Горный журнал УГГУ - Результаты поиска для: Корнилков М. В.

Выполнен анализ структурных изменений во взорванной и отгруженной горной массе на карьерах комбината ОАО «Ураласбест» в динамике разработки Баженовского месторождения за двадцатилетний период времени. Статистическая оценка изменения во времени и пространстве условий и показателей дезинтеграции скальных массивов взрывным способом на карьерах по добыче хризотил-асбеста в динамике их развития осуществлена с помощью системного анализа динамических рядов, уровни которых формируются под совокупным влиянием различных факторов и случайностей. В процессе исследований выявлены тенденции изменения объемов добычи асбестовых руд разных видов, а также скальных пород, пригодных для производства строительных материалов. Установлены регрессионные взаимосвязи между объемами выемки скальных пород и руд с ростом глубины и пространственных параметров карьеров. Приведены характеристики физико-механических свойств рудоносных и пустых скальных пород, пригодных для производства щебня и строительных материалов, предопределяющие параметры и эффективность производства буровзрывного комплекса на карьерах.

В работе предлагаются функции поверхности текучести и пластического потенциала на основании ранее выполненных автором исследований. Предельной поверхностью для данных функций является поверхность разрушения твердых тел (горных пород), описываемая законом Кулона. Фактически предлагаемая функция представляет закон пластического деформирования твердых тел. Аналитически доказывается, что в процессе пластического деформирования происходит разворот структурных элементов твердого тела. На основании данных исследований объясняются некоторые несоответствия, наблюдаемые в процессе испытаний горных пород на прочность. Получен энергетический вариационный принцип разрушения (деструкции) твердых тел. На его основе объясняется появление кольцевых структур в окрестности некоторых горных выработок – явление зональной дезинтеграции горных пород. Предложена зависимость для расчета масштабного фактора данного явления. Обосновывается геометрическая близость формы поверхности скольжения в откосах к дуге окружности.

В основе расчета конструкций анкерного крепления ограждающих стен котлованов лежит алгоритм программы имитационного моделирования, осуществляющей количественную оценку надежности и риска возведения подземного объекта. Основное средство оценки – имитационные испытания по методу Монте-Карло, реализуемому в режиме автоматизированной прикладной программы и текстовых файлов на языке программирования QBasic. На этой основе создана машинно-ориентированная процедура проектирования гибких подпорных конструкций, позволяющая осуществить оперативный вероятностный анализ нагрузок на несущую конструкцию, положения поверхностей скольжения и устойчивость опорных узлов анкеров. Определение уровней рисков при расчетах устойчивых гибких подпорных конструкций котлованов городских подземных сооружений, строящихся открытым способом, является весьма актуальной проблемой. Очевидный путь решения этой проблемы – формализация риск-анализа, предусматривающая разработку методики моделирования геотехнической ситуации по средним значениям входных параметров.

При лабораторных испытаниях образцов скальных горных пород часто выявляется нелинейная связь касательных и нормальных напряжений. Эти факты однозначно указывают на существование верхней границы применимости закона Кулона. Теоретический анализ геометрических показателей положения верхнего предела закона Кулона с использованием безразмерных характеристик напряжений позволяет выявить причины отклонений результатов испытаний на срез со сжатием от линейной зависимости. Практически для всех разновидностей скальных горных пород фактические точки испытаний, выполненных с углом среза 45°, соответствуют паспорту прочности за верхним пределом применимости линейного закона Кулона. Таким образом, методика проведения и интерпретации испытаний горных пород на срез со сжатием требует существенной модернизации.

Обосновывается и доказывается, что для совершенствования анкерного крепления котлованов необходимо применять восходящий способ установки анкеров в тех случаях, когда использование грунтовых «нисходящих» анкеров может быть ограничено наличием скальных трещиноватых массивов, карстовых или плывунных пород (грунтов), а также на участках, насыщенных подземными инженерными коммуникациями. Существенным достоинством конструкции предлагаемой крепи несущей стены котлована является определенность, наглядность и простота ее статической работы, обеспеченная постоянным визуальным контролем состояния узлов крепления и зацепления каждого анкера, тогда как применение грунтовых анкеров создает некоторую неопределенность их статической работы, связанную с отсутствием данных о геологическом строении и свойствах грунтов в зоне замковой части анкера и со скрытым характером работ по его устройству. Анкеры предлагаемой конструкции предполагается изготавливать из композитного материала – из стекловолокна или углеродного волокна – так называемые ленточные фиберглассовые анкеры. Это позволит легко транспортировать анкеры в виде бухт, а на площадке разрезать их на отрезки любой длины. Однако такая конструкция требует проверки расчетом условия равновесия опоры узла крепления верхнего конца анкерной тяги, расположенной на поверхности грунта. В данной статье приводятся методика расчета опорного откоса и проверка устойчивости опоры на сдвиг.

