Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса. цели и задачи исследования . 8
1.1 Методические подходы к прогнозу параметров процесса сдвижения на рудных месторождениях 8
1.2 Эмпирические и полуэмпирические методы расчета сдвижений 10
подрабатываемого массива 10
1.3 Теоретические методы расчета сдвижений и деформаций 14
1.4 Численные методы расчета сдвижений и деформаций подрабатываемых массивов 17
1.5. Цели и задачи исследования 21
2. Инструментальные наблюдения за сдвижением горных пород на тишинском и риддер-сокольном месторождениях 23
2.1. Сдвижение горных пород и земной поверхности при отработке Тишинского месторождения. 23
2.1.1. Краткая геологическая характеристика Тишинского месторождения. 23
2.1.2. Исходное напряженное состояние массива горных пород Тишинского месторождения 25
2.1.3. Состояние наблюдательной станции в породах южного фланга месторождения 29
2.1.4. Характер развития деформационных процессов по данным инструментальных наблюдений 1988-2009гг 33
2.1.6. Развитие процессов сдвижения на северо-восточном фланге месторождения 43
2.1.7. Развитие процессов сдвижения на западном фланге месторождения 48
2.1.8. Развитие концентраций горизонтальных деформаций на месторождении 53
2.2. Сдвижение горных пород и земной поверхности в районе шахт №3 и "Вентиляционная". 57
2.2.1.Краткая геологическая характеристика Риддер-Сокольного месторождения 57
2.2.2. Развитие процессов сдвижения на месторождении 58
Выводы 62
3 Численное моделирование влияния структурно-тектонических особенностей скального массива на параметры процесса сдвижения 65
3.1 Аналитическая часть модели. Выбор критерия разрушения 65
3.2 Реализация модели в методе дискретных элементов 73
3.3. Влияние различных факторов на величины сдвижений подрабатываемого скального массива рудных месторождений 78
Выводы 95
4.. Расчеты сдвижений и деформаций массива горных пород на южном фланге Тишинского свинцово-цинкового месторождения . 96
4.1.1. Моделирование процесса сдвижения на современном этапе отработки месторождения 96
4.1.2. Прогноз параметров процесса сдвижения горных пород при отработке запасов до 20-го горизонта 106
4.2. Моделирование развития процессов сдвижения горных пород в районе стволов шахт №3 и «Вентиляционная» Риддер-Сокольного месторождения 115
Выводы 124
Список использованных источников. 129
- Методические подходы к прогнозу параметров процесса сдвижения на рудных месторождениях
- Краткая геологическая характеристика Тишинского месторождения.
- Развитие процессов сдвижения на месторождении
- Влияние различных факторов на величины сдвижений подрабатываемого скального массива рудных месторождений
Введение к работе
Актуальность проблемы. Для современного этапа развития горнодобывающих отраслей черной и цветной металлургии характерно вовлечение в разработку месторождений со сложными горно-геологическими условиями, увеличение глубины и повышение интенсивности ведения горных работ на действующих рудниках. Возрастают масштабы воздействия горных работ на окружающую среду, увеличиваются размеры участков массива и земной поверхности, подверженных процессам сдвижения, в зоне подработки оказываются многие ответственные объекты. Все это приводит к повышению актуальности проблем, связанных с прогнозом напряженно-деформированного состояния массивов горных пород, охраной зданий и инженерных сооружений от вредного влияния горных работ.
Многолетние инструментальные наблюдения и теоретические исследования, проведенные в ведущих научно-исследовательских институтах, таких как ВНИМИ, УНИПРОМЕДЬ, ИГД МЧМ, ВИОГЕМ и др., позволили решить большой круг вопросов, связанных с охраной сооружений от подработки. Определены основные схемы развития процесса сдвижения на рудных месторождениях, выполнены исследования по прогнозированию углов сдвижения, установлены условия устойчивого состояния земной поверхности, для отдельных рудных месторождений имеются нормативные документы по охране сооружений от подработки.
