Politechnika Wrocławska
Wydział Geoinżynierii
Górnictwa i Geologii
Wrocław 31.05.2010
Projekt z Mechaniki Górotworu
Temat: Ocena obciążeń działających na obudowę wyrobisk korytarzowych.
Prowadzący:
Dr inż. Andrzej Wojtaszek
Wykonały:
Joanna Bury 172638
Monika Stach 172485
Wprowadzenie
Temat projektu
Ocena obciążeń działających na obudowę wyrobisk korytarzowych w Zagłębiu Górnośląskim.
Cel i zakres opracowania
Głównym celem projektu jest wyznaczenie obciążeń działających na obudowę w wyrobisku korytarzowym o szerokości b = 5,5m i wysokości h = 4,5m zalegającym na głębokości H = 880m.
Projekt zawiera obliczenia dotyczące:
- warunków geotechniczno-górniczych wokół projektowanego wyrobiska;
- pierwotnego stanu naprężeń działających w miejscu lokalizacji wyrobiska;
- wtórnego stanu naprężeń dla górotworu, jako modelu ośrodka sprężystego i prognozy lokalnej utraty stateczności po wykonaniu wyrobiska;
- ciśnienia statycznego górotworu (metoda Cymbarewicza, hipoteza Sałustowicza);
- stanu naprężeń dla wyrobiska posadowionego poniżej Hkr (model sprężysto-plastyczny z osłabieniem);
- naprężeń wtórnych w strefach wokół wyrobiska;
- charakterystyki obciążeniowej górotworu i jej ilustracja graficzna;
- ustalenia obciążeń działających na obudowę projektowanego wyrobiska korytarzowego.
Powyższy zakres obliczeń pomoże zaprojektować wyrobisko stateczne i bezpieczne dla ludzi i kopalni podziemnej. Co jest celem projektu.
Warunki Geotechniczno-górnicze wokół projektowanego wyrobiska
Górnośląskie Zagłębie Węglowe - jest największym ośrodkiem górnictwa węglowego w kraju. W granicach zakładów górniczych znajdują się najbardziej węglozasobne i wydajne złoża węgla kamiennego. W wyniku prowadzonej ponad 300 - letniej działalności górniczej wyeksploatowano już w znacznej mierze pokłady węgla o najdogodniejszych grubościach. Górnośląskie Zagłębie Węglowe znajduje się w południowo- zachodniej części Polski. Zostało utworzone na przedpolu geosynklinowego zapadliska przedgórskiego wschodnich Sudetów. Jego ukształtowanie związane jest z waryscyjską epoką tektoniczną, w czasie której utworzyło się szereg fałdów i niecek, a także nasunięć oraz liczne uskoki. Najsilniejsza aktywność tektoniczna wystąpiła w zachodniej, a szczególnie w południowo - zachodniej części Zagłebia. Granice Zagłębia stanowią wychodnie utworów produktywnych karbonu górnego, gdyż brak jest wyróżnionych granic strukturalnych.
W Górnośląskim Zagłębiu Węglowym warunki eksploatacji wahają się od niezbyt trudnych do bardzo trudnych. Na warunki eksploatacji mają wpływ następujące czynniki: duże zróżnicowanie miąższości pokładów, stosunkowo prosta tektonika, małe zawodnienie, duże zagrożenie naturalne (gazowe i tąpaniami), duża głębokość występowania maksimum zasobów, średnie zróżnicowanie typów węgla, trudne warunki geotermiczne, podrzędne występowanie kopalin towarzyszących.
Zestawienie parametrów geotechnicznych skał budujących strop bezpośredni, ociosy i spąg projektowanego chodnika
Zachowanie górotworu względem obudowy wyrobiska wynika z jego budowy geologicznej oraz parametrów wytrzymałościowych wyznaczanych na podstawie badań laboratoryjnych na próbach skalnych oraz na podstawie rozpoznania geologiczno-inżynierskiego górotworu. Każde badanie wykonywane w laboratorium obarczone jest błędem, dlatego nanosi się zgodnie z zasadami statystyki matematycznej poprawki i w ten sposób otrzymuje się parametry normowe. Jednak, że każde badanie przeprowadzane na wybranych próbach górotworu nie oddaje złożoności jego budowy i cech, dlatego tez na parametry normowe nanoszone są kolejne poprawki, co tworzy nam parametry obliczeniowe wykorzystywane do dalszych prognoz zachowania górotworu.
