1. Введение. 4 часа

Скачать 5.07 Mb.

Название	1. Введение. 4 часа
страница	5/35
Тип	Реферат

rykovodstvo.ru > Руководство эксплуатация > Реферат

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 35

Г*

_г

Рис. 2.1. Структурная схема массива горных пород.

а~г - деформирующиеся объекты различных линейных размеров 1-4 - неоднородности соответственно первого - четвертого порядков.

Естественно, что влияние неоднородностей различных порядков на деформирование и разрушение каких-либо конкретных объектов далеко не равнозначно. Например, неоднородности нулевого и первого порядков на устойчивость горных выработок практически не влияют, поскольку размеры структурных блоков, образуемых неоднородностями этих порядков, во много раз превосходят размеры выработок. В то же время неоднородности второго порядка, в частности естественная трещиноватость, оказывают на устойчивость выработок весьма существенное влияние, обусловливая вывалы пород из стенок и кровли выработок.

Степень влияния того или иного порядка неоднородностей определяется соотношением размеров соответствующих структурных блоков и геометрических параметров деформирующихся объектов. При этом механизм деформирования массива пород блочной структуры заключается в деформировании самих блоков и, кроме того, в их взаимном скольжения и вращении. Последние могут проявляться, если масштаб деформируемого объекта соизмерим с размерами блоков, образуемых структурными неоднородностями того или иного порядка, и они принимают участие в деформировании.

На рис. 2.1 деформации объекта «а» определяются лишь деформационными характеристиками материала среды (т. е. с учетом неоднородностей только четвертого порядка), а объектов «б~г» - суммарным влиянием неоднородностей соответствующих порядков и материала среды.

Заметим, что обобщенных численных показателей, характеризующих степень влияния структурных неоднородностей различных порядков на свойства и деформирование горных пород и массивов, пока не имеется. Это объясняется сложностью проведения крупномасштабных экспериментов, а также трудностью интерпретации получаемых результатов, поскольку при испытаниях непосредственно в местах залегания пород влияние на изучаемые процессы, помимо неоднородностей, оказывают и другие факторы: напряженное состояние массива, способ подготовки испытуемых объемов к эксперименту, влажность и др.

Вместе с тем имеющиеся данные экспериментов в массивах, сложенных различными породами, показывают, что наблюдается общая тенденция: - с увеличением объемов, вовлекаемых в процесс деформирования, модули деформации массива существенно снижаются, а значения деформаций возрастают.

Различие показателей свойств горных пород в зависимости от абсолютных геометрических размеров участков породного массива, обусловленное проявлением влияния неоднородностей различных порядков, называют масштабным, эффектом.

Масштабный эффект проявляется и при испытаниях образцов пород различных размеров. Например, даже при сравнении деформационных характеристик кристаллов минералов с соответствующими показателями мономинеральных кристаллических пород можно наблюдать снижение модулей упругости и деформации. Так, если модуль упругости кристалла кальцита равен Е • 12 10⁵, то даже плотные мраморы имеют модуль упругости до Е = 10 10* кгс/см². Модуль упругости кварца равен Е = 10,3 Ю⁵, а кварцитов- - 9,2 10³ кгс/см

В приведенных примерах четко прослеживается влияние неоднородностей четвертого порядка. Структурные неоднородности более низких порядков в ещё большей степени влияют на снижение значений деформационных характеристик.

На рис. 2.2. в качестве примера приведена масштабная кривая изменения скорости продольных упругих волн, являющихся показателем степени упругости пород, в зависимости от исследуемого объёма породного массива, полученная для гранито-гнейсов одного из районов Кольского полуострова.

Рис. 2.2. Масштабная кривая изменения скорости продольных волн с увеличением объёмов исследуемого массива пород для гранито-гнейсов одного из районов Кольского

полуострова.

I - деформирование объёмов, включающих структурные неоднородности IV порядка (измерения методом ультразвукового прозвучивания на образцах стандартных размеров); П - деформирование массива, включающего структурные неоднородности III порядка (по данным ультразвукового каротажа в скважинах; Ш - деформирование массива с участием неоднородностей Ш порядка и ниже по результатам сейсмических измерений.

