Способ определения естественных напряжений в скальном массиве

(19) ю)5 Е 21 С 39/00 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ВТОРСКОМ ИДЕТЕЛЬС 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 естествен ные напряжения в массиве. 3 ил. ие относится к ги льству, технологи полученные этим способом, характеризуют напряженное состояние отдельных структурных блочков породы (до 10 дмз), на которое сильно влияют контакты по щекам трещин со смежными блоками. Погрешности определения напряжений этим способом и разброс данных может достигать 50 О;6,Наиболее близким к предлагаемому является 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 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 1(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЕСТЕСТВЕННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В СКАЛЬНОМ МАССИВЕ(57) Изобретен дротехническому строите и 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 проектах- крепления свода и стен крупнопролетных подземных выработоктуннелей и машин-. ных залов, т.е. во всех расчетах с учетом 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,1712603 А 1измерений, равной линейному размеру се. чения выработки.Недостатком этого способа являетсяследующее,Дляопределениянапряженийэтимспособом при расчете используют величину модуля деформации (Е), определяемого как: правило на образцах или с помощью штампов. 8 первом случае это приводит к несоответствию между объемами пород; 10которые. вовлекаются в работу, при измерении деформаций разгрузки в приконтурнойзоне выработки (десятки кубомегров породы) и в образце (до одного дециметра). Вовтором случае не.учитывается изменение 15модуля деформации по мерв проходки выра-,ботки, в то время как изменчивость величины(Е) в пределах даже одной опытной камерыи группы сохранности пород довольно значительная (различие модулей в 2-5 раз). 20Кроме того, модуль деформации в указанных случаях определяют на стадии нагружения, в то время как массив поддействием естественных напряжений разгружзется. 25Цель изобретения - повышение достоверности получаемых результатов,Указанная цель достигается тем, что вспособе. определения естественных напряжений:в скальном массиве, включающем иэмерение деформаций разгрузки контуравыработки в нескольких сечениях по мереее проходки. определение модуля деформации пород в массиве и последующее определение действующих напряжений, после;35измерения деформаций разгрузки нагружают контур выработки до его возврата ь исходное положение,затем ступенчатоснижают 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 дефор маций разгрузки; на фиг, 2 - то же, этапопределейия деформационных характеристик; нз фиг. 3 - разрез А-А нз фиг. 2.Нз фиг, 1-3 обозначены репера 1 настворе, начальное положение забоя 2, промежуточное и конечное положение забоя 3рзепорные.стойки 4, штампы 5,гидродомк-, 50раты 6,Способ овуществляется в такой последовательности, Выравнивают забой выработки "под плоскость" нз данном створе,проводят разметку и бурение апуров по 55расчетной схеме, например по четырем диаметрам через 45 по отношению друг кдругу. и установку в шпурах реперов(например, клиновых, разжимных илина цемент-. 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 зз 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 штзмповые опыты по определению модуля деформации в том числе по ветви разгрузки при достижении заданной деформации основания под штампом, соответствующей деформации разгрузки конт- ра 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.П р и м е р, 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 2,5 х 2,5 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 ( ЬО) в,процессв 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 реперми, По результатам измерений, например в первом створе, получены следующие значения ЬО 1, ЬО 2, Й 3 з(по трем осям) соответственно: 1,0-2,7-0,6 мм - в. вертикаЛьном, горизонтальном и наклон; ном направлении.После фиксации стабилизированных деформаций разгрузки нз створах выполнено бетонирование квадратных штампов 5 .(0,8 х 0,8 х 0,8 м), монтаж силового и измерительного оборудования 4 и 6 и нагружениепороды штампами 2,5 - 10 кг/см до величинмаксимальной нагрузки 70 - 90 кг/см 2, прикоторой получали компенсированную величину осадки пс центру.штамов (попарно соосных). Затем теми же ступенями, что инагружение, проводили разгрузку. Измерение деформаций при нагружении штампамии снятии нагрузки проводили индикаторами 10,(не показаны), смонтированными на неподвижной базисной раме, контролировали рулетками или стойками между теми жепарами реперов 1, что и на разгруэке припроходке выработки, Репера снабжали удлинителями для вывода череЗ бетон штампов. Модуль деформации при разгрузкерассчитывали для давлений и деформаций,соответствующих режиму разгрузки штампа по формуле Буссинеска-Шлейхера 20Для того же створа получены следующие значения модуля деформации при разгрузке (в вертикальном, горизонтальном инзклайном направлениях); 6,4,12 тзс; МПаи средний модуль деформации, равный 7 25тыс. МПа,(Далее по известным зависимостям рассчитаны естественные напряжения поед вдоль всей опытной камеры, 8 частности, 30 для первого створа получены следующие ,значения: В = 5,9 МПа, а 2-3,0 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 соответствует 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 щ и й с я 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 по. род на каждой ступени и определяют ао ним модуль деформации пород..2 Т.Палий Редактор О.Спесивых Те Корре изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1 Заказ .519 8 НИИПИ Го оставитель Ю.Лупичевахред М,Моргентал Тираж Подписноеарственного комитета по изобретениям иоткрытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская нэб., 4/5