Способ определения естественных напряжений в скальном массиве

 

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 силово'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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sa)s Е 21 С 39/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21).4768448/03 (22) 12.12.89 (46) 15.02.92. Бюл. М 6, (71) Всесоюзное проектно-изыскательское и научно-исследовательское объединение Гидропроекти им. С.Я.Жука (72) Л.В,Лапин и Ю.А.Фишман (53) 622. 831.2(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1430524, кл, Е 21 С 39/00, 1986.

Диагностика напряженного состояния породных массивов. Новосибирск: Наука, 1980, с..37 — 42. л (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЕСТЕСТВЕННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В СКАЛЬНОМ МАССИВЕ (57) Изобретение относится к гидротехническому строительству, технологии оценки соИзобретение относится к области гор:ного дела, гидротехнического строительства и т,д. и может быть использовано, например, для расчетов напряженного аостояния межкамерных целиков при подаемной разработке месторождений, в проектахкрепления свода и стен крупнопролетных подземных выработок„туннелей и машин-. ных залов, т.е. so всех расчетах с учвтом действия "первичных" напряжений в скальных массивах.

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

Основным недостатком этого метода является то, что измерения проводят на небольших базах (1-3 см) и напряжения, I,,5U,, 1712603 А1 стояния 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 силового 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. полученные этим способом, характеризуют напряженное состояние отдельных струк- с4 турных блочков породы (до 10 дмэ), на которое сильно влияют контакты по щекам р трещин со смежными блоками. Погрешности определения напряхсений этим способом и разброс данных может достигать

500 Р, Наиболее близким к предлагаемому лаляется способ определения напряжений по результатам измерений по реперам (с помощью рулеток и Стоек с индикаторами) перемещений контуров подземной выработки 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

1712603 измерений, равной линейному размеру се. чения 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. 8 первом случае это приводит к несо10 ответствию между объемами пород; которые. вовлекаются в работу, при измерении деформаций разгрузки в приконтурной зоне выработки (десятки кубометров породы) и в образце (до одного дециметра). Во ботки, в то время как изменчивость величины (E) в пределах даже одной опытной камеры и группы сохранности пород довольно значительная (различие модулей в 2-5 раз) 20

Кроме того, модуль деформации в указанных случаях определяют на стадии нагружения, в то время как массив под действием естественных напряжений раз25 гружается

Цель изобретения — повышение достоверности получаемых результатов.

Указанная цель достигается тем, что в способе. определения естественных напря30 жений:в скальном массиве, включающем измерцание деформаций разгрузки контура выработки в нескольких сечениях по мере ее проходки. определение модуля деформации пород в массиве и последующее îïðåделение действующих напряжений, 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 определяют по ним модуль деформации пород.

На фиг. 1 изображена схема, поясняющая данный способ, этап измерений дефор40 маций разгрузки; на фиг. 2 — то же, этап определейия деформационных характери- 45 стик; на фиг. 3 — разрез А-А на фиг. 2. иг 1- нчн ееа1н

Наф . Зобозаеырпр а створе, начальное положение забоя 2, промежуточное и конечное положение забоя 3распорные.стойки 4, штампы 5,гидродомк-, 50 раты 6.

Способ овуществляется в такой последовательности. Выравнивают забой выработки "под плоскость" на данном створе, проводят разметку и бурение апуров по расчетной схеме, например по четырем диаметрам через 45 по отношению друг к другу. и установку в шпурах реперов(например, клиновых, разжимных или на цемент-. втором случае не.учитывается изменение 15

-- модуля деформации по мерв проходки выра-, ном растворе) с заглублением около 10 см от контуров выработки.

Производят начальные измерения баэо 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 модулей упругости при разгрузке по штамповым испытаниям и. замеренной конвергенции контуров при проходке вырзботки.

Пример. Напряженное состояние пород в естественном залегании изучалось в опытной камере на участке напорного туннеля, который располагался в едином структурно-тектоническом блоке пород, сложенном эффузивами.

Для осуществления способа пройдена опытная камера общей длиной 22 м и сечением 2,5х2,5 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 (Ж) в,процессе проходки опытной выработки проводили рулеткой с нониусом или измеригельной стойкой с индикатором часового типа с. точностью 0,2 мм на базе 2,3-2,7 м между соосными репер®ми, По результатам измерений, например в первом створе, получены следующие значения ЖИ, AUD, Ж3з(по трем . осям) соответственно: 1,0-2,7-0,6 мм — в . вертикаЛьном, горизонтальном и наклон-. ном направлении.

После фиксации стабилизированных деформаций разгрузки на створах выполнено бетонирование квадратных штампов 5 .

t .1712603 (0,8х0,8х0,8 м), монтаж силового 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 компенсированную вели- 5 чину осадки пс центру.штамов (попарно соосных). Затем теми же ступенями, что и нагружение, проводили разгрузку. Измереwe деформаций при нагружении штампами и снятии нагрузки проводили индикаторами t0, (не показаны), смонтированными на неподвижной базисной раме, контролировали рулетками или стойками между теми же парами реперов 1. что и на разгруэке при проходке выработки. Репера снабжали уд- 15 линителями для вывода через бетон штампов. Модуль деформации при разгрузке рассчитывали для давлений и деформаций, соответствующих режиму разгрузки штампа по формуле Буссинеска-Шлейхера. 20

Для того же створа получены следующие значения модуля деформации при разгрузке (в вертикальном, горизонтальном и наклонном направлениях): 6,4,12 тзс; МПа и средний модуль деформации, рзвный 7 25 тыс. МПа. (Далее по известным зависимостям рассчитаны естественные напряжения поред вдоль всей опытной камеры. 8 частности, 30 для nepaoro створа .получены следующие .значения: a> = 5,9 МПа, а -3,0 МПа, & 28 . где 0 — угол отклонения от вертикальной оси, отсчитываемый против часовой стрелки.

Таким образом, преимуществом предлзгаемого 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 со1 ответствует реальным условиям).

Получение более достоверных результатов позволит, в свою очередь. более обосновайо 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 деформа-. ции пород в массиве и последующее определение действующих напряжений, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью, повышения 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 определяют по ним модуль деформации пород.

1712603

Фиг. 2

Составитель Ю.Лупичева

Техред M.Mîðãåíòàë .- Корректор Т.Палиа

Редактор О.Спесивых

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ .519 Тираж Подписное

) 8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5