В то же время для предрасчета сдвижений и деформаций на рудных месторождениях наиболее часто используются эмпирические зависимости, пригодные в основном для решения узкого круга практических задач, а аналитические решения имеются только для выработок простой геометрии в изотропном массиве, что ограничивает их практическое использование. В связи с этим получили развитие численные методы в геомеханике. Исследование вопросов, касающихся практического применения численных методов для прогноза сдвижений и выбора мер охраны сооружений от подработки на рудных месторождениях, представляется актуальным и составляет основу настоящей диссертации.
Цель работы - разработка методических основ расчета сдвижений и деформаций подрабатываемых структурно неоднородных скальных массивов крутопадающих рудных месторождений.
Идея работы - использование модели скального массива, учитывающей допредельную и запредельную стадию деформирования по системам трещин в методе дискретных элементов для расчета параметров процесса сдвижения горных пород при разработке рудных месторождений.
Задачи исследований:
-
Проведение инструментальных наблюдений за сдвижением горных пород при разработке крутопадающих рудных месторождений, их анализ и обобщение.
-
Реализация модели среды с дилатансией, описывающей сдвижения горных пород по системам трещин в методе дискретных элементов.
-
Численное моделирование влияния различных факторов на процесс сдвижения скального трещиноватого массива.
-
Многовариантное численное моделирование отработки рудных месторождений и прогноз изменения параметров процесса сдвижения скального структурно-неоднородного массива и земной поверхности при отработке запасов руды на исследуемых месторождениях.
Методы исследований включали проведение и последующий анализ инструментальных наблюдений, аналитические и численные методы для моделирования процессов деформирования горных пород, статистическую обработку результатов измерений и расчетов.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
-
Сдвижения земной поверхности и массива горных пород на рудных месторождениях, сложенных скальными структурно-неоднородными породами, носят дискретный пространственно-временной характер, выражающийся в возникновении концентрированных горизонтальных и вертикальных деформаций, активизирующихся в отдельные временные периоды.
-
Учет влияния трещиноватости на сдвижение массива скальных пород обеспечивается численной реализацией полной диаграммы деформирования блочного массива по системе трещин.
3. Геомеханическая дискретная модель скального структурно-
неоднородного массива, позволяющая описывать большие деформации и
дискретный характер процесса сдвижения.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается большим объемом инструментальных наблюдений, использованием общепризнанных механических моделей горного массива, проведением проверочных тестовых расчетов, хорошей сходимостью рассчитанных и замеренных сдвижений для различных горнотехнических ситуаций.
Научная новизна работы:
-
Установлены закономерности распределения величин сдвижений и деформаций подрабатываемых скальных трещиноватых массивов рудных месторождений.
-
Разработана численная процедура реализации в методе дискретных элементов упруговязкопластической модели деформирования контакта с использованием полной диаграммы деформирования и критерия разрушения Джагера.
-
Обоснованы методические подходы, позволяющие описывать большие деформации при прогнозе параметров процесса сдвижения скальных трещиноватых крупномасштабных массивов.
Практическая значимость:
-
Экспериментально установлены угловые и линейные параметры процесса сдвижения горных пород и земной поверхности при разработке Тишинского и Риддер-Сокольного полиметаллических месторождений ОАО «КАЗІДТІНК» Республики Казахстан.
-
Выявлены характер и степень влияния различных факторов (модуль упругости, расстояние между трещинами и угол их наклона, контактные характеристики трещин, исходное напряженное состояние) на величины сдвижений и деформаций подрабатываемого скального массива.
-
Осуществлен прогноз сдвижений и деформаций массива пород при отработке рудной залежи Тишинского месторождения до 20-го горизонта.
-
Математическим моделированием обоснована возможность практического применения искусственно созданной щели для управления сдвижением массива с целью защиты охраняемых сооружений на поверхности.
Реализация работы. Результаты данного диссертационного исследования использованы для прогноза сдвижений и деформаций и выбора мер охраны на Тишинском месторождении.