Tabela 1. Parametry normowe skał występujących wokół wyrobiska
|
Miąższość |
Rozmakalność |
Podzielność |
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
[MPa] |
[MPa] |
[GPa] |
[-] |
[º] |
Iłowiec szary średniozwięzły |
12,0 |
0,9 |
Pł |
48,0 |
3,3 |
8,2 |
0,22 |
43,0 |
Węgiel kamienny |
1,1 |
0,8 |
K |
26,0 |
1,7 |
5,5 |
0,37 |
37,0 |
Pyłowiec kruchy |
0,8 |
0,8 |
Pł |
29,00 |
2,2 |
6,0 |
0,25 |
40,0 |
Pyłowiec przeławicony węglem |
2,6 |
0,8 |
K |
25,0 |
1,9 |
5,9 |
0,36 |
35,0 |
Pyłowiec |
7,5 |
0,9 |
Pł |
33,0 |
2,5 |
6,0 |
0,24 |
40,5 |
Gdzie:
- normowa wytrzymałość na ściskanie, MPa,
- normowa wytrzymałość na rozciąganie, MPa,
- normowy moduł sprężystości skał, GPa,
- normowy współczynnik Poissona,
- normowy pozorny kąt tarcia wewnętrznego skał, wyrażony w stopniach
Parametry obliczeniowe skał otrzymano poprzez pomnożenie parametrów normowych przez odpowiedni współczynnik niejednorodności zawarty w tabeli 2
Parametr |
|
|
|
|
|
C |
k |
0,7 |
0,6 |
0,7 |
0,9 |
0,9 |
0,7 |
Tabela 2. Współczynniki niejednorodności dla poszczególnych parametrów
Przykładowe obliczenia dla iłowca szarego średniozwięzłego
=
,
=
,
=
,
=
,
=
Tabela3. Parametry obliczeniowe skał występujących wokół wyrobiska
|
Miąższość |
Rozmakalność |
Podzielność |
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
[MPa] |
[MPa] |
[GPa] |
[-] |
[º] |
Iłowiec szary średniozwięzły |
12,0 |
0,9 |
Pł |
33,6 |
1,98 |
5,74 |
0,198 |
38,7 |
Węgiel kamienny |
1,1 |
0,8 |
K |
18,2 |
1,02 |
3,85 |
0,333 |
33,3 |
Pyłowiec kruchy |
0,8 |
0,8 |
Pł |
20,3 |
1,32 |
4,2 |
0,225 |
36 |
Pyłowiec przeławicony węglem |
2,6 |
0,8 |
K |
17,5 |
1,14 |
4,13 |
0,324 |
31,5 |
Pyłowiec |
7,5 |
0,9 |
Pł |
23,1 |
1,5 |
4,2 |
0,216 |
36,45 |
Oznaczenie obliczeniowych parametrów geotechnicznych w warstwach masywu skalnego otaczającego wyrobisko korytarzowe.
Parametry geotechniczne górotworu określono wg PN-G-05020:1997. Wartości k0 i k1 zależne są od podzielności i rozmakalności skały.
