НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ
Напряженное состояние массива горных пород
Напряженно-деформированное состояние массива пород
Гравитационная и тектонические силы
Тектоническая сила (П.Н.Кропоткин, 1973)
Тектонические силы
Воздействие землетрясений
Зоны концентрации интенсивности напряжений при прохождении сейсмической волны
НДС массива пород
Влияние рельефа на НДС
Радиальные и тангенциальные напряжения в стенках подземной полости кругового поперечного сечения при геостатическом распределении напр
Влияние подземной полости
Max и min напряжения при горизонтальном сжатии
Воздействие подземных вод
НДС массива пород
Техногенные воздействия
Методы изучения НДС
Методы изучения НДС
Полевые опыты
Геологические методы изучения НДС
Косвенные геологические методы изучения НДС
Сейсмоакустические методы изучения НДС
0.96M
Category: geographygeography

Напряженное состояние верхних горизонтов земной коры

1. НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ

верхних горизонтов
Земной коры

2. Напряженное состояние массива горных пород

• Изучается: тектоникой;
горным делом;
механикой грунтов;
инженерной геологией
(геологические процессы)
• Задачи: тип напряженного состояния,
ориентация осей,
величина напряжений

3. Напряженно-деформированное состояние массива пород

• Факторы: Глобальные – гравитация
Региональные – тектоника,
сейсмичность
Локальные:
• рельеф,
• подземные воды – взвешивание,
фильтрационные силы,
• неоднородность пород по
деформационным свойствам,
• техногенные – сооружения, карьеры,
подземные выработки, взрывы, откачки

4. Гравитационная и тектонические силы

• Естественное напряженное состояние верхних
горизонтов земной коры формируется
совместным действием гравитационных и
тектонических сил
• Гравитационная сила:
• σ1г=ρgH; σ2г = σ3г = μ/(1– μ) ρgH
• Градиент 0.2-0.32 кг/см2/м
• Тектоническая сила:
• σ2 = σ2г + σ2т = μ/(1– μ) ρgH + Т + ΔТН;
• σ3 = σ3г + σ3т = μ/(1– μ) ρgH + μ (Т + ΔТН)

5. Тектоническая сила (П.Н.Кропоткин, 1973)

6. Тектонические силы

• Величина тектонической силы:
График Н.П.Кропоткина – 10-20 МПа
Н.А. Цытович – 35-45 МПа
Рогунская ГЭС – 12 МПа
Талнахский рудный узел – 23-38 МПа
σ 2т
Т = (σ2 + σ3) / (1+μ)
=T
σ 3т
= μT

7. Воздействие землетрясений


Гипоцентр и эпицентр (очаг) землетрясения
Плейстосейстовая область
Продольные и поперечные волны
Поверхностные волны: Лява и Релея
• Каждую монохроматическую волну одной частоты можно
охарактеризовать через длину волны λ, период t или частоту
колебания f=1/t, которые связаны с фазовой скоростью v
соотношением λ= tv=v/f.

8. Зоны концентрации интенсивности напряжений при прохождении сейсмической волны

9.

2
3
4

10. НДС массива пород

• Геометрия массива:
• - Рельеф – размах 20 км
• - Полости, как естественные
(например, карстовые), так и
искусственные (различные выработки)

11. Влияние рельефа на НДС

• Горизонтальные
а
Касательные

12. Радиальные и тангенциальные напряжения в стенках подземной полости кругового поперечного сечения при геостатическом распределении напр

Радиальные и тангенциальные напряжения в стенках подземной полости
кругового поперечного сечения при геостатическом распределении
напряжений ( 1 = 0,25 3) [И.А. Турчанинов и др., 1977]

13. Влияние подземной полости

-10
15
-35
20
• Max и min напряжения при горизонтальном сжатии
-15
-2
б
-15
-0.5
0
0.5
1
2
3
4
5
а
-20
-1
-30
-25
-1.5
-25
-30
-20
0
-0.01
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
-8
-9
-10
-11
-12
-13
-14
-15
-16
-17
-18
-19

14. Max и min напряжения при горизонтальном сжатии

-10
-5
0
-15
-10
-0.01
8.5
-1
8
-2
7.5
-3
-15
7
-4
6.5
-5
6
-20
-6
-7
5.5
-20
5
-8
4.5
-9
4
-10
3.5
-25
-11
3
-12
-25
2.5
-13
2
-14
-30
1.5
-15
1
-16
0.5
-17
0
-18
-35
-30
-19
-40
-35
15
20
-45
5
10
15
20
25
30
35
40

15. Воздействие подземных вод

Эффективные и нейтральные напряжения
σп = σэф + σн; σэф = σп – σн; dσэф = - dσн
Взвешивание
γвзв = (Δ-γв)(1-n)
Гидродинамическое давление
f = I γв; Ф = I γв V
Гидростатическое давление от водохранилища

16. НДС массива пород

Строение (неоднородность, трещиноватость),
деформационные свойства –
концентрация в жестких, разгрузка в мягких;
разгрузка в разломах, концентрация вокруг них;
возрастание напряжений в кончике трещин
Коэффициент концентрации
К = σ/σном

17. Техногенные воздействия


Города
Горные выработки
Карьеры
Откачки
Взрывы

18. Методы изучения НДС

• Полевые: геофизические (сейсмоакустические) в
скважинах, в горных выработках;
» опыты – разгрузки, восстановления,
гидроразрыв;
» геологические – измерение трещин,
зеркала и борозды скольжения,
двойникование кристаллов;
» косвенные – выход керна, искривление
скважин, деформация стенок выработок.

19. Методы изучения НДС

• Лабораторные
• Моделирование:
- оптическое,
- эквивалентными материалами,
- центробежное.
• Расчетные:
- аналитические,
- численные (МКЭ и др.)

20. Полевые опыты

• Экспериментальное определение
величин напряжений в выработках:
• Методы разгрузки
• Методы восстановления напряжений
• Способ гидроразрыва: σmin = Рст

21. Геологические методы изучения НДС

• Метод М.В.Гзовского – σmax совпадает с
биссектрисой острого двугранного угла между
сопряженными трещинами
• Плоскости трещин отрыва ┴ направлению max
растягивающего напряжения
• Метод кинематического анализа
плоскостей разрушения
• Реконструкция главных напряжений на
основе анализа микроструктурных
ориентировок в кристаллах (двойникование
кальцита, магнезита и т.д.)

22. Косвенные геологические методы изучения НДС

• Дискование керна
• σ/σсж = 0.1-0.3 – толщина дисков > радиуса
• σ/σсж = 0.3-0.7 – толщина диска < 0.5 d
• σ/σсж = 1-2 – обломки, буровая мелочь
• Искривление ствола скважин
• Состояние стенок в горных
выработках

23. Сейсмоакустические методы изучения НДС

• Принцип - скорость распространения упругих
колебаний выше в породах, имеющих большую
плотность, которая возрастает при увеличении
напряжений
• Где изучается - вдоль скважин и шахт
(акустический каротаж), вокруг выработок, между
выработками (ультразвуковое просвечивание) и
т.д.
• Задачи - качественное распределение
напряжений, направление главных, иногда
вычисление величин
English     Русский Rules