Możliwości określenia parametrów obudowy kotwiowej dla wyrobisk umiejscowionych w górotworze spękanym



Pobieranie 107.81 Kb.
Strona1/4
Data27.04.2016
Rozmiar107.81 Kb.
  1   2   3   4

Marek Cała


Katedra Geomechaniki Górniczej i Geotechniki, AGH Kraków

Możliwości określenia parametrów obudowy kotwiowej dla wyrobisk umiejscowionych w górotworze spękanym

1. Wprowadzenie


Poniższy artykuł dotyczy możliwości określania parametrów obudowy kotwiowej w górotworze spękanym. Według Thiela (1980) i Price (1966) ...spękania (nieciągłości) są to przerwania ciągłości skały na pewnej powierzchni, wzdłuż której nie następuje przemieszczanie się górotworu lub przemieszczanie to jest bardzo małe. Opis zachowania się górotworu wokół wyrobiska wykonanego w górotworze nieciągłym jest zagadnieniem bardzo skomplikowanym. W związku z tym zachodzi potrzeba maksymalnego uproszczenia zagadnienia. W pierwszej części poniższego artykułu omówiono możliwości przedstawienia górotworu spękanego jako ekwiwalentnego górotworu ciągłego. W przypadku gdy taka transformacja jest możliwa za pomocą w miarę prostych wzorów można, na podstawie parametrów wytrzymałościowo-odkształceniowych górotworu spękanego, uzyskać parametry wytrzymałościowo-odkształceniowe górotworu ciągłego. Dla wyrobisk umiejscowionym w górotworze ciągłym istnieje szereg metod projektowania parametrów kotwi. Wiele z nich jest opisane w pracy (Cała, 1997). W następnej części poniższej pracy przedstawiono ogólnie znane i stosowane zasady projektowania oparte na wzorach empirycznych. Dalej przedstawiono skompilowany na podstawie różnych prac, model analityczny współpracy kotwi z górotworem spękanym, oparty na teorii naturalnego łuku skalnego (voussoir) oraz zamieszczono przykład obliczeniowy określania parametrów obudowy kotwiowej dla wyrobiska zlokalizowanego w górotworze spękanym. W końcowej części krótko omówiono możliwości numerycznego modelowania współpracy kotwi z górotworem spękanym.

2 Koncepcja transformacji górotworu spękanego w ekwiwalentne continuum


Koncepcja ekwiwalentnego continuum posiada znaczne zalety umożliwiające zastosowanie do analizy stanu naprężenia i wytężenia znanych i relatywnie prostych metod modelowania numerycznego i analitycznego.

Rozważmy najprostszy model górotworu spękanego - górotwór z jedna siecią poziomych nieciągłości. Ciągłe warstwy skalne są izotropowe i posiadają stały moduł Younga Er oraz stały moduł sprężystości postaciowej Gr. Wszystkie nieciągłości (o założonej stałej, średniej odległości pomiędzy spękaniami) mają stałą jednostkową sztywność normalną do spękania kn i jednostkową sztywność styczną do spękania ks. Przy takich założeniach można określić ekwiwalentny moduł Younga Ee oraz ekwiwalentny moduł sprężystości postaciowej Ge z wyrażeń podanych w pracach (Singh, 1973; Priest, 1993). Dla oceny średniej odległości nieciągłości mogą być wykorzystane procedury podane przez Priesta i Hudsona (1981). Wartość parametru kn zależy głównie od szorstkości powierzchni spękania, rozkładu i amplitudy prostopadłych szczelin oraz właściwości materiału wypełniającego. Wartość parametru ks zależy głównie od szorstkości ścianek spękania (tzn. od amplitudy i rozkładu nierówności) oraz właściwości materiału wypełniającego (Thiel, 1980).

