RUS | UKR | FR || ДонНТУ > Портал магистров ДонНТУ
Магистр ДонНТУ Нога Татьяна Николаевна

Нога Татьяна Николаевна

Институт горного дела и геологии
Специальность: Маркшейдерское дело

Тема выпускной работы:

Реставрация напряженно-деформированного состояния массива горных пород по морфологическим проявлениям горного давления

Научный руководитель: Назимко Виктор Викторович

Материалы по теме выпускной работы: Об авторе | Библиотека | Ссылки | Отчет о поиске | | Индивидуальный раздел

Реферат по теме выпускной работы


Актуальность темы

Работа по изучению напряженно – деформированного состояния горного массива является комплексной. Одним из направлений и способов изучения этого вопроса является методика реконструкции параметров полей тектонофизических деформаций и напряжений. Выполнение данного комплекса работ в последующем позволит ослабить или полностью исключить влияние негативных природных процессов и явлений на среду обитания и жизнедеятельности человека.

Практическое значение работы

Изучаемый мною метод имеет большое практическое значение и может использоваться для прогнозных построений при поиске и разведке многих полезных ископаемых, при прогнозе горно-геологических условий эксплуатации месторождений .Данный метод может применяться и при решении различных вопросов геотектоники. Он является одним из перспективных методов. Например, по штрихам скольжения можно восстановить и направление и величину деформаций, которые формировали современное поле напряжений в массиве.

Изученность метода

Выполнив обзор литературы, я выяснила, что изучением данного вопроса занимались многие ученые. Одним из основоположником считается Гзовский М.В. В его монографии «Основы тектонофизики» [1]обосновываются задачи и содержание тектонофизики, основы метода моделирования тектонических процессов, рассматриваются механизм и закономерности образования в земной коре складок и разрывов и связанные с ними тектонические поля напряжений .


В основу методов полевой тектонофизики положены представления о деформациях и разрушении горных пород, вытекающие из физических экспе¬риментов на образцах и эквивалентных материалах, данных натурных наблюдений и теоретических исследований. В этой связи все методы подразделяются на две группы или, в обобщенном виде, на два крупных метода, использующих законы либо разрушения горных масс (тектонофизичеашй метод структурных парагенезисов), либо их пластической деформации посредством скольжения по плоскостям отдельности — трещинам, поверхностям напластования и т.д. (кинематический метод).используемый мною в дальнейшем. Достаточно подробно физико-геологическое и экспериментальное обоснование применения этих методов рассмотрено автором совместно с В.М.Исаем в работе [2]Однако за прошедшие 15 лет усовершенствовались сами методы и появились новые аргументы для обсуждения их достоинств и недостатков. Поэтому для корректного обоснования методов необходимы систематические экспериментальные исследования механизмов и закономерностей.

В массивах горных пород в зависимости от особенностей проявления механических напряжений разрывы сплошности могут проявляться в виде отдельных трещин, систем субпараллельных трещин, локализованных деструктивных зон с повышенной плотностью трещин нескольких систем, образующих парагенезисы. В наиболее общем виде все разрывы могут быть сколами или отрывами., которые одновременно служат и основным инструментом изучения напряженно-деформированного состояния этих массивов.

Теоретические основы кинематического метода, используемого мною, заложены СБ. Батдорфом и Б.К. Будянским, разработавшими используемую в механике теорию пластичности в концепции локальных смещений, интегрируемых по всему объему тела [3], М. Боттом, предложившим исходить из того, что направление подвижки по плоскости скольжения совпадает с направлением максимального касательного напряжения на этой плоскости [4], а также Д.П. Маккензи, сформулировавшим классические ограничения на ориентацию главных осей нормальных напряжений по отношению к вектору смещения крыльев разрыва [5]. Но настоящим создателем кинематического метода в его завершенном виде является О.И. Гущенко, предложивший развернутую теорию метода, давший графические и (вместе с соавторами) первые компьютерные способы его реализации и внедривший метод в практику тектонофизических и сейсмологических исследований [6 — 15].

