Rozwiązywanie zadania inżynierskiego z zakresu geomechaniki (geotechniki)
1. Wybór modelu fizycznego
a) sprężysty,
b) sprężysto-plastyczny,
c) lepko-sprężysty,
d) lepko-sprężysto-kruchy.
2. Wybór modelu matematycznego
a). analitycznego,
b) numerycznego.
3. Wybór rozwiązania matematycznego.
4. Zbudowanie modelu.
5. Dobór parametrów modelu.
6. Rozwiązanie zagadnienia.
7. Interpretacja wyników.
8. Podjęcie odpowiednich działań inżynierskich.
- Wyniki obliczeń analitycznych otrzymuje się w postaci:
1. sił działających na obudowę (strop wyrobiska),
2. naprężeń działających na obudowę (strop wyrobiska).
- Wyniki obliczeń numerycznych otrzymuje się w postaci rozkładu izolinii wokół modelowanego wyrobiska:
1. Naprężeń (normalnych, stycznych, głównych),
2. Przemieszczeń (kierunkowych, głównych),
3. Odkształceń (kierunkowych, głównych),
4. Wytężenia warstw skalnych.
Wytężenie - określa stopień zbliżenia się stanu fizycznego materiału w określonym jego punkcie do stanu krytycznego.
Zniszczenie materiału określa pewna funkcja stanu naprężenia: F (σ1, σ2, σ3) = 0
Podstawa: znalezienie wartości funkcji F(σ) i przyjęcie naprężenia krytycznego kr.
I. Jeżeli W = F(σA)/kr to 0 ≤ W ≤ 1
II. Jeżeli W = kr/ F(σA) to W > 1
Hipotezy:
- hipoteza Galileusza (hipoteza największego naprężenia głównego)
kr = σC lub kr = σr
gdzie: F(σA) = max(σ1,σ2,σ3)
- hipoteza Coulomba - Tresci - Guesta:
kr = σC = σr
F(σA) = σ1 - σ3
-hipoteza Saint-Venanta (największego odkształcenia postaciowego)
kr = σC = σr
F(σA) = [σ1 - υ (σ2 + σ3)]
- hipoteza Hubera - Milesa - Hencky'ego (hipoteza końcowej energii odkształcenia postaciowego)
σ1 = σ0 σ2 = σ3
kr = σr
- wytężenie według hipotezy Burzyńskiego:
Dla σ1 < Rt ; WB = σ0/Rc
WB - wytężenie według Burzyńskiego w obszarach których σ1 < Rr
Rt - wytrzymałość na jednoosiowe ścinanie
Zapewnienie stateczności wyrobisk podziemnych:
A. Obudowa wyrobiska
1. Samonośność górotworu,
2. Podporowa
stalowa: podatna (ŁP, ŁPS, ŁPrP itp.) i sztywna (stropnica, stojaki, OŁP itp.)
drewniana, stalowa hydrauliczna,
3. Powłokowa (beton natryskowy, kotwiowo-betonowa, stalowo-betonowa),
4. Sklepiona (z cegły, betonitów, betonu, żelbetu),
5. Kotwiowa (stalowa, drewniana, z włókna szklanego, kotwie linowe, szczękowe, rozprężne, typu Swellex, cierne),
6. Mieszana.
B. Wzmacnianie górotworu:
1. Klejenie warstw skalnych,
2. Łączenie kotwi spągowych linami (szycie)
C. Odprężanie górotworu:
1. otwory małośrednicowe w spągu lub ociosach,
2. wnęki w spągu,
3. podbieranie spągu,
4. hydroszczelinowanie,
5. strzelanie odprężające.
Obudowa podporowa - ma na celu żeby na wstępie górotwór się nie rozwarstwiał, zapewnienie dobrej współpracy górotworu z obudową, na wstępie nie powinno się sztywno rozpierać obudowy. Obudowa może być aktywna i statyczna. Aktywna już na wstępie przenosi obciążenia (działa na nią ciśnienie).
Badania laboratoryjne:
Określanie parametrów:
- gęstość objętościowa ρ0,
- wytrzymałość na ściskanie Rc,
- wytrzymałość na rozciąganie Rr,
- liczbę Poissona υ,
- moduł sprężystości podłużnej E,
- dynamiczny moduł sprężystości liniowej Ed,
- rozmakalność r,
- kąt tarcia wewnętrznego φ,
- spójność c.
Badania polowe (In-situ)(kopalniane):
- Rc lub Rr - za pomocą penetrometru (skały),
- Rc - młotek odbojny (ocios, węgiel, szyby),
- E - badania sejsmograficzne przez przejście fali sprężystej.
Monitoring wyrobisk podziemnych:
1. Ocena wizualna stateczności wyrobiska (opadanie stropu, wypychanie ociosów),
2. Pomiary konwergencji (repery lub znaczniki na obudowie lub ociosach). Konwergencja pomiar zmiany szerokości i wysokości wyrobiska..
3. Pomiary rozwarstwień:
a) rozwarstwieniomierze (niskie, wysokie, strunowe)
b) sondy ekstensometryczne.
4. Pomiary obciążeń lub naprężeń
a) krążki dynamometryczne,
b) dynamometry hydrauliczne,
c) poduszki hydrauliczne,
d) kotwie oprzyrządowane,
e) sondy z wibrującą struną.
5. Pomiary szczelinowatości skał (endoskop otworowy, sonda areometryczna).
6. Ocena stopnia wytężenia górotworu, obserwacja ugięcia lub rozwarstwienia stropu i pomiar konwergencji wyrobisk.