Tabelka 4. Wartości współczynników k0 i k1 są zależne od podzielności i rozmakalności skał
Lp. |
Podzielność skał karbońskich |
Odstępy powierzchni spękań i warstwowania |
k0 |
k1 |
|||
|
|
|
r ≥ 0,8 |
0,5 ≤ r ≤ 0,8 |
r ≥ 0,8 |
0,5 ≤ r ≤ 0,8 |
|
1 |
Masywna |
Powyżej 2,0 |
1,0 |
0,5 |
1,05 |
Ił. muł. łw. |
1,10
|
|
|
|
|
|
|
piask. zlep. |
1,05 |
2 |
Blokowa |
Od 0,5 do 2,0 |
0,9 |
0,5 |
1,05 |
Ił. łw. muł. piask. |
1,15 |
|
|
|
|
|
|
zlep. |
1,10 |
3 |
Płytowa |
Od 0,1 do 0,5 |
0,7 |
0,5 |
1,05 |
Ił. łw. muł. |
1,20 |
|
|
|
|
|
|
piask. zlep. |
1,10 |
4 |
Kostkowa |
Do 0,1 |
0,5 |
0,5 |
1,05 |
Ił. łw. muł. |
1,25 |
|
|
|
|
|
|
piask. zlep. |
1,10 |
Wzory i przykładowe obliczenia dla iłowca szarego średniozwięzłego:
- wytrzymałość górotworu na ściskanie
- współczynnik sprężystości górotworu
- współczynnik Poissona
- kąt tarcia wewnętrznego górotworu
Tabela 5. Parametry obliczeniowe górotworu w warstwach wokół wyrobiska.
|
Miąższość |
Rozmakalność |
Podzielność |
k0 |
k1 |
Rcg |
Rr |
Esg |
vg |
Фg |
|
[m] |
|
|
|
|
[MPa] |
[MPa] |
[GPa] |
[-] |
[º] |
Iłowiec szary średniozwięzły |
12,0 |
0,9 |
Pł |
0,7 |
1,05 |
23,52 |
1,98 |
5,47 |
0,19 |
36,86 |
Węgiel kamienny |
1,1 |
0,8 |
K |
0,5 |
1,05 |
9,10 |
1,02 |
3,67 |
0,33 |
31,71 |
Pyłowiec kruchy |
0,8 |
0,8 |
Pł |
0,7 |
1,05 |
14,21 |
1,32 |
4,00 |
0,23 |
34,29 |
Pyłowiec przeławicony węglem |
2,6 |
0,8 |
K |
0,5 |
1,05 |
8,75 |
1,14 |
3,93 |
0,32 |
30,00 |
Pyłowiec |
7,5 |
0,9 |
Pł |
0,7 |
1,05 |
16,17 |
1,50 |
4,00 |
0,22 |
34,71 |
Określenie obliczeniowych parametrów geotechnicznych masywu uśrednionego
Parametry geotechniczne wyznaczono jako średnią ważoną z wzoru
pi - wartość parametru.
Przykład obliczenia uśrednionego Rcg:
Rcg=
Tabela 6.
parametry masywu uśrednione |
||||
Rcg |
Rrg |
Esg |
vg |
Фg |
[MPa] |
[MPa] |
[GPa] |
[-] |
[º] |
16,56 |
1,55 |
4,54 |
0,25 |
34,16 |
Pierwotny stan naprężeń w miejscu lokalizacji wyrobiska
Określenie składowych pierwotnego stanu naprężeń (pionowe i poziome) w warstwach górotworu wokół wyrobiska
Rys 1 Składowe Px i Pz
RYSUNEK
Wyrobisko korytarzowe wykonane zostało na głębokości H = 880m. Obszar nad wyrobiskiem traktujemy jako jednorodny nadkład o jednorodnym ciężarze objętościowym uśrednionym
Nadkład wywołuje ciśnienie pionowe działające na układ warstw.Powstałe w ten sposób ciśnienie jest przyczyną wielokierunkowego stanu naprężęń pierwotnych. Górotwór traktujemy jako ciało spręzyste. Składowe ciśneinia (pionowa i pozioma) w górotworze nienaruszonym obliczone zostały ze wzorów:
Wzór na naprężenia pierwotne pionowe w górotworze:
Wzór na naprężenia pierwotne poziome w górotworze:
Gdzie:
=
Ciężar objętościowy oraz współczynnik Poissona dla poszczególnych skał określono na podstawie normy PN-81-B-03020
Tabela 7. Pierwotny stan naprężeń
Nazwa skały |
Głębokość spągu warstwy |
Miąższość |
Ciężar objętościowy γ |