Апробация работы. Основные результаты работы представлены на всероссийской конференции «Геомеханика в горном деле», проводимой в рамках III Уральского горнопромышленного форума (Екатеринбург, 2009 г.), международной конференции «Современные проблемы геомеханики, горного производства и недропользования» (Санкт-Петербург, 2009 г.), всероссийской конференции «Новые технологии в маркшейдерии и недропользовании» (Пермь, 2010 г.), научно-технических семинарах кафедры Маркшейдерского дела, геодезии и геоинформационных систем ПНИПУ.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 6 работ, из них 5 в изданиях, рекомендованных ВАК.
Объем работы и ее структура. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения; содержит 139 страниц машинописного текста, включая 59 рисунков, 8 таблиц и список использованной литературы из 111 наименований.
Методические подходы к прогнозу параметров процесса сдвижения на рудных месторождениях
В настоящее время в большинстве случаев для прогноза параметров процесса сдвижения при отработке рудных месторождений используются методические подходы, разработанные в ведущих научно-исследовательских институтах бывшего Советского Союза, таких как ВНИМИ, УНИПРОМЕДЬ, ИГД МЧМ, ВИОГЕМ и др. Прогнозирование параметров сдвижения в основном сводится к следующим моментам:
- определение угловых параметров сдвижения, прогноз угловых параметров при понижении горных работ;
- учет влияния формы и размеров рудных тел на угловые параметры процесса сдвижения;
- определение зон сдвижения в массиве при отработке слепых залежей; определение безопасной глубины разработки для инженерных сооружений и природных объектов;
- прогноз устойчивого состояния земной поверхности и оценка возможно сти образования провалов.
Угловые параметры процесса сдвижения определяются из инструментальных наблюдений, методом аналогий, или же на основании эмпирических зависимостей. Подробнее всего разработаны эмпирические формулы, которые связывают угловые параметры сдвижения с физико-механическими свойствами пород, прежде всего с коэффициентом крепости. Наиболее известные из них представлены в работах [40,53,61,63,70,73], и были получены М.А.Кузнецовым, А.Ф.Смирновым, А.Г.Шадриным, Г.Хрисчевым.
В нормативных документах [15,52,54,56] приведены соответствующие формулы, рекомендованные для практического применения.
Методика инструментальных наблюдений за сдвижением горных пород регламентируется в Инструкциях и выпущенных в разные годы Правилах охрны сооружений и природных объектов [15,23,52,54,56]. Влияние формы и размеров рудных тел на угловые параметры сдвижения учитывается при помощи введенного А.Г.Акимовым понятия степени подработанности [6]. Методы определения степени подработанности, учитывающие специфику отработки слепых рудных залежей, были разработаны Р.Ф.Крушатиным, а для случаев отработки мощных крутопадающих рудных тел исследованы Ю.А.Кашниковым [31, 39].
При отработке рудных месторождений большое значение имеет прогноз углов разрывов и устойчивости земной поверхности. Первые попытки прогноза углов разрыва с теоретических позиций были предприняты Ж.С.Ержановым и А.Ф.Смирновым на основе рассмотрения уравнения предельного равновесия для .участка массива горных пород, сдвигающегося по активной системе трещин [19,62]. Более подробно этот вопрос с учетом подпора обрушенных пород рассмотрел А.Г.Акимов [5]. Он получил важный вывод о том, что с понижением очистных работ за счет роста сдвигающих усилий возникает возможность сдвига по все более пологой системе трещин, т.е. при соблюдении условий полной подработки углы разрывов должны выполаживаться. Среди зарубежных исследований на эту тему можно выделить работы Хоека и Фергзона [50]. Фер-гзоном был исследован случай наклонной земной поверхности и учтено давление грунтовых вод в трещине отрыва и плоскости сдвига.
При разработке мощных крутопадающих рудных тел их верхние горизонты отрабатываются, как правило, открытым способом, а затем переходят к подземному способу добычи. В связи с этим вопросы устойчивости подрабатываемых бортов карьеров актуальны для многих рудных месторождений.
