RUS | FR || ДонНТУ> Портал магістрів ДонНТУ
Магістр ДонНТУ Нога Тетяна Миколаївна

Нога Тетяна Миколаївна

Інститут геології та гірничої справи
Спеціальність: Маркшейдерська справа

Тема випускної роботи:

Реставрація пружно-деформованого стану масиву гірських порід по морфологічним проявам гірського тиску

Науковий керівник: Назімко Віктор Вікторович

Матеріали до теми випускної роботи: Про автора

Реферат з теми випускної роботи


Актуальність темы

Робота з вивчення напружено - деформованого стану гірського масиву є комплексною. Одним з напрямків та способів вивчення цього питання є методика реконструкції параметрів полів тектонофізичних деформацій і напруг. Виконання даного комплексу робіт в подальшому дозволить послабити або повністю виключити вплив негативних природних процесів і явищ на середовище проживання та життєдіяльності людини.

Практичне значення роботи

Досліджуваний мною метод має велике практичне значення і може використовуватися для прогнозних побудов при пошуку і розвідки багатьох корисних копалин, при прогнозі гірничо-геологічних умов експлуатації родовищ. Даний метод може застосовуватися і при вирішенні різних питань геотектоніки. Він є одним з перспективних методів. Наприклад, за штрих ковзання можна відновити й напрямок і величину деформацій, які формували сучасне поле напружень у масиві.

Вивченність методу

Виконавши огляд літератури, я з'ясувала, що вивченням даного питання Виконавши огляд літератури, я з'ясувала, що вивченням даного питання займалися багато вчених. Одним з основоположником вважається Гзовскій М.В. У його монографії «Основи тектонофізікі» [1] обгрунтовуються завдання та зміст тектонофізікі, основи методу моделювання тектонічних процесів, розглядаються механізм і закономірності утворення в земній корі складок і розривів та пов'язані з ними тектонічні поля напружень.


В основу методів польової тектонофізікі покладені уявлення про деформації і руйнуванні гірських порід, що випливають з фізичних експериментів ¬ ріментов на зразках і еквівалентних матеріалах, даних натурних спостережень та теоретичних досліджень. У цьому зв'язку всі методи поділяються на дві групи або, в узагальненому вигляді, на два великих методу, що використовують закони або руйнування гірських мас (тектонофізічеашй метод структурних парагенезісов), або їх пластичної деформації за допомогою ковзання по площинах окремо - тріщинах, поверхонь нашарування і т. д. (Кінематичний метод). Використовуваний мною надалі. Досить докладно фізико-геологічне та експериментальне обгрунтування застосування цих методів розглянуто автором спільно з В. М. Ісаем в роботі [2] Однак за минулі 15 років усовер ¬ шенствовалісь самі методи і з'явилися нові аргументи для обговорення їх достоїнств і не ¬ статків. Тому для коректного обгрунтування методів необхідні систематичні експериментальні дослідження механізмів і закономірностей .

У масивах гірських порід залежно від особливостей прояву механічних напружень розриви суцільності можуть проявлятися у вигляді окремих тріщин, систем субпараллельних тріщин, локалізованих деструктивних зон з підвищеною щільністю тріщин декількох систем, що утворюють парагенезіси. У найбільш загальному вигляді всі розриви можуть бути відколами або відривом., Які одночасно служать і основним інструментом вивчення напружено-деформованого стану цих масивів.

Теоретичні основи кінематичного методу, використовуваного мною, закладені СБ Батдорфом і Б.К. Будянський, що розробили використовувану в механіці теорію пластичності в концепції локальних зміщень, інтегровних по всьому об'єму тіла [3], М. Ботте, що запропонував виходити з того, що напрямок переміщення по площині ковзання співпадає з напрямком максимального дотичного напруги на цій площині [4], а також Д.П. Маккензі, сформулював класичні обмеження на орієнтацію головних осей нормальних напружень по відношенню до вектора зміщення крил розриву [5]. Але справжнім творцем кінематичного методу в його завершеному вигляді є О.І. Гущенко, що запропонував розгорнуту теорію методу, що дав графічні і (разом зі співавторами) перші комп'ютерні способи його реалізації та впровадив метод в практику тектонофізичних і сейсмологічних досліджень [6 - 15].

