка методов контроля устойчивости выработок при строительстве подземных сооружений / Отчет о НИР/НИИОСП, Л.Н. Репников. х/д №57 . - М.: НИИОСД 1988. - 194 с.

138. Рац М.В., Чернышев С.Н. Трещиноватосгь и свойства трещиноватых горных пород. М.: Недра, 1970. - 159 с.

139. Рева В.Н. Критерии устойчивости подземных выработок при зональной дезинтеграции горных пород // ФТПРПИ. 2002. - №1. С. 35 - 38.

140. Ревуженко А.Ф., Клиишн C.B. Модели полигональных систем трещин в горных породах // ФТПРПИ. 1999. - №1. С. 37 - 44.

141. Ревуженко А.Ф. Механика упругопластических сред и нестандартный анализ. — Новосибирск: Изд-во НГУ, 2000.

142. Регелъ В.Р., Слуцкер А.И., Томашевский Э.Е. Кинетическая природа прочности твердых тел. М.: Наука, 1974. - 560 с.

143. Регистрация и обработка сигналов электромагнитного излучения горных пород / М.В.Курленя, А.Г.Вострецов, Г.И.Кулаков, Г.Е.Яковицкая. -Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000.

144. Репников JI.H. Роль штангового крепления в использовании несущей способности горного массива / Диссертация на соискание ученой степени канд.техн.наук. М.: НИИОСП, 1963.

145. Репников Л.Н., Воробьев Н.В., Мороз А.И. Влияние условий формирования горных пород на их прочностные свойства при снятии бытового давления // Глюкауф. 1994. - №9/10. - С. 52 - 55.

146. Репников Л.Н., Мороз Л. Механизм образования двух совмещенных систем напряжений в горной' породе различного генезиса .// Механика композиционных материалов и конструкций 2005: - Т.Н. - №2. - С. 258- 265. .

147. Ржевская С.В., Петроченков Р.Г. Изменение прочностных свойств пород в куске при выемке их из; массива: Исследование физических свойств горных пород и процессов горного производства. М.: Наука; 1984.

148. Ржевский В:В1, Ямщиков B.C. Акустические методы исследования и контроля ropHbix пород в массиве. М : Наука; 19731 - 224 с.

149. Родин КВ. К вопросу о решении задач гравитационного давления горного массива на крепь подземных выработок. М.: ДАН СССР, т.28, №3, 1951.

150. Родин И.В. Снимаемая нагрузка и горное давление / В кн.: Исследования горногодавления: М.:Тосгортехиздат, I960: - С. 343 -374.

151. Родионов В.Н., Сизов И.А., Цветков В.М. Основы геомеханики: М.: Недра, 1986.-300 с.

152. РуппенейтKB: Деформируемость массивов трещиноватых горных пород М.:Недра, 1975.- 223 с.

153. Руппенейт КВ., ДолгихМ.А., Матвиенко В В. Вероятностные методы оценки; прочности и деформируемости горных пород. М.: Стройиздат, 1964'.— 82 с.

154. Руппенейт КВ., Либерман Ю.М. Введение в механику горных пород. -М.: Тосгортехиздат, I960: 356 с.

155. Руппенейт КВ. Некоторые вопросы механики горных пород. -М.: Углетехиздат, 1954.-383 с.

156. Руппенейт КВ., Пригожин Е.С., Перков Ю.В. Метод определения модуля деформации горных пород в скважинах малого диаметра / В кн.: Тезисыдокладов на IY Всесоюзной конференции по прочности и пластичности. М, 1967.-С. 107.

157. Рынков Б.А. О деформационном упрочнении горных пород // Изв. РАН. Механика твердого тела. 1999. - №2.

158. Саваренский Ф.П. Инженерная геология. JL: Объединенное научно-техническое издательство НКТП СССР, 1937. — 420 с.

159. Савченко С.Н., Калашник А.И. Оценка состояния горных пород в окрестности газоконденсатного месторождения на морском шельфе // ФТПРПИ. 2001.- №4. -С. 49 -56.

160. Садовский М.А. Естественная кусковатость горной породы / ДАН СССР. 1979 . - Т.247. - №4.

161. Садовский М.А., Болховитинов Л.Г., Писаренко В. Ф. Деформирование геофизической среды и сейсмический процесс. М.: Наука, 1987.

162. Садовский М.А. Всегда ли "новое" означает "лучшее"?// Вестн. АН СССР, 1991.- №5.

163. Сахновский КВ. Железобетонные конструкции. М.: Госстройиздат, 1960. - 840 с.

164. Серяков В.М. Расчет напряженного состояния горных пород с учетом последовательности возведения закладочного массива // ФТПРПИ. 2001. -№5.- С. 24-29.

