Способ определения естественных напряжений в скальном массиве Советский патент 1992 года по МПК E21C39/00 

Изобретение относится к области горного дела, гидротехнического строительства и т.д. и может быть использовано, например, для расчетов напряженного состояния межкамерных целиков при подземной разработке месторождений, в проектах крепления свода и стен крупнопролеткых подземных выработок,, туннелей и машинг ных залов, т.е. во всех расчетах с учетом действия первичных напряжений в скаль ных массивах.

Известен способ определения природных напряжений, основанный на измерении деформаций разгрузки в процессе бурения скважин.

Основным недостатком этого метода яв ляется то, что измерения проводят на небольших базах (1-3 см) и напряжения,

полученные этим способом, характеризуют напряженное состояние отдельных структурных блочков породы (до 10 дм, на которое сильно влияют контакты по щекам трещин со смежными блоками. Погрешности определения.напряхсений этим способом и разброс данных может достигать 500%,

Наиболее близким к предлагаемому является спЬсоб определения напряжений по результатам измерений по реперам {с помощью рулеток и Стоек с индикаторами) перемещений контуров подземной вь1работки в процессе ее разгрузки при проходке, так называемый метод частичной разгрузки, согласно которому удается частично исключить локальные возмущения поля напряжений в отдельных блоках, усредняя их на базе

измерений, равной линейному размеру сечения выработки.

Недостатком этого способа является следующее.

Для определения напряжений этим способом при расчете используют величину модуля деформации (Е), определяемого как правило на образцах или с помощью штампов. В первом случае это приводит к несоответствию между объемами пород, которые вовлекаются в работу при измерении деформаций разгрузки в приконтурной зоне выработки (десятки Ky6oMetpOB породы) и в образце одного дециметра). Во втором случае не .учитывается изменение модуля деформации по мере прохедки выработки, ВТО время как изменчивость величины (Ё) в Щэеделах даже одной опытной камеры и группы сохранности пород довольно значительная (различие модулей в 2-5 раз).

Кроме того, модуль деформации в указанных случаях определяют на стадии нагружения, в то время как массив под дсййствием естественных напряжений разгружается.

Цель изобретения - повышение достоверности получаемых результатов.

Указанная цель достигается тем, что в способе, определения естественных напряжений в скальном массиве, включающем измерение деформаций разгрузки контура выработки в нескольких сечениях по мере eet проходки, определение модуля деформации пород в массиве и последующее определение действующих напряжений, после измерения деформаций разгрузки нагружают контур выработки до его возврата б исходное положение, затем ступенчато снижают величину нагрузки, измеряют деформации пород на каждой.ступени и определяют по ним Модуль деформации пород.

На фиг. 1 изображена схема,.поясняющая данный способ, этап измерений деформаций разгрузки; на фиг. 2 - то же, этап определения деформационных характеристик,на фиг. 3-разрез А-/ на фиг. 2.

На фиг. 1-3 обозначены репера 1 на створе, начальное положение забоя 2, промежуточное и конечное положение забоя 3 распорные стойки 4, штампы 5 гидродомкраты 6.

Способ осуществляется в такой последовательности. Выравнивают забой выработки под плоскость на данном створе, проводят разметку и бурение шпуров по расчетной схеме, например по четырем диаметрам через 45 по отношению друг к другу, и установку в шпурах реперов (например, клиновых, разжимных илина цементном растворе) с заглублением около 10 см от контуров выработки.

Производят начальные измерения базо- вых длин по диаметрам между каждой парой соосных реперов. Осуществляют проходку очередного интервала выработки и повторные измерения на данном створе после частичной разгрузки контуров за счет проходки этого интервала, установку,

если это необходимо, очередного створа измерений (повторные начальные операции). По Окончании проходки всей выработки (с измерениями на заданном количестве створов) проводят бетонирование штампов

на каждом из створов с выводом реперов

через закладные трубки.

Выполняют штамповые опыты по определению модуля деформации в том числе по ветви разгрузки при достижении заданной

деформации основания под штампом, соответствующей деформации разгрузки контура выработки в той же точке в процессе проходки выработки.

