книги из ГПНТБ / Булычев, Н. С. Расчет крепи капитальных горных выработок

Для сравнения приведем значения этих параметров при монолит­ ной крепи:

Дальнейшее развитие науки должно идти по пути развития строительной механики подземных сооружений, т. е. комплексного развития взаимосвязанных вопросов устойчивости пород, взаимодей­ ствия их с крепью и расчета крепи на прочность и устойчивость.

Устойчивость пород. Задачи дальнейшего развития теории устой­ чивости пород касаются прежде всего уточнения классификации пород по устойчивости и разработки критериев сопротивляемости пород вывалообразованию, в том числе разработки критериев и методов расчета длительности устойчивого обнажения пород.

Другой важной задачей является дальнейшее развитие концеп­ ции стадийности процесса потери устойчивости пород под действием напряжений, вызванных весом вышележащей толщи. Необходима разработка критерия третьего предельного состояния пород, со­ ответствующего третьей стадии потери устойчивости — образова­ нию вывалов при развитии зоны разрушения пород. Одной из пред­ посылок разработки критерия третьего предельного состояния по­ род может послужить уточнение деформационного критерия проч­ ности пород с учетом пластических деформаций при объемном на­ пряженном состоянии.

Взаимодействие пород и крепи. Развитие теории взаимодействия крепи подземных сооружений с массивом горных пород должно идти по пути дальнейшего увеличения арсенала расчетно-механи­ ческих моделей взаимодействия за счет их дифференциации, разра­ ботки комбинированных моделей, разработки новых моделей на основе механики зернистых и насыщенных сред и т. п.

Сейчас можно уже констатировать, что развитие науки не пошло по ожидавшемуся ранее пути создания единой теории горного давления, которая с одних позиций охватывала бы все многообра­ зие его проявлений. На данном этане развития науки многообра­ зие взаимодействия крепи с массивом пород отражено в совокуп­ ности различных механических моделей этого взаимодействия. Та­ кое решение оказалось более эффективным. Правда, каждая модель отражает лишь частный случай или одну стадию взаимодействия реального массива с крепью, но зато позволяет использовать современный математический аппарат и методы механики опре­ деленной идеализированной среды.

Одной из важных задач развития теории взаимодействия пород и крепи является изучение качественных изменений характера взаимодействия (при увеличении глубины, смещений пород на кон­ туре выработки и т. п.), соответствующих переходу от одной меха­ нической модели к другой, и исследование переходных состояний

системы «крепь—массив».

Расчет крепи. Важнейшей задачей дальнейшего развития тео­ рии расчета крепи является разработка методов расчета по предель­ ным состояниямПроблема расчета крепи по предельным состояниям

В настоящее время на подземные сооружения распространяются общие принципы расчета конструкций и сооружений по предель­ ным состояниям, регламентированные строительными нормами и пра­ вилами. Установлено три предельных состояния:

первое — потеря несущей способности (прочности или устой­ чивости);

второе — развитие чрезмерных деформаций; третье — образование или раскрытие трещин (или других ме­

стных повреждений).

Эта схема вызывает следующие замечания.

Во-первых, указанные предельные состояния разнородны, а их последовательность отражает, по-видимому, значимость, так как второе предельное состояние не следует за первым, а третье за вторым. С тем же успехом можно было бы предложить другую последова­ тельность этих состояний. Во-вторых, названные предельные со­ стояния неравнозначны. Для жестких конструкций, деформации которых малы, а разрушение происходит задолго до достижения допускаемых перемещений, проверка по второму предельному со­ стоянию не имеет смысла. Для гибких конструкций второе предель­ ное состояние значительно менее опасно, чем первое, и по существу оно не является предельным для самой конструкции, а является лишь необходимым условием ее эксплуатации.

Для подземных конструкций решающее значение имеет потеря несущей способности в результате разрушения или потери устой­ чивости. Если рассмотреть работу крепи в условиях нарастания нагрузок от ее возведения до разрушения, то можно выделить ряд качественно отличающихся стадий работы, например: упругую, упругопластическую, упругопластическую с зарождением трещин, образование трещин и расчленение монолитной крепи на блоки, наконец, разрушение крепи с утратой работоспособности выработки. Граничные состояния крепи между двумя качественно отличающи­ мися стадиями ее работы логично назвать предельными состояни­ ями, дав им нумерацию (первое, второе и т. д.), соответствующую последовательности наступления этих состояний. Очевидно, что расчетное предельное состояние будет зависеть от назначения вы­ работки, срока ее службы, степени капитальности (т. е. степени

инеобходимость постановки специальных исследований объясняется тем, что при переходе от одной стадии работы крепи к другой меняется характер ее взаимодействия с породами и условия нагру­ жения. Так, при образовании трещин разрыва в монолитной крепи

ирасчленении ее на блоки можно ожидать резкого уменьшения степени неравномерности нагрузок и изгибающих моментов в се­ чениях крепи. Исследования [250] и практический опыт свидетель­ ствует о том, что образование трещин еще не приводит к потере несущей способности крепи. Известно много случаев успешной эксплуатации капитальных горных выработок (в том числе верти­

условиях эксплуатации до потери несущей способности (или другого предельного состояния).

Одним из показателей надежности крепи может служить веро­ ятность ее безотказной работы в течение срока службы выработки. Рациональные предложения по оценке надежности выработок содержатся в работах А. С. Бурчакова, Б.М . Воробьева, Е. С. Кисе­ лева, Е. В. Петренко, Г. М. Цейтлина и др. Очевидно, что пока­ затели надежности крепи капитальных горных выработок и тон­ нелей должны быть увязаны с расчетными предельными состояни­ ями, а те и другие — с назначением выработок, сроком службы и т. п. Кроме того, показатели надежности выработки должны со­ ответствовать уровню надежности всей системы выработок и других сооружений, элементом которой является данная выработка.

При определении показателей надежности крепи и выработки в целом необходимо учитывать изменчивость действующих на крепь нагрузок, изменчивость показателей механических свойств мате­ риала крепи, степень соответствия реальному объекту принятой механической модели взаимодействия пород и крепи и расчетной схемы самой крепи.

Здесь указаны лишь первоочередные задачи развития строи­ тельства механики подземных сооружений, приступить к выпол­ нению которых можно уже сейчас.