Введение к работе
Актуальность темы. Современные методы оценки деформатив-ности и прочности конструктивных элементов вертикальных шахтных стволов, скважин, глубоких шурфов, колодцев и других сооружений, подверженных статическим и динамическим воздействиям, опираются на знание напряженно-деформированного состояния этих сооружений. Здесь имеется в виду воздействие собственного веса окружающих горных пород и сейсмических волн, генерируемых при землетрясении, а также промышленных и других массовых взрывах. Опубликованные результаты исследования напряженно-деформированного состояния упомянутых сооружений, заложенных в осадочном чехле земной коры, получены на модели бесконечной вертикальной цилиндрической полости в весомом деформируемом полупространстве (массиве) в рамках статической задачи. Однако эти результаты недостаточно полны. В частности, вовсе не изучено сейсмонапряженное состояние полости и ее деформируемого подкрепления; не определено напряженное и сейсмонапряженное состояние ее торцевой части; не выяснено влияние наклонной слоистости, несшюшности сцепления слоев массива и направления действия сейсмических волн на состояние полости конечной глубины; Выбор теми диссертации продиктован попыткой восполнить этот пробел в обосновании методов оценки деформативности и прочности подземных сооружений.
Цель работы. Исследование начального упругого и сейсмонап-ряженного состояний неподкрепленной я подкрешгенно! упругой обделкой вертикальной цилиндрической полости и ее торцевой части в вязкоупругом наклоннослоистом массиве с несплошным сцеплением слоев. Разработка алгоритмов и программных средств для комплексного анализа полученных результатов при различных направлениях действия сейсмических волн.
ЙЯТТРМ Рви?Р^?
исследована аналитическим и численным методами '(МКЭ) начальное упругое напряженное состояние вертикальной цилиндрической полости в вяакоупругом" наклоннослоистом массиве с несп-лошныы сцеплением слоев в условиях обобщенной плоской деформации; разработаны соответствующие алгоритмы и составлены пакеты прикладных программ;
показана возможность решения первой и второй основных задач обобщенной плоской деформации для вертикальной цилиндрической полости в массиве МКЭ с плоскими треугольными элементами;
изучены напряженно-деформированное состояние полости и работа ее упругой обдехси в условиях ползучести горных пород;
найдено сейсмонапряженное состояние полости как непод-креплонпой, так и подкрепленной упругой обделкой, в зависимости от направления воздействия сейсмических волн сжатия-растяжения сдвигов в длинноволновом приближении;
построен оригинальный алгоритм образования матрицы жест кости системы МКЭ для трехмерного анизотропного тела; составлек соответствущий пакет прикладных программ, реализованный на ЭВ1 для изучения состояния торцевой части полости, работы ее упругой обделки в начальный момент времени, в условиях проявления ползучести горных пород н при действии сейсмических волн;
Практическая ценность работы состоит в комплексности ее результатов, необходимой в практических приложениях для оценки деформативности и прочности конструктивных элементов вертикальных подземных сооружений и их упругой обделки в зависимости о физических и структурных параметров окружающего породного масс ва, интенсивности и направления распространения сейсмического
.. 5 -
воздействия. Составлены пакеты прикладных програми на языке ФОРТРАН-ІУ для всех классов решаемых статических и динамических, двумерных и трехмерных задач для вертикальной цилиндрической полости и ее торцевой части.
Диссертационная работа является частью плановых научных исследований Института математики и механики АН КазССР по комплексной научно-технической программе 0.74.03 ГКНТ и АН СССР го теме 07.02.Н2" Разработать методики расчета конструкции подземных сооружений в сложных геологических и сейсмотектонических условиях с учетом анизотропии грунта, пластического характера колебаний массива" (Л гос.регистрации 01870031665, 1986-1989).
На защиту выносятся;
аналитическое решение задачи о начальном упругом напряженном состоянии вертикальной цилиндрической полости в наклонно-слоистом массиве с несплошным сцеплением слоев и задачи о неустановившемся горном давлении на ее" жесткую обделку в условиях ползучести пород и обобщенной плоской деформации;
численное изучение методом конечных элеиентов (МКЭ) я
Переменных Модулей ВЗаИМОДеЙСТВИЯ УПРУГОЙ ОбдеЛКИ ПОЛОСТИ В ВЯ8-
коупругом наклоннослоистом массиве при обобщенной плоской деформации;
результаты аналитического и численного (МКЭ) решения задач о сейсмонапряженном состоянии вертикальной цилиндрической полости, и о работе ее упругой обделки при воздействии длинных волн сжатия-растяжения и сдвигов;
алгоритмы и пакеты прикладных програми для расчета статических и сейсмических напряжений.в массиве вблизи закрепленной торцевой части полости в трехмерной постановке;
'-- результаты многовариантных расчетов для выявления законо-
_ 6 -
мерностей распределения напряжений и перемещений в системе "оо делка-массив"при разных значениях физических и структурных пар* метров массива.
Апробация пагіотн. Основные положения диссертации докладывались на Ы Казахстанской межвузовской научной конференции по математике и механике (Алма-Ата, 1989). Результаты исследований по мере их получения регулярно обсуждались на кафедре прикладне математики Алма-Атинского архитектурно-строительного института, лабораториях механики горных пород и теории сейсмостойкости под земных сооружений Института математики и механики АН КазССР (1988-1990)'. Полностью диссертация заслушана и обсуждена на научных семинарах по механике деформируемого твердого тела Института математики и мехмшки АН КазССР, по теории упругости и пластичности Кафедры механики сплошной среды Казахского госуниверситета им. С.М.Кирова.
Объем и, структура, работы. Диссертация состоит из введенні четырех глав, заключения. Она содержит /32. страниц машиной! ного текста, включая список литературыиз 118 наименований,^5 рисунков и 9 таблиц. Приложения І-ІУ. содержат тексты прикладных программ на языке ФОРТРАН-ІУ.