13 П м. Цимбиревич 177

>

Общий же ход процесс^ и его форма в основном 6пред«ля*®тся раз­мерами областей или участков, которые охватываются процессом и скоростью последнего. i -

При естественных изменениях состояния массива большую роль играет температура. Это приводит к тому, что деформация пород обычно сопровождается изменениями минерального состава их. Та­кие особенности отсутствуют при искусственных изменениях состоя­ния массива. Здесь «алицо исключительно механические резуль­таты.

Естественные изменения состояния массива, как было уже отме­чено, относятся к большим областям и участкам литосферы. При сравнительно небольших импульсах здесь сглаживаются влияния различий в строении и сложении пород, их стратиграфии и т. п. и на первый план выступают общие или, если можно так выразить­ся, обобщенные свойства массива, которые и характеризуют его как квазиодиородную и квазизотропную среду. Следствием этого явля­ется то, что неоднородность напряженного состояния не получает где-либо отчетливого проявления и представляется в значительной мере сглаженной. Поэтому при соответствующих условиях здесь и регистрируются упругие деформации, как, например, при сейсми­ческих процессах.

Однако большее значение имеют деформации за пределом упру­гости. Они сводятся к остаточным (пластическим) и конечным. Первые преобладают там, где малы скорости деформации (длительное дей­ствие сил). Вторые же имеют место при исчерпании пластических свойств породы или при больших скоростях деформации, когда име­ются условия для хрупкого разрушения.

При малой скорости деформации и длительном действии сил по­являются условия для местного проявления неоднородности напря­женного состояния, зависящего от строения и сложения массива. Поэтому в отдельных местах его обнаруживаются пластические де­формации, относящиеся ие только к области в целом (пликативные формы), но и к отдельным весьма малым ее частям (текстурные из­менения в породах).

Наличие в массиве пустоты (подземной горной выработки) опре­деляет вокруг ее концентрацию напряжений, и так как эта послед­няя распространяется на сравнительно малую область, то здесь все отчетливее и явственнее проявляются местные влияния (неоднород­ность строения и сложения пород и т. п.) и неоднородность напря­женного состояния приобретает все большее значение. Поэтому уп­ругие деформации обнажения массива в выработке могут быть отме­чены лишь при особо благоприятном сочетании всех влияющих фак­торов. Чаще же всего наблюдаются деформации обнажения, остаточные и конечные. *

При добыче горных пород к массиву (к забою) прикладываются поверхностные силы, главным образом динамические. Здесь область действия этих сил является еще более ограниченной, чем в преды­дущем случае. Неоднородность напряженного состояния приобрета­ет поэтому здесь еще большее значение.

Таким образом, имеем весьма широкий диапазон размеров обла­стей массива, на которые распространяются механические процессы, и такой же диапазон скоростей деформаций. При этом все многооб­разие в проявлении физико-механических свойств горных пород сво­дится в конечном итоге к хрупкому разрушению или пластической деформации, другими словами, — к проявлению прочности горных по­род при тех или иных условиях.

При разработке месторождений полезных ископаемых ""имеют мес­то по существу две основные задачи: поддержать выработки в без­опасном состоянии и осуществить добычу полезного ископаемого с возможно более высоким экономическим эффектом. Первая задача в настоящее время сводится к управлению горным давлением, а вто­рая— к рациональной механизации горных работ при соответствую­щей организации их.

Управление горным давлением непосредственно связано с пробле­мой устойчивости обнажений массива в выработках и в конечном сче­те сводится к недопущению в боковых породах критических напряже­ний, приводящих к конечным деформациям. Наоборот, при добыче горных пород (полезных ископаемых) используются все средства для того, чтобы именно такие напряжения получить возможно более простым путем и с затратою по возможности наименьшей работы Эти напряжения получаются в областях весьма малых по сравнению с областью горного давления. Поэтому процесс добычи нормально не должен влиять на устойчивость выработок. Однако с увеличением области воздействия горных работ (применение, например, весьма глубоких шпуров с большими зарядами) неизбежно усложнение про­цесса управления горным давлением. Получение здесь приемлемых соответствий — одна из ближайших задач

Одним из эффективных средств управления горным давлением яв­ляется рудничная крепь. На своем месте в данной работе было осве­щено состояние вопроса о горном давлении и рудничной крепи, а так­же было д&но решение этого вопроса в общей форме с помощью теории, названной общей теорией горною давления. Однако требуются еще дальнейшие исследования с целью получения более подробных аналитических формулировок.