165. Сластунов C.B., Каркаишдзе Г.Г., Коликов КС. Аналитическая модель гидравлического расчленения угольного пласта // ФТПРПИ. 2001. - №6- С. 31- 37.

166. СНиП П-56-77. Строительные нормы и правила. / Часть П. Глава 56. Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений. -М.: Стройиздат, 1977. 32" с.

167. СНиП 2.03.01-84. Строительные нормы и правила / Нормы проектирования. Бетонные и железобетонные конструкции. М.: Стройиздат, 1985.

168. Соболев Г.А., Пономарев A.B.,Кольцов A.B. Возбуждение колебаний в модели сейсмического источника // Физика Земли. 1995. - №12.

169. Соколовский B.B. Статика сыпучей среды. М.: Изд. АН СССР, 1942.

170. Способ крепления бортов котлована / Патент РФ № 2417284. Мороз А.И., Репников Л.Н., Синякин В.В. // Б.И. 2011. - № 12.

171. Способ обработки сигналов акустической эмиссии при разрушении каменных материалов A.c. № 1762287 СССР. Репников Л.Н., Аникин A.A., Ковальчук С.Л., Мороз А.И., Четыркин Н.С. // Б.И. -1992.- №34.

172. Способ определения напряжений на поверхности строительных конструкций / A.c. №1112242 СССР. Репников Л.Н., Руппенейт К.В., Голубев A.B. и Четыркин Н.С.// Б.И. 1984. - № 33.

173. Ставрогин А.Н., Протосеня А.Г. Механика деформирования и разрушения горных пород. М.: Недра, 1992.

174. Ставрогин А.Н., Ширкес O.A. Явление последействия в горных породах, вызванное предшествующей необратимой деформацией // ФТПРПИ. -1986. -№4.

175. Cmapijee В.А. Новая парадигма внезапных выбросов соли и газа на калийных рудниках // Безопасность труда в промышленности. 2001. - №11. -С. 32-35.

176. СТО 36554501-019-2010. Выявление самонапряженного состояния горной породы / А.И.Мороз, Л.Н.Репников, А.И.Аникин. М.: ОАО «НИЦ «Строительство»,2010-26 с.

177. Тарасов Б. Т. Закономерности деформирования и разрушения горных пород при высоких давлениях. Автореф. Дисс.д-ра техн.наук. С-Петербург, 1991.

178. Теоретическая механика в примерах и задачах. Т.2. Динамика / Бать М.И., Джанелидзе Г.Ю. М.: Физматгиз, 1961.

179. Тер-Мартиросян З.Г. и др. Напряженно-деформированное состояние двухслойного основания с преобразованным верхним слоем / М.: Вестник МГСУ. №2, 208. -С. 81 -95.

180. Терцага К. Теория механики грунтов / Перевод с нем. М.: Госстройиздат, 1961. - 508 с.

181. Терцаги К, Пек Р. Механика грунтов" в инженерной практике / Перевод с англ. -М.: Госстройиздат, 1958. 608 с.

182. Тетгюр А.Н., Померанег{В.Н. Обследование и испытание сооружений. -К.: Выщашкола, 1988. 208 с.

183. Тимошенко С.П., ГудьерДж. Теория упругости /Перевод с англ. — М.: Наука, 1979. 560 с.

184. Тимошенко СИ. Курс теории упругости: Киев: Наукова Думка,1972. -508 с.

185. Ткачук Э.И. Изучение зависимости деформации кварцевых порфиров участка Капчагайской ГЭС от их трещиноватости / Труды, Гидропроекта. — Вып. 14. М.: Энергия, 1966. - С. 204 - 217.

186. Тоннели. 4.1. / Под общей ред. В.П.Волкова. М.: Государственное транспортное железнодорожное изд-во, 1945.

187. Торопов H.A., Булак JI.H. Курс минералогии и петрографии с основами геологии: М.: Государственное изд-во литературы по строительным материалам, 1953.-488 с.

188. Трубецкой КН., Малышев Ю.Н., Пучков JI.A. и др. Горные науки, освоение и сохранение недр Земли / Под ред. акад. К.Н.Трубецкого. М:: Изд-во Академии горных наук, 1997. -478 с.

189. Трубецкой КН., Василъчук М.П., Чантурия В.А. и др. Недра и основные положения экологической безопасности их освоения // Горный журнал. 1995. - №7. - С. 17-21.

190. Трубецкой КН., Малышев Ю.Н., Иофис М.А. Геомеханическое обеспечение разработки месторождений полезных ископаемых: Докл. На IX Междунар.конгрессе по маркшейдерскому делу. Прага, 1994.