Массивы горных пород обычно находятся в предельно напряженном состоянии, и максимальные значения напряжений ограничиваются прочностными характеристиками породных массивов. Состояние предельного равновесия поддерживается разгрузкой напряжений при развитии в массивах процессов хрупкой деформации. Массовые трещины предразрушения развиваются в приповерхностной зоне хрупкой деформации. Мощность этой зоны в скальных массивах составляет 300–500 м. Сеть взаимосвязанных открытых трещин предразрушения формирует вблизи земной поверхности водоносный комплекс приповерхностной трещиноватости. Геомеханические закономерности развития процессов хрупкой деформации предопределяют формирование вертикальной трещинной зональности. Количественные закономерности развития вертикальной трещинной зональности позволяют определять основные геомеханические характеристики скальных массивов.

Состояние и свойства горных пород существенно зависят от блочного строения и трещин-ной структуры породных массивов. В силу сложности и малой воспроизводимости натурных экспериментов наиболее эффективным и информативным способом исследований является статистическое моделирование трещин на основе метода Монте-Карло. В работе обсуждаются методы моделирования траектории трещин на основе их характеристик как фрактальных объектов. Даются математические основы моделей на основе фрактального броуновского движения, аппроксимации извилистости трещин кусочно-линейными функциями и их моделирование методом срединных смещений. Управляющим параметром модели является фрактальная размерность траектории трещин (показатель Гельдера). Рассматриваются способы генерирования координат берегов зияющих трещин. Предусмотрено три реализации модели: зеркальное отражение берегов трещин отрыва; моделирование берегов трещин сдвига по единому алгоритму и определение средней линии трещин при сдвиге их берегов в заданном масштабе. Разработанные компьютерные программы позволяют моделировать трещинную структуру горных пород, а также процессы зарождения и развития трещин при различных воздействиях на породный массив в ходе его разработки.

Дилатансия играет важнейшую роль в формировании прочности и напряженно-деформированного состояния породных массивов. Она определяется раздвижкой берегов трещины при их сдвиге. В работе рассмотрен механизм дилатансии при подвижке берегов трещин по линии извилистости и шероховатости. Приведены результаты экспериментов по сдвигу горных пород по трещине. Описан линейный и нелинейный характер взаимосвязи продольных и поперечных деформаций при сдвиге пород по трещинам. Установлена зависимость параметра дилатансии от коэффициентов шероховатости и извилистости трещин. Показана процедура построения паспорта прочности горных пород при их сдвиге с использованием априори установленной величины параметра дилатансии по характеристикам геометрии трещин. Указана возможность непосредственного использования характеристик геометрии трещин для построения двухэтапного сдвига пород в нелинейном представлении паспорта прочности. Результаты выполненных исследований могут использоваться для прогноза прочности и устойчивости трещиноватых породных массивов.

Геометрия поверхности трещин определяет площадь контактов их берегов и в этом качестве прочность и напряженно-деформированное состояние породных массивов. Задачей исследований является обоснование количественных оценок извилистости и шероховатости поверхностей трещин скальных пород. С этой целью выполнен фрактальный анализ геометрии трещин и дана сравнительная оценка различных способов определения фрактальной меры поверхностей. Рассмотрены две группы методов – исследование сечений плоскости трещин и анализ координат всей поверхности трещин. Установлены наиболее информативные способы оценки геометрии трещин. Спектральный анализ сечений позволяет определить топотезу поверхности, величина которой является критерием разделения извилистости и шероховатости трещин. Триангуляционный метод определения фрактальной размерности позволяет оценивать истинную площадь поверхности трещин и, следовательно, их несущую способность.

Устойчивость трещиноватых породных массивов определяется характером разрушения преимущественно за счет сдвига пород по трещинам. В этом случае для построения паспорта прочности пород требуется количественная оценка геометрии трещин, выраженная, как правило, коэффициентами шероховатости и извилистости. Для разделения этих характеристик предлагается методика спектрального анализа природных трещин, где критерием служит величина топотезы. Линия извилистости аппроксимируется кусочно-линейными функциями с учетом действующего нормального напряжения при сдвиге. Отклонения координат трещины от линии извилистости оцениваются коэффициентом шероховатости, определяемым по фрактальной размерности траектории трещины. Результаты экспериментальных исследований сдвига горных пород по трещине подтверждают работоспособность предлагаемой методики определения геометрических характеристик трещины для построения паспорта прочности пород при сдвиге.

Страница 1 из 3