Актуальность моей темы подчеркивается и в изучении механики разрушения, а также в дальнейшем изучении и более глубоком внедрении в практику кинематического метода
Идея метода
В тектонофизике она базируется на ряде постулатов, объединенных О.И. Гущенко в общую теорию метода. Изложим их в свободной форме .
1. Если некоторый массив горных пород, нарушенный системой ослабленных поверхностей — разноориентированных разломов и трещин, плоскостей напластования и межформационных контактов —оказывается во внешнем по отношению к нему поле напряжений ,то деформации, возникающие в этом массиве, реализуются через смещения по упомянутым плоскостям. Борозды скольжения, возникающие при этом, отражают наиболее молодые из происшедших сдвиговые тектонические подвижки и поэтому несут информацию, как правило, лишь о последнем наиболее молодом поле напряжений,-существовавшем в горном массиве в завершающие фазы активизации.
2. Если размеры рассматриваемого массива по своей малости удовлетворяют требованию, в соответствии с которым возникающее в массиве поле напряжений является однородным, а массив - однородно-деформируемым то направления смещений, фиксируемые штрихами и бороздами на плоскостях скольжения совпадают, учитывая соосность тензоров напряжений и деформаций , с ортами касательных напряжений на этих плоскостях, определяемыми данным полем напряжений
3. Если в рассматриваемом массиве изучено некоторое количество разнориентированных зеркал скольжения со штрихами и бороздами и определены направления относительных смещений их крыльев («векторы» и траектории подвижек), то оказывается возможным решение обратной задачи — определение ориентации главных осей нормальных напряжений с той степенью точности, которую позволяет пред¬ставительность полученного полевого материала: количество векторов и траекторий и степень разброса элементов залегания зеркал скольжения.
4. Решение обратной задачи осуществляется на основе ввода ограничений на положение главных осей нормальных напряжений относительно площадки скольжения и вектора подвижки, величину касательного напряжения и ряд других

Цель работы

Основной целью работы является реставрация напряженно-деформированного состояния массива горных пород по морфологическим признакам горного давления для его использования в комплексе методов, что дает возможность повысить достоверность и точность результатов оценки напряженного состояния массива.

Задачи

Основной задачей моей работы служит реконструкция полей тектонических деформаций на основе экспериментальных исследований.
Главными фактическими материалами будут выступать замеры зеркал скольжения с определением направления смещений на территории поля шахты
При обработке материалов и интерпретации результатов будут использоваться графические построения по стереографическим сеткам ,а также компьютерная программа, разработанная вДонНТУ-GEOS. Реконструкции полей тектонических деформаций и напряжений выполнены в соответствии с методикой кинематического анализа трещинно-разрывных структур, разработанной О.И.Гущенко [16] , Мостриковым А., Васильевым Н.В и др.[17-20].

Итак, компьтерная программа ГЕОС позволяет реконструировать поля деформаций ,что включает в себя нахождение положения в пространстве трех осей эллипсоида деформаций графическое изображение этих осей на стереограмме; расчет элементов залегания осей деформаций, а также ряда других специальных показателей. Графический способ.Этот способ, предложенный О.И. Гущенко важен тем, что позволяет достаточно просто понять сущность решения обратной кинематической задачи, ее сильные и слабые стороны. Кроме того, он может быть использован для прикидочных построений и в полевых условиях при отсутствии или поломке компьютера.
Характеризовать деформацию тела удобно, используя "эллипсоид деформации". Согласно теории упругости, три взаимно перпендикулярные оси отвечают главным осям напряжений в данном теле. При однородной деформации, а с ней и имеют дело в геологии, с главными осями напряжений совпадают главные оси деформаций. Именно с этими осями совпадают удлинение и сокращение тела. Наиболее обычный пример, иллюстрирующий сказанное - это сжатие шара. Первоначально в нем все оси одинаковы и равны диаметру шара, но при деформации шара, скажем его сжатии, он сплющивается и превращается в трехосный эллипсоид. Размеры осей этого эллипсоида и их отличия от первоначального диаметра шара соответствуют величине деформации по трем осям. Полное напряжение, т.е. силу, приложенную к какой-либо площади, можно разложить на нормальное напряжение, ориентированное по нормали к площади, и тангенциальное, или касательное, действующее в плоскости выбранной площади. Зависимость упругой деформации от напряжения выражается законом Гука.
Напряженния и деформации горного массива проявляются в изменении первоночального горизонтального строения горных пород.Формы этого нарушения могут быть самыми разнообразными. В одних случаях слои горных пород испытывают лишь наклон и приобретают моноклинальное залегание. В других случаях слои горных пород смяты, изогнуты, причем изгиб слоев произошел без разрыва их сплошности. Такие нарушения называются складчатыми,а их отдельные формы - складками.Иногда слои разрываются, их сплошность теряется. Такие нарушения называются разрывными, а их формы - разрывами. Для описания положения любого пласта в пространстве используют так называемые элементы залегания наклонного пласта: линию простирания, линию падения и угол падения. Линией простирания пласта называется линия пересечения пласта с горизонтальной плоскостью. Линией падения пласта называется линия, лежащая в плоскости пласта и перпендикулярная линии простирания. Как линия простирания, так и линия падения относительно стран света характеризуются азимутами простирания и падения, различающимися между собой на 90 o. Углом падения пласта называется угол, образованный линией падения и ее проекцией на горизонтальную плоскость. Исходя из всего вышеперечисленного выделяют детальное разделение всех разрывов по кинематическим типам в полях напряжений(рис.1)
Структура базы данных объектов недвижимого имущества. Количество кадров 6, задержка кадра 0,5 с, повтор - постоянно.

