— Все документы — Директивные письма, положения, рекомендации и др. — РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТРЕЩИНОВАТОГО МАССИВА

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТРЕЩИНОВАТОГО МАССИВА

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТРЕЩИНОВАТОГО МАССИВА

МИНИСТЕРСТВО ТОПЛИВА И ЭНЕРГЕТИКИ РФ
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
ГОРНОЙ ГЕОМЕХАНИКИ И МАРКШЕЙДЕРСКОГО ДЕЛА
(ВНИМИ)

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТРЕЩИНОВАТОГО МАССИВА

С.-ПЕТЕРБУРГ
1992

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТРЕЩИНОВАТОГО МАССИВА

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ МАССИВА, НАРУШЕННОГО ТРЕЩИНАМИ

2. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД, В РАЗЛИЧНОЙ СТЕПЕНИ ОСЛАБЛЕННОГО СИСТЕМОЙ ТРЕЩИН

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА


В рекомендациях приведены принципы расчета коэффициента структурного ослабления массива горных пород для широкого круга горно-геологических условий. Рассмотрен вопрос определения реологических свойств массива, ослабленного системой трещин. Рекомендации составлены на основании многочисленных результатов исследований на моделях из эквивалентных материалов с использованием метода рационального планирования экспериментов. Помещены примеры конкретных расчетов коэффициентов структурного ослабления и реологического параметра трещиноватого массива. Рекомендации рассмотрены секцией Ученого совета ВНИМИ по горному давлению и рекомендованы к использованию в НИИ.

ВВЕДЕНИЕ

Общая тенденция к переходу на большие глубины при разработке полезных ископаемых требует дополнительных всесторонних исследований по изучению деформационных и прочностных свойств угольных пластов и вмещающего массива в постоянно усложняющихся геомеханических условиях.

Под влиянием высоких напряжений возрастает степень нарушенности массива горных пород. Это, в свою очередь, усложняет условия поддержания выработок и отработки полезного ископаемого. В связи с этим при постановке экспериментальных и аналитических исследований прежде всего встает вопрос о влиянии на процессы, протекающие в массиве горных пород, о характере и степени влияния нарушенности на проявление горного давления в выработках.

Прогнозирование прочностных и деформационных свойств трещиноватого массива также приобретает большое значение при строительстве подземных сооружений, особенно гидроэнергетических, имеющих площади поперечного сечения порядка 500 м2 и более [1]. В последние годы строится все больше подобных подземных сооружений.

Всестороннее изучение процессов, протекающих в трещиноватом массиве в условиях натуры, достаточно сложно. Хотя натурные опыты и являлись показательными в настоящих исследованиях, но постановка экспериментов была очень трудоемкой, а повторить исследования не представлялось возможным. К сложностям также следует отнести: установление параметров, необходимых для прогнозирования степени ослабления массива (в том числе величина сцепления на контактных поверхностях элементарных блоков, достаточно обоснованное расположение плоскостей ослабления и т. д.). Кроме того, как отметил Г.Н. Кузнецов [2], натурные исследования позволяют определить значение показателей свойств массива только для его локального участка и не могут вскрыть общих закономерностей и зависимостей свойств массива от различных видов его макроструктуры и напряженного состояния. В числе нерешенных до настоящего времени остается вопрос определения геометрических параметров участка трещиноватого массива, который был достаточно представительном с точки зрения геомеханических процессов при определении механических свойств такого массива, поскольку соотношение размеров элементарных блоков и исследуемого участка, при прочих равных условиях, может оказаться определяющим в процессе изучения степени влияния горно-геологических факторов на механические свойства массива.

К основным недостаткам широко практикуемых лабораторных испытаний образцов трещиноватых горных пород необходимо отнести необоснованность переноса их результатов на весь массив.