Подобные задачи рассматривали Г.И.Черный и Ю.Л.Юнаков [40,74]. Они исследовали возникновение поверхностей скольжения в изотропном и трещиноватом подрабатываемых бортах карьеров с учетом давления насыпанных пород. Ю.А.Кашников и С.Н.Кутовой при определении сдвигающихся призм в трещиноватом скальном массиве учли также активное давление обрушенных пород на зависающую плоскость пород висячего бока [33]. Важное значение имеет прогноз устойчивого состояния земной поверхности над выработанным пространством. Эта задача решается при помощи эмпирических зависимостей, которые являются результатом статистической обработки данных натурных наблюдений [15,52,54,56,61]. Результаты этих исследований также обобщены и рекомендованы к практическому применению в нормативной литературе [15,52,54,56].
Таким образом, приведенные краткие сведения показывают, что рассмотренные методические подходы позволяют решать многие важные практические вопросы: регламентировать инструментальные наблюдения за состоянием массива горных пород и подрабатываемых сооружений, спрогнозировать угловые параметры процесса сдвижения, оценить возможность образования провалов и обрушений и размеры зон сдвижения на земной поверхности и в массиве горных пород. Однако часто возникает необходимость также оценить величины возникающих сдвижений и деформаций и их распределение в мульде сдвижения и в массиве горных пород. В связи с этим разработаны и применяются различные эмпирические, теоретические и численные методы расчета сдвижений и деформаций земной поверхности и массива горных пород.
Краткая геологическая характеристика Тишинского месторождения.
Тишинское свинцово-цинковое месторождение представлено богатыми, почти вертикально залегающими (75-85) рудными телами, составляющими основную и северо-западную залежи. Подавляющая масса руды сосредоточена в основной залежи, а преобладающее распространение в ней имеют прожилково-вкрапленные руды. Мощность рудной зоны по месторождению достигает 200м, размеры по простиранию до 2 км. Толща вмещающих пород имеет согласное с рудным телом падение и состоит из карбонато-серицито-кварцевых, карбонато-серицитовых, хлорито-серицито-кварцевых и других сланцев. На ряде участков отмечено чередование монолитных и рассланцованных пород, но в целом рас-сланцованные породы преобладают. Углы падения плоскостей рассланцевания крутые (70-85), азимут падения колеблется от 320-330 до 20-30, т.е. сланцеватость пород висячего бока имеет падение в выработанное пространство и в значительной степени определяет развитие процессов сдвижения. Склонные к пластическим деформациям сланцы имеют большое развитие на верхних горизонтах, ниже 5-6 горизонта количество пластичных сланцев уменьшается. Число плоскостей сланцеватости изменяется от 10-20 до 70-100 на 1 метр.
По исследованиям института ВНИИЦВЕТМЕТ на месторождении выделено восемь систем трещин, охватывающих весь диапазон углов и азимутов падения. Среднее количество трещин на 1 м изменяется от 7 до 17, интенсивность трещиноватости в 1м3 от 21 до 52. Наиболее трещиноватыми породами являются алевролиты. Трещины в них образуют три хорошо выраженные системы: пологие с азимутом падения от 130 до 250, крутопадающие (60-80) с азимутами 150-185, крутопадающие на северо-запад с азимутами 300-320 и углами падения 67-75. Очевидно, что последняя система является активной для развития процессов сдвижения.
Трещиноватость в кварц-серицитовых сланцах и породах проявляется по разному. Наиболее часто в них развиты трещины с пологими (5-20) углами падения и азимутами 140-155.
Предел прочности пород на одноосное сжатие колеблется от 35 до 200 МПа, при изменении предела прочности на растяжение – от 3 до 26 МПа.
С началом отработки 9-ого горизонта Тишинского рудника начали проявляться наиболее опасные разрушения породного и рудного массивов в виде так называемых «труб» или зон самообрушения. Указанные зоны разрушения приурочены к участкам крупных тектонических нарушений, окруженных перемятой породой и сплошной рудой. Породный или рудный массив на таких участках начинает обрушаться при любом его обнажении, заполняя выработку увлажненной сыпучей массой и приводя в движение разрушенный массив на протяжении десятков, иногда свыше сотни метров по вертикали. Возникшие первоначально как локальные, указанные зоны обрушения многократно увеличились в размерах и в настоящее время представляют собой практически непрерывную зону обрушений по южному контакту рудного тела в интервале с 21 по 33 линии ортов мощностью до 20-30м по простиранию.