Współczynnik Poissona ν |
Geostatyczny współczynnik parcia bocznego
|
Rcg w warstwach |
Pierwotny stan naprężeń pionowych Pz |
Pierwotny stan naprężeń poziomych Px |
|
|
[m] |
[m] |
[KN/m3] |
|
|
[MPa] |
[MPa] |
[MPa] |
[MPa] |
nadkład |
868,00 |
868,00 |
26,00 |
|
|
|
22,57 |
w stropie |
w spągu |
Iłowiec szary średniozwięzły |
880,00 |
12,00 |
26,00 |
0,24 |
0,32 |
23,52 |
22,88 |
7,22 |
7,32 |
Węgiel kamienny |
881,10 |
1,1 |
14,00 |
0,35 |
0,54 |
9,10 |
22,90 |
12,36 |
12,37 |
Pyłowiec kruchy |
881,90 |
0,8 |
20,70 |
0,24 |
0,32 |
14,21 |
22,92 |
7,33 |
7,33 |
Pyłowiec przeławicony węglem |
884,50 |
2,6 |
26,00 |
0,23 |
0,30 |
8,75 |
22,99 |
6,88 |
6,90 |
Pyłowiec |
892,00 |
7,5 |
27,00 |
0,22 |
0,28 |
16,17 |
23,19 |
6,44 |
6,49 |
Analiza stanu wytężenia masywu przed wykonaniem wyrobiska
Jeżeli Rcg > Pz to dana warstwa znajduje się w stanie sprężystym.
Jeżeli Rcg < Pz to dana warstwa znajduje się w stanie ukrytej plastyczności
Nazwa skały |
Rcg w warstwach |
Pierwotny stan naprężeń pionowych Pz |
Stan wytężenia |
|
[MPa] |
[MPa] |
|
nadkład |
- |
22,57 |
- |
Iłowiec szary średniozwięzły |
23,52 |
22,88 |
Sprężysty |
Węgiel kamienny |
9,10 |
22,90 |
Ukrytej plastyczności |
Pyłowiec kruchy |
14,21 |
22,92 |
Ukrytej plastyczności |
Pyłowiec przeławicony węglem |
8,75 |
22,99 |
Ukrytej plastyczności |
Pyłowiec |
16,17 |
23,19 |
Ukrytej plastyczności |
Wykres naprężeń pierwotnych w otoczeniu wyrobiska
Stan naprężeń wokół wyrobiska korytarzowego - rozwiązanie według teorii sprężystości
Teoria sprężystości określa zależności między odkształceniem, naprężeniem, przemieszczeniem oraz obciążeniem. Zmiany stanu równowagi określamy w sposób matematyczny
Określenie wtórnego stanu naprężeń dla modelu górotworu jako środka sprężystego i prognoza możliwości lokalnej utraty stateczności po wykonaniu wyrobiska
Po wykonaniu każdego wyrobiska w górotworze znacznie pogarsza się jego wytrzymałość. Z prawa Hooke'a wynika, że naprężenie jest wprost proporcjonalne do odkształcenia. W górotworze zostaje wykonane wyrobisko o kształcie prostokątnym (o wymiarach; b = 5,5m i h = 4,5m) zaburzające układ półprzestrzeni sprężystej. Do obliczeń projektowych założono, że górotwór jest ośrodkiem sprężystym. Na wyrobisko działa ciśnienie pionowe Pz i poziome Px.
Wielkość i rozkład naprężeń w najbliższym sąsiedztwie wyrobiska zależy od stosunku, szerokości do wysokości wyrobiska (b/h)
Dla:
Po obliczeniu stosunku wysokości do szerokości wyrobiska otrzymana została wartości na podstawie której sczytano α i β z poniższego wykresu:
Wykres zależności α = f ( b / h ) oraz β = f ( b /h). Na podstawie tablicy 3.1 z podręcznika „Geomechanika górnicza ” Kłeczek
α=0,925
β=0,77
Zmiana stanu naprężeń będzie taka, żę w stropie wyrobiska pojawią się naprężenia rozciągające, a w ociosach ściskające. Po za wyrobiskiem powstaje bardzo wytrzymały pierścień skalny.
