Изучение механических свойств крупных трещин методом математического моделирования

• Автор: Конюхов, Дмитрий Сергеевич
• Шифр специальности: 01.02.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 171 с.

Оглавление

Введение
I Глава Трещиноватость - основная характеристика скального 1 б
массива.
1.1. Виды структурных нарушений в массивах скальных
пород
1.2. Параметры трещиноватости скального массива
1.3. Влияние трещин на прочностные свойства скальных
массивов.
Выводы по первой главе
II Глава Исследование прочностных свойств крупных трещин с
использованием математических методов
2.1. Использование численных методов в геомеханике
2.2. Упруго-пластическая модель скального массива, с
учётом нелинейности
2.2.1. Идеальная деформационная упруго-пластическая
модель скального массива
2.2.2. Структурная модель деформирования
2.2.4. Критерии прочности горной породы при её
математическом моделировании
2.3. Математические модели контактных элементов
используемые в МКЭ
Выводы по второй главе
III Глава Численное моделирование лабораторных и штамповых
испытаний шероховатых трещин
3.1. Методика математического моделирования
шероховатых трещин
3.2. Математическое моделирование лабораторных
испытаний по сдвиговому разрушению гипсовых образцов с искусственно созданной шероховатостью
3.2.1. Описание физических экспериментов
3.2.2. Описание численных экспериментов
3.2.2.1. Условия постановки численного эксперимента
3.2.2.2. Описание численных экспериментов и их сравнение с 101 результатами физических исследований
3.3. Математическое моделирование штамповых испытаний 126 скальных пород на сдвиг по шероховатой трещине
3.3.1. Перевод естественной морфологии стенок трещин в 126 регулярную
3.3.2. Штамповые испытания трещиноватых скальных пород 143 в основании Андижанской плотины
3.3.2.1. Методика проведения штамповых испытаний на сдвиг 143 по трещине
3.3.2.2. Инженерно-геологическое описание скальных пород в 149 основании плотины Андижанского гидроузла
3.3.2.3. Исследование перемещения породы в 151 непосредственной близости от основания штампа
3.3.2.4. Анализ процесса разрушения трещиноватого скального 151 основания при сдвиге бетонного штампа
3.3.3. Численные эксперименты и их сравнение с 154 результатами штамповых испытаний
Выводы по третьей главе
Общие выводы по диссертации
Список использованной литературы

«Моделирование - это подражание Природе, учитывающее немногие её свойства.»
С. ЛЕМ
ВВЕДЕНИЕ
В процессе проектирования подземных сооружений, а также массивных сооружений на скальных основаниях, необходимо учитывать, что прочностные свойства скального массива определяются многими факторами: неоднородностью, анизотропией, размерами расчётной области и т.д. Однако, наиболее существенное влияние на его свойства оказывает трещиноватость.
В настоящее время изучение прочностных и деформационных свойств крупных трещин в массивах скальных пород в основном производится в рамках полевых и лабораторных исследований, что обусловлено сформировавшейся к середине 60-х годов школой экспериментального изучения различных свойств твёрдых материалов, включающей в себя методики проведения испытаний образцов на сжатие, растяжение и сдвиг, которые были адаптированы к полевым условиям и особенностям проведения эксперимента. Испытания образцов, отобранных непосредственно из основания будущего сооружения или проведение полевых исследований позволяет получить характеристики скального массива, на котором будет возводиться конкретное сооружение, и, одновременно с этим, позволяет распространить полученные результаты на другие объекты, имеющие сходное геологическое строение основания. Ухов С.Б. [75], рассматривая скальный массив как основание для строительства массивных сооружений, выделяет следующие особенности скального массива, оказывающие влияние на поведение системы сооружение-основание:
а) дискретность,
б) естественная напряжённость,

По первой схеме (рис. 1.7,а), к штампу прикладывается горизонтальная сдвигающая нагрузка Т и вертикальная сила N. По условиям проведения эксперимента, к сожалению, невозможно приложить сдвигающую силу Т непосредственно в предполагаемой плоскости сдвига, т. е. в зоне контакта «бетон - скала». В следствие этого сила Т прикладывается с некоторым эксцентриситетом в], создавая момент:
для компенсации которого путём приложения вертикальной силы N с эксцентриситетом е2 создаётся компенсирующий момент М2, направленный противоположно М].
Опыты производятся при постоянном значении N и переменном Т, пошагово увеличивающемся до наступления момента разрушения скальной породы в основании штампа. Т.к. по техническим условиям, изменить величину в! в процесс проведения эксперимента очень сложно, то для соблюдения условия М/ ~ М2 прибегают, либо к изменению е2 в зависимости от значения Т, либо величина е2 заранее рассчитывается по формулам внецентренного сжатия из условия получения, близкого к равномерному, распределения нормальных напряжений на контакте в момент достижения предельного состояния.
Согласно [75], потеря несущей способности штампа достигается после формирования поверхности скольжения в породе в непосредственной близости от контакта. Величины напряжений на поверхности скольжения, которая условно принимается плоской, определяются по следующим выражениям:
В качестве недостатков данной схемы большинство исследователей в первую очередь отмечает неточность определения величины е2, вследствие
Мх-Т х е1>
(1.8)
м2-м

(1.19)