Способ определения прочности массива Советский патент 1984 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к инженерно-геологическим изысканиям в горном деле и может быть использовано для определения несущей способности осно vanmi соорулсений и элементов систем разработки месторождений полезных ис копаемых, работающих при сложном напряженном состоянии. Известен способ определения прочности грунта, включающий погружение в него зондар измерение нормального давления грунта и сопротивления его сдвигу по боковой поверхности при повороте зонда, вьтолнен юго в виде крыльчатки l . Недостаток данного способа состоит в ограниченной области применения так как он позволяет измерять прочность только при одном врще напряжен ного .состояния и не может быть использован для определения свойств Прочных грунтов и горных пород (ВВИДУ трудности внедрения и поворота Зонда в них). Наиболее близким по технической сущности к изобретению является , основанньй на измерении нормаль ного давления и предельного сопротив ления сдвигу, 2J . Одлако известный способ применим Для огфеделения прочности только рыхтгых горных пород. Кроме того, при этом способе варьируют только величину нормального давления, в связи с чем с его помощью невозможно досто верно определять прочность пород в Сложном л.з.пря;кенном состоянии, возннкаю цем в окрестности таких сооруже ний, как фундаменты, ш-щозы, плотины и ТоД, Этим обусловлена низкая точность. М9обрет ння - повьш1е;ние точHOCT i. Поставлгекчая цель достигается тем что согласно способу определения про ности. кассиваг основанноед на измере нии нормального давления и предельнего сопротинления сдвигу, определяю напряженное состояние перетачки, обр зовапной кеж,чу скважинами, создают нагрузку, приводящую к требуемому нпрялссчгному состоянию перемычки, а за1е - прикладывают сдвигающую до раз рушеяия перемычки и по соотношению измеренные величин судят о прочности На чертеже представлена схема, поясняющая осуществление способа. На схеме обозначены скважина 1, пробуренная в исследуемом массиве 2, в которую помещен расширяемый зонд 3, состоящий из независимых компонент 4 и 5, скважина 6, изменяющая напряженно-деформированное состояние окрестности скважины 1, созданное естественными напряжениями 7, действующими в массиве 2, и перемычка 8 между скважинами 1 и 6. Способ осуществляется следующим образом, В начале бурят скважину 1, в которую помещают многокомпонентный расширяемьш зонд 3. Вблизи скважины 1 бурят скважину 6 или иную полость (наприм§р, выработку), причем скважина 1 расположена на расстоянии .1,2 - 2,5 диаметра второй из них, которая изменяет картину напряжений в окрестности сквалшн 1 и 6, в частности, в перемычке 8 мелоду ними, Поле напряжений в ней можно определить по изменению нормального давления на компонентах зонда 3, Изменяя давления в компонентах. 4, создают в перемычке 8 нагрузкуз приводящую к требуемому напряженному состоянию. Затем, постепенно повышая нагрузку на перемычку 8 с помощью компоненты 5, добиваются ее разрушения, о чем судят по резкому изменению давления на компоненты зонда и по соотношению измеренных величин судят о прочности массива. Пример. Определение несущей способности междукамерного целика. Работы проводят в междукамерном целике панели И-5 на глубине 90-93 м. .Породы целика - песчаник серьш среднезернистый с прочностью образцов на сжатие (о..|. 2100 кг/см , на растяжение (jp 100 кг/см и модулем Юнга 7x10f5 кг/см. Всего проводят 36 опробований. Скважину 1 бурят диаметром 72 мм с помощью станка ГП-1, в нее на расстоянии 1,2 м от устья помещают дв тскомпонентный гидродеформометр, создают с его,помощью равномерную нагрузку на стенки скважины кг/см. Опыты различаются величиной горного давления 7, шириной перемычки 8 между скважинами 1 и б, диаметром возмущающей скважины 6 (072 мм и Ф 105 мм) и сдвигающей нагрузкой. В опыте № 16 скважину 6 бурят диаметром 105 мм, оставив перемычку 8 толщиной 30 мм над скважиной 1. При этом давление.в компонентах меняется. В компонентах, расположенных горизонтально, давление падает на 28 атм, а в вертикальной ком поненте 5 - на 46 атм. По этим данным методом конечных элементов определяют естественные напряжения 7 в междукамерном целике 6х 62 кг/см, ( кг/см . Затем нагрузку горизон тальными компонентами 4 доводят до 200 кг/см (при этом горизонтальные напряжения в центра перемычки между скважинами становятся вдвое большими чем в моделируемом междукамерном целике) , а затем поднимают давление вертикальной компоненты 5 до разруше ния перемычки 8, которое наступает при P,vjaj,(4 340 кг/см . Прочность массива на сдвиг 160 кг/см. Обобщение данных 36 опытов показывает, что прочность массива в условиях междукамерного целика ниже проч ности образцов по сжатию в 2,6, а по растяжению - в 7,5 раза. В то же время, при проектировании толщины целиков принято, что их прочность и по сжатию и по растяжению в 8 раз ниже, чем прочность образцов. Это позволяет снизить толщину целиков на 20,5% или на 1,5 м. При общей длине целиков в панели И-5 3,4 км это позволяет дополнительно извлечь 91800 92 полиметаллической руды или при плотности песчаников 2,7 т/м. 248 тыс. т. Преимущество предлагаемого способа заключается в повышении точности получаемых данных, так как он дает возможность во время измерений моделировать процессы, происходящие в массиве в окрестности конкретного сооружения, что позволяет вести проектирование с меньшими запасами прочности. Способ можно использовать для определения прочности не только рыхлых, но и скальных грунтов (поскольку с помощью сдвига можно разрушить породу любой прочности), а также за счет того, что результаты можно применять не только для проектирования трубопроводов, но и для любых сооружений, создающих в массиве сложное напряженное состояние.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТРОЧ ОСТИ МАССИВА, ос1- овапнын на измереин -: нормального давлен1 я и предельного сопротивления сдвигу, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, определяют напряженное состояние перемычки, образованной между скважинами, создают нагрузку, приводящую к требуемому напряженному состоянию перемычки, а затем пpиклa ;ывают сдвигающую до разрушения перемычки и по соотношенио измеренных величин судят о прочности. LjLL - о i