Rys. Zmiany naprężeń w wyrobiskach
W ociosach i w ich sąsiedztwie naprężenia pionowe (ściskające) σz osiągają największą wartość dla pyłowca przeławiconego węglem (najmniejsza wartość Px)
Rcg = 8,75
Porównując otrzymane wartości naprężeń do wytrzymałości na ściskanie w przypadku najsłabszej warstwy ociosu
W stropie wyrobiska występują naprężenia poziome (rozciągające) przybierające najwyższą wartość w środkowym punkcie stropu. Obliczenia wykonano dla iłowca szarego średniozwięzłego, który znajduje się w stropie.
Rr = 3,30 [MPa]
Porównując otrzymane wartości naprężeń do wytrzymałości na rozciąganie w warstwie stropowej
Obliczenia potwierdziły lokalną utratę stateczności w stropie i ociosach. W stropie bezpośrednim skały ulegną zniszczeniu.
Określenie ciśnienia statycznego górotworu jako skutek lokalnej utraty stateczności
Ciśnienie statyczne - jest to ciężar zniszczonego, oderwanego od reszty górotworu, leżącego na obudowie, aby je wyznaczyć należy określić wysokość strefy obwału - ho
Metoda Cymbarewicza
Metoda Cymbarewicza - bazuje na modelu górotworu przyjętym przez Protodiakonowa, traktuje skały jako ośrodek rozdrobniony. Ponadto zakłada zniszczenie ociosów, a kryterium zniszczenia jest wytrzymałość na ścinanie. Określa odległość, na jakiej nastąpi zniszczenie ociosów po płaszczyźnie klinów odłamu. Skały położone w tym obszarze obciążają obudowę dając obciążenie w kierunku pionowym i poziomym. Obciążenie pionowe to ciężar skał stropowych, natomiast obciążenie poziome stanowi efekt zsuwania się skał wzdłuż założonej płaszczyzny poślizgu pod wpływem ciężaru warstw wyżej leżących.
Rys. Rejon zniszczenia według Cymbarewicza i rozkład działających sił.
Obciążenia pionowe to ciężar skał znajdujących się w strefie wyrobiska opisywanym równaniem paraboli, natomiast obciążenie poziome spowodowane jest ruchem posuwistym skał po teoretycznych płaszczyznach poślizgu pod wpływem obciążenia warstw nadległych.
Nazwa skały |
Miąższość |
γ |
Rcs |
k1 |
|
|
średnie |
|
[m] |
[KN/m3] |
[MPa]
|
[-] |
[º] |
[º] |
[º] |
nadkład |
868,00 |
26,00 |
33,6 |
1,05 |
- |
- |
- |
Iłowiec szary średniozwięzły |
12,00 |
26,00 |
18,2 |
1,05 |
61,21 |
58,29 |
58,29 |
Węgiel kamienny |
1,1 |
14,00 |
20,3 |
1,05 |
63,77 |
60,73 |
61,69 |
Pyłowiec kruchy |
0,8 |
20,70 |
17,5 |
1,05 |
60,25 |
57,38 |
|
Pyłowiec przeławicony węglem |
2,6 |
26,00 |
23,1 |
1,05 |
66,59 |
63,42 |
|
Pyłowiec |
7,5 |
27,00 |
33,6 |
1,05 |
- |
- |
-
|
Wzory i obliczenia pozornych kątów tarcia (przykładowe):
Górotworu w stropie wyrobiska dla iłowca szarego średniozwięzłego:
Górotworu w ociosie wyrobiska dla warstwy węgla kamiennego (przykładowe):
Uśrednione wartości kątów tarcia dla ociosów:
Wartość stropowego ciśnienia statecznego górotworu należy obliczać, podstawiając zasięg strefy odprężonej według wzoru
=
Dla:
h=4,5m
b=5,5m
Obliczamy naprężenia pionowe qz
Zakładamy, że ze względów bezpieczeństwa średni ciężar objętościowy w skałach nadkładu możemy ustalić na 26 kN/m3
Ze względu na dużą różnicę między naprężeniami poziomymi w stropie i spągu konieczne jest wyznaczenie tych dwóch wartości naprężeń:
Naprężenia poziome w stropie:
Obliczenia dla ociosów:
Ciśnienie boczne (ociosowe) statyczne:
Strefa zniszczenia w ociosach:
Tabela Zestawienie wyników z metody Cymbarewicza
|
|
|
|
|
[m] |
[m] |
[kPa] |
[kPa] |
[kPa] |
1,13 |
2,40 |
62,40 |
3,93 |
11,30 |
Zmodyfikowana hipoteza Sałstowicza
Zmodyfikowana hipoteza Sałustowicza mówi, że na obudowę oprócz ciśnienia statycznego działa ciśnienie deformacyjne. W wyniku rozciągań w stropie, skały zaczynają rozluźniać się. Obrys rozluzowania wyznacza linia zaklinowania się materiału skalnego. Materiał, który przekroczy wartość wytrzymałości na rozciąganie oderwie się od całości, część, która pozostanie nienaruszona jest częścią sprężystą.