В частности, для объёмов пород с линейными размерами ж 10"' см, включающих неоднородности самого высокого порядка, характерны значения скоростей У_р = 5800 м/с, для объёмов с линейными размерами порядка 1 см (с неоднородностями Ш порядка) величины скоростей снижаются до 5000 м/с и, наконец, для неоднородностей низшего порядка с размерами 10⁶ см преобладающее значение У_р = 4500 - 4600 м/с.

В некоторых случаях наблюдается также и качественное изменение характера деформирования пород. Так, например, если образцы уяьтраосновных пород - пироксенитов и перидотитов,- включающие структурные неоднородности только четвертого порядка, практически деформируются упруго вплоть до разрушения (рис. 3.5, а), то по мере увеличения области деформирования отчетливо начинают проявляться и вязкие свойства массива. Это выражается, в частности, в постепенном сближении боков выработок очистных блоков (рис. 3.5, б).

Рис. 2.3. Характер деформирования ультраосновных пород в зависимости от размеров деформирующихся объемов.

а - упругое деформирование образцов диаметром 40 мм (ОА-нагружение; АБ-разгрузка); б - развитие деформаций (сближения) стенок выработки и во времени I (1 - сближение реперов над выработанным пространством вертикального очистного блока высотой 40 м; 2 - то же, под выработанным пространством очистного блока).

В большей степени изучено влияние поверхностей неоднородностей различных порядков на изменение

прочностных характеристик массива горных пород, являющееся одним из проявлений масштабного эффекта

Так, например, для ультраосновных пород - пироксенитов медно-никелевого месторождения Ниттис-Кумужья-Травяная - предел прочности пород на сдвиг (с учетом неоднородностей только четвертого порядка) составляет 450 кгс/см², сцепление по мелкоблоковым естественным трещинам, представляющим собой неоднородности третьего порядка, равно 60 кгс/см², а по крупноблоковым трещинам (второй порядок) - всего около 10 кгс/см².

Однако необходимо отметить, что степень снижения отдельных параметров не одинакова. Весьма примечательно, например, что пределы прочности на растяжение по мере вовлечения в процесс деформирования неоднородностей низких порядков снижаются очень резко. Если для структурных блоков скальньк пород (IV порядок неоднородностей) прочность при одноосном растяжении составляет 0.1 [о„] и колеблется в пределах 70 - 120 кГ/см², то для микротрещиноватости (Ш порядок) это значение снижается до 40 - 50 кГ/см², а уже для макротрещиноватости (II порядок) оно составляет несколько килограмм-сил на квадратный сантиметр и часто практически падает до нуля.

Поскольку при оценке устойчивости выработок, целиков, откосов бортов карьеров и котлованов часто возникает необходимость характеризовать те или иные свойства массива по данным испытаний образцов в лаборатории, в практике находят применение так называемые коэффициенты структурного ослабления Х^ характеризующие степень снижения показателей соответствующих механических свойств массива пород вследствие наличия в массиве естественных трещин или других поверхностей структурных неоднородностей.

Коэффициенты структурного ослабления Л$, могут быть определены для большинства прочностных и деформационных характеристик - пределов прочности на сжатие и растяжение, модуля упругости Е, сцепления [т₀], угла внутреннего трения ф и др.

Но наиболее употребителен коэффициент структурного ослабления, характеризующий отношение сцепления по контактам естественных трещин к сцеплению в монолитной породе. Этот коэффициент для широкого диапазона породных массивов достаточно устойчив, составляет 0,01-0,02 и наглядно иллюстрирует влияние неоднородностей второго порядка -крупноблоковой естественной трещиноватости - на прочностные характеристики массива пород. Для мелкоблоковой трещиноватости (третий порядок) коэффициент структурного ослабления составляет 0,1-0,2, а по микротрещинам (четвертый порядок) близок к 1.

Влияние других видов структурных неоднородностей на прочность массива изучено менее детально, имеются лишь обобщенные данные о прочностных характеристиках, в частности, значения сцепления и углов внутреннего трения по контактам слоев различных осадочных толщ и отдельных петрографических разновидностей пород,

Детальное рассмотрение структурных особенностей массивов пород и выделение различных порядков структурных неоднородностей показывает, что массивы горных пород представляют собой специфическую иерархично-блочную среду, которая в зависимости от конкретных условий и рассматриваемых объектов может проявлять как свойства сплошной однородной или неоднородной среды, так и свойства блочной среды, т. е. приближаться к дискретным средам.

