МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ФГБОУ ВПО «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра «Физика горных пород и процессов»
РЕФЕРАТ
ПО ДИСЦИПЛИНЕ «Физика горных пород» на тему:
«Методы изучения напряженного состояния горных пород»
Выполнил: ст группы ГФ-2-11
Потапов И.А.
Проверил: Шведов И.М.
Москва 2013
Содержание
Введение 3
Общие сведения 4
Метод разгрузки 6
Техника проведения измерений методом разгрузки 7
Метод частичной разгрузки 9
Метод разности давлений 11
Метод буровых скважин 13
Заключение 14
Список используемых источников 15
Введение
При решении задач горной геомеханики исследование напряженного состояния пород массива является одним из основных этапов комплексного изучения проявлений горного давления. Особую актуальность приобретает этот вопрос при изучении характера и закономерностей проявления горного давления в очистных выработках, под влиянием которых изменению напряженно-деформированного состояния, перемещению и разрушению подвергаются возрастающие объемы пород со всеми близлежащими горными выработками.
Большинство закономерностей физических и механических явлений и процессов в массивах горных пород описывается с помощью методов математической статистики, следовательно, для установления объективных закономерностей необходима обширная информация об исследуемых явлениях и процессах, трудности получения которой существенно усугубляются сложностью и трудоемкостью проникновения в массив пород.
Указанная информация широко используется как на стадиях проектирования, так и в процессе практической реализации всего комплекса технологических процессов отработки месторождений, строительства и эксплуатации подземных сооружений различного назначения. Сведения о качественных и количественных характеристиках полей напряжений в земной коре играют заметную роль при прогнозе возникающих в ней динамических явлений, а также при выборе оптимальных технических и технологических решений по управлению состоянием массива и обеспечению устойчивости конструктивных элементов систем разработки. Это связано с тем, что именно взаимодействие основных структурных полей в массиве – поля разномасштабной поврежденности и поля напряжений во многом определяет прочность и долговечность любых находящихся в нем природных и природно-технических объектов, а также динамику протекающих в нем процессов деструкции и разрушения.
Сами методы делятся на 2 группы. Первая из них объединяет методы, которые на сегодня уже можно считать традиционными, поскольку опыт их практического применения насчитывает уже ни один десяток лет. Вторая группа объединяет относительно новые, перспективные методы, основанные на эффектах памяти как непосредственно в горных породах, так и в композиционных материалах, датчики из которых помещаются в исследуемую область массива.
Общие сведения
Согласно общепринятому определению под напряжением σ понимают силу F, действующую на единицу площади S. Для того чтобы говорить о напряжениях в точке пространства, площадь действия силы устремляют к нулю, т.е.
σ = F/S при S→0
Особенностью геологических сред является их структурная неоднородность и многофазовость, что вынуждает рассматривать условие S→0 в (1.1) как некую идеализацию. На практике при решении задач геомеханики всегда имеют дело с некоторым объемом горной породы, в рамках которого осредняются те или иные искомые свойства или параметры состояния. При этом, говоря о точке, в которой эти свойства или параметры оцениваются, имеют в виду центр объема осреднения, а понятие «напряжение» привязывают к размерам площадки, для которой это напряжение определяется. [1]
В рамках теории упругости напряжения в конкретной точке среды, находящейся в системе координат X1,X2,X3 описываются тензором напряжений Тσ второго ранга (1.2), в котором присутствуют шесть компонент σij (i,j = 1, 2, 3) [2,3]
Предполагается, что тензор напряжений симметричен, при этом σij = σji. Распределение касательных и нормальных напряжений по граням элементарного куба представлено на рис. 1
Рис. 1 Ориентация компонент тензора напряжений на взаимно ортогональных поверхностях куба
При этом нормальные напряжения ортогональны граням куба, а касательные лежат в плоскостях указанных граней. Ориентация касательных напряжений зависит от выбора направления координатных осей, при этом положительный знак касательных напряжений принимается при совпадении ориентации рассматриваемого касательного напряжения с положительным направлением одной из осей координат.
При решении задач, связанных с оценкой напряженного состояния горной породы, часто возникает необходимость определения так называемых главных напряжений. Как известно, существует возможность подобрать такое расположение элементарного куба в пространстве, при котором все касательные напряжения окажутся равными нулю. При этом оставшиеся нормальные напряжения будут являться главными. Направления действия таких напряжений называются осями главных напряжений, или осями тен- зора напряжений:
В классической механике твердого тела существует правило расстановки индексов главных напряжений. При этом обычно руководствуются выражением
σ1 ≥ σ2 ≥ σ3
Положительные значения σ соответствуют растягивающим напряжениям, а отрицательные – сжимающим.
В таблице 1 представлена общая классификация методов оценки напряженно-деформированного состояния массива.
Таблица 1. Классификация методов оценки напряженного состояния массива горных пород