Добыча горной породы (полезного ископаемого) дает наилучший экономический эффект при увеличении ее добываемости, т е. при уменьшении количества работы, приходящейся при добыче на единицу объема породы в единицу времени. В этом отношении дальнейший прогресс возможен, по мнению автора этой работы, при условии соз­дания теории работы исполнительного органа горной машины Конеч­ные результаты такой теории должны включать аналитические зави­симости между механическими характеристиками горной породы и параметрами (механическими, геометрическими и др.) самого испол­нительного органа.

Наконец, нужно упомянуть об одной области вопросов, в которой проблемы горного давления и добываемости горных пород наиболее тесно связываются друг с другом и требуют совместных более частных решений. Это — вопросы отжима или отдавливания полезного иско­паемого. Эта область вопросов почти не затронута исследованиями

Из изложенного видно, что перед „Механикойгорных пород" сто­ит еще много задач

ЛИТЕРАТУРА

1. Г. Тиррель, Основы петрологии, перев. с англ., 1933.

2. Г. И Покровский, Исследования по физике грунтов, 1937.

3. А Я. X и н ч и н, Основные законы теории вероятности, 1927.

4. Л. Ландау и Е. Лившиц, Статистическая физика, 1940.

5. П. Н. Т в е р с к о й. Курс геофизики, 1940

6. Ш. Морэн, Физика земли, перев с франц, 1933

7. Б. Голицын, Лекции по сейсмометрии, 1912.

8. А На дай, Пластичность, перев. с англ., 1936

9. В. Д. К у з н е ц о в, Физика твердого тела, т. II, 1941.

10. А. А. Ильюшин, Изв. АН СССР, ОТН,*№ 4-5, 1945.

11. Теория пластической деформации, Рефераты докладов на 2-й сессии ЛенНИТО металлургов, 1941.

12. A. loffe, М. Kirpitschewa, М. Lewitzky, Zs. f. Phys, 1924, 22,286.

13. Я. И. Френкель, Теория твердых и жидких тел, 1934.

14. Пластичность. Физический словарь, т. V, 1939.

15. П. А Ребиндер, Твердость, Физический словарь, т. V, 1939.

16. И. П. Прокофьев, Теория сооружений, ч. 2, 1928.

17. Н. М. Г е р с е в а н о в, Основы динамики грунтовой массы, 1933.

18. Н А. Ц ы т о в и ч, Механика грунтов, 2-е изд , 1940.

19. Н Н. Be риги н, О текучести глин и глинистых грунтов, .Разведка недр*, № 8-9, 1938.

20. А. Раковский и Т. Полянский, .Жури. физ. химии", т. 2, вып. 15, 1931.

21. М. П. Вол а ров и ч, Применение методов исследования вязкости и пластично­сти в прикладной минералогии, Труды Ии-та прикл. минер., вып. 66, 1934.

22. В. Stoces, перев. с иемецк , .Горный журнал", №6—7, 1930

23. Н. А. Ц ы т о в и ч и М. И С у м г и н, Основания механики мерзлых грунтов, 1937.

24. Н. А. Цытович, Изв. АН СССР, серия геогр и геоф., т. IX, № 5—6, 1945.

25. А. В Пэк, Трещинная тектоника и структурный анализ, 1939.

26. М. В. Классе н-Неклюдов а. Пластические свойства и прочность кристал­лов, 1933.

27. С. И. Губкин, Пластическая деформация металлов, 1935.

28. Е. Шмид и В. Боос, Пластичность кристаллов, в особенности металлических перев. с немецк , 1938.

29. Н. Н. Давиденков. Динамические испытания металлов, 1936.

30. П. М. Цимбаревич, Некоторые результаты исследования пластической де­формации каменной соли, Труды Московск. горн, ии-та, вып. 6, 1941.

31. М. П. Вол ор о вич, Изв. АН СССР, отд. хим н. 6, 1940.

32. П. Бриджмен, Физика высоких давлений, перев. с англ. 1936. См. также сборн. Успехи физических наук, т. XXXI, вып. 1 и 2, 1947.

33. D. Griggs, journ. Geo!., 5, 44, 1936.

34. К arm an, Festigkeitsversuche unter allseitigen Druck, Z. v. d. L, 1911.

35. M. А. Усов, Структурная геология, 1940.

36. У. Грубенман и П Ниггли, Метаморфизм горных пород, пер. с немецк., 1933.

37. А. X а р к е р. Метаморфизм, перев с англ., 1937.

38. Ч. К Лизе, Структурная геология, перев. с англ., 1935.

39. Ю. А. Ж е м ч у ж н и к о в, Общая геология каустобиолитов, 1936.

40. Б. Уиллис и Р. Уилли с, Структурная геология, перев. с англ., 1932.

