Применение кольцевой щели для восстановления смещений горной выработки

Традиционно для измерения напряжений в массиве пород производят щелевую разгрузку. По разгрузке измеряют разгрузочные деформации в заданных главных направлениях тензора напряжений, по деформациям определяются напряжения. Другой путь применения щелевой разгрузки состоит в задании окрестности точки в виде круга с последующим измерением разгрузочных радиальных смещений в точках границы. В работе предлагается помимо разгрузочных радиальных смещений находить также разгрузочные тангенциальные смещения. Показано, как это можно делать с помощью оптических и механических систем измерений расстояний между точками, лежащими как на одном диаметре, так и между смежными точками, лежащими на одной и той же окружности, по предлагаемому авторами алгоритму. Определяются зависимости между радиальными и тангенциальными смещениями на границе круга, при которых внутри круговой области напряженно-деформированное состояние будет однородным. Для него указаны простейшие решения поиска главных осей тензора напряжений и его главных значений. Кроме того, рассмотрено обобщение полученного подхода к определению смещений на случай заглубления исследуемой круговой окрестности для описания состояния плоской деформации.

Чанышев А. И., Абдулин И. М., Белоусова О. Е., Городилов Л. В., Лукьяшко О. А. Применение кольцевой щели для восстановления смещений горной выработки // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2023. — № 12-2. — С. 141—158. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_122_0_141.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-17-00188, https://rscf.ru/project/22-17-00188/.

Чанышев Анвар Исмагилович^1,2 — докт. физ.-мат. наук, профессор, главный научный сотрудник, e-mail: a.i.chanyshev@gmail.com, https://orcid.org/0000-0001-5772-0648; Абдулин Ильгизар Маратович¹ — научный сотрудник, e-mail: i.m.abdulin@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-4541-2992;
Белоусова Ольга Евгеньевна¹ — канд. тех. наук, старший научный сотрудник, https:// orcid.org/0000-0003-2014-8427, e-mail: o.e.belousova@mail.ru;
Городилов Леонид Владимирович¹ — докт. тех. наук, заведующий лабораторией моделирования импульсных систем, доцент, e-mail: gor@misd.ru, https://orcid.org/00000003-0044-9783;
Лукьяшко Ольга Анваровна¹ — инженер, e-mail: lykola@yandex.ru;
¹ Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН.
² Новосибирский государственный университет экономики и управления.

Чанышев А. И., e-mail: a.i.chanyshev@gmail.com.

1. Кузнецов Г. Н., Слободов М. А. Определение методом разгрузки напряжений, действующих в междукамерных целиках каменной соли Артемовских рудников // Труды ВНИМИ. — 1950. — Вып. 22. — С. 151–174.

2. Хаст Н., Нильсон Г. Измерение напряжений в скальных породах и их значение для строительства плотин // Проблемы инженерной геологии. — Вып. 4. — М.: Мир, 1967. — С. 94–105.

3. Влох Н. П., Зубков А. В., Феклистов Ю. Г. Совершенствование метода щелевой разгрузки // Диагностика напряженного состояния породных массивов: Сборник научных трудов. — 1980. — С. 30–35.

4. Менгель Д. А. Изменение первоначального напряженного состояния северного участка Соколовского месторождения в процессе отработки // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 3–1. — С. 138–148. DOI: 10.25018/02361493– 2020–31–0–138–148.

5. Ai K., Zhang X., Zhou C. Study on the Method for Measuring Stress on Rock Mass Excavation Surface under Extremely High Stress Conditions // Geofluids. — 2022, 4509192. DOI:10.1155/2022/4509192.

6. Ребецкий Ю. Л., Сим Л. А., Маринин А. В. Алгоритм расчета величин неотектонических напряжений платформенных территорий в структурно-геоморфологическом методе // Геодинамика и тектонофизика. — 2022. — 13(1):0577. DOI: 10.5800/GT-2022–13–1–0577.

7. Ge X., Hou M. Principle of in-situ 3D rock stress measurement with borehole wall stress relief method and its preliminary applications to determination of in-situ rock stress orientation and magnitude in Jinping hydropower station // Sci. China Technol. Sci. . — 2012,. — vol. 55, — pp. 939–949. DOI: 10.1007/s11431–011–4680-x.

8. Сентябов С. В., Карамнов Д. В. Методы определения первоначальных напряжений массива горных пород натурными измерениями // Проблемы недропользования. — 2023. — № . 1 (36). — С. 54–63. DOI: 10.25635/2313–1586.2023.01.054.

9. Барышников В. Д., Качальский В. Г. Автоматизированный измерительный комплекс приборов для определения напряжений в массиве горных пород методом параллельных скважин // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2010. — № . 3. — С. 115–119.

