Введение к работе
Актуальность. До иедазкгго времени в механике горных порол геофиззпее, сейсмологии К2Х у ікс в сгргне таг и га рубежом широкое щи-мекенпе н развитие получила лшіейягя теорій распространения упругих воля продольного и поперечного типа. Серьезный повод к пересмотру этих взглядов дают вагшые результаты в геомехшпже и открытия последпего десятилетия, полученные в ведущих оргаїшззцпях пашей страны (ИГД СО РАН, ИДГ РАН, ВНИМИ п др.), евндетельствующпе о большой роли нелинейности в поведении геоматеряапоз н массивов горных пород, обусловленных прежде всего нх блочко-перархнчесгим строением. В этой связи в ИГД СО РАН была высказана гипотеза о возможности существования в блочных средах соли маятникового типа, элементарными носителями которых являются геоблоки различного масштабного уровня. Об этом позволяли говорить следугопще фуіщамеїпвльиьіе результаты в эхикрнмептальноЭ геомехагапсе и геофизике: известная коїщегщня М_А.Садовского и его учеников о существозашт структурной иерархии массивов горных пород; яв-леїше знакопеременной реакции горных пород на динамические воздействия (М.В.Курленя, В.Н.Опарнн и др.); существование статической связи между размерами геоблохоз различного иерархігческого уровня п раскрытие?* разделяющих их трещин (М.В.Курленя, В.Н.Опгрнн, А.А.Ергмепко) и др. Для обоснованных заключений о справедливостн выдвинутой гипотезы фундаментальную значимость имеют исследования, связанные с изучением особенностей формирования упругих еолнозых пакетов при импульсных возбуждениях блочных сред, а такти их связей с ебсолютнымп харгхтер:і-стикамн деформаций и смещений структурных элементов. Указанным сб-стоятельством діпсгуггся актуальность темы прозедешіьгх автором исследований, отраженных в паззоиин диссертации.
Дііссертацкоішая работа выполнялась автором в рамках проектов Российского фонда фундаментальных исследований: JI!>93-05-03543 (1993-
1995гг.) "Закономерности формирования упругих волновых процессов при импульсном возбуждении блочных сред", №96-05-66052 (1996-1997 гг.) "Геомеханические условия возникновения квазирезонансов в геоматериалах и блочных средах", в рамках выполнения исследований по х/д №№ 05-20 (1993 г.), 724-20 (1995 г.) с Норильским горно-металлургическим комбинатом.
Цель работы. Применяя необходимое измерительное оборудование экспериментальными исследованиями особенностей формирования упрупіх волновых пакетов в блочных средах при их импульсном возбуждении проверить справедливость гипотезы о возможности существования нелинейных волн маятникового типа.
Основные задачи работы:
- создание многоканального измерительно-вычислительного комплек
са;
создание оптоэлектронной системы регистрации деформаций и смещений блоков геоматериалов;
разработка пакета программ, обеспечивающего функционирование измерительного комплекса;
экспериментальная проверка гипотезы о возможности существования нелинейных волн маятникового типа в структурных средах;
Методы исследований. Анализ литературных и патентных источников, физическое моделирование, натурный эксперимент, прикладные методы обработки результатов эксперимента на ЭВМ, научное обобщение.
Научные положения, выносимые на защиту:
- экспериментально доказана справедливость гипотезы Курлени -
Опарина (высказанная в рамках открытого ими явления знакопеременной
реакции горных пород на динамические воздействия) в блочных средах при
их импульсном возбуждении существуют нелинейные волны маятникового
типа, носителями которых являются геоблоки различного иерархического
уровня за счет трансляционных и вращательных их движений в осциллирующем режиме;
- спектральный состав волновых пакетов маятниковых волн находит
ся в канонической соподчинеішостн с основной модой колебаний блоха по
модулю Щ, і = О, ±1, ±2,...;
- при совместном действии на блочную систему импульсного воздей
ствия и ортогональной к пему динамической или статической силы обнару
живается эффект аномально низкого трения между блоками.
Достоверность научных результатов обеспечивается большим объемом экспериментальных исследований при физическом моделировании, натурными экспериментами, использованием современного прецизионного комплекса регистрации и обработки физической информации.
Научная новизна работы заключается:
в экспериментальном доказательстве теоретически предсказанного Курленей - Опариным существования нелинейных волн маятникового типа, носителями которых являются геоблоки различного иерархического уровня за счет трансляционных и вращательных их движений в осциллирующем режиме;
в экспериментальном обнаружении канонической соподчиненностн спектральной структуры волновых пакетов с основной модой колебаний блока по модулю (>/г), і = О, ±1, ±2,...;
в экспериментальном обнаружении эффекта аномально низкого тре-ния между блоками геоматериалов при совместном действии на блочную систему импульсного воздействия и ортогональной к нему динамической или статической силы.
Личный вклад автора состоит:
- в разработке функциональной схемы многоканального измеритель
но-вычислительного комплекса (МИВК);
в разработке отдельных узлов МИВК (усилитель напрлххшія, аналого-цифровой преобразователь, блох памяти, узлы сопряжения с компьютером, огггоэясхтронныг датчики дла измерения деформаций и инхросмеще-іаііі и др.);
в разработке алгоритмов, фунхциоаалыслх схем и прикладных програшу обеспечивающих функционирование МИВК;
в подготовке и проведешш лабораторных экспериментов;
- в обработке результатов лабораторных и натурных пзмерешій.
Практіічгсістя ценность. Выполненные технические разработки
(шюгокагилышй іізмернтелмю-внчнслнтельньгй комплекс, оптоэлектрон-наа система регистрации смещений и деформаций, программное обеспечение) могут широко использоваться при решешш более сложного комплекса задач нелинейной геомехашпш с применением записей лабораторной и натурной информации. Обнаруженный новый эффект аномально низкого тре-інія с блочных средах имеет принщпшалыюе значение для расшифрозки механизма динамических форм проявления горного давления (горные удары, землетрясения и др.), действия взрывных зарядов в массивах горных пород, а такзке мохят найти широкое применение в различных технических прпшхксшіях, связанных с уменьшением трения меяугу взаимодействующими твердыми телами.
Апробация работы. Основные научные результаты докладывались нх Всесоюзных семзшарах по измерению напряжений (г. Новосибирск, 1987 г., 19S0 г.), на 9-ой Всесоюзной конференции по механике горных пород (г. Фрунзе, 1989 г.), на научно-технических конференциях Норильского герко - металлургического комбината (г. Норильск, 1983,1985, 1993, 1995 гг.), на X гегддународпой конференции по мехашпее горных работ (г. Москва, 1993 г.).
Публикации. Основные положения дкссертгцмп опублшсованы в 12 печатных работах. Нознзка выполненных технических разработок защшце-на 2 авторскими свидетельствами.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоігг нз 5 глав, введения и заключения, представлена на 162 стряігацах машинописного текста, включает 35 рисунков, 2 таблицы, спнсох лггературы нз 92 наименований.
Похожие диссертации на Формирование упругих волновых пакетов при импульсном возбуждении блочных сред