Наличие столь крупной зоны обрушенных пород приводит к тому, что при отработке верхних горизонтов Тишинского рудника развитие процессов сдвижения происходит фактически как при системе разработки с обрушением, несмотря на применение твердеющей закладки. Это указывает на необходимость тщательного анализа геомеханических последствий отработки оставшихся запасов на 4-10 горизонтах Тишинского рудника. 2.1.2. Исходное напряженное состояние массива горных пород Тишинского месторождения.
Исходное напряженное состояние Тишинского месторождения в значительной степени определяется тектоническим строением всего региона Юго-западного Алтая. К наиболее значимым разрывным нарушениям района относятся Иртышская и Северо-Восточная зоны смятия. Они считаются глубинными разломами древнего заложения и длительного развития. Эти выводы базируются на представлениях о фиксированном или квазификсированном положении блоков относительно друг друга. Амплитуда перемещения Алтайского блока по Иртышскому сдвигу в Юго-Восточном направлении составляет не менее одной тысячи км. Кроме того, достаточно отчетливо проявлены признаки смещения структур Рудного Алтая в юго-западном направлении. Среди их преобладает северо-восточное падение крупных разломов и запрокидывание крыльев складок к юго-западу. Особенно отчетливо эти признаки выражены в Северо-Восточной зоне смятия, где на многих участках установлено запрокинутое к юго-западу залеганию пород.
Разломы широтного и субширотного простирания играют заметную роль в определение структуры Юго-Западного Алтая. К этой группе разломов принадлежат Северный надвиг, ограничивающий с северо и северо-запада Ленино-горское рудное поле, Ивановский (Обручевский) сброс в этом же районе, разлом, ограничивающий с юга Ревнюшенскую антиклинальную структуру, и ряд разрывных нарушений Северо-Восточной и Иртышской зон смятия. Существование крупных разломов широтного направления предполагается у Северного подножия хребтов Нарымский и Сарым-Сакты. С такого же типа нарушениями, вероятного, связано формирование Маркакольского-Бобровской впадины. Основное влияние на НДС Тишинского месторождения могут оказывать Кедров-ско-Бутачихинский разлом, Северный Надвиг и Ивановский разлом (рис.2.1).
Развитие процессов сдвижения на месторождении
Два основных месторождения Лениногорского рудного поля - Ленино-горское и Сокольное - приурочены к трем антиклинальным складкам северозападного простирания и образованы пологопадающими породами среднего девона. Тектоническими разрывными нapyшeниями сбросо-сдвигового характера месторождение разбивается на блоковую структуру. Более крупные нарушения имеют северо-западное простирание и являются границами Западного, Центрального и Восточного тектонических блоков. Субширотный юго-западный сбросо-сдвиг разделяет Северный и Центральный блок.
В пределах Центрального блока размещаются такие крупные залежи, как Основная Риддерская, Центральная и Победа. Слагающие блок породы на юге имеют пологое падение, на севере - крутое с падением на запад и юго-запад. Оруденение, заключенное в Центральном блоке, характеризуется многообразием морфологических форм: купола, штокверки, системы cyбпaраллeльныx жил. В целом залегание тел площадное до глубины 500-600 м.
