Обобщенный аналитический критерий пластичности, прочности и разрушения горных пород для условий объемного неравнокомпонентного сжатия

Работа посвящена выводу обобщенного единого аналитического критерия пластичности (предел упругости), прочности и разрушения горных пород для случая объемного неравнокомпонентного сжатия. Предложенный аналитический критерий не имеет ни эмпирических, ни аналитических аналогов. Отличительной особенностью предложенного критерия является то, что впервые в мировой практике одной аналитической зависимостью описывается полная ветвь пластической деформации в компонентах главных напряжений, от предела упругости — до предела пластичности (остаточной прочности). На основе выдвинутого критерия получен критерий прочности для двухфазной среды в условиях трехосного сжатия, то есть для горных пород при наличии порового давления жидкости (воды). В работе подробно обсуждается и предлагается новый взгляд на механизм пластического деформирования горной породы на стадии упрочнения. Указывается на трансляционно-ротационный характер пластического деформирования в окрестности сдвиговых площадок, следствием чего и является повышение прочности пород (упрочнение) и явление дилатансии. Таким образом, указывается на принципиально новый характер накопления потенциальной энергии деформации на стадии упрочнения в отличие от упругой фазы, с чем и связывается удароопасность горной породы. Приводятся критерий квазипластического деформирования горной породы, то есть критерий отсутствия упрочнения, дилатансии и акустической эмиссии, делается вывод о его хорошем согласии с данными экспериментальных исследований.

Жабко А. В. Обобщенный аналитический критерий пластичности, прочности и разрушения горных пород для условий объемного неравнокомпонентного сжатия // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2024. — № 1-1. — С. 5—20. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_011_0_5.

Жабко Андрей Викторович — докт. техн. наук, доцент, зав. кафедрой, Уральский государственный горный университет (ФГБОУ ВО «УГГУ»), г. Екатеринбург, 620144, Россия, zhabkoav@mail.ru, ORCID ID: 0000−0002−3081−9522.

1. Жабко А. В. Критерии прочности горных пород // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 11−1. — С. 27–45. DOI: 10.25018/0236_1493_2 021_111_0_27.

2. Жабко А. В. Механика пластического деформирования горных пород при объемном сжатии и механизм горных ударов // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. — 2022. — № 4. — С. 47–63. DOI: 10.21440/0536−1028−2022−4-47−63.

3. Меженов М. Е., Зайцев Д. В., Кочанов А. Н., Панфилов П. Е. Особенности разрушения горных пород и неорганических материалов биологического генезиса в водной среде // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 11−2. — С. 5–15. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_112_0_5.

4. Тарасов Б. Г. Веерный механизм как инициатор землетрясений и горных ударов на глубоких горизонтах // Горный журнал. — 2020. — № 3 (2272). — С. 18–23.

5. Сосновская Е. Л., Авдеев А. Н. Управление геомеханическими процессами на золоторудных жильных месторождениях Восточной Сибири // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. — 2019. — № 5. — С. 21–29. DOI: 10.21440/0536−1028−2019−5-21−29.

6. Тарасов Б. Г. Парадоксы прочности и хрупкости горных пород в условиях сейсмических глубин // Горный журнал. — 2020. — № 1 (2270). — С. 11–17. DOI: 10.17580/ gzh.2020.01.02.

7. Latyshev O. G., Kornilkov M. V. Analysis of fractal characteristics of jointing in rocks as their strength criterion // Gornyi Zhurnal. 2015, no. 9, pp. 17–21. DOI: 10.17580/ gzh.2015.09.03.

8. Латышев О. Г., Казак О. О. Влияние нарушенности горных пород на их свойства и состояние // Известия УГГУ. — 2017. — Вып. 4(48). — С. 62–65. DOI: 10.21440/2307−2091−2017−4-62−65/.

9. Бокий И. Б., Полякова Л. Н., Ребров М. Б. Механические разрушения горных пород при проведении испытаний методом объемного сжатия // Горнодобывающая промышленность в 21 веке: вызовы и реальность: Сборник докладов международной научно-практической конференции, посвященной 60-летию института «Якутнипроалмаз» АК «АЛРОСА», Мирный, 15–16 сентября 2021 года. — М.: Издательство «Перо», 2022. — С. 152–159.

10. 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.

11. Протосеня А. Г., Вербило П. Э. Изучение прочности на сжатие трещиноватого горного массива // Записки горного института. — 2017. — Т. 223. — С. 51–58.

12. Шашенко А. Н., Сдвижкова Е. А., Гапеев С. Н. Деформируемость и прочность массивов горных пород. — Днепропетровск: НГУ, 2008. — 224 с.

13. Викторов С. Д., Кочанов А. Н. Некоторые аспекты разрушения горных пород с позиций физики прочности и механики трещин // 60-я Международная научная конференция «Актуальные проблемы прочности»: Mатериалы конференции, Витебск, 14−18 мая 2018 года. — Витебск, 2018. — С. 340–342.

14. Ömer Aydan. Time-Dependency in Rock Mechanics and Rock Engineering. ISRM Book Series. Leiden: CRC Press/Balkema. 2017, vol. 2, 248 p.

15. Schlotfeldt P., Elmo D., Panton B. Overhanging rock slope by design: An integrated approach using rock mass strength characterization, largescale numerical modelling and limit equilibrium methods // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2018, no. 10, pp. 72–90.

16. Жабко А. В., Волкоморова Н. В. О механизме и степени влияния промежуточного главного напряжения на прочность горных пород // Проблемы недропользования. 2019. — Вып. 2 (21). — С. 88–92.

17. Жабко А. В. Теория расчета устойчивости откосов и оснований. Устойчивость откосов в поле тектонических, сейсмических и гидростатических напряжений // Известия УГГУ. — 2016. — № 4(44). — С. 47–50.

18. Ставрогин А. Н., Протосеня А. Г. Пластичность горных пород. — М.: Недра, 1979. — 301 с.

19. Hoek E, Brown E. T. The Hoek-Brown failure criterion and GSI e 2018 edition / Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2018, pp. 1–19. https://doi. org/10.1016/j.jrmge.2018.08.001.

20. Hoek E, Martin C. D. Fracture initiation and propagation in intact rock — A review / Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 2014, pp/ 287–300. http://dx.doi. org/10.1016/j.jrmge.2014.06.001.