§ 76. Сравнение некоторых теорий между собою

Теории горного давления, изложенные в §§ 73 и 74, отличаются большим разнообразием. Они имеют различные исходные предпосылки. Различными оказываются и получаемые выводы. Последнее в особен-

Таблица 32

Автор теории			Расчетные величины		Расчетные формулы		Величина горного давления на 1 пог. м вы­работки, т
Олесарев В. Д. .		'1 = 2 т/м3;
		/== 1,73, .у=0,75 м		(7,73) и (9,73)		3,00
Протодьяконов М. М .	. . .	7 = 2 т/ж8;
		/=1,73		(4,73)		1,73
Рнттер В		Y = 2 т/м*,
		к —0,27 (по Отту)		(5,73)		3,85
Коммерель О		Y — 2 т/м*; е =0,20 м;
		п = 0,05		(6,73)		9,42

ности отчетливо видно нз сопоставления теорий на каком-либо чис­ловом примере.

Возьмем приведенный в [69] числовой пример, которым В. Д. Сле- сарев иллюстрирует применение своей теории, и подсчитаем для сравнения величину горного давления по другим теориям. Горизон­тальная выработка имеет пролет 2а —3 м. Она проведена на глубине h = 50 м. В кровле залегает глина с f = 2,0 т\м^ь и /= tg = tg 60° = = 1,73. Результаты подсчетов поместим в табл. 32. Из. этой таблицы видно, что разница в величинах горного давления, определяемых по разным теориям, доходит до 500%. Спрашивается, какой же теории должно быть отдано предпочтение? Ответ на этот вопрос может быть

только один: предпочтение должно быть отДанв той теории, ко*©рая наиболее отвечает данным опыта. К сожалению, не все изложенные теории были проверены опытом.

§ 77. Боковое давление

Деформации и трещинообразование в сгенках горизонтальных выработок, можно сказать, почти не изучены. Предложенные теории относятся лишь к определению величины бокового горного давления без учета влияния крепи

Фиг. 77 Эскиз к расчету боковогсГдавления

Риттер считает, что боковое давление представляется активным давлением сползающих боковых треугольных призм. При этом пролет свода обрушения в потолке остается равным ширине выработки [76] Для одной стороны выработки взаимодействующими силами явля­ются: вес треугольной прнзмы или его составляющие, силы трения в плоскости скольжения и силы сцепления по плоскости отрыва. Боковая призма сползает при условии:

где у — угол трения, а угол ji равен

а 90° — а

где, в свою очередь, а —угол наклона к горизонту плоскости сколь­жения

М. М Протодьяконов определяет боковое давление как активное

90° _а

давление сползающих пот; углом ^— призм (а), нагруженных

сводчатым объемом породы А'О'В' (фиг. 77). Что же касается давле­ния со стороны кровли, то его величина определяется весом породы в объеме свода АОВ с пролетом, равным ширине выработки [82].

Боковое горизонтальное давление на одну квадратную единицу на расстоянии z от точки А (фиг. 77) составляет:

90°

4а 3/

Рб = Ttg²

з/"

90°-_Ф 2 tg jp

к>+

*

г'де <р — угол трения боковых пород и /— коэфициент крепости пород кровли.

\ г* >f*

к

'S. / з£

Автор настоящей работы в свое время предложил рассчитывать величину бокового давления в предположении, что сползают бок( вйе призмы (а), нагруженные весом породы в объемах А'тА и,ВпВ' (фиг. 77), заменяемых для простоты объемами A'deA и BklB'. Ошибка iijJn этом составляет не свыше 8 —15% [83]. По высоте выработки боко­вое давление распределяется по закону трапеции с основаниями: верхним « _t ^ _{2 90}°

Atg²

МЕХАНИКА ГОРНЫХ ПОРОД 2

у-Ot-4_S-0, 37

/=tga₀, 41

¹ J 123

ч 136

и проходит горизонтально через центр тяжести трапеции (фиг. 77). I- § 78. Давление со стороны почвы

ы

Горное давление со стороны почвы связано со вспучиванием ее пород (§ 64), обычно называемым вспучиванием почвы. Это явление особенно типично при глинистых породах. Если вспучиванию пре- •> пятствовать с помощью крепи, то она будет испытывать давление, < достигающее нередко весьма большой величины (десятки кг/см²). При ₍itj вспучивании почвы деформируются крепь и рельсовые пути, умень- / < £ шается высота выработки. ?^vf

Явление вспучивания почвы (и вообще боковых пород) изучено мало. Некоторые авторы связывают вспучивание с разбуханием глины вследствие увеличения содержания воды за счет притекания ее из ^ окружающих пород в некоторую зону вокруг выработки.

Вода, несомненно, способствует вспучиванию глинистых пород Щ Однако наблюдения обнаруживают существенные влияния и других ^ факторов, как, например? сложения и строения породы, глубины рас- ч положения выработки и др.

Замечено, что вспучиванию особенно подвержены слоистые поро­ды с значительным содержанием мельчайших и вообще коллоидаль­ных частиц, например: мягкие глинистые сланцы, углисто-глинистые сланцы с прослоями глины или без них, слоистые глины и т. п. При этом, чем больше глубина расположения выработки, тем интенсивнее протекает процесс вспучивания. Существенно что при большей глу­бине вспучиваются породы значительно более прочные, чем глины (опыт проведения альпийских тоннелей и др.)

Изложенное, а также общий характер вспучивания позволяют счи­тать, что здесь имеет место конечная пластическая деформация. При наличии глинистых пород она происходит с увеличением объема, и тогда явление оказывается особенно типичным.

Пластическая деформация почвы возникает под влиянием веса вышележащих пород, действующего на породы почвы (фиг. 78). Де­

формация заключается-в скольжении блоев порода, направленном в область наименьшего сопротивления, т. е. в выработку.-Скольжение происходит по системам ортогональных поверхностей, следы которых для случая весьма малой деформации показаны на фиг. 78. При де­формации конечной эти поверхности поворачиваются. Поворот их при этом все более увеличивается от углов выработки к ее середине. Способа количественной оценки развивающегося nph этом давления пока не имеется, если не считать приближенного способа, предложен­ного автором этой ра­боты в 1933 г. [83].

Вспучивание почвы начинается сразу же по проведении выра­ботки или спустя не­которое время. При этом деформация с те­чением времени все бо­лее увеличивается, од­нако до известного предела, свойственного данным условиям. Пер­вый случай имеет ме­сто, когда выработка проводится по породам,

уже находящимся под влиянием веса вышележащих пород в пласти-. ческом состоянии (§ 30). В этом случае наличие свободных поверх­ностей в виде стенок и почвы выработки позволяет проявиться пла­стическому течению породы. Во втором случае деформация боко­вых пород начинается лишь после того, как увеличится содержание в них воды, притекающей из более отдаленных областей массива. Вода понижает пре ел текучести породы и таким образом способствует более легкому возникновению пластической деформации.

Пластической деформацией могут быть объяснены также явления выпирания или надйигов слабой почвы в очистных выработках. Здесь выпирание слабой почвы происходит при значительном давлении^ра забой, а надвиги — при большом давлении на плотную закладку выра­ботанного пространства и при слабой почве.

Б. ТЕОРИИ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ В ВЕРТИКАЛЬНЫХ ВЫРАБОТКАХ