Западный блок слагают породы, залегающие почти горизонтально. Мощность рудовмещающей свиты 200-400 м. В пределах этого блока локализованы три рудные залежи: на севере - 2-я Риддерская, в центре - 2-я Юго-Западная и на юге - 3-я Юго-Западная. На второй Риддерской залежи оруденение располагается в виде пластообразных прослоев сплошных сульфидных руд в темных доломитизированных серицитизированных и хлоритизированных алевролитах. В районе 2-й юго-западной залежи кварцборитовые купола с богатым свинцо-во-цинковым оруденением залегают на микрокварцитах. В районе 3-й юго-западной залежи штокверковые руды располагаются в линзовидных телах микрокварцитов. В пределах восточного блока мощность продуктивной толщи изменяется от 140 м на западе до 180 м на востоке, Здесь располагаются две залежи: Перспективная и Белкина. В верхах свиты распространены сероцитолиты, несущие наряду с кварц-баритовыми куполами вкрапленное сульфидное оруденение и линзы сплошных руд, переходящие в сетчато-жильные штокверки.
На Риддер-Сокольном месторождении применяется камерно-этажная и камерно-поэтажная система разработки с принудительным обрушением.
Вертикальные стволы «Шахта №3» и «Вентиляционный» расположены в непосредственной близости от подрабатываемого борта Андреевского карьера (рис.2.17,2.18). Первоначально предохранительный целик под стволы был построен институтом Казгипроцветмет под углами сдвижения 65. В дальнейшем, вследствие влияния карьерной выемки, размеры целика были увеличены институтом ВНИИЦВЕТМЕТ (рис.2.18). Дальнейшие исследования Пермского государственного технического университета (ПГТУ) показали, что для надежной охраны стволов размеры данного целика ниже 8-ого горизонта должны быть еще увеличены (рис.2.18). Т.о., для охраны стволов от подработки в условиях влияния карьера требуется предохранительный целик весьма значительных размеров.
Серия инструментальных наблюдений 1990 г зафиксировала зону концентрации горизонтальных деформаций растяжения в непосредственной близости от стволов. В этих условиях для защиты стволов и околоствольных сооружений ПГТУ(Кашников Ю.А.) предложил использовать управление деформированием подрабатываемого массива путем создания вблизи стволов глубокой щели с целью сокращения потерь руды в целике под стволы и одновременно для охраны этих сооружений (рис.2.17,2.18). Hа глубине 25-30 м от поверхности параллельно зоне трещин и практически по линии охранной бермы была пройдена специальная штольня. Из данной штольни в кровлю и в почву бурились верти кальные скважины с интервалом 1 м. Последующим взрыванием была создана щель общей глубиной 35-40 м. Верхний ряд скважин бурился с недобуром 2,0-2,5 м, т.е. вблизи поверхности оставлялся небольшой целик. Работы по проходке выработки начались в мае 1990 г, взрыв щели, т.е. ее формирование было закончено в октябре 1990г.
Инструментальные наблюдения по реперам наблюдательной станции уже в июне 1991 г зафиксировали аномальность в развитии процесса сдвижения, вызванную воздействием щели. На это указывает сравнительно резкое оседание репера 5, приуроченного к щели, и следующих за ним реперов в сторону карьера. На эту же дату приходится и резкий скачок горизонтальных деформаций и наклонов интервала 5-6 и особенно интервала 13-14 (рис.2.19). Начиная с 1991 года мульда оседания в районе промплощадки приобрела выраженный плавный характер (отсутствуют поднятия), а горизонтальные деформации, начиная с интервала 7-8, закономерно увеличиваются в сторону карьера.
С 1991 по 1995 год наблюдалось замедление процесса сдвижения, связанное со снижением интенсивности добычи руды и оставлением целика увеличенных размеров ниже 8-ого горизонта. После начала отработки панели №68, расположенной в пределах предохранительного целика, возобновился дальнейший рост деформаций интервалов, приуроченных к щели (рис.2.19). Граница зоны опасных деформаций подвинулась с 1991 г. на 20-25 м в сторону стволов и оказалась приуроченной к отрезной щели. Т.е. сразу после создания щели она разгрузила соответствующий участок борта карьера, а спустя 5 лет после отработки панели №68 сконцентрировала на себе деформации массива горных пород.
Т.о., все результаты наблюдений говорят о том, что щель выполнила свои функции и эксперимент по управлению процессом сдвижения дал положительные результаты. Создание отрезной щели с целью охраны стволов от подработки позволило расконсервировать значительный объем руды из предохранительного целика без ущерба для охраняемых объектов.
