Изучение анизотропии прочности и масштабного эффекта трещиноватого массива горных пород

Рассмотрен метод прогнозирования прочностных и деформационных характеристик трещиноватых горных массивов с применением численного моделирования. Исследована последовательность создания численной геомеханической модели горного массива, где массив моделируется в явном виде по схеме существующей трещиноватости в условиях месторождения апатит-нефелиновых руд, предложены схемы проведения виртуальных испытаний. Целью исследования поведения модели горного массива является определение зависимостей распределения напряжений и деформаций в трещиноватом горном массиве, определение параметров моделей для количественной оценки влияния пространственной ориентации систем трещин на предельную прочность участка массива. Описана методика проведения серии численных экспериментов над трещиноватым массивом горных пород различных габаритов, где среда массива задана дискретно с учетом контактных механических характеристик между блоками горной породы. По результатам виртуальных испытаний получены характеристики снижения прочности массива горных пород при увеличении его размеров — при увеличении области трещиноватого массива горных пород наблюдается снижение значений его механических характеристик до момента формирования репрезентативного элементарного объема.

Вербило П. Э., Вильнер М. А. Изучение анизотропии прочности и масштабного эффекта трещиноватого массива горных пород // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 6−2. — С. 47—59. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_62_0_47.

Вербило Павел Эдуардович — канд. техн. наук, доцент, https://orcid.org/0000-00016776-5866, Санкт-Петербургский горный университет, Россия, 199106, СанктПетербург, линия 21-ая В. О., дом 2, e-mail: verbilo_pe@pers.spmi.ru;
Вильнер Мария Александровна — аспирант, https://orcid.org/ 0000-0002-0424-100X, Россия, Санкт-Петербургский горный университет, 199106, Санкт-Петербург, линия 21-ая В. О., дом 2, e-mail: mary.vilner@gmail.com.

Вербило Павел Эдуардович, e-mail: verbilo_pe@pers.spmi.ru.

1. Протосеня А. Г., Куранов А. Д. Методика прогнозирования напряженно-деформированного состояния горного массива при комбинированной разработке Коашвинского месторождения // Горный журнал. — 2015. — № 1. — C. 17–20. DOI: 10.17580/ gzh.2015.01.03.

2. Yalin Li, Navid Bahrani. Strength and failure mechanism of highly interlocked jointed pillars: Insights from upscaled continuum grain-based models of a jointed rock mass analogue // Computers and Geotechnics. 2021, vol. 137. 104278. DOI: 10.1016/j. compgeo.2021.104278.

3. Bagautdinov I. I., Belyakov N. A., Kuranov A. D., Streshnev A. A. The reasoning of mining methods parameters toward development of the apatite-nepheline ore deposits based on results of forecast of massif stress state // E3S Web of Conferences. 2018, vol. 56, pp. 1–6. DOI: 10.1051/e3sconf/20185601019.

4. Тюпин В. Н., Хаустов В. В. Зависимость геомеханического состояния трещиноватого массива от интервала замедления в зоне сейсмического действия массовых взрывов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 2. — С. 45–54. DOI: 10.25018/0236-1493-2021-2-0−45−54.

5. Yingjie Xia, Chuanqing Zhang, Hui Zhou, Jing Hou, Guoshao Su, Yang Gao, Ning Liu, Hemant Kumar Singh. Mechanical behavior of structurally reconstructed irregular columnar jointed rock mass using 3D printing // Engineering Geology. 2020, vol. 268. 105509. DOI: 10.1016/j.enggeo.2020.105509.

6. Qing-Xiang Meng, Huan-Ling Wang, Wei-Ya Xu, Yu-Long Chen. Numerical homogenization study on the effects of columnar jointed structure on the mechanical properties of rock mass // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2019, vol. 124. 104127. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2019.104127.

7. Раимжанов Б. Р., Хасанов А. Р. Оценка структурной нарушенности массива горных пород по рейтинговым классификациям для рудников Зармитанской золоторудной зоны // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 5. — С. 115–127. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-5-0−115−127.

8. Sayedalireza Fereshtenejad, Jae-Joon Song. Applicability of powder-based 3D printing technology in shear behavior analysis of rock mass containing non-persistent joints // Journal of Structural Geology. 2021, vol. 143. 104251. DOI: 10.1016/j.jsg.2020.104251.

9. Jing L., Min K. B., Baghbanan A. Stress and scale-dependency of the hydro-mechanical properties of fractured rock // Rock mechanics new research. 2009, pp. 109–165.

10. Jing L. A review of techniques, advances and outstanding issues in numerical modelling for rock mechanics and rock engineering // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2003, vol. 40, no. 3, pp. 283–353. DOI: 10.1016/S1365−1609(03)00013−3.

11. Hoek E., Brown E. T. Practical estimates of rock mass strength // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 1997, vol. 34, no. 8, pp. 1165–1186. DOI:10.1016/ S1365−1609(97)80069-X.

12. Tianhong Yang, Peitao Wang, Tao Xu, Qinglei Yu, Penghai Zhang, Wenhao Shi, Gaojian Hu. Anisotropic characteristics of jointed rock mass: A case study at Shirengou iron ore mine in China // Tunnelling and Underground Space Technology. 2015, vol. 48, pp. 129–139. DOI: 10.1016/j.tust.2015.03.005.

13. Shuangjian Niu, Hongwen Jing, Kun Hu, Dafang Yang. Numerical investigation on the sensitivity of jointed rock mass strength to various factors // Mining Science and Technology. 2010, vol. 20, no. 4, pp. 530–534. DOI: 10.1016/S1674−5264(09)60238−6.

14. Протосеня А. Г., Вербило П. Э. Изучение прочности на сжатие трещиноватого горного массива // Записки горного института. — 2017. — № 223. — C. 51–57. DOI: 10.18454/PMI.2017.1.51.

15. Subash Bastola, Ming Cai. Investigation of mechanical properties of jointed granite under compression using lattice-spring-based synthetic rock mass modeling approach // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences/ 2020, vol. 126. 104191. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2019.104191.

16. Hang Lin, Shijie Xie, Rui Yong, Yifan Chen, Shigui Du. An empirical statistical constitutive relationship for rock joint shearing considering scale effect // Comptes Rendus Mécanique. 2019, vol. 347, iss. 8, pp. 561–575. DOI: 10.1016/j.crme.2019.08.001.

17. Jiayi Shen, Zheng Shu, Ming Cai, Shigui Du. A shear strength model for anisotropic blocky rock masses with persistent joints // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2020, vol. 134. 104430. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2020.104430.

18. Рац М. В. Трещиноватость и свойства трещиноватой горной породы. — М.: Недра, 1970. — 164 с.

19. Verbilo P., Karasev M., Belyakov N., Iovlev G. Experimental and numerical research of jointed rock mass anisotropy in a three-dimensional stress field // Rudarsko Geolosko Naftni Zbornikthis. 2022, vol. 37, no. 2, pp. 109–122. DOI: 10.17794/rgn.2022.2.10.

20. Адигамов А. Э., Юденков А. В. Модель напряженно-деформированного состояния нарушенного породного массива с учетом анизотропии и неоднородностей // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 8. — С. 93–103. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_8_0_93.

21. Xu-Xu Yang, Hong-Wen Jing, Chun-An Tang, Sheng-Qi Yang. Effect of parallel joint interaction on mechanical behavior of jointed rock mass models // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2017, vol. 92, pp. 40–53. DOI: 10.1016/j. ijrmms.2016.12.010.