 |  | ||
 УДК 549:291.33 Изучение реологических свойств глинистых пород
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
| |||
 |  |