Inne koncepcje rozwiązania tego problemu można znaleźć w pracach Wardle i Gerrarda (1972), Morlanda (1975), Detournay’a i St. Johna (1985), Ramamurthy’ego (1993) i Dawsona i Cundalla (1995). Ciekawą koncepcję przedstawili także Amadei i Savage (1991), którzy zaproponowali metodykę określania parametrów odkształceniowych górotworu spękanego na podstawie testów przeprowadzanych in situ w otworach wiertniczych. Te rozwiązania mogą być łatwo rozszerzone (Goodman i Duncan, 1971; Kuhlavy, 1978) na górotwór posiadający 3 ortogonalne sieci nieciągłości.

Następnym krokiem naprzód w kwestii określania parametrów ekwiwalentnych górotworu spękanego były prace Gerrarda. Przedstawił on procedury obliczeniowe dla estymacji ekwiwalentnych parametrów odkształceniowych górotworu z jedną siecią spękań (Gerrard, 1982a), które następnie zostały rozszerzone dla górotworu spękanego posiadającego dwie lub trzy niezależne sieci spękań (Gerrard, 1982b,c; Gerrard, 1991). Procedury te są oparte o założenie zastosowane już wcześniej przez Salamona (1968a,b), zgodnie z którym energia odkształcenia continuum ekwiwalentnego jest taka sama jak dla rzeczywistego górotworu spękanego. Wyżej wspomniane prace zostały rozwinięte przez Huanga et al. (1995), którzy przedstawili sposób otrzymywania parametrów odkształceniowych dla górotworu spękanego posiadającego trzy nieortogonalne sieci nieciągłości (poprawność rozwiązania teoretycznego została potwierdzona poprzez badania modelowe).

Gerrard (1982c, 1984) oraz Pande i Gerrard (1983) przedstawili interesującą koncepcję wyrażenia całkowitej odkształcalności górotworu spękanego poprzez superpozycję odkształcalności górotworu ciągłego oraz poszczególnych powierzchni sieci spękań. Biorąc pod uwagę parametry odkształceniowe górotworu spękanego oraz wzmocnienia (np. za pomocą kotwi) podają oni metodykę obliczania parametrów górotworu spękanego wzmocnionego kotwiami. Należy jednak zauważyć, że dużą wadą tego rozwiązania jest założenie, że elementy wzmacniające - kotwie - muszą być instalowane równolegle do siebie oraz w równej odległości (czyli rozmieszczenie kotwi powinno być takie same jak przyjęte rozmieszczenie jednej z sieci spękań), co nie wydaje się być właściwe dla zapewnienia stateczności wyrobisk zlokalizowanych w górotworze spękanym.

Bardzo interesujące są także rozważania Fossuma, 1985. Opracował on metodykę określania parametrów ekwiwalentnych górotworu zawierającego losowo rozmieszczone nieciągłości charakteryzujące się stałą sztywnością styczną do spękania i sztywnością normalną do spękania. W oparciu o teorię materiałów kompozytowych założył on, że nieciągłości w górotworze są rozmieszczone losowo, więc ich odległość będzie taka sama we wszystkich kierunkach w reprezentatywnej objętości górotworu.

Oprócz omówionych powyżej sposobów określenia parametrów ekwiwalentnego continuum istnieje jeszcze szereg innych, dotyczących bardziej szczegółowych zagadnień. Parisieu (1993,1995) przedstawił metodykę określenia parametrów ekwiwalentnego, porowato-sprężystego continuum, zbudowanego z fazy płynnej i fazy stałej (materiał Biota). Zagadnieniami ekwiwalentnego continuum zajmowali się także Parisieu (1988), Yamachi et al. (1989), Pande (1993), Mühlhaus (1993), Amadei i Savage (1993) oraz Aydan et al. (1995). Teorię continuum dla oceny stateczności wyrobiska w obudowie kotwiowej wykonanego w górotworze spękanym z powodzeniem zastosowali Sharma i Pande (1988).

Po powyższym, krótkim przeglądzie literatury można stwierdzić, że jeżeli analizowany górotwór spękany można opisać jednym z zaprezentowanych modeli to jesteśmy w stanie dokonać transformacji jego właściwości na właściwości ekwiwalentnego continuum czyli górotworu ciągłego.


  1   2   3   4


©absta.pl 2016
wyślij wiadomość

    Strona główna