41. Г. А. Иванов, Кливаж (отдельности) в углях н вмещающих породах и нуги ere практического использования, ч. I, 1959.

4S. P. Б e л к. Структурные особенности изверженных горных пврод, перев. 1§4б.

43. Э. О г, Геология, перев. с франц., т. I, 1942.

44. К. Ende. „Gliickauf, 48—49, 1929.

45. Ю. И. Ягн, Сопротивление материалов, 1938. См. также — Баландин П. П. .Вестник инж. и техн.", № 1, 1937.

4В. Н. М. Б е л я е в, Теории пластических деформаций, Изв. АН СССР, ОТН, № 1,1937.

47. Hiitte, Справочная кннга, ч. I, 1921.

48. К. Терца г и, Инженерная геология, перев. с немецк., стр. 319, 1932.

49. М. Ф е р с т е р, Справочная книга для ннженероз-строителей, перев. с иемецк.. ч. 2, 1933.

50. Н. П. Г р и ш к о в а и В. А. Л а з а р я н, Об упругих постоянных и механиче­ских свойствах горных пород Донбасса, „Горный журнал", № 6, 1934.

51. Н. Н. Давиденков, Проблема удара в металловедении, 1936.

52. С. В. С е р е и с е н, Прочность металла и расчет деталей машин, 1937.

53. О. Wawrzlnlok, Handbuch der Materialpriifungswesens fur Maschinen und Bauin- geneuie, 1923, Dresden. Русский перевод в изд. „Оргаметалл", кн. 2, вып. IV, 1928.

54. С. П. Тимошенко, Курс сопротивления материлов, 1930.

55. П. А. Ребиндер, Л. А. Шрейиер и К. Ф. Жигач, Понизители твердости в бурении, 19 !4.

56. Г. И. Покровский и И. С. Федоров, Моделирование прочности грунтов 1939.

57. W. Crane, „Bureiu of Min Bull.", № 294, p. 46.

58. В. Феллениус, Сггпика грунтов, перев. с шведск., 1933.

59. Moulton, 'Iranst. of the Am. Inst of Min. and Met. Eng., т. XIII, p. 327—369.

60. В. К. Дм ox о вс кий, О наилучших формах земляных откосов, Труды Московск. ин-та инж. трансп., вып. II, 1926.

61. В. В. Соколовский, Статика сыпучей среды, 1912.

62. С. А. X р и с т и а н о в и ч, Плоская задача математической теории пластичности, Математический сбопник, нов. сер., т. I, вып. 4, 1935.

63. А. Н. Диниик, А. Б. Моргаевский и Г. Н. Савин, Распределение напряжений вокруг подъемных, горных выработок, Труды Совещания по управл. горным давлением, АН СССР, 1938.

64. Ф. С. Ясинский, Устойчивость деформаций, СПБ, т. 2, 1902.

65. С. Г. Л е х н и ц к и й, Определение напряжений в упругом изотропном массиве вбл зи вертикальной цилиндрической выра.Зотки кругового сечения, Изв. АН СССР, ОТН, № 7, 1938.

66. Л. Д. Ш е в я ков. Изв. АН СССР, ОТН, № 7-8 н 9, 1941.

67. G. Н i 1 d I с k-з m j th, Bull, of the Inst, of Min. and Met., November, 1914, № 469.

68. M. M. Протодьяконов, Материалы для урочного положения горных работ, ч. 2, отд. 1, 1926, стр. 13.

69. В. Д. С л ее а ре в, Вопросы управления кровлей, 1935.

70. Л. Г. Афеидик, .Горн, журн'., № о, 1938.

71. Ц. О. Л е в и н а н С. Г. М и х л и н, К вопросу о расчете напряжений в между­камерных целиках. Труды Сейсм. ин-та АН СССР, вып. 94, 3940.

72. Ц. О. Левина, Д.) полнюельные исследования напряжений в междукамерных целиках, труды Сейсм. ин-та АН СССР, вып. 108, 1941.

73. Е в д о к и м о в-Р о к о т о в ( к и й, Давление горных породи расчет тоннельных обделок, Темпе, 1627.

74. П. М. JI е о н т о в с к и й, Литература об обрушении и оседании пород в рудни­ках н о влиянии их на дневную поверхность, Екатеринослав, 1912.

75. Д. С. Ростовцев, Управление кровлей при разработке пологопадающих пла- "стов каменного угля, Харьков—Киев, 1935.

76. М. М. Протодьяконов, Давление горных пород и рудничное крепление, ч. 1, 1?3*

77. Q. Spackeler, „Gliickauf, 1928, стр. 873.

78. В. Т. Давидянц, Исследование движений боковых пород при разработке по­логопадающих пластов каменного угля, Харьков, 1938.