Актуальность моей темы подчеркивается и в изучении механики разрушения, а также в дальнейшем изучении и более глубоком внедрении в практику кинематического метода.
Ідея методу
У тектонофізиці вона базується на ряді постулатів, об'єднаних О.І. Гущенко в загальну теорію методу. Викладемо їх у вільній формі
1. Якщо деякий масив гірських порід, порушений системою ослаблених поверхонь - разнооріентірованних розломів і тріщин, площин нашарування і межформаціонних контактів-виявляється у зовнішньому по відношенню до нього полі напружень, то деформації, що виникають в цьому масиві, реалізуються через зміщення за згаданим площинах. Борозни ковзання, що виникають при цьому, відображають наймолодші з відбулися зсувні тектонічні зрушення і тому несуть інформацію, як правило, лише про останній найбільш молодому полі напружень,-що існував в гірському масиві в завершальні фази активізації.
2. Якщо розміри розглянутого масиву по своїй малості задовольняють вимогу, відповідно до якого виникає в масиві полі напружень є однорідним, а масив - однорідно-деформівних то напрямки зміщень, що фіксуються штрихами і борознами на площинах ковзання збігаються, з огляду на співвісність тензорів напруг і деформацій, з ортамі дотичних напружень на цих площинах, які визначаються даними полем напружень
3. Якщо в розглянутому масиві вивчено деяку кількість разноріентірованних дзеркал ковзання зі штрихами і борознами та визначено напрямки відносних зміщень їх крил («вектори» і траєкторії рухів), то виявляється можливим вирішення зворотної задачі - визначення орієнтації головних осей нормальних напружень з тим ступенем точності, яку дозволяє показність отриманого польового матеріалу: кількість векторів і траєкторій і ступінь розкиду елементів залягання дзеркал ковзання.
4. Рішення зворотної задачі здійснюється на основі введення обмежень на положення головних осей нормальних напружень щодо майданчики ковзання та вектора переміщення, величину дотичного напруження і ряд інших

Мета роботи

Основною метою роботи є реставрація напружено-деформованого стану масиву гірських порід за морфологічними ознаками гірського тиску для його використання в комплексі методів, що дає можливість підвищити достовірність і точність результатів оцінки напруженого стану масиву.

Задачі

Основним завданням моєї роботи служить реконструкція полів тектонічних деформацій на основі експериментальних досліджень.
Головними фактичними матеріалами будуть виступати виміри дзеркал ковзання з визначенням напряму зміщень на території поля шахти.
При обробці матеріалів і інтерпретації результатів будуть використовуватися графічні побудови за стереографіческім сітках, а також комп'ютерна програма, розроблена вДонНТУ-GEOS. Реконструкції полів тектонічних деформацій і напруг виконані у відповідності з методикою кінематичного аналізу тріщини-розривних структур, розробленої О. І. Гущенко [16], Мостріковим А., Васильєвим Н.В та ін [17-20].

