ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ПРАКТИЧЕСКОЙ ГЕОМЕХАНИКИ И ВОЗМОЖНЫЕ ПУТИ ИХ ПРЕОДОЛЕНИЯ

Андрей Викторович ЖАБКО

Жабко А. В. Фундаментальные проблемы практической геомеханики и возможные пути их преодоления // Известия УГГУ. 2018. Вып. 4(52). С. 98-107. DOI 10.21440/2307-2091-2018-4-98-107

Актуальность темы исследований обусловлена тем, что в геомеханике существуют объективные проблемы, связанные с некорректностью представления горного массива континуальной средой. В связи с этим появляются фундаментальные проблемы определения прочностных и деформационных свойств горных массивов, расчета их напряженно-деформированного состояния.
Целью исследования является обобщение существующих проблем геомеханики, выделение из них наиболее значимых и фундаментальных, а также обсуждение возможных путей их преодоления.
Методы исследований. В работе широко использованы аналитические методы исследований с экспериментальной проверкой приводимых результатов.
Результаты и их применение. В работе предложены аналитические критерии пластичности и прочности горных пород и других искусственных материалов, а также функция пластического потенциала для сдвигового характера пластического деформирования и разрушения на основе представления твердых тел континуальной (сплошной) средой. Предлагаемые критерии и функция пластического потенциала сопоставлены и скорректированы с экспериментальными исследованиями по разрушению горных пород в сложном напряженном состоянии. Предложен вариационный принцип дезинтеграции горных массивов, позволяющий определять геометрию поверхностей дезинтеграции. Из данного принципа непосредственно следует, что поверхностью дезинтеграции минимизируются площади (объемы) с пониженным потенциалом (пластические) и увеличиваются площади с повышенным потенциалом (упругие, энергоемкие), при этом минимизируется энергия, затрачиваемая на создание
поверхностей дезинтеграции (их длина). На основе данного принципа получена зависимость, связывающая радиус кривизны поверхности сдвиговой дезинтеграции и главные напряжения при разрушении объемными силами (например, гравитация). Предложен критерий роста трещины или фундаментальный параметр иерархии (линейный коэффициент вложения блоков), установлено, что его значение определяется углом внутреннего трения как мерой диссипации энергии при срезе. При рассмотрении горного массива как дискретной блочной среды получено уравнение по типу sin-Гордона, описывающее динамику его деформирования.
Выводы. По результатам выполненных исследований предложен целый ряд критериев, принципов и зависимостей, определяющих процессы пластического деформирования и разрушения (дезинтеграции) горных пород на основе континуальной и блочно-иерархической моделей горного массива.

Ключевые слова: проблемы геомеханики, прочностные и деформационные свойства горных массивов, дезинтеграция и разрушение горных пород, пластическое деформирование, уравнение sin-Гордона.

REFERENCES
 

1. Кочарян Г. Г. Деформационные процессы в массивах горных пород. М.: МФТИ, 2009. 378 с.
2. Сашурин А. Д. Современные геодинамические движения и их роль в формировании напряженно-деформированного состояния массива горных пород // Геомеханика в горном деле: докл. Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием (4–5 июня 2014 г.). Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2014. С. 3–12.
3. Балек А. Е. Учет мозаичности напряженно-деформированного состояния массивов скальных горных пород при решении практических задач недропользования // Проблемы недропользования. Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2018. Вып. 3. С. 140–150.
4. Зотеев О. В. Научные основы расчета конструктивных параметров систем подземной разработки руд с учетом структуры массива и порядка ведения горных работ: автореф. дис. … д-ра техн. наук. Екатеринбург, 1999. 44 с.
5. Жабко А. В. О проблемах и современных методах оценки устойчивости откосов на открытых горных работах // Проблемы недропользования. Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2018. Вып. 3. С. 96–107.
6. Coulomb A. Essay on the application of the rules of maxima and minima to certain statics problems relavant to architecture. Memoires presentes a l'Academie. Paris: Academy of Science, 1773. P. 343–384.
7. Жабко А. В. Законы пластического деформирования и деструкции твердых тел // Изв. УГГУ. 2017. № 2 (46). С. 82–87. https://doi.org.10.21440/2307-2091-2017-2-82-87
8. Жабко А. В. Прочность континуума (твердых тел) // Изв. вузов. Горный журнал. 2017. № 4. С. 47–55. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=29299923
9. Жабко А. В. Теоретические и экспериментальные аспекты пластического деформирования и разрушения горных пород // Изв. УГГУ. 2018. № 1 (49). С. 68–79. https://doi.org/10.21440/2307-2091-2018-1-68-79
10. Опарин В. Н., Курленя М. В. О скоростном разрезе земли по Гутенбергу и возможном его геомеханическом объяснении. Ч. I. Зональная геодезинтеграция и иерархический ряд геоблоков // ФТПРПИ. 1994. № 2. С. 14–26.
11. Макаров П. В. Подход физической мезомеханики к моделированию процессов деформации и разрушения // Физическая мезомеханика. 1998. Т. 1. № 1. С. 61–81. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=12913615
12. Быков В. Г. Нелинейные волны и солитоны в моделях разломно-блоковых геологических сред // Геология и геофизика. 2015. Т. 56, № 5. С. 1008–1024. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=23527753
13. Викулин А. В., Иванчин А. Г. О современной концепции блочно-иерархического строения геосреды и некоторых ее следствиях в области наук о Земле // ФТПРПИ. 2013. № 3. С. 67–84. URL: https://elibrary.ru/item.asp?d=19404459
14. Викулин А. В., Махмудов Х. Ф., Иванчин А. Г., Герус А. И., Долгая А. А. О волновых и реидных свойствах земной коры // Физика твердого тела. 2016. Т. 58. № 3. С. 547–557. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=25668922
15. Гарагаш И. А. Уединенные тектонические волны в верхней мантии // Тектонофизика и актуальные вопросы наук о Земле: Четвертая тектонофизич. конф. ИФЗ РАН. 2016. С. 456–460.
16. Гарагаш И. А., Николаевский В. Н. Механика Коссера для наук о Земле // Вычислительная механика сплошных сред. 2009. Т. 2, № 4. С. 44–66. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=16355033
17. Панин В. Е. Основы физической мезомеханики // Физическая мезомеханика. 1998. Т. 1. № 1. С. 5–22. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=12913611
18. Панин В. Е., Гриняев Ю. В., Псахье С. Г. Физическая мезомеханика: достижения за два десятилетия развития, проблемы и перспекивы // Физическая мезомеханика. 2004. Т. 7. S1-1. С. 25–40. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=10365838
19. Курленя М. В., Опарин В. Н. Проблемы нелинейной геомеханики. Ч. I // ФТПРПИ. 1999. № 3. С. 12–26. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=14947953
20. Курленя М. В., Опарин В. Н. Проблемы нелинейной геомеханики. Ч. II // ФТПРПИ. 2000. № 4. С. 3–26. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=14954392
21. Жабко А. В. Аналитическая геомеханика. Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2016. 224 с.