» » Современные представления о прочности горных пород

Современные представления о прочности горных пород

07.08.2016

Широко используемые в современной науке методы оценки напряженности массива и элементов систем разработки в подавляющем большинстве случаев осуществляются различными методами механики горных пород. Наиболее широко используемые - это теории упругости, пластичности, ползучести. Основное преимущество этих методов заключается в том, что они дают реальную основу для понимания геомеханических процессов, вызываемых образованием обнажения. Задавая координаты всех материальных точек твердого тела при расчетах методами механики сплошной среды, они тем самым вносят дополнительные данные в характеристику его термодинамического состояния. При соответствующих внешних условиях в состоянии тела важным является не расположение точек относительно некоторой фиксированной системы координат, а их взаимное расположение независимо от ориентации и положения твердого тела в пространстве.
В развитии физических представлений о прочности, кроме учета атомного строения тел, основной частью является учет влияния теплового движения атомов в твердом теле на процесс его разрушения. Положение о тепловом движении атомов - неотъемлемая часть атомно-кинетической теории прочности. Наличие теплового движения атомов существенно изменяет механическую задачу. В этом случае с внешней силой взаимодействует уже не статическая система связанных атомов, а система частиц, каждая из которых находится в колебательном движении, в результате которого изменяются локальные напряжения межатомных связей в соответствии с атомно-кинетической теорией прочности.
Принудительная деформация элементарной частицы вещества приводит к фазовым изменениям спектральных компонент, породивших эту частицу. При этом для деформации частиц не требуется бесконечно большой энергии, так как здесь работает усилительный принцип, т.е. малыми сигналами априори удается управлять на любом расстоянии большими и даже бесконечно большими потоками энергии, так как для изменения фазовых соотношений компонент требуется преодолеть только инерцию или массу частиц. Самая грубая оценка показывает, что уже средние тепловые колебания атомов в твердом теле, идущие с частотой 10в12 - 10в13 с-1 и средней кинетической энергией 1/2 KT на каждую степень свободы (К - постоянная Больцмана; T - абсолютная температура), вызывают в межатомных связях рывки-нагрузки, сила которых сравнима с прочностью связей на разрыв. Это говорит о неадекватности принятых допущений, что горные породы являются упругими, сплошными телами, которые соответствуют связанной сыпучей среде и не дают приемлемых для практической деятельности результатов по определению точных параметров конструктивных элементов систем разработки в конкретных горно-геологических условиях того или иного месторождения с увеличением глубины разработки. Помимо этого, невозможно точно определить начальное напряженное состояние ненарушенного массива пород, оказывающее решающее влияние на величины и направление действия фактических напряжений вокруг образованных горных выработок.