Проводят расчеты напряжений с использованием «йодулей упругости при разгрузке по штамповым испытаниям и замеренной конвергенции контуров при проходке выработки. . П р и м ер. Напряженное состояние

пород в естественном залегании изучалось в опытной камере на участке напорного туннеля, которь1й располагался в едином структурно-тектоническом блоке пород, сложенном зффузивами.

Для осуществления способа пройдена опытная камера общей длиной 22 ми сечением 2,5x2,5 м. После проходки методом контурного взрывания каждого интервала Длиной 1,5 м проводилась подготовка измерительного створа : выравнивание забоя под плоскость, бурение от 8 до 24 взаимосоосных шпуров в вертикальном, горизонтальном и наклонном направлениях, в которые устанавливали (например, на цементном растворе) репера 1. Измерения деформаций разгрузки (AU) в процессе прохоДки опытной выработки проводили руЛеткой с нониусом или измерительной стойкой с индикатором часового типа с

точностью 0,2 мм на базе 2,3-2,7 м между соосными реперами, по результатам измерений, например в первом створе получены следую1цие значения i. э (по трем осям) соответственно: 1,0-2, мм-в

вертикальном, горизонтальном и наклонном направлении.

После фиксации стабилизированных деформаций разгрузки на створах выполнено бетонирование квадратных штамНов 5

(0,8x0,8x0,8 м), монтаж CMHOBOIO и измерительного оборудования 4 и 6 и нагружение породы штампами 2,5-10 кг/см до величин максимальной нагрузки 70-90 кг/см-, при которой получали (сомпенсированную В1еличину осадки пс центру штамов (попарно соосных). Затем теми же ступенями, что и нагружение, проводили разгрузку. Измерение деформаций при нагружении штампани и снятии нагруз.ки проводили индикаторами (не показаны), смонтированными на неподвижной базисной раме, контролировали рулетками или стойками между теми же парами реперов t, что и на разгрузке при проходке выработки. Репера снабжали удлинителями для вывода через бетон шта1мпрв. Модуль де({ ормации при разгрузке рассчитывали для давлений и деформаций, соответствующих режиму разгрузки штамла по формуле Буссинеска-Шлейхера. /

Для того же створа получены следующие значения модуля деформации при разгрузке (в вертикальном, горизонтал1 ном и наклонном направлениях): 6,4,12 тас; Mfla и средний модуль деформации, равный) 7 тыс. МПа.

.Далее по известным зависимостям рассчитаны естественные напряжения вдоль всей опытной камеры. В частности, для первого створа Получены следующие значения : oi 5,9 МПа, л 3,0 МПа, 28,

в -угол отклонения от вертикальной оси, отсчитываемый против часовой стрелки.

Таким образом, преимуществом предлагаемого способа по сравнению с прототипом является то, что он позволит гголучать более достоверные результаты, так как основан на использовании модуля деформации, определяемого в тех же точках, где определяются деформации разгрузки, и

именно в процессе разгрузки (что более соответствует реальным условиям).

Получение более достоверных результатов позволит, в свою очередь, более обосновано назначать различные инженернотехнические мероприятия, например по укреплению свода выработки и т.д. Формула изобретения Способ определения естественных напряжений в скальном массиве, включающий

измерение деформаций разгрузки контура выработки в нескольких сечениях по мере ее проходки, определение модуля деформации пород в массиве и последующее определение действующих напряжений, о т л ич а ю щ и и с я тем, что, с целью повыщения достоверности результатов, после измерения деформаций разгрузки нагружают контур выработки до его возврата в исходное положение, затем ступенчато снижают величину нагрузки, измеряют деформации пород на каждой ступени и определя ют по ним модуль деформации пород.

Фиг. 2

////// /// /// /// / У/

2 Згпап

Изобретение относится к гидротехническому строительству, технологии оценки состояния горных выработок с учетом действия исходных напряжений в скальных массивах. Цель - повышение достоверности результатов. Сущность изобретения; вблизи забоя выработки устанавливают пары соосных реперов. Определяют смещение контура выработки после проходки ее очередного интервала. Затем с помощью си- лово'го оборудования нагружают контур выработки до его возврата в исходное положение. Возврат определяют по скомпенсированным величинам смещений контура. Ступенчато снижают величину нагрузки и на каждой ступени измеряют деформации контура выработки. По полученным значениям определяют модуль деформации пород, а затем - и естественные напряжения в массиве, 3 ил.

А-А

ФагД