10. Кузнецов С. В., Савостьянов Е. В. Способ измерения механических напряжений в массиве горных пород: № 2830448: заявл. 09.10.1979: опубл. 15.07.1981; Авторское свидетельство № 846730 A1 СССР, МПК E21C 39/00. заявитель Институт проблем комплексного освоения недр AH CCCP.

11. Шваб А. А. Экспериментально-аналитический метод определения характеристик квазиоднородного материала по упругопластическому анализу экспериментальных данных // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия Физикоматематические науки. — 2012. — № . 16(2). — С. 65–71.

12. Чанышев А. И., Абдулин И. М. Определение напряженно-деформированного состояния горных пород по данным измерений на контуре выработки вектора напряжений Коши и вектора смещений // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2021. — № 1. — С. 13–20. DOI: 10.15372/FTPRPI20210102.

13. Чанышев А. И., Абдулин И. М. Исследования упругого, упруго-пластического и запредельного состояний массива пород вблизи выработок по данным измерений на их границах // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2019. — № 4. — С. 27–35. DOI: 10.15372/FTPRPI20190404.

14. Феклистов Ю. Г. Деформационный способ комплексного определения напряженного состояния и упругих характеристик горных и строительных объектов // Проблемы недропользования. — 2017. — 4 (15). — С. 28–32. DOI: 10.18454/2313–1586.2017.04.028.

15. Зубков А. В., Феклистов Ю. Г., Липин Я. И., Худяков С. В., Криницын Р. В. Деформационные методы определения напряженного состояния пород на объектах недропользования // Проблемы недропользования. — 2016. — № 4(11). — С. 41–49. DOI: 10.18454/2313–1586.2016.04.041.

16. Korsunsky A. M. A teaching essay on residual stresses and eigenstrains. — ButterworthHeinemann, 2017. 197 р.

17. Uzun F., Korsunsky A. M. On the identification of eigenstrain sources of welding residual stress in bead-on-plate inconel 740H specimens // International Journal of Mechanical Sciences. — 2018. — Т. 145. — P. 231–245. DOI: 10.1016/j.ijmecsci .2018.07.007.

18. Salvati E., Korsunsky A. M. A simplified FEM eigenstrain residual stress reconstruction for surface treatments in arbitrary 3D geometries // International Journal of Mechanical Sciences. — 2018. — Vol. 138–139. — P. 457–466. DOI: 10.1016/j.ijmecsci. 2018.02.016.

19. Valentine M. D., Dhokia V., Flynn J., McNair S. A., Lunt A. J. Characterisation of residual stresses and oxides in titanium, nickel, and aluminium alloy additive manufacturing powders via synchrotron X-ray diffraction // Materials Today Communications. — 2023. — Т. 35. — С. 105900. DOI: 10.1016/j.mtcomm.2023.105900.

20. McNair S. A., Srisuriyachot J., Omole S., Connolley T., Rhead A., Lunt, A. J. The effect of porosity on strain evolution and failure of soldered, small-diameter, thin-walled metallic pipes // Journal of Materials Research and Technology. — 2023. — Т. 22. — С. 2409–2424. DOI: 10.1016/j.jmrt.2022.12.088.

21. Petukhov D., Keller I. Exact reconstruction formulas for plastic strain distribution in the surface-treated plate and their applications // Acta Mechanica. — 2020. — Т. 231. — С. 1849–1866. DOI: 10.1007/s00707–020–02625–7.

22. Мусхелишвили Н. И. Некоторые основные задачи математической теории упругости: Основные уравнения: Плоская теория упругости: Кручение и изгиб. — Москва: АН СССР, 1966. — 708 с.

23. Протосеня А. Г., Беляков Н. А., Буслова М. А. Моделирование напряженнодеформированного состояния блочного горного массива рудных месторождений при отработке системами разработки с обрушением // Записки Горного института. — 2023. — Т. 262. — С. 619–627.

24. Протосеня А. Г., Катеров А. М. Обоснование параметров реологической модели соляного массива // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2023. — № 3. — С. 16–28. DOI 10.25018/0236_1493_2023_3_0_16.

25. Зуев Б. Ю., Зубов В. П., Смычник А. Д. Определение статических и динамических напряжений в физических моделях слоистых и блочных породных массивов // Горный журнал. — 2019. — № 7. — С. 61–66. DOI 10.17580/gzh.2019.07.02.

26. Шемякин Е. И. О сложном нагружении // Упругость и неупругость. М.: Изд-во МГУ. 2001. С. 124–132.

27. Христианович С. А. Проблемы теории пластичности и геомеханики М.: Наука, 2008. — 391 с.

28. Ильюшин А. А. Пластичность Ч. 1. Упруго-пластические деформации. — Логос, 2004. 388 с.