Вообще всякий неоднородный объект характеризуется размерами элементов неоднородности и степенью неоднородности.

Элементом неоднородности обычно называют наибольший объём породы, который при данном масштабе исследований может рассматриваться «как внутренне однородный» по какому-либо признаку или по совокупности заданных признаков и отличающийся по этим признакам от смежных с ним объёмов.

Под степенью неоднородности понимается интенсивность и характер различия совокупности значений заданных признаков или одного из них в пределах исследуемой области.

В частности, под «структурным блоком» будем понимать объём, ограниченный соседними поверхностями структурных неоднородностей одного порядка. Структурные блоки могут иметь формы параллелепипедов или более сложных многогранников и характеризуются линейными размерами рёбер, которые представляют собой расстояния между ближайшими структурными неоднородностями одного и того же порядка. Таким образом, общая структура массива горных пород представляется в виде вложенных друг в друга структурных блоков.

Физическую поверхность, ограничивающую структурный блок, будем называть «структурной неоднородностью», понимая под ней любой вид неоднородностей -поверхности геологических нарушений, контактов различных пород, поверхностей напластования, поверхностей трещин и т.д.

При таком представлении для описания свойств и состояния массивов пород наряду с моделями сплошной среды может быть применена двухкомпонентная модель «структурный блок - структурная неоднородность».

Специфичность массивов горных пород как физических сред в том и проявляется, что в зависимости от решаемых задач и конкретных размеров рассматриваемых объектов или, другими словами, от соотношения размеров элементов неоднородностей и области воздействия один и тот же массив пород может выступать как сплошная среда или как блочная среда с различными параметрами структурных блоков и структурных неоднородностей, а следовательно с различными шютностными и деформационно-прочностными характеристиками.

Наглядно это может быть проиллюстрировано диаграммой структурной неоднородности, конкретизированной для реальных горных объектов применительно к условиям

массивов скальных пород (рис. 2.4.).

Рис. 2.4. Диаграмма структурной неоднородности горных пород.

1-1У - порядки структурных неоднородностей;

Деформируемые объекты: 1 - дневная поверхность; 2 - очистные выработки и выработанные пространства; 3 - капитальные и подготовительные выработки, целики; 4 - буровые скважины. Заштрихована область упругого деформирования в массивах скальных пород.

10~⁶ 10~³ 10~¹ 1 10 Ю* Ю³ 10",

Ж Ш И I

Размеры неоднородностей Ь_с,см

Обычно области, отвечающие сплошной (однородной) и блочной (неоднородной) структурам, условно разделяются прямой Ъа I Ь₀ ~ 10, т.е. если размеры деформируемого объекта превышают величину элемента неоднородности в 10 раз, среда может быть принята практически однородной. По данным же исследований на моделях среда может быть принята однородной лишь при соотношении указанных величин Ъ_й1 \,_е = 20-40. Поскольку этот вопрос ещё требует уточнения, пока целесообразно выделить на диаграмме некоторую переходную область, где массив с известным приближением можно принимать за однородную или неоднородную среду в зависимости уже от необходимой точности решения конкретных задач. Верхней границей этой области условно можно считать прямую Ьд / Ъ_с = 100.

Таким образом, при рассмотрении любых задач геомеханики необходимо в первую очередь выяснить, какие размеры имеют интересующие области деформирования, затем, исходя из размеров деформируемых областей проанализировать структурные особенности конкретного массива пород, и установить какие виды структурных неоднородностей и в какой степени будут влиять на состояние рассматриваемых объектов.

В результате должен быть выявлен вид так называемой «эффективной структурной неоднородности». Все структурные неоднородности, которые меньше «эффективной структурной неоднородности» представляют собой ультранеоднородности, которые не препятствуют рассмотрению пород как сплошной среды и оказывают лишь интегральное влияние на её характеристики.

Объём элементов ультранеоднородностей (ХУр,) на 2-3 порядка меньше области воздействия (\У_В) т.е. Н'у» <. 0.01 - 0.001 \У„. Другими словами, таким образом определяются параметры модели сплошной среды для компонента «структурный блок».

