Математическое моделирование неупругого деформирования соляных пород вблизи выработок

• Автор: Щапова, Ирина Николаевна
• Шифр специальности: 05.13.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 145 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Е АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1 Экспериментальное исследование неупругого деформирования соляных пород
1.2 Анализ состояния вопроса моделирования неупругого деформирования соляных пород
1.2.1 Микроскопические модели неупругого деформирования
и структурных изменений соляных пород
1.2.2 Реологические модели неупругого деформирования соляных пород
1.2.3 Континуальная механика дефектов
1.3 Выводы
2. УРАВНЕНИЯ СОСТОЯНИЯ И АНАЛИЗ НЕУПРУГОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ СОЛЯНЫХ ПОРОД С ДЕФЕКТАМИ
2.1 Макроскопические уравнения состояния среды с учетом эволюции систем дефектов
2.2 Моделирование кинетических эффектов
2.3 Анализ эволюции сдвиговой поврежденности в горных породах
2.4 Выводы

3. ВЛИЯНИЕ СТОХАСТИЧНОСТИ НА НАКОПЛЕНИЕ
ПОВРЕЖ,ЦЕННОСТИ В ГОРНЫХ ПОРОДАХ
ЗЛ Эволюция ансамблей дефектов при стохастическом
нагружении
3.2 Эволюция ансамбля микротрещин при стохастическом нагружении
3.3 Эволюция ансамбля микросдвигов при стохастическом нагружении
3.4 Выводы
4. ОСЕСИММЕТРИЧНАЯ ЗАДАЧА МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕУПРУГОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ СОЛЯНОГО ПОРОДНОГО МАССИВА
4.1 Постановка задачи и вывод матричных уравнений метода конечных элементов (МКЭ)
4.2 Реализация МКЭ для исследования напряженно-деформированного состояния массива горных пород
со сферической емкостью
4.3 Моделирование структурных изменений в массиве
с емкостью сферической формы
4.4 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Разработка и внедрение мало- и безотходных технологических процессов не позволяет избежать накопления неутилизируемых промышленных отходов. В связи с этим представляется технически возможной, экономически целесообразной и экологически необходимой изоляция промышленных отходов путем их складирования и/или захоронения. Наряду с традиционно рассматриваемым захоронением промышленных отходов представляется актуальным временное хранение перспективных (с точки зрения утилизации) отходов промышленного производства в подземных хранилищах естественного и искусственного происхождения.
Соляной породный массив, с этой точки зрения, обладает рядом преимуществ [1]: большая мощность соляной залежи; высокая
технологичность проведения горных работ; высокая природная газо- и водонепроницаемость массива, отсутствие трещиноватости и возможность залечивания (затекания) техногенных дефектов.
Заполнение подземных выработок также решает важную задачу, связанную с повышением безопасности ведения горных работ.
Создание и эксплуатация подземного сооружения ведет к изменению напряженно-деформированного состояния (НДС) породного массива и развитию техногенной трещиноватости. При определенных значениях параметров разработки уровень концентрации напряжений может быть достаточным для инициирования разрушения в результате активизации процессов накопления поврежденности, взаимодействия дефектов и их коалесценции [2]. При этом анализ длительной устойчивости подземных выработок, создаваемых в соляном породном массиве, должен адекватно учитывать процессы неупругого деформирования под действием горного давления.

Таблица 1.1 Законы для стационарной стадии ползучести каменной соли
Формулы Значения параметров
ё, = А ехр[-б/ (ЛГ)]-{а! а )" А=0,18 дл'!, п=5 (2=54 кДж/молъ
е,=[Аг ехр[-0 / (ДГ)] + А2 ехр[-£ / (ХГ)]] -{а! а )" А1=2,3-10~4дн1; А2=2,1-1(?дн1 01=42 кДж/моль; п=5 0,2=113 кДж/моль
ё, = А ехр[~2 / (ЛГ)] (а / а' )2 5тЬ(С, С2Т а) А=6,84-105 с1;С,=0,2 МПа1 0=96,8 кДж/молъ; С2=1
4 =Л-ехр[-0/(ДГ)И0-/с7*)" А=7 дн'1; 0=51,6 кДж/молъ п=3
= 4 + 4 + 4 еА =Д1-еХр[-а/(ЛГ)]-(с7/дГ 4 = 4 -ехр[-е2 /(ЛГМсг/дР 4 =к(сг-сГо)|-[5ГехР[-б1 !{Щ + В2 ехр[-£>, / (ЛГ)]] (сг- сг0) / д] А ,=7,2 1027дн1 ;А2=8,4-1017 дн1 В,=5,3-10пдн1; В2=2,6-103дн1 01(02) =25(10) ккал/моль п 1=5,5, п2=5,0, д=5,33-103 (7(1=20,57 МПа, /л=12,4ГПа
Экспериментальными исследованиями [20] подтверждена возможность использования полученных на основе опытных данных законов ползучести для протяженных горных массивов. Однако, обобщение законов для одномерных случаев на трехмерные возможно только для стационарной ползучести.
Отмечено [20], что наиболее точными для переходной стадии ползучести будут те уравнения, в которые входит внутренняя переменная, описывающая упрочнение материала (например, С, в последней модели табл. 1.2).