191. Труфанов В.Н., Гамов М.И., Майский Ю.Г., Рылов В.Г. Роль процессов углеводородной флюидизации в формировании метанообильных зон в угленосных бассейнах // ГИАБ. М.:МГТУ, 2002. - №6. - С. 20 -26.

192. Турчанинов И.А., Иванов В.И., Марков Г.А. Руководство по измерению напряжений в массиве скальных пород методом разгрузки (вариант торцевых измерений). Аппатиты, 1970.

193. Турчанинов И.А., Иофис М.А., Каспаръян Э.В. Основы механики горных пород. JL: Недра, 1989.

194. Тюпин В.Н., Трухин В. А. Проблемы удароопасности и их решение на глубоких горизонтах месторождения ОАО ППГХО // Безопасность труда в промышленности. 2004. - №2. - С. 26-29.

195. Управление свойствами и состоянием угольных пластов с целью борьбы с основными опасностями в шахтах / Цикл научных исследований (19621980 г.г.). М.: Изд-во Московского горного института, 1981. - 333 с.

196. У сков В. А. Саморазрушение пород вокруг подземных выработок // Горный журнал. 2000. - №10. - С. 16.

197. Федоровский В.Г. Современные методы описания механических свойств грунтов // Обзор. М.: ВНИИИС, 1985. - 72 с.

198. Фейтп Г.Н., Малинникова О.Н., Зыкова B.C., Рудаков В.А. Прогноз опасности внезапных выбросов и горных ударов по энергии массива // ФТПРПИ. 2002.- №1. С. 67-70.

199. Ферсман А.Е. Магматизм и связь с ним полезных ископаемых / В сб. "Всес. петрограф, совещания". М.: Изд-во АН СССР, 1970.

200. Фотиева H.H. Расчет обделок тоннелей некругового поперечного сечения. М.': Стройиздат, 1974. - 240 с.

201. Хаимов-Малъков В.Я. Рост кристаллов. Т.П. - М.: Изд-во АН СССР,1959.

202. Халкечев К.В. Механика неоднородных горных пород. Бишкек: Илим, 1991.

203. Хволъсон О.Д. Курс Физики. Том первый. - Берлин: Государственное издательство Р.С.Ф.С.Р., 1923. - С. 366 - 370, 440.

204. ХиллсЕ.Ш. Элементы структурной геологии-М:: Недра, 1967.

205. Хлопцов В.Г., Баклашов И.В. О постановке задач при оценке устойчивости подземных горных выработок // ГИАБ. М.:МГГУ, 2004. - №4. — С. 69-75.

206. Цытович H.A. Механика грунтов. -М.: Высшая школа,1973. -280 с.

207. Черданцев C.B. Разработка математической модели управления состоянием массива горных пород вокруг выработок с винтовой крепью /Автореферат диссерт. д-ра техн. наук. Новосибирск: ИГД СО РАН, 2007.

208. Черкасов И.И. Механические свойства грунтов в дорожном строительстве. -М.: Транспорт, 1976.-247 с.

209. Шабаров А.Н. О формировании геодинамических зон, опасных по горно-тектоническим ударам // ФТПРПИ. 2001. - №2. - С. 16 -27.

210. Шалауров В.А., Фрейдин А.М., Быкадоров А.И. Управление напряженным состоянием подземных конструкций методом ориентированного флюидоразрыва массива пород // ФТПРПИ. 2001. - №6. - С. 53- 58.

211. Шер E.H., Александрова Н.И. Динамика микроразрушений в упругой зоне при взрыве сферического заряда в горной породе // ФТПРПИ. 2001. -№5. - С. 33 -40.

212. Шестопалов A.B. Очередное решение проблемы борьбы с выбросами угля, породы и газа // Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГТУ, 2002. - №6. - С. 101- 107.

213. Шкуратник B.JI., Лавров A.B. Эффект Кайзера в горных породах, испытавших трехосное нагружение // ФТПРПИ. 2002. - №1. - С. 52 -61.

214. Шрейнер JI.A., Байдюк Б.В., Павлова Н.Н. и др. Деформационные свойства горных пород при высоких давлениях и температурах. М.: Недра, 1968,- 358 с.

215. Шрепп Б.В. Направленное воздействие на основные факторы в механизме горных ударов для снижения их последствий // Безопасность труда в промышленности. 2001. - №12. - С. 27- 29.

216. Шрепп Б.В., Синкевич Н.И. и др. Оценка напряженности массива в северном торце Таштагольского месторождения // Управление НДС массива горных пород при открытой и подземной разработке месторождений полезных ископаемых. Новосибирск - Екатеринбург, 1994.