Wg Sałustowicza wytrzymałość na rozciąganie zostaje przekroczona w stropie i spągu wyrobiska. Wyrobisko samoistnie będzie dążyło do przyjęcia takiego kształtu, dzięki któremu naprężenia powstające nie przekroczą wytrzymałości na rozciąganie. Najbardziej optymalnym kształtem jest elipsa. Powierzchnia pomiędzy linią kształtu wyrobiska a elipsą stanowi strefę odprężoną.
Rys. Obszar zniszczenia dla modelu obciążenia obudowy wg Sałustowicza z uwzględnieniem zniszczenia ociosów
Obliczenia:
Strzałka sklepienia ho
Ciśnienie stropowe:
Strefa zniszczenia w ociosach
Tabela Zestawienie wyników z hipotezy Sałustowicza
b |
h |
Rrs |
Pz |
m |
|
|
|
|
|
[m] |
[m] |
[Mpa] |
[Mpa] |
- |
[ |
[m] |
[m] |
[m] |
[kPa] |
5,5 |
4,5 |
1,98 |
22,88 |
5,05 |
61,69 |
3,32 |
4,48 |
2,23 |
57,98 |
Wybór metody obliczeń
Zasięg strefy odprężonej:
hipoteza Cymbarewicza ho = 2,40 m,
hipoteza Sałustowicza ho = 2,23 m.
Wartości te różnią się znacznie między sobą, podobnie jak wartości obciążenia pionowego:
wg hipotezy Cymbarewicza qz = 62,40 kPa ,
wg hipotezy Sałustowicza qz = 57,98 kPa
Z dwóch hipotez jako bardziej wiarygodną należy przyjąć hipotezę Cymbarewicza, która uwzględnia obciążenia poziome występujące w ociosach wyrobiska. Jest to istotne zwłaszcza w przypadku wyrobisk o znacznej wysokości, a także gdy w ociosach występują skały o niewielkiej wytrzymałości na jednoosiowe ściskanie Rc.
Do dalszych obliczeń przyjęto wyniki uzyskane z metody Cymbarewicza
Stan naprężeń wokół wyrobiska korytarzowego posadowionego poniżej głębokości krytycznej - rozwiązanie według modelu, sprężysto plastycznego z osłabieniem
Rys Model sprężysto plastyczny z osłabieniem
Określenie głębokości krytycznej w masywie uśrednionym i prognoza globalnej utraty stateczności
- głębokość posadowienia wyrobiska: H=880 m;
- ciężar skał:
;
- wytrzymałość na ścinanie masywu uśrednionego:
Wyrobisko posadowione jest poniżej głębokości krytycznej. Przyczyni się to do globalnego zniszczenia pierścienia wokół wyrobiska. Rozpatrywany będzie zatem model sprężysto-plastyczny z osłabieniem z uwzględnieniem wytrzymałości resztkowej Rcr.
