Обоснование и разработка модели самонапряженного состояния породного массива для обеспечения устойчивости горных выработок

Освоение подземного пространства, являющееся техногенным воздействием на породный массив, сталкивается с различными проблемами. Одной из них остается недостаточная полнота и достоверность описания напряженно-деформированного состояния  породного массива и его механических свойств, изменение их во времени при проходке горных выработок.

В рамках традиционного подхода механические свойства пород определяют  по результатам испытаний изъятых из массива образцов,  которые, являясь    разгруженными, реализовали накопленную ранее потенциальную энергию, но  считаются адекватными по свойствам образцам in situ и сохраняющими их неопределенно долгое время. Однако на практике в изъятых из массива  образцах породы обнаруживают остаточные напряжения после снятия внешней нагрузки (разгрузки), имеют место изменения свойств и даже их саморазрушение. 

Остаточные напряжения, характерные для самонапряженного состояния (в теории упругости термин определяет наличие внутренних самоуравновешенных напряжений разных знаков после разгрузки),  означают неполную реализацию энергии упругих деформаций и оказываются потенциальным источником снижения ресурса прочности разгруженной породы. Вместе с тем постепенное снижение прочности во времени после разгрузки позволяет рассматривать породу как среду с краткосрочным запасом несущей способности, который необходимо направлять на обеспечение устойчивости горных выработок, в том числе котлованов при строительстве подземных сооружений открытым способом. 

Одной  из причин возникновения самонапряженного состояния является предыстория формирования начального напряженного состояния в условиях гравитации и связанная с ней  последовательность приложения внешней нагрузки на элементы породы. В частности,  в процессе генезиса  осадочной породы с последующей  цементацией происходит образование качественно отличающихся друг от друга полей напряжений, влияющих на изменение напряженного состояния массива при вскрытии в нем свободных поверхностей. Однако  вклад напряженного состояния элементов строения породы в результирующее напряженно-деформированное состояние  при разгрузке на практике не учитывают. Для его учета при оценке механических свойств необходима  модель, адекватно объясняющая механизм возникновения самонапряженного состояния массива, знание которого поможет понять причину самопроизвольной потери прочности породы и явится основой разработки активных способов крепления, направленных на  минимизацию  изменения напряженно-деформированного состояния  породы и оптимизацию параметров, в частности анкерного крепления. 

Поэтому актуальной научной проблемой являются обоснование и разработка модели самонапряженного состояния осадочной породы, учитывающей историю происхождения ее напряженно-деформированного состояния, для обеспечения устойчивости горных выработок, в том числе котлованов при строительстве подземных сооружений открытым способом <...>