217. Штумпф Г.Г., Егоров П.В., Шендрыгин А.Г. Повышение безопасности горных выработок при их креплении анкерной крепью // Безопасность труда в промышленности. 2002. - № 2. - С.30 - 32.

218. Шукле JI. Реологические проблемы механики грунтов. Сокр.пер. с англ. Изд. 2-е. -М.: Стройиздат, 1976,485 с.

219. Юшкин Н.П. Механические свойства минералов. JL: Наука, Ленинградское отд., 1971.-284 с.

220. Яковлев B.JI., Сашурин А.Д., Зубков А.В., Яковлев А.В. Геомеханические аспекты проблемы открытой разработки месторождений // ФТПРПИ. -2001. №3. - С. 32 - 35.

221. Biot М.А. General theory of three-dimensional consolidation. J. Appl. Phys., 1941, v.12, N2. -P. 155-164.

222. Biot M.A. Theory of propagation of elastic waves in a fluid-saturated porous solid, part I: low frequency range. J. Acoust. Soc. Am., 1956, v.28, N2. P. 168-178.

223. Brown E.T., Hoek E: Trends in relationships between measured in-sity stresses and depth //Jnt. J.Rock Mech. Sci. and Geomech.Abstr. 1978: - Vol.15. -No.4. - P. 211 -215;

224. Fairhurst C., Cook N.G.W. The phenomenon of rock splitting parallel to the direction of maximum compression in the neighbourhood of a surface // Proc. 1st. Congress Int. Soc. Rock Mech. 1966; - Vol. 1. -P. 687-692.

225. Geller R.J. Earhquake prediction: a critical review/ // Geophysical Journal International. 1996. - Vol. 131. - №3.244': Griffith A.A. The theory of rupture // Proc. 1st. Int/Congress Applied Mechanics. Delft., 1924. - P. 55 -63.

226. Herrenknecht news/Tunnelinq Systems: Schwanau, 2002. -April. -S. 5.

227. Hutte. Справочная книга. Для инженеров, архитекторов, механиков и студентов. T.I / Пер. с нем; под, общей ред. Моск. мех. ин-та им. М.В. Ломоносова. - М.: Государств, техническое изд-во, 1929. - С. 986- 987.

228. Кетепу J.M., Cook N.G.W. Effective moduli, поп linear deformation and strength of a cracked" elastic: solid // Int J. Rock Mechanics and Mining Sci.and: Geomech. Abstr. - 1986. - Vol: 23.-P: 107 - 118;

229. Kemeny J.M., Cook N.G.W. Micromechanics of deformation in rocks // In S.P:Shah (ed;), Toughness Mechanics in Quasi Brittle Materials. - The Netherlands: Kluwer Acad. Publ.- 1991. -P. 155-188.

230. Laufer H. Gebirgsklassifizierung fur den Stollenbau. Geologie und Bauwesen: H.I.Wien, 1958. - S. 46-51.

231. Leary P.C. Rock as critical point and the; inherent implausibility of reliable earthquake prediction//Geophysical Journal International. - 1996. - Vol. 131.- №3.

232. Mitchell, J. K., Soga, К. 2005, Fundamentals of Soil Behavior^ 3rd ed., Wiley, New Jersey. P. 177.

233. Myrayma S., Shibata T. Rheological properties of clays/ Proc. 5th ICSMFE. -Paris, 1961.- V.I.- P. 269 -273.

234. Napier J.A.L., Pierce A.P. Simulation of extensive fracture formation and interaction in brittle materials // In P. Rossmanith (ed.), Mech. of Jointed and Faulted . Rock. Rotterdam: Balkema, 1995. - P. 63-67.

235. Napier J.A.L., Malan D.F. A visco plastic discontinuum model of time dependent fracture and seismicity effects in brittle rock 11 Int. J. Rock Mechanics and Mining Sci., 1997. - Vol. 34. - P. 1075 - 1089.

236. ObertL., Stephenson. Stres conditions under which condisung Occurs. -Trans. Soc. mining Engrs. AJME. - 1965. - P. 227- 235.

237. ZobakM.L., Zobak M. D., Adams J. et.al. / Global patterns of tektonik stress // Nature International Weekly Journal of Science. 1989. - Vol.341. -No.6240.

Информация о работе

Мороз, Алексей Иосифович
доктора технических наук
Москва, 2011
ВАК 25.00.20

Диссертация

Обоснование и разработка модели самонапряженного состояния породного массива для обеспечения устойчивости горных выработок - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Обоснование и разработка модели самонапряженного состояния породного массива для обеспечения устойчивости горных выработок - тема автореферата по наукам о земле, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы