Геомеханика. Лекция 1

При подземной разработке месторождений полезных ископаемых, строительстве подземных сооружений различного назначения и других технологических операциях в массиве горных пород необходимо знать его поведение, чтобы обеспечить устойчивость горных выработок или вызвать обрушение участков массива и управлять этими процессами.

Механические свойства пород, составляющих подземные мас­сивы, во многом определяются геологическими условиями. Суще­ствуют самые разнообразные породы — от плывунов до весьма крепких. В зависимости от конкретного вида породы механиче­ские свойства их могут быть различны. Причем это различие выражается не только в значениях механических констант, но и в качественных характеристиках их поведения.

Рассмотрим несколько подробнее механические свойства гор­ных пород.
Горная порода — это природное образование, состо­ящее из минералов более или менее постоянного состава для дан­ного геологического тела.
Минералы — это химические соедине­ния, которые могут быть твердыми (рудные минералы), жидкими (вода, нефть, ртуть) или газообразными (природный газ).

Упругие свойства пород вместе с плотностью р определяют их динамические свойства — способности к распространению волн упругих деформаций. Это волны уплотнения — разрежения (Р — волны) и волны распространения сдвиговых деформаций (S — волны). Скорости распространения этих волн в горных породах встречаются в пределах: СР = 0,8 - 7 км/с, Cs — 0,5 - 5 км/с.

В качестве примеров усредненных значений физических свойств для распространенных минералов можно привести данные лабораторных испытаний, приведенных в таблице 1.

Таблица 1
Средние значения физических свойств некоторых минералов

Геомеханика изучает механическое поведение горных пород по влиянием естественных и механических нагрузок.
Естественные нагрузки - нагрузки гравитационного поля и остаточных напряжений тектонических процессов.
Нагрузка гравитационного поля –
; т/м
- средняя плотность толщи налегающих пород (т/м
)
)
(
- глубина работ (м)
т/м
т/м
м
γН - вес подработанной толщи.

Массив горных пород – участок связных пород земной коры, состоящий из блоков различных форм и размеров. Понятие массива горных пород ограничивается объемом, в пределах которого оказывается влияние одной или нескольких выработок, в некоторых случаях шахтного поля, в пределах которого выполнены горные работы.

Горные породы в зависимости от изменчивости свойств делятся на:
- однородные;
- неоднородные.
-изотропные;
- анизотропные:
- однородно анизотропные;
- неоднородно анизотропные.

Однородные – породы, имеющие на всех участках одинаковое строение и во всех точках одинаковые свойства.
Изотропные – породы, свойства которых по направлению существенно не меняются.
Однородно анизотропные – породы, свойства которых существенно отличаются по направлениям и практически мало меняются в пределах направления.

Неоднородно анизотропные – породы, свойства которых заметно отличаются по направлениям и пределах направления, характерно породам магматического происхождения.
- показатель свойств (предел прочности на сжатии)
- среднее значение показателя по направлению
- длина выработки
- частные значения показателя

В породах осадочного происхождения, в ряде случаев отмечено соотношение
- модуль упругости

Неоднородно анизотропные породы.
- показатель свойств (предел прочности на сжатии)
- среднее значение показателя по направлению
- длина выработки
- частные значения показателя
где
напряжение, (сжимающие или растягивающие);
относительная деформация