Моделирование объемных геомеханических объектов на основе прямых и косвенных данных о полях напряжений и деформаций

• Автор: Назарова, Лариса Алексеевна
• Шифр специальности: 01.02.04, 01.02.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 270 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Напряженное состояние земной коры

1.2. Структура и деформационные свойства земной коры исследуемых регионов

1.3. Природа и свойства нарушений сплошности

1.4. Методы математического моделирования в геомеханике.

1.5. Цели и задачи исследования.

2. РАЗВИТИЕ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ РАСЧЕТА НАПРЯЖЕННОДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ СТРУКТУРИРОВАЬ1НЫХ СРЕД
2.1. Вывод основных соотношений метода конечных элементов в двумерном случае для четырехугольных элементов

2.2. Основные соотношения метода конечных элементов в трехмерном случае

2.3. Формирования ансамбля. Разрешающая система уравнений и ее размерность.
2.4. Моделирование нарушений сплошности. Матрица жесткости линейного контактэлемента
2.5. Моделирование нарушений сплошности для трехмерных задач
2.6. Особенности программ 2МКЭЧК и ЗМКЭГК.
2.7. Выводы ио разделу
3. МОДЕЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ ДЛЯ МАЛОМАСШТАБНЫХ ОБЪЕКТОВ
3.1. Проверка точности алгоритма сравнение аналитического и численного решений.
3.2. Определение деформационных характеристик нарушений сплошности
по данным лабораторных испытаний образцов горных пород.
3.3. Анализ напряженного состояния массива, ослабленного вертикальным нарушением сплошности
3.4. Выводы по разделу.
4. ЗАДАЧИ МЕХАНИКИ ГОРНЫХ ПОРОД ДЛЯ МАССИВОВ СЛОЖНОЙ СТРУКТУРЫ.
4.1. Исследование процесса деформирования и разрушения наклоннослоистого горного массива.
4.2. Напряженное состояние массива в окрестности месторождения, пересеченного крутопадающей дайкой
4.3. Поэтапная оценка состояния горных пород для массива со сложной морфологией рудного тела
4.4. Способ включения данных натурных измерений напряжений в геомеханическую модель
4.5. Выводы по разделу.
5. МОДЕЛИРОВАНИЕ ОБЪЕМНЫХ ПОЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЙ ДЛЯ КРУПНОМАСШТАБНЫХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ.
5.1. Методика подготовки данных для решения трехмерных задач
5.2. Особенности формулировки граничных условий для основных геодинамических режимов.
5.3. Объемные поля напряжений Байкальской рифтовой зоны
5.4. Возможность применения плоских моделей для исследования объемных полей напряжений
5.5. Поведение тектонических нарушений в поле растяжения.
5.6. Напряженное состояние земной коры вблизи сейсмоактивных разломов
при сбросовом геодинамическом режиме.
5.7. Изменения полей напряжений, вызываемые внешними и внутренними факторами.
5.8. Выводы по разделу
6. ИССЛЕДОВАНИЕ ОБЪЕМНОГО НАПРЯЖЕННОДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД В УСЛОВИЯХ РЕГИОНАЛЬНОГО СЖАТИЯ
6.1. Оценка горизонтальных напряжений АлтаеСаянской складчатой области по сейсмологическим данным
6.2. Моделирование полей региональных напряжений
6.3. Детальная геомеханическая модель Таштагольского месторождения и оценка техногенных последствий горных работ.
6.4. Выводы по разделу
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Однако различие между региональными и локальными напряжениями нарушается в определенных геологических условиях например, вблизи даек . По оценке М. Л.Зобак , величина локального напряжения может быть равна величине регионального напряжения или превосходить ее до 2. При натурных исследованиях напряженнодеформированного состояния горного массива в разных регионах Кольский полуостров, Норильск, Донбасс, Кузбасс и Горная Шория, отмечены проявления тектонических процессов наравне с гравитационными силами . Так, на рудниках Хибинского массива и Горной Шории в выработках, пройденных в весьма прочных породах, уже на глубинах 00 м и более стали наблюдаться интенсивные динамические явления стреляние горных пород , которые не могут быть вызваны воздействиями только гравитационных сил . Для ряда рудных месторождений величина максимальных горизонтальных напряжений превышает вертикальные в 2 раза и более. Например, на Таштагольском руднике, вне зоны влияния горных работ горизонтальные в 1. На рудных месторождениях Средней Азии горизонтальные напряжения в 23 раза превышают вес столба пород ,. На рудниках Урала Дегтярском и Карабашском в субширотном направлении действуют сжимающие напряжения и МПа, а в субмеридиальном растягивающие 9 и МПа . Следует отметить значительное различие естественного первичного и наведенного вторичного полей напряжений. Так, натурные замеры на Гаштагольском руднике позволили установить, что поле напряжений на горизонте 0 м характеризуется следующим соотношением компонент напряжений о, о2 ст3 4. МПа, . МПа, МПа . Изменение этого состояния происходит на всех стадиях ведения горных работ. При этом наиболее существенный рост напряжений происходит в зонах их концентрации после образования отрезной щели. Наличие тектонических полей напряжений на месторождениях Горной Шории и Хакасии обусловлено геологическими процессами глобального характера. Месторождения находятся в пределах сейсмоактивной зоны АлтаеСаянской складчатой области, в которой имеют место современные движения земной коры . Известно, что места землетрясений это районы разрядки высоких напряжений, а места накопления последних это области подготовки землетрясений 1. Авторы работы полагают, что местоположение очагов сильных внутриплитных землетрясений определяется расположением ослабленных зон в коре разломов. Так, в Байкальской рифтовой зоне эпицентры землетрясений тяготеют к осевой ее части, близкой к центральному разлому. Как и на территории Китая, здесь сейсмодислокации располагаются приблизительно перпендикулярно вектору максимального растягивающего напряжения. Калифорнии с магнитудой М протяженность области распространения подвижек достигла км . Во внутриконтинентатьной части России Байкальская рифтовая зона наиболее сейсмически активный регион с 9 балльными зонами сейсмической опасности . Например, в районе дельты реки Селенга за последние 0 лет произошло три 9 балльных землетрясения . Сейсмическая активность ЛлтаеСаянского региона, оценивается в целом в 7 баллов по ти балльной шкале 9, причем землетрясения имеют характер, как природной сейсмичности, так и наведенной 9. Так, в г. Кочуринского разлома произошло землетрясение силой 56 баллов при их общем количестве более 0 . В связи со строительством крупных народнохозяйственных объектов особенно важны вопросы, связанные с наведенной сейсмичностью. Гак, например, замечено, что образование водохранилищ может вызвать увеличение сейсмической активности . Горные удары в шахтах и наведенная сейсмичность, связанная с отработкой полезных ископаемых, исследовалась во многих работах например, . Таштагольское месторождение отнесено к угрожающим по горным ударам с г. Наиболее крупные динамические проявления горного давления отмечены на руднике при отработке запасов в этаже 0. При взрыве блока породы на вводимом в эксплуатацию этаже 0. Таштагольской сейсмостанцией был зафиксирован одновременно со взрывом блока, толчок с эквивалентом в 5 т ВВ превышение в т ВВ . При этом в результате резкого перераспределения напряжений в районе вырезки были отмечены разрушения на расстоянии до 50 м.