Рисунок 1 – Детальное разделение всех разрывов по кинематическим типам в полях напряжений


Количество кадров 6, задержка кадра 0,5 с, повтор - постоянно.


Построение стереограммы векторов и траекторий подвижек. О.И. Гущенко, используя опыт стереографических построений в микроструктурном анализе, предложил следующий способ нанесения векторов и траекторий подвижек на стереографическую проекцию. По измеренным элементам залегания зеркала скольжения и углу наклона борозды в плоскости зеркала строится плоскость скольжения и ее полюс . На плоскости скольжения отображается положение борозды и (стрелкой) направление смещения висячего крыла (если это направление удалось определить). Через полюс рn и точку р1 ( выхода борозды на поверхность верхней полусферы) проводится дуга большого круга. В точке рn строится орт (или отрезок без стрелки), касательный к дуге большого круга и, обращенный стрелкой в ту же сторону, что и направление подвижки на плоскости зеркала. Таким же способом отображаются все остальные данные измерений зеркал и борозд скольжения в изучаемом объеме горных пород, в результате чего получается стереограмма векторов и траекторий подвижек, пример которой показан на рис.2

Object2

Рисунок 2 – Стереограмма векторов и траекторий подвижек



Одним из разделов работы будет построение модели отдельного участка земли и изучение на её примере напряженно-деформированного состояния в программе ANSYS

При написании данного автореферата магистерская работа еще не завершена.Окончательное завершение:декабрь 2010.Полный текст работы и материалы по указанной теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Литература

  1. 1. Гзовский М.В. Основа тектонофизики. – М.: Наука, 1975, 536 с.
  2. 2. Гинтов О.Б., Исай В.М. Тектонофизические исследования разломов консолидированной коры. — К.: Наукова Думка, 1988. 120 с.
  3. 3. Batdorf S.B.,Budiansky B.A. mathematical theory of plasticity based on the concept of slip// Nat.Adv.Com.Aeron.:Tech.Notes.-1949.-P.134-155
  4. 4. Bott M.H.P. the mechanics of oblique clip faulting\\Geol.Mag.-1959.-№96.-P.109-117
  5. 5. Mc.Kensie,dan P.dan. The relation between fault plane solution for earthquakes and the direction of the principal stresses\\Bull.seism.Soc.Amer.-1969.-59,N2.-P.591-602
  6. 6. Гутерман В.Г.,Фиалко Ю.А.,Хазан Я.М. Куполовидные структуры под коровыми интрузиями типа сила: количественная модель прейдсесмического поднятия// геофиз.журн.-1996.-18,№2.-С.35-43
  7. 7. Гутерман В.Г.,Хазан Я.М. Об общих вертикальных движениях континентов.Кинематический аспект//Там же.-1983.-5,№1.-С.14-23
  8. 8. Гущенко О.И.,Мострюков А.О.,Петров В.А. Структура поля современного регионального апряжения сейсмоактивных зон земной коры восточной части Средиземноморского активного пояса//Докл.АН СССР.-1991.-312,№4.-С.830-835.
  9. 9. Гущенко О.И. Анализ ориентировок сколовых тектонических смещений и их тектонофизическая интерпритация при реконструкции палеонапряжений//Докл.АН СССР.-1975.-225,№3.-С.331-334
  10. 10. Гущенко О.И. Метод кинематического анализа структур разрушения при реконструкции полей тектонических напряжений//Поля напряжений и деформаций в литосфере.-М.:Наука,1979.-С.7-25
  11. 11. Гущенко О.И.,Гущенко Н.Ю.,Мострюков А.О. и др. Тектонический стресс-мониторинг и поля напряжений Причерноморского региона//Наук.праці НТУ.Сер.гірн.-геол.-2001.-32.-С.104-117
  12. 12. Гущенко О.И.,Кузнецов В.А. Определение ориентации и соотношения величин главных напряжений по совокупности направлений сдвиговых тектонических смещений//Поля напряжений и деформаций в литосфере.-м.:Наука,1979.-С.60-66
  13. 13. Гущенко О.И.,Сим Л.А.Поле современных мегарегиональных напряжений сейсмоактивных областей юга Евразии//Изв.вузов.Геология и разведка.-1977.-№12.-С.17-25.
  14. 14. Вольфсон Ф.И., Яковлев П.Д. Структуры рудных полей и месторождений. – М.: Недра, 1975, 263 с. 15. Рябоштан Ю.С. Некоторые особенности геологии угольных отложений и изучение их с помощью геофизических методов; Тр. Международного конгресса по стратиграфии и геологии карбона. – М.: Наука, 1979, т. 5, с. 185-188
  15. Тектонофизика
  16. Методы реконструкций напряжений
ДонНТУ > Портал магистров ДонНТУ || Об авторе | Библиотека | Ссылки | Отчет о поиске | | Индивидуальный раздел