Сама «эффективная структурная неоднородность» обусловливает статистическое распределение любых характеристик и свойств пород массива. Соотношение ее размеров с размерами области воздействия составляет №,„ 5.0.1 \У_В

Наконец, все структурные неоднородности, размеры которых превышают размеры «эффективной структурной неоднородности» вызывают закономерную изменчивость свойств пород и должны специально учитываться в расчётах, они выступают как макронеоднородности по отношению к области воздействия и объёмы этих элементов неоднородности №„„ >.\У„.

Вообще свойства среды, отображаемой двухкомпонентной моделью «структурный блок - структурная неоднородность» принципиально могут определяться двумя путями. Один из них, интегральный, наиболее широко применяемый в настоящее время, заключается в отборе представительных проб или выборе опытных участков в зависимости от порядка (масштаба) изучаемых структурных неоднородностей) и определении для них некоторых средних, интегральных значений интересующих свойств. Т. е., другими словами, реальная среда заменяется при этом некоторой идеализированной, в которой неоднородности считаются распределенными равномерно и проявляются в снижении средних значений характеристик и повышенном коэффициенте их вариаций.

Другой путь, дифференциальный, заключается в дифференцированном изучении характеристик для компонент, слагающих среду, - структурных блоков и структурных неоднородностей с последующим аналитическим учетом свойств отдельных компонент в процессах деформирования и разрушения пород. Второй путь позволяет избежать непреодолимых технических сложностей проведения крупномасштабных испытаний, особенно при изучении структурных неоднородностей низких порядков. В ТО же время выявляется необходимость дополнительных исследований закономерностей пространственного размещения неоднородностей, создания их классификаций, разработки метода отбора специальных образцов самих структурных неоднородностей и т. д.

2.3. Естественное напряженное состояние массивов пород.

Породные массивы как объекты исследования в геомеханике имеют одну очень существенную особенность по сравнению с объектами, рассматриваемыми в механике вообще или в механике твёрдых деформируемых тел, в частности. До производства работ, т.е. ещё в своём изначальном состоянии они уже находятся в напряжённом состоянии, которое обычно называют естественным или начальным напряжённым состоянием.

Кроме того, ранее уже говорилось, что глубинные разломы и разрывы земной коры являются теми естественными швами, по которым на протяжении всей геологической истории Земли непрерывно происходили тектонические движения. Силы, обусловливающие тектонические движения, называют тектоническими.

По современным представлениям напряженное состояние земной корн в общем случае определяется действием в земной коре двух независимых силовых полей. Одно из них - гравитационное поле - в соответствии с законом всемирного тяготения Ньютона, другое - тектоническое поле - обусловлено неравномерным распределением в пространстве скоростей тектонических движений и скоростей деформаций земной коры, т. е. наличием градиента тектонических движений.

Гравитационное поле согласно закону всемирного тяготения характеризуется ускорением свободного падения %, которое в общем случае является функцией расстояния г от центра Земли и плотности пород р. Однако в пределах не только верхней части, но и всей толщи земной коры и верхней мантии изменения параметра % столь незначительны, что во многих практических расчетах можно принимать §=981 см/с²* 1000 см/с².

Тектоническое силовое поле отличается от гравитационного значительно большей сложностью. Оно связано с неравномерными распределениями в пространстве скоростей тектонических движений и деформаций земной коры.

Характерными признаками тектонически - напряжённых массивов являются специфические проявления горного давления в подземных выработках, дискование керна и азимутальные искривления стволов буровых скважин, а также аномально высокие величины напряжений по данным прямых натурных определений.

По данным экспериментальных исследований в породах кристаллического и складчатого фундамента горизонтальные напряжения превышают вертикальные в 60% случаев, в осадочных породах - в 15-20%. Причём это превышение может достигать до 5-10 раз и тогда именно горизонтальные напряжения определяют особенности проявлений горного давления и устойчивость конструкций и сооружений. Более, чем в 60% горизонтальные напряжения ориентированы в пределах ±30° к горизонту.

Горизонтальные тектонические силы проявляются не только в породах кристаллического фундамента, но и в осадочных толщах пород, начиная с глубин в несколько километров. Об этом свидетельствуют, в частности, сверхвысокие или аномально высокие пластовые давления, которые присущи нефтяным и газовым месторождениям, приуроченным к подвижным неотектонически активным зонам на суше и на шельфах морей во всем мире.