Аналитические исследования, связанные только с изменением прочностных свойств трещиноватого массива, проведенные Г.Н. Кузнецовым [2, 3], а впоследствии Л. Мюллером [4] и К. Ионом [5], открывают широкие возможности для оценки момента наступления предельного состояния пород. Несомненно, что они должны пройти всестороннюю экспериментальную проверку на моделях и в условиях производства при широком диапазоне изменения горно-геологической обстановки. Исследования реологических свойств трещиноватых образцов горных пород, а тем более трещиноватого массива в условиях натуры, немногочисленны. К наиболее известным можно отнести эксперименты над трещиноватыми образцами горных пород в лабораторных условиях, проведенные В.И. Глушко [6] Указанные образцы были получены после испытания монолитных образцов на прессах на сжатие, параметры трещиноватости не устанавливались, поэтому обоснованные выводы относительно изменения реологических свойств по результатам подобных экспериментов практически невозможны

Наиболее приемлемым для исследований (как показывают результаты анализа многочисленных данных) и позволяющим глубоко и всесторонне изучить процессы, протекающие в трещиноватом массиве горных пород, является один из методов физического моделирования. Это метод моделирования на эквивалентных материалах, открывающий широкие возможности для имитации массива горных пород с заранее заданными параметрами трещиноватости. Большое преимущество применения указанного метода - это возможность непосредственно моделировать и испытывать трещиноватый массив, а не трещиноватые образцы, как это имеет место при лабораторных испытаниях, и переносить результаты исследований с учетом масштаба моделирования непосредственно на условия натуры. В настоящей работе даны рекомендации по определению прочностных и реологических свойств массива горных пород, основанные на результатах экспериментальных исследований на моделях методом эквивалентных материалов.

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТРЕЩИНОВАТОГО МАССИВА

Прежде чем составить и предложить настоящие рекомендации для прогнозирования механических свойств трещиноватого массива были проанализированы результаты испытаний трещиноватых образцов горных пород и данные подобных испытаний на моделях из эквивалентных материалов.

На рис. 1 приведены результаты детального анализа процессов, протекающих в трещиноватом массиве в условиях натуры и модели, где по оси абсцисс отложены прочности элементарных блоков, образованных между плоскостями ослабления, и по оси ординат - значения прочности на сжатие массива, ослабленного трещинами (на графике пунктирные линии относятся к условиям модели, а сплошные - натуры). Около каждой кривой показана степень нарушенности массива l/Hx, (l - размер элементарного блока, образующего массив, Hx- размер структурного образца или модели массива). Как следует из графиков, чем выше степень нарушенности массива, при прочих равных условиях, тем меньше разница между прочностью Rстри прочностью на сжатие элементарного блока. Например, для условий нарушенности массива l/Hx= 0,1, при прочности на сжатие элементарного блока R= 20 МПа и 100 МПа, прочность ослабленного трещинами, массива горных пород практически одного порядка, - соответственно, 9 и 12 МПа. В то же время при степени нарушенности l/Hx = 0,8 для R= 20 МПа; R= 17 МПа и для R = 100 МПа соответственно Rстр = 52 МПа. Общий же характер зависимостей Rстр = f(R) сохраняется для опытов, проведенных в условиях как натуры, так и моделей. Незначительное различие в количественном отношении между результатами экспериментов на моделях и в условиях натуры объясняется тем, что в процессе исследования на моделях из эквивалентных материалов была известна величина сцеплений на контактных поверхностях элементарных блоков, составляющих массив модели, и ряд других параметров, заранее заданных, в то время как при проведении экспериментов в условиях натуры подобные параметры не были установлены. Анализ приведенных зависимостей (см. рис. 1) позволил сделать вывод относительно правомерности результатов исследований на моделях из эквивалентных материалов, а также переноса этих результатов непосредственно на условия натуры.


Рис. 1. Зависимость Rстр от Rдля условий натуры и модели

Прогнозирование механических свойств массива горных пород, ослабленного системой трещин, на моделях из эквивалентных материалов

Определяемые механические свойства трещиноватого массива делятся на две основные группы:

1) прочностные,

2) реологические.

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ МАССИВА, НАРУШЕННОГО ТРЕЩИНАМИ


Возврат к списку
(Нет голосов)

Комментарии (0)


Чтобы оставить комментарий вам необходимо авторизоваться
Самые популярные документы
Новости
Все новости