Вы здесь

Розробка методики експрес-оцінки напружено-деформованого стану породного масиву навколо геотехнічних об'єктів

Автор: 
Слащова Олена Анатоліївна
Тип работы: 
Дис. канд. наук
Год: 
2007
Артикул:
3407U002041
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

РАЗДЕЛ 2
МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОЦЕНКИ
И УЧЕТА ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ И ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЙ
ИНФОРМАЦИИ

2.1. Физико-механические параметры горных пород как основа
устойчивости подземных и наземных сооружений
2.1.1. Прочностные свойства горных пород

Основными показателями физико-механических свойств, определяемыми по кернам геологоразведочных скважин и непосредственно в массиве, являются: плотность, пористость, прочность на сжатие, прочность на разрыв вдоль и поперек слоистости, статические модули упругости, скорости упругих волн, влажность, размокаемость, электрические, электромагнитные, реологические и теплофизические свойства.
В настоящее время прочностные свойства вмещающих горных пород изучены уже в значительных объемах как на стадии разведки месторождений, так и при их доразведке и эксплуатации. Отбор проб в кровле и почве угольных пластов осуществляют в пределах от 0 до 20 м, при этом общая длина керна по каждой пробе в зависимости от условий отбора изменяется от 0,1 до 1 м. Кроме кровли и почвы, по отдельным участкам скважин, например в зонах дизъюнктивных тектонических нарушений, отбирают все породные слои, однако получаемая информация не всегда удовлетворяет проектировщиков ни по объему, ни по качеству [75].
При бурении керна и резке образцов наиболее слабые породы частично или полностью разрушаются, поэтому избирательность лабораторных испытаний пород приводит к завышению показаний о величине их прочности [28]. Процесс бурения, температурный режим, условия хранения и транспортирования могут изменяться в значительных пределах, что дает дополнительные погрешности при определении всех без исключения параметров физико-механических свойств. Кроме того, в связи с существующими экономическими трудностями геологи не всегда имеют возможность произвести отбор проб или образцов для проведения испытаний или осуществляют такой отбор в самом минимальном количестве. В этой связи, по публикациям, архивным данным ДонУГИ, ИГТМ НАН Украины и других организаций проведен анализ и обобщение основных прочностных параметров для различных горных пород, преимущественно осадочных, которые наиболее подвержены влиянию гидрогеологических факторов, в частности размоканию.
Осадочные горные породы обладают слоистостью и анизотропией прочностных свойств. Общей закономерностью всех свойств является зависимость их от степени метаморфизма, поэтому они изменяются с глубиной, наиболее заметные изменения наблюдаются на ранних стадиях метаморфизма. С ростом глубины залегания пород от 200 до 1200 м их прочность увеличивается в 1,5 раза для газовой стадии метаморфизма и на 5-8% для антрацитов (таблицы 2.1 [85] и А.1 [52] приложения А). Предел прочности пород на одноосное сжатие изменяется в широком диапазоне, например, по данным ПО "Артемгеология" прочность песчаников 18-212 МПа, песчаных сланцев 15-182 МПа и глинистых сланцев 8-98 МПа, а по данным ПО "Луганскгеология" соответственно 34-110, 28-62 и 18-40 МПа. Отмечается большее упрочнение с глубиной песчаника по сравнению с глинистыми породами [134]. Иные авторы приводят в своих работах еще более широкий диапазон изменения свойств пород, табл. 2.2 [132]. Для конкретных условий величину разброса прочностных свойств характеризует коэффициент вариации, табл. 2.1.
Сопротивление сдвигу твердых пород достаточно надежно описывается формулой теории Кулона-Мора, которая отражает линейную зависимость предельного сопротивления сдвигу по поверхности скольжения от нормального давления и аппроксимируется отрезком прямой [140]:
(2.1)
где - предельное касательное напряжение; - сцепление; - нормальное напряжение; - угол внутреннего трения. Сцепление для пород Западного Донбасса изменяется от 4 до 10 МПа, среднее значение - от 27 до 40?. В
Таблица 2.1.
Сводная таблица прочностных и упругих характеристик горных пород Донбасса (по Б.П. Овчаренко)Марка углейСредняя глубина отбора проб,
мПрочность на сжатие, сж?10- 5,
ПаКвар, ?Прочность на разрыв вдоль слоя,
р||?10- 5, Па Прочность на разрыв поперёк слоя,
?10-5, Па Квар,
%Скорости продольных волнМодуль упругости?????Е??Е?км?/с?10 -10, ПаА р г и л л и т ыД430280204926343,422,911,91,3Г467350215929423,773,102,41,5Ж547430247431324,243,653,32,2К562410226130424,473,653,82,2ОС, Т722490208238394,593,644,12,2ПА, А774550389337424,844,114,83,0А л е в р о л и т ыД560440207236313,423,091,91,5Г544530248038373,863,202,61,6Ж657620179446304,243,653,32,2К563560179246344,553,674,02,3ОС, Т6516402010351284,573,754,02,1ПА, А7377702413063364,834,144,83,1П е с ч а н и к иД468430416438453,002,701,41,1Г531540267847503,372,961,81,3Ж7088402010871393,923,502,72,0К65310102513797324,093,833,02,534
ОС, Т74296023145102314,263,923,32,7ПА, А830131026194143374,824,514,73,9Таблица 2.2.
Физические свойства горных пород основных месторождений полезных ископаемых Украины (по И.А. Турчанинову)
Руды и породыПлотность,
т/м3Пористость, %Коэффициент поперечных деформацийМодуль упругости,
?10-10, ПаПредел прочности,
?10-5, ПаПри сжатии
?сжПри растяжении,
?рДонецкий бассейнАлевролиты2,58-2,894,0-20,00,16-0,341,5-8,2250-212550-180Песчаники2,53-2,804,0-30,00,13-0,503,0-8,0800-3100100-400Сланцы глинистые2,58-2,82-0,15-0,271,6-4,5560-150010-170Аргиллиты2,45-2,835,0-30,00,20-0,250,6-1,470-70010-70Криворожский бассейнКварциты железистые3,10-3,302-24Кварциты мартитовые3,37-4,460,5-24Кварциты слюдистые тремолитовые2,30-2,502-100,15-0,180,7-1,0300-800-Амфиболиты2,60-3,106-80,20-0,292,5-5,5300-1200100Гнейсы амфиболо-биотитовые2,40-2,901-200,21-0,260,8-2,0500-900-Сланцы слюдисто-хлоритовые2,70-3,101-14110-25535
* В числителе результат