В онлайне: 1 (гостей - 1, участников - 0)  Вход | Регистрация

 
УДК 549:291.33

Изучение реологических свойств глинистых пород


Долгоносов В.Н., профессор, Старостина О.В., доцент, Олейникова Е.А., преподаватель,
Карагандинский Государственный Технический Университет, Казахстан

Работа направлена на исследование и изучение свойств глинистых пород, процесса сдвижения горных пород и знание закономерностей протекания этих процессов в массиве.

Проведение горных выработок влечет за собой изменение напряжённого состояния массива горных пород, вызывает деформации и перемещения их в сторону выработанного пространства, что обуславливает возникновение и развитие процесса сдвижения.

Захватывающие толщу горных пород и земную поверхность сдвижения и деформации могут оказаться опасными для расположенных на поверхности сооружений, природных объектов, а также проведенных в толще пород горных выработок. Производство горных работ под сооружениями и другими объектами называется подработкой.

В зависимости от условий строительства и эксплуатации горнотехнические сооружения подразделяют на 2 группы [4]:

1) при открытых горных работах - борта карьеров и уступы, отвалы (автомобильные, железнодорожные, бестранспортные, гидронамывные, и т.д.);

2) при подземных горных работах - горные выработки (капитальные, подготовительные и очистные), целики.

Фактор времени необходимо учитывать при оценке устойчивости прибортовых массивов карьеров с помощью решений задач структурной механики грунтов, фильтрационной консолидации и теории наследственной ползучести [4,5,6]. Использование указанных теоретических решений предоставляет возможность получения решений геомеханических задач с учетом фактора времени, как независимой переменной. Реологические расчетные методы базируются на решениях теории наследственной ползучести. Все методы прогноза состояния карьерных откосов во времени объединяет нестационарный характер протекающих в массивах горных пород механических процессов.

Горные породы (в особенности слабые песчано-глинистые) обладают ярко выраженными реологическими свойствами, т.е. их прочность в значительной степени зависит от длительности воздействия нагрузки, предыстории нагружения материала. Напряженно-деформированное состояние нарушенного массива изменяется во времени, приближаясь к некоторому стабильному, стационарному состоянию. В частном случае применения теории предельного равновесия грунтов, это означает, что показатели прочности горных пород (в частности, k и ρ) не являются константами, а изменяются во времени [1,4].

Исследование реологических свойств горных пород и знание закономерностей протекания реологических процессов в массиве являются важными научными и практическими задачами.

При разработке месторождений открытым способом состояние прибортового массива изменяется в процессе ведения горных работ и формирования откоса в соответствии с проектными параметрами. При неизменных геометрических размерах состояние массива (в том числе и прочностные характеристики горных пород) изменяется во времени, происходит формирование предельных (пластических) областей и связанное с этим перераспределение и релаксация напряжений. Эти процессы в конечном итоге приводят либо к стабилизации напряжений и деформаций (откос устойчив), либо к активизации деформаций и нарушению устойчивого состояния прибортового массива.

Следствием нарушения естественного напряжённо-деформированного состояния являются механические процессы, которые приводят к формированию нового равновесного напряжённо-деформированного состояния массивов. Также необходимо отметить, что на характер распределения напряжений вокруг выработок и размеры зоны неупругих деформаций влияют следующие основные факторы: форма сечения выработки; физические свойства вмещающих пород; исходное напряжённое состояние массива, характеризуемого глубиной и коэффициентом бокового распора; естественные условия залегания пород (слоистость, анизотропия, трещиноватость и другие структурные особенности).

Горный массив является ярко выраженным примером нелинейной среды, он по своей природе неоднороден, обладает анизотропией физических и механических свойств, для него характерны разрывы сплошности и т. п. Неоднородность массива четко проявляется при нарушении его горными работами. Рядом с горными выработками возникают дезинтегрированные области, для изучения влияния которых необходимо использовать основные положения статики сыпучих сред и блочных структур [1].

1) При строительстве и эксплуатации горнотехнических сооружений необходимо исследовать реологические свойства горных пород, которые являются одним из важнейших факторов, обусловливающих напряженно-деформированное состояние горного массива. Проявления горного давления в подземных выработках, процессы сдвижения горных пород при подземной и открытой разработке месторождений, длительные осадки и крены сооружений являются следствиями изменения состояния горных пород, связанными с ползучестью и изменениями во времени механического состояния массива.

2) Горный массив является ярко выраженным примером нелинейной среды, он по своей природе неоднороден, обладает анизотропией физических и механических свойств. При математическом моделировании и описании свойств нелинейной среды можно использовать уравнения состояния упругого массива с заменой констант на переменные во времени и зависящие от компонентов тензора напряжений операторы.

3) Реологические уравнения состояния представляют собой линейные дифференциальные с постоянными коэффициентами. Решением этих уравнений являются экспоненциальные функции или их линейные комбинации. Экспоненциальная форма ядра ползучести и резольвенты существенно упрощает математическое решение задач и часто используется в практических приложениях. Однако экспоненциальное ядро в простом виде не всегда дает удовлетворительную сходимость с экспериментальными данными, поэтому часто применяют ядра, представляющие собой сумму нескольких экспоненциальных функций.

Библиографический список

  1. Долгоносов В.Н., Шпаков П.С., Низаметдинов Ф.К., Ожигин С.Г., Ожигина С.Б., Старостина О.В. Аналитические способы расчета устойчивости карьерных откосов. Караганда, Изд-во "Санат-Полиграфия", 2009. - 332с.
  2. Долгоносов В.Н. Изучение реологических свойств горных пород. Сборник научных трудов КарПТИ, 1991 г. с. 24-26.
  3. Долгоносов В.Н., Старостина О.В. Теоретические основы определения реологических характеристик подрудных глин // Труды университета. КарГТУ - 2001, № 3, с. 49 - 51.
  4. Гальперин А.М., Шафаренко Е.М. Реологические расчеты горнотехнических сооружений. - М., Недра, 1977. - 246 с.
  5. Вялов С.С. Реологические основы механики грунтов. - М., Высшая школа, 1978. - 447с.
  6. Цытович Н.А. Механика грунтов. - М., "Высшая школа", 1983. - 288с.


 

Разделы конференции

  1. Государственный кадастр недвижимости и земельно-имущественные отношения
  2. Мониторинг природных ресурсов и охрана окружающей среды
  3. Комплексное использование природных ресурсов
  4. Современные вопросы геологии
  5. Физика горных пород
  6. Новые технологии в природопользовании
  7. Применение современных информационных технологий
  8. Экономические аспекты недвижимости
  9. Мониторинг использования объектов недвижимости

 

Проекту Kadastr.ORG требуются средства на хостинг и развитие

Сумма: руб.