Методы исследования напряжённого состояния

Классификации горных пород.

При проектировании горных работ и строительстве подземных сооружений необходим комплекс сведений о различных свойствах горных пород. Более того нужна определённая систематизация горных пород по свойствам с тем, чтобы без проведения специальных детальных исследований можно было априорно представлять основные особенности поведения какого-либо конкретного вида пород при заданных видах воздействий и тем самым прогнозировать те или иные процессы в массиве пород.

Систематизация пород по свойствам является по сути классификацией и это представляет собой весьма ответственную и, применительно к таким сложным физическим средам как горные породы, чрезвычайно сложную задачу. Ещё более сложную задачу представляет классификация массивов горных пород.

Вообще говоря, построение классификаций является методом и результатом изучения явлений, которые весьма многообразны вследствие большого числа факторов, их определяющих. При построении классификаций весьма важно определить так называемый фактор классификации, т.е. тот признак, по которому производится систематизация изучаемого материала. В зависимости от выбора фактора классификации могут быть созданы различные классификации и тогда появляется возможность классифицировать сами классификации.

В частности, применительно к горным породам, известны две группы классификаций.

К первой группе относятся общие классификации, в которых породы разбиваются на классы в зависимости от комплекса факторов - происхождения, минерального состава, связности и строения:

* Генетическая классификация - породы подразделяются на осадочные, изверженные и метаморфические.

* Инженерно-геологические классификации, в которых породы подразделяются на рыхлые, связные и массивные.

* Классификации, в которых группы пород генетической классификации подразделяются по фактору состава и строения.

Из классификаций первой группы одной из самых значительных и широко применяемых на практике является геолого-генетическая классификация проф. И.В. Попова, которая в модифицированном виде была принята и в международных рамках как основа для подразделения реальных комплексов пород (выделение инженерно-геологических групп, формаций, геолого-генетических комплексов, петрографических типов, инженерно-геологических видов и подвидов).

Хорошо известна классификация акад. АН СССР Ф.П. Саваренского (1937), модифицированная позднее многими авторами. Её основное подразделение грунтов на скальные, полускальные, сыпучие, связные и особые уже упоминалось нами. Эта классификация широко использовалась в строительных стандартах (например, в СНиПах). Как уже говорилось, основным критерием этой классификации является общий характер структурных связей (кристаллизационные, ионно-электростатические, молекулярные, магнитные, электростатические и др.) в зависимости от условий образования и последующего развития горных пород и от их состава.

Основным преимуществом указанных подходов является строгий учёт геологических факторов, в частности, происхождения пород, всей истории их развития, минералогического состава и т.д. В то же время главным недостатком является отсутствие каких-либо количественных данных, характеризующих отдельные категории пород и массивов.

Ко второй группе относятся частные классификации, т.е. основанные на подразделении пород по какому-либо одному (но может быть и комплексному) показателю свойств или характеристике, Таких классификаций разработано очень много, назовём лишь некоторые, самые употребительные из них:

* Классификация М.М. Протодьяконова по коэффициенту крепости горных пород.

* Классификация по отдельным характеристикам свойств (пористости, объёмному весу, модулю упругости).

* Классификация по технологическим параметрам (буримости, взрываемости, дробимости, устойчивости).

Из классификаций второй группы в главе 4 уже упоминалась классификация проф. М.М. Протодьяконова по комплексному показателю - коэффициенту крепости ¦_кр.

Вообще попытки охарактеризовать горные породы одним, пусть и комплексным, показателем оказались не продуктивными. Что касается массивов пород, то, тем более, подобный путь не приемлем.

По-видимому более целесообразен другой путь, когда из общего числа практически используемых показателей свойств горных пород выделяется несколько базовых, которые не зависят друг от друга, являются элементарными и широко используются в расчётах и уже на этой основе строится общая классификация пород.

Так член-корреспондент АН СССР В.В. Ржевский в качестве базовых предложил использовать 12, не зависящих друг от друга показателей. При этом в начале разделять породы качественно на основные генетические группы, затем на классы по минеральному составу и структуре и только после этого дополнять количественными данными об основных физических свойствах.

Если рассматривать все указанные подходы создания классификаций с позиций иерархично-блочной модели массива пород, то можно заметить, что наблюдается большой разнобой в предлагаемых подходах с точки зрения иерархических уровней неоднородностей и массивов, к которым относятся те или иные предложения. В классификациях первой группы это уровни весьма низких порядков, в то время как в классификациях второй группы объектами являются массивы, вмещающие относительно высокие порядки структурных неоднородностей.

Проблема создания общетехнической классификации пород для нужд геомеханики пока не получила своего полного разрешения, однако определённая ясность в этих вопросах уже достигнута. Более того, предприняты и первые попытки разработки такой классификации, но пока только для массивов скальных пород. Так специалистами кафедры инженерной геологии Московского Государственного Университета (профессоры Г.А. Голодковская, Л.В. Шаумян и др.) разработана инженерно - геологическая классификация, в которой выделены две группы массивов, существенно отличных по своему генезису. Первая группа - литолого - структурные массивы, вторая группа - массивы дизъюнктивов тектонической природы.

Под литолого - структурными массивами понимаются объёмные геологические тела, образующие пространственно - обособленные структуры разных порядков, границами которых являются элементы литологических или структурно - тектонических неоднородностей. Другими словами, эти массивы соответствуют в иерархично-блочной модели элементам «структурных блоков».

Массивы дизъюнктивов представляют собой вытянутые геологические тела, приуроченные к крупным дизъюнктивам и обладающие зональным строением за счёт включения зон различной степени нарушенности скального массива, образованных под влиянием тектонического нарушения. В иерархично-блочной модели массива пород они соответствует элементам «структурных неоднородностей».

МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД И ЕГО ИЗМЕНЕНИЙ ВО ВРЕМЕНИ.

Методы исследования напряжённого состояния массива горных пород по сравнению с другими характеристиками массива - свойствами и структурными особенностями - имеют некоторую специфику.

Прежде всего, это проявляется в том, что напряжения не являются, вообще говоря, физической величиной. Это некоторая математическая абстракция, которая непосредственно измерена быть не может. Напряжения всегда определяются или вычисляются по результатам измерения деформаций или каких-либо других параметров, корреляционно связанных с напряжениями.

Второй специфический момент заключается в том, что в таких исследованиях весьма существенное значение приобретают различного рода оценочные методы, с помощью которых сначала устанавливается вид напряжённого состояния, основные соотношения между компонентами общего тензора напряжений и только после этого выполняются работы по непосредственному измерению абсолютных значений напряжений.

Дата добавления: 2014-12-16