Угли маркшейдерский мониторинг геомеханических процессов в условиях золоторудного месторождения кызылалма диссертация на соискание академической степени магистра
Начальное напряженное состояние связных породных массивов
жүктеу/скачать 4.42 Mb.
|
| 3.3. Начальное напряженное состояние связных породных массивов
До начала ведения горных работ породный массив находится в напряженном состоянии, которое в механике горных пород принято называть начальным. В этом состоит отличие задач, решаемых в геомеханике, от задач, рассматриваемых в механике деформированных сред, где обычно полагается, что изначально исследуемый объект не напряжен. Задача оценки начального напряженного состояния достаточно сложна. Определенные теоретическим путем компоненты напряжений невозможно проверить экспериментально, не нарушая целостности породного массива. Основным, или первичным, фактором, благодаря которому создается начальное поле напряжений, являются силы гравитации. Кроме этого параметры начального поля напряжений зависят от ряда вторичных факторов, таких как температурное поле, неотектонические процессы, рельеф земной поверхности, космические силы и т.п. При этом может случиться так, что влияние вторичных факторов превысит влияние первичных. Для равнинных месторождений, расположенных вне влияния горных массивов и на достаточном удалении от краев литосферных плит, влияние вторичных факторов достаточно мало и можно полагать, что начальное поле напряжений создается благодаря наличию сил гравитации. Существует много предположений, служащих основанием для определения компонентов начального поля напряжения. Наибольшее распространение получила гипотеза А.Н. Динника [27]. Суть ее заключается в следующем. Рассмотрим достаточно малый объем горного массива в форме куба со стороной, равной единице, находящейся на глубине Н от поверхности земли рис. 3.3. Объемный вес пород, залегающих выше, равен у. Напряженное состояние считается установленным, если известны его компоненты в каждой точке исследуемой области.
где E, μ - соответственно модуль Юнга и коэффициент Пуассона горных пород. В соответствии с гипотезой А.Н. Динника полагают, что в условиях стесненного сжатия горизонтальные деформации εx,εz равны нулю. Исходя из этого, получим: Поскольку оси координат выбраны произвольно, то для однородного изотропного массива можно. Тогда, получим следующую зависимость: Таким образом, напряженное состояние нетронутого массива определено. Величина коэффициента Пуассона для твердых горных пород колеблется в пределах 0,15-0,30. В соответствии с этим коэффициент бокового распора равен 0,2-0,45 . Напряжения в толще земной коры сформировались миллионы лет назад. Многие исследователи вполне обоснованно полагают, что за геологическое время напряжения в породном массиве выровнялись (релаксировали), т.е. σz = σx = σy. Такое напряженное состояние называется гидростатическим. Гипотеза о гидростатическом распределении напряжений впервые была высказана А. Геймом. Инструментальные измерения, выполненные ВНИМИ применительно к условиям пологозалегающих месторождений осадочного происхождения, подтвердили эту гипотезу. Таким образом, можно полагать, что на равнинных месторождениях при отсутствии влияния неотектонических процессов напряженное состояние близко к гидростатическому. В других же случаях оно является неравнокомпонентным, причем соотношение между горизонтальной и вертикальной составляющими могут быть больше единицы. Выше были рассмотрены простые, частные случаи распределения начальных компонент напряжений в нетронутом породном массиве, вызванных только действием собственного веса пород. Полная же задача о естественном напряженном состоянии породного массива чрезвычайно сложна, а решения ее - многозначны. Сложность задачи определяется многочисленностью факторов, влияющих на напряженно-деформированное состояние земной коры, степень и характер влияния которых изучены недостаточно, а многозначность решений следует уже из того, что в силу внутренних и внешних воздействий земная кора подвержена постоянным деформациям и в ней всегда имеются остаточные или начальные напряжения. Накопленные за последние 10 лет статистические материалы о естественном поле напряжений подтверждают основные статистические особенности в распределении напряжений в верхней части земной коры: гипотезе о гидростатическом напряженном состоянии нетронутого массива пород соответствуют менее 25 % всех измерений; гипотезе А.Н. Динника соответствуют около 25 % всех измерений (включая и случаи с μ = 0,5); около 75% всех измерений дают неравные горизонтальные напряжения и отношение - достигает порядка 5-6 и более; свыше 75% всех измерений свидетельствуют о том, что горизонтальные напряжения больше вертикальных в 1,5-6 раз; минимальное сжимающее напряжение в 60 % случаев меньше γН, что совпадает с обобщенными статистическими данными о критических давлениях при гидроразрыве пластов; максимальное сжимающее напряжение в 89 % случаев ориентировано почти горизонтально и вкрест простирания основных геологических структур (± 30°); вертикально ориентировано или 02 (~50 % случаев), или 03 (~30 %); ориентировки главных напряжений, найденные по данным методов разгрузки и восстановления по трещиноватости, в среднем совпадают (в пределах точности и степени локальной неоднородности полей напряжений), что свидетельствует об унаследованности полей тектонических напряжений. Наличие системной трещиноватости уже само по себе не соответствует ни одной из гипотез о напряженном состоянии массива пород, построенных только на учете веса пород, а наличие планетарных систем трещин и длительная унаследованность ориентировки тектонических полей напряжений свидетельствуют о глобальных факторах, оказывающих влияние на формирование поля напряжений в земной коре. В то же время наблюдающаяся неоднородность поля напряжений по ориентировке и интенсивности указывает на преобладание региональных факторов. жүктеу/скачать 4.42 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|