Фундаментальные проблемы практической геомеханики и возможные пути их преодоления

Abstract

Актуальность темы исследований обусловлена тем, что в геомеханике существуют объективные проблемы, связанные с некорректностью представления горного массива континуальной средой. В связи с этим появляются фундаментальные проблемы определения прочностных и деформационных свойств горных массивов, расчета их напряженно-деформированного состояния. Целью исследования является обобщение существующих проблем геомеханики, выделение из них наиболее значимых и фундаментальных, а также обсуждение возможных путей их преодоления. Методы исследований. В работе широко использованы аналитические методы исследований с экспериментальной проверкой приводимых результатов. Результаты и их применение. В работе предложены аналитические критерии пластичности и прочности горных пород и других искусственных материалов, а также функция пластического потенциала для сдвигового характера пластического деформирования и разрушения на основе представления твердых тел континуальной (сплошной) средой. Предлагаемые критерии и функция пластического потенциала сопоставлены и скорректированы с экспериментальными исследованиями по разрушению горных пород в сложном напряженном состоянии. Предложен вариационный принцип дезинтеграции горных массивов, позволяющий определять геометрию поверхностей дезинтеграции. Из данного принципа непосредственно следует, что поверхностью дезинтеграции минимизируются площади (объемы) с пониженным потенциалом (пластические) и увеличиваются площади с повышенным потенциалом (упругие, энергоемкие), при этом минимизируется энергия, затрачиваемая на создание поверхностей дезинтеграции (их длина). На основе данного принципа получена зависимость, связывающая радиус кривизны поверхности сдвиговой дезинтеграции и главные напряжения при разрушении объемными силами (например, гравитация). Предложен критерий роста трещины или фундаментальный параметр иерархии (линейный коэффициент вложения блоков), установлено, что его значение определяется углом внутреннего трения как мерой диссипации энергии при срезе. При рассмотрении горного массива как дискретной блочной среды получено уравнение по типу sin-Гордона, описывающее динамику его деформирования. Выводы. По результатам выполненных исследований предложен целый ряд критериев, принципов и зависимостей, определяющих процессы пластического деформирования и разрушения (дезинтеграции) горных пород на основе континуальной и блочно-иерархической моделей горного массива.