Отже, комп'ютерна програма Геос дозволяє реконструювати поля деформацій, що включає в себе знаходження положення в просторі трьох осей еліпсоїда деформацій графічне зображення цих осей на стереограм; розрахунок елементів залягання осей деформацій, а також ряду інших спеціальних показників. Графічний способ.Етот спосіб, запропонований О.І. Гущенко важливий тим, що дозволяє досить просто зрозуміти сутність рішення зворотної кінематичної задачі, її сильні і слабкі сторони. Крім того, він може бути використаний для приблизних побудов і в польових умовах при відсутності або поломки комп'ютера.
Характеризувати деформацію тіла зручно, використовуючи "еліпсоїд деформації". Відповідно до теорії пружності, три взаємно перпендикулярні осі відповідають головним осях напружень у даному тілі. При однорідної деформації, а з нею і мають справу в геології, з головними осями напруг збігаються головні осі деформацій. Саме з цими осями збігаються подовження та скорочення тіла. Найбільш звичайний приклад, який ілюструє сказане - це стиск кулі. Спочатку в ньому все осі однакові і рівні діаметру кулі, але при деформації кулі, скажімо його стисненні, він сплющується і перетворюється на тривісний еліпсоїд. Розміри осей еліпсоїда цього та їх відмінності від первісного діаметра кулі відповідають величиною деформації по трьох осях. Повна напруга, тобто силу, прикладену до якої-небудь площі, можна розкласти на нормальне напруга, орієнтоване по нормалі до площі, та тангенціальне, або дотичне, що діє в площині вибраної площі. Залежність пружної деформації від напруження виражається законом Гука.
Напруги та деформації гірського масиву виявляються в зміні первоночального горизонтального будови гірських пород.Форми цього порушення можуть бути найрізноманітнішими. В одних випадках шари гірських порід відчувають лише нахил і набувають моноклінальному залягання. В інших випадках шари гірських порід зім'яті, вигнуті, причому вигин шарів відбувся без розриву їх суцільності. Такі порушення називаються складчастими, а їх окремі форми - складкамі.Іногда шари розриваються, їх суцільність втрачається. Такі порушення називаються розривними, а їх форми - розривами. Для опису положення будь-якого шару у просторі використовують так звані елементи залягання похилого пласта: лінію простягання, лінію падіння і кут падіння. Лінією простягання пласта називається лінія перетину пласта з горизонтальною площиною. Лінією падіння пласта називається лінія, що лежить в площині пласта і перпендикулярна лінії простягання. Як лінія простягання, так і лінія падіння щодо країн світу характеризуються азимутами простягання і падіння, що розрізняються між собою на 90 o. Кутом падіння пласта називається кут, утворений лінією падіння та її проекцією на горизонтальну площину. Виходячи зі всього вищепереліченого виділяють детальне розділення всіх розривів за кінематичний типами полях напружень (рис.1)
График связи показателей глубина и толщина пластометрического слоя. Количество кадров 5, задержка кадра 0,4 с, повтор - постоянно.

Рисунок 1 – Структура базы данных объектов недвижимого имущества


Побудова стереограми векторів і траєкторій рухів. О.І. Гущенко, використовуючи досвід стереографіческіх побудов в мікроструктурну аналізі, запропонував наступний спосіб нанесення векторів і траєкторій рухів на стереографіческую проекцію. За виміряним елементів залягання дзеркала ковзання і куту нахилу борозни в площині дзеркала будується площину ковзання і її полюс. На площині ковзання відображається положення борозни і (стрілкою) напрямок зміщення висячого крила (якщо цей напрям вдалося визначити). Через полюс РN і точку р1 (виходу борозни на поверхню верхньої півсфери) проводиться дуга великого кола. У точці РN будується орт (або відрізок без стрілки), дотичний до дуги великого кола і, звернений стрілкою в ту ж сторону, що і напрямок рухи на площині дзеркала. Таким же способом відображаються всі інші дані вимірювань дзеркал і борозен ковзання в досліджуваному обсязі гірських порід, в результаті чого виходить стереограм векторів і траєкторій рухів, приклад якої показаний на рис.2

Object2

Рисунок 2 – Структура базы данных объектов недвижимого имущества



Одним з розділів роботи буде побудова моделі окремої ділянки землі та вивчення на її прикладі напружено-деформованого стану в програмі ANSYS

При написанні даного автореферату магістерська робота ще не завершена.Окончательное завершення: грудень 2010.Полний текст роботи та матеріали з зазначеної теми можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

Література

  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
Про автора