5.2 Ustalenie modelu (schematu) obliczeniowego, założenia do obliczeń metodami analitycznymi.
Poprzez przekroczenie głębokości krytycznej następuje utrata globalnej statyczności objawiając się wyróżnieniem w górotworze na skutek przyjęcia do obliczeń modelu ośrodka sprężysto-plastycznego z osłabieniem, dwóch stref:
- sprężystej: nienaruszonej, z obecnością naprężeń wtórnych pochodzących od ciężaru masowego nadkładu. Jej zasięg wynosi: r > rL . Oddziałuje na strefę plastyczną ciśnieniem Pg;
- plastycznej: górotworu wtórnie zniszczonego, występującej bezpośrednio przy wyrobisku
rw <r <rl . Zachowuje ona wytrzymałość resztkową Rcr.
Założenia do modelu:
- wydzielona nieważka tarcza;
- układ osiowo symetryczny w otoczeniu wyrobiska;
- płaski stan odkształcenia;
- ośrodek jednorodny wokół wyrobiska;
- występuje stan naprężenia na brzegu tarczy (Px=Pz).
Rys. Układ stref wokół wyrobiska - model obliczeniowy
Gdzie:
rw- promień wyrobiska,
r1- promień strefy plastycznej,
q - oddziaływanie statyczne w stropie wyrobiska,
Pa - oddziaływanie deformacyjne,
Pg - oddziaływanie radialne strefy sprężystej,
Pz - pierwotny stan naprężeń pionowych
W przyjętym układzie ośrodek skalny działa na obudowę wyrobiska jako:
Oddziaływanie deformacyjne Pa jako resztkowe ciśnienie pierwotne wynikające z oddziaływania strefy sprężystej - czyli odpowiednio zredukowane ciśnienie Pz
Oddziaływanie statyczne w stropie wyrobiska q jako bezpośrednie ciśnienie spowodowane ciężarem strefy odprężonej - czyli rozłożony ciężar strefy plastycznej.
5.3 Obliczenie i wykres naprężeń wtórnych w strefach obliczeniowych wokół wyrobiska
Rcr |
Rcg |
b |
Фg |
Pz |
rw |
[MPa] |
[MPa] |
[m] |
|
[MPa] |
[m] |
2,4 |
16,56 |
5,5 |
34,16 |
22,88 |
2,75 |
Obliczenia:
=
Zasięg strefy plastycznej:
Naprężenia w strefie sprężystej r > rl
Naprężenia w strefie plastycznej rw < r < rl
Dla r = rw, naprężenia radialne σr=0
σt = 2pz
σt = Rcg
Głównie miarą zniszczenia będą ścięcia.
Rozkład naprężeń w strefie plastycznej:
Rozkład naprężeń w strefie sprężystej:
Oddziaływanie górotworu na obudowę wyrobiska - obciążenie jako funkcja zasięgu strefy zniszczonej
Założenia:
rw |
Rcr |
β |
Pg |
rlg |
[m] |
[MPa] |
|
[MPa] |
[m] |
4,5 |
6,5 |
1,73 |
6,30 |
7,95 |
Oddziaływania statyczne górotworu w stropie wyrobiska
Charakterystyka obciążeniowa górotworu według modelu ciśnień deformacyjnych
Gdzie:
rw - promień wyrobiska w wyłomie,
rl - zasięg strefy plastycznej,
Pg - naprężenia radialne na granicy strefy plastycznej i sprężystej,
Pa - oddziaływanie deformacyjne,
uw - przemieszczenie konturu wyrobiska
Rcr |
Eg |
νg |
Pg |
Pz |
rw |
MPa |
GPa |
|
MPa |
MPa |
m |
6,5 |
19,04 |
0,18 |
6,30 |
24,74 |
4,5 |
Charakterystyka obciążeniowa górotworu
Oddziaływanie deformacyjne
Oddziaływanie statyczne
uopt znajduje się w punkcie przecięcia się obydwu krzywych i wynosi uopt = 0,015573
Dla uopt=0,015573 pmin=0,08370 kPa
Ustalenie obciążeń działających na obudowę stropu i ociosów projektowanego wyrobiska korytarzowego
Obliczenie obciążenia działającego w górnej części ociosów:
Obliczenie obciążenia działającego w dolnej części ociosów:
Literatura
Norma PN-G-05020,
Norma PN-81-B-03020,
Z. Kłeczek ,, Geomechanika górnicza ''Katowice 1994.
20
Pa
Pg
rw
rl
ul
uw