Вы здесь

Геомеханіка управління стійкістю просторової системи "масив-зміцнені породи-кріплення підземних виробок"

Автор: 
Ковалевська Ірина Анатоліївна
Тип работы: 
Дис. докт. наук
Год: 
2004
Артикул:
3504U000456
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

ГЛАВА 2
РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПРОГНОЗА ПРОЯВЛЕНИЙ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ ПРИ ПРОИЗВОЛЬНОМ ПРОСТРАНСТВЕНОМ ИЗМЕНЕНИИ
ДЕФОРМАЦИОННО-СИЛОВОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОДСИСТЕМЫ "УПРОЧНЕННЫЕ ПОРОДЫ-КРЕПЬ"
2.1. Устойчивость предельного состояния приконтурных пород при
произвольном пространственном изменении реакции подсистемы "упрочненные породы-крепь"
2.1.1. Схема расчета параметров зоны неустойчивого равновесия
пород внутри области предельного равновесного состояния
В настоящее время общепризнанным является тот факт, что далеко не весь объем пород в зоне предельного равновесия создает нагрузку на крепь своим весом при возможном обрушении. На это указывает целый ряд аналитических исследований и экспериментальных замеров нагрузки на крепь. Причем, исследованиями на моделях из эквивалентных материалов, проведенными в лаборатории ДонУГИ, убедительно показано, что величина и характер распределения реакции крепи (для плоской модели) оказывает существенное влияние на формирование зоны неустойчивого равновесия, т.е. той части объема пород зоны предельного равновесия, которая создает нагрузку на подсистему "упрочненные породы-крепь" [46]. Естественно предположить, что и при периодическом изменении вдоль выработки реакции подсистемы "упрочненные породы-крепь" последняя также будет оказывать значительное воздействие на формирование зоны неустойчивого равновесия с также меняющимися геометрическими параметрами вдоль выработки.
Известные аналитические методы [55, 166-174] определяют вокруг выработки зону предельного (запредельного) состояния породы , которая, в принципе, находится в устойчивом состоянии исходя из используемых уравнений состояния массива. Зона предельного состояния по современным теориям практически не зависит от реакции крепи, поскольку уровень действующих напряжений на кон-

Рис. 2.1. Принципиальная схема формирования вокруг выработки зоны
неустойчивого равновесия пород
туре зоны, как правило, на 1-2 порядка выше напряжений от реакции крепи (рис. 2.1). Поэтому зона предельного равновесия практически постоянна по участку длины выработки с неизменными геомеханическими параметрами и зависит только от горно-геологических и горнотехнических условий ее сооружения.
Предельное равновесное состояние может быть нарушено, согласно исследованиям [168], малыми усилиями, более высокого порядка малости (от веса пород в зоне предельного равновесия), и, наоборот, восстановлено усилиями того же порядка малости (реакция подсистемы "упрочненные породы-крепь").
Таким образом, вес пород внутри зоны предельного равновесия является фактором, способствующим нарушению равновесного состояния части пород, которые формируют нагрузку на подсистему. В тоже время, размеры области неустойчивого равновесия существенно зависят от реакции [46] подсистемы "упрочненные породы-крепь", а поскольку она переменна как в поперечном, так и продольном сечениях выработки, то и поверхность области неустойчивого равновесия пород также изменяется в этих направлениях.
Поэтому для определения геометрических параметров зоны неустойчивого равновесия в работе использован широко апробированный подход к оценке устойчивости породных обнажений путем построения сетки линий скольжения [175-181]. Но отличие заключается в том, что призмы сползания (скольжения) рассматриваются не в плоской, а в объемной постановке. Призма сползания вдоль выработки имеет конечную длину, которая в силу симметрии составляет половину длины периода изменения нагрузки. Рассматривается строгая цикличность изменения нагрузки, поскольку либо анкера, либо рамы и кондукторы для тампонажа устанавливаются вдоль выработки с определенным постоянным шагом. Поэтому периодические изменения степени упрочнения приконтурных пород тоже строго цикличны вдоль выработки, а отсюда и периодические изменения реакции подсистемы "упрочненные породы-крепь" имеют постоянный шаг вдоль выработки. Поскольку в работе [46] однозначно доказана связь контура неустойчивого равновесия с реакцией крепи (в нашем случае подсистемы "упрочненные породы-крепь"), то и периодические изменения контура неустойчивого равновесия вдоль выработки будут происходить с постоянным шагом .
Геометрические параметры контура зоны неустойчивого равновесия определяются по величине коэффициента устойчивости
, (2.1)
где и - моменты от действия удерживающих и сдвигающих сил по контуру , показано на рисунке 2.2
(2.2)
где и - удерживающие и сдвигающие касательные напряжения, действующие по элементарному участку поверхности ; - радиус кривизны элементарного участка поверхности .
Для определения поверхности , ограничивающей зону неустойчивого равновесия, использованы основные положения работы [46], но с учетом трехмерной постановки задачи. По критерию (2.1) породы в области предельного равновесия находятся в устойчивом состоянии, когда .
Поверхность с коэффициентом устойчивости определяет объем пород вокруг выработки, которые при возможном обрушении создают своим весом нагрузку на подсистему "упрочненные породы-крепь".
Методика определения поверхности при заключается в следующем. Задаем уравнение поверхности тригонометрическим рядом

Рис. 2.2. Схема к определению поверхности зоны неустойчивого
равновесия вмещающих выработку пород

(2.3)

где и - коэффициенты при произвольных членах ряда в долях радиуса выработки , позволяющие с любой точностью описать любое сечение поверхности .
Индексы "min" и "max" относятся к сечениям с минимальными и максимальными размерами поверхности .
Радиус кривизны поверхности определяется для каждого фиксированного сечения по формуле
(2.4)
Угол наклона элементарной площадки поверхности к оси определяется первой производной уравнения (2.3). Удерживающие касательные напряжения определяются проекцией действующих напряжений на элементарную площадку. Это напряжения в зоне