Влияние различных факторов на величины сдвижений подрабатываемого скального массива рудных месторождений
Для выявления характера и степени влияния различных факторов на процесс сдвижения подрабатываемого скального массива был проведен ряд расчетов. В качестве расчетной модели принимался строительный котлован, пройденный на глубину 25 м (расчетная схема представлена на рис. 3.5). Массив разбит двумя системами трещин (рис.3.6), при этом трещинами разбивалась только та часть, сдвижения которой наиболее интересны для анализа с целью уменьшения времени расчета модели. В качестве критерия разрушения использовался критерий Джагера. Откосу задавался коэффициент запаса устойчивости при помощи дополнительных анкерных сил. В этом случае массив находится в устойчивом состоянии и деформируется на допредельной стадии.Следует отметить, что аналогичная схема использовалась в работах С.Г.Ашихмина[10] и П.Ербана[91], поэтому данная задача является также и тестовой для определения правильности реализации и поведения реализованной модели на допредельной стадии деформирования.
Всего было просчитано 19 вариантов сочетаний физико-механических и структурных свойств массива (табл.3.1). Решение задачи осуществлялось в 2 этапа: на первом этапе находится напряженно-деформированное состояние(НДС) соответствующее нетронутому массиву, на втором - НДС для состояния равновесия массива с выемкой. Разница 2-х этапов дает перемещения, вызванные выемкой котлована. Сдвижение отдельных точек (точки 1,2,3 показаны на рис.3.5) во времени показано на рис 3.7.На рис.3.8. показаны вектора перемещений для 1-го расчетного варианта. Направленность векторов соответствует опыту инструментальных наблюдений: увеличение оседаний и горизонтальных сдвижений при приближении к выемке, при этом величины горизонтальных сдвижений превышают оседания. На удалении от выемки вектора сдвижений выполаживаются и затухают по абсолютной величине. На дне котлована наблюдаются поднятия, что объясняется разгрузкой массива от веса вышележащих пород. Далее подробно рассматривается влияние различных факторов на величины и характер сдвижения массива. В табл. 3.2 приведены величины смещений отдельных точек по оси X и Y. В данном случае ось Y направлена вертикально вниз, а ось X перпендикулярна ей и направлена в сторону выработанного пространства.
Деформирование массива по 17 варианту не оценивалось, а выполнялось лишь для демонстрации возможного разрушения массива в запредельной стадии деформирования. На рис.3.9 показан вид полуразрушенного котлована после потери устойчивости. В данном примере сходимость процесса не была достигнута, сдвижения продолжались, а решение было остановлено принудительно в целях экономии времени, когда результат был ясен. Сдвижения происходят по системам трещин и превышают величину 2 м.
На рис. 3.10 показано влияние угла падения трещин на сдвижения массива в допредельной стадии. Также, на рис. 3.10 показаны графики горизонтальных сдвижений и оседаний земной поверхности. За опорную точку принята точка, расположенная на удалении от выемки, где деформации практически отсутствуют.Из рисунков видно, что наибольшие сдвижений наблюдаются при угле падения системы трещин 45о. При увеличении угла падения сдвижения уменьшаются. Это связано с особенностями напряженного состояния, когда при =45о достигается максимум касательных напряжений r в плоскости трещины. При этом, как видно из рис.3.11 уменьшение горизонтальных сдвижений не столь существенно, как оседаний. Для подтверждения этого факта на рис. 3.12 приведены графики отношения горизонтальных сдвижений и оседаний для линии на земной поверхности с аппроксимирующими кривыми. Как видно из данных графиков, горизонтальные сдвижения на поверхности превосходят оседания при приближении к границе выемки. На удалении от выемки оседания имеют большие величины по сравнению с горизонтальными сдвижениями. Это говорит о более плавном изменении оседаний по сравнению с горизонтальными сдвижениями. Также, как видно из рис.3.10 при системе трещин с углами падения