Сверхвысокие пластовые давления на месторождениях нефти и газа глубиной более 4,5 км проявляются почти повсеместно и распространены в недрах нефтегазоносных регионов подвижных зон земной коры, в геосинклинальных зонах и тектонически активизированных областях платформ. Они возникают и существуют под влиянием интенсивных современных тектонических процессов, связанных с современными движениями земной коры, деформирующих относительно замкнутые залежи.

К настоящему времени установлены основные закономерности в распределении тектонических сил:

1. горизонтальные напряжения приурочены к районам восходящих движений блоков земной коры;

6*. региональные поля напряжений соответствуют общим структурам месторождений;

О. наиболее высокие значения горизонтальных напряжений отмечаются у границ блоков вблизи геологических нарушений, в самих зонах геологических нарушений горизонтальные напряжения имеют сравнительно невысокие значения;

Щ. в элементах гористого рельефа высокие значения горизонтальных напряжений наблюдаются ниже дна долин; выше местных базисов эрозии, ближе к вершинам гор горизонтальные напряжения минимальны по величине; количественные различия достигают 3-5 раз;

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 35

	Инструкция по выполнению работы Экзаменационная работа по литературе состоит из 3 частей. На ее выполнение дается 4 часа (240 минут). Рекомендуем так распределить...		Республики Бурятия Комитет по образованию Администрации г. Улан-Удэ мбоу российская гимназия №59 Количество часов: 140 часов (4 часа в неделю) – 5-8 классы, 102 часа (3 часа в неделю) – 9 класс
	2. Теории поведения человека в организации (4 часа) 46 Тема Коммуникативное... Рабочая программа составлена на основании типовой программы гос впо и авторских разработок		Рабочая программа по английскому языку для 10-11классов 3 часа неделю (102 часа) Биболетовой М. З., Трубаневой Н. Н. к Умк «EnjoyEnglish» для учащихся 2-11 классов общеобразовательных учреждений (Обнинск: Титул,...
	Конспект классного часа в 11 классе Тема классного часа: «егэ- это не страшно!» Активизация сильных сторон личности старшеклассника и формирование адекватного мнения о егэ		«Толкование права» Блок 1: Работа с информацией (текстом). Практическое занятие 1 (4 часа) Практическое занятие 1 (4 часа): Критический анализ текста: поиск аргументов изложенной позиции и формулирование контраргументов
	Календарно-тематическое планирование 10 класс Количество часов: 3... Авторская программа М. З. Биболетовой, Н. Н. Трубаневой по английскому языку для 2-11 кл общеобразовательных учреждений. Обнинск:...		Памятка туриста по Греции В аэропорт вам необходимо приехать заранее: в Домодедово за 3 часа, в Шереметьево за 2 часа. Там Вас будет ждать представитель с...
	В аэропорту Регистрация на рейс начинается за два с половиной часа, а заканчивается за сорок минут до указанного в билете времени (время в авиабилетах...		В аэропорту Регистрация на рейс начинается за два с половиной часа, а заканчивается за сорок минут до указанного в билете времени (время в авиабилетах...
	Приказ №111 от «30» 08. 2017 года Календарно-тематическое планирование... Календарно-тематическое планирование Spotlight 7, 3 часа в неделю, 102 часа в год		Конспект классного часа в 9, 11 классах Тема классного часа: «егэ это не страшно!» Цель занятия: активизация сильных сторон личности старшеклассников, формирование адекватного мнения о гиа, снижению стресса в экзаменационный...
	Рабочая программа по русскому языку в 8 классе Количество часов: 3 часа в неделю (102 часа) Программа разработана в соответствии с примерной программой на основе авторской программы по русскому языку для 5-9 классов. Авторы:...		Рабочая программа имеет Рф отводит 102 часа для обязательного изучения ия на этапе начального общего образования (во 5-9 классах по 3 часа в неделю). При...
	Рабочая программа учебного предмета «Технология» На изучение этого предмета отводится 118 часов на весь уровень обучения. В 1 классе отводится 33 часа (1 час в неделю при 33 недельной...		Программа раздел I. Введение в дисциплину «Правовая статистика» Тема... Общая теория статистики и отдельные отрасли статистики: экономическая — промышленности, сельского хозяйства, строительства транспорта,...

1. Введение. 4 часа

Похожие: