WYKŁAD 3

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(σ_A)/kr to 0 ≤ W ≤ 1

II. Jeżeli W = kr/ F(σ_A) to W > 1

Hipotezy:

- hipoteza Galileusza (hipoteza największego naprężenia głównego)

kr = σ_C lub kr = σ_r

gdzie: F(σ_A) = max(σ₁,σ₂,σ₃)

- hipoteza Coulomba - Tresci - Guesta:

kr = σ_C = σ_r

F(σ_A) = σ₁ - σ₃

-hipoteza Saint-Venanta (największego odkształcenia postaciowego)

kr = σ_C = σ_r

F(σ_A) = [σ₁ - υ (σ₂ + σ₃)]

- hipoteza Hubera - Milesa - Hencky'ego (hipoteza końcowej energii odkształcenia postaciowego)

σ₁ = σ₀ σ₂ = σ₃

kr = σ_r

- wytężenie według hipotezy Burzyńskiego:

Dla σ₁ < R_t ; W_B = σ₀/Rc

W_B - wytężenie według Burzyńskiego w obszarach których σ₁ < Rr

R_t - 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.

---