79. Н. Briggs, .Colli ry Eng.", 1930, стр. 21.

80. Н. S с h m i d, Statishe Prob.eme des Tunnels und ihre gegenseitisen, Bezichungen, 1926. Beriin. к s a

8!.. П. M. Цимбаревич, Механика горных пород, 1934.

82. Справочник по каменноугольному делу, изд. Донугля, 1928, стр. 201,

83. П. М. Цимбаревич, Величина горного давления в горизонтальной выработ­ке, .Горный журнал', № 3, 1933.

84. П. М. Ц и м б а р е в и ч, О величине горного давления в вертикальной выработ­ке .Горный журнал', № 9, U-33.

85. А., Н. Дин ни к, О давлении горных пород и расчет крепи круглой шахты, „Инженерный работник", № 7, 1925.

86. П. М. Цимбаревич, Изв. АН СССР, ОТН, № 7, 1946.

lil

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие Обо»«»чения

Глава I. ВВОДНЫЕ СВЕДЕНИЯ

§ 1. Предмет механики горных пород

§ 2. Связь со смежными дисциплинами

§ 3. Методы механики горных пород

§ 4. Горные породы как объект механики

§ 5. Подразделение горных пород

Глава II. ГОРНЫЕ ПОРОДЫ КАК НЕОДНОРОДНЫЕ СРЕДЫ

§ 6. Вводные замечания

§ 7. Состав горных пород

4 8 Строение и сложение пород

§ 9. Об оценке неоднородности горной породы

§ 10. Упрощающие допущения

Глава 111. СОСТОЯНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

§11 Параметры состояния

§ 12. Об изменении состояний горной породы

§ 13. Плотность

4 14. Упругость

§ 15. Пластичность и хрупкость

is 16. Твердость

4 17. Разрыхляемость

18. Сыпучие породы

19. Плывучесть горных пород

$ 20. Тепловые свойства горных пород

Глава IV. ДЕФОРМАЦИИ ГОРНЫХ ПОРОД

^ 21. Предварительные замечания

А. ОПЫТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КРИСТАЛЛОВ И ОБРАЗЦОВ ГОРНЫХ ПОРОД

^ 22. Деформация кристаллов

4> 23. Деформация простых горных пород . • • . •

4 24. Пластическое сжатие

^ 25. Опыты автора ~

^ 26. О деформации сложных горных пород

§ 27. Объемное напряженное состояние , . ,

г » T^v^^t

Б. ДЕФОРМАЦИИ ГОРНЫХ ПОРОД В ЛЙТОСФЕРЙ

Стр.

МЕХАНИКА ГОРНЫХ ПОРОД 2

у-Ot-4_S-0, 37

/=tga₀, 41

¹ J 123

ч 136

Редактор проф Н. М. Покровский Техн редактор А Я Тихонов

Л54076. Сдано в произв 15.1Х 1947 г. Подписано к печати 30.1 1948 г.

Зак. тип. 548. Уч.-изд л. 18,5. Обьем 11,5 п. л. Форм. бум. 70X10?/^

Набрано в 13-й тип „Полиграфкника" ОГИЗа при Совете Министров СССР.

Москва, Денисовскии, 30. Отпечатано во 2-й тип Углетехиздата, Министерства угольной промышленности восгочвых райоюв СССР. Москва, Давыдовский, 4.

5. Наиболее деформируемыми в поперечном (по отношению к

направлению действующего усилия) направлении были при растяже­

нии породы № 3 и № 5 и при сжатии — породы № 4 и № 5. Средние значения коэфициента Пуассона даны в табл. 15.

9. Испытанные горные породы имели при простых напряженных состояниях значительную область пластической деформации. Эта последняя не представляла собою типичного течения пластической массы, а протекала с значительным упрочнением. Типичная кривая пластической деформации испытанных пород включает пологие участки с чередующимися более крутыми участками. Пологие участ­ки отвечают вступлению в процесс пластической деформации новых площадок сдвига и развитию сдвигов по действующим площадкам, бо­лее же крутые участки—упрочнению. Волнистое погасание, обнаружи­ваемое при исследовании деформированных образцов в поляризовав- ном свете, позволяет считать, что площадки сдвигов при деформации образцов изгибаются. Скольжение по изогнутым площадкам, а также вег роятное наличие на них мельчайших осколков определяют в целом упрочнение.

6 Г М Цимбарснич

6- 83

5 Общий ход упругой деформации представляется плавной кри­вой, обращенной выпуклостью кверху или книзу; в этом отношении каких-либо закономерностей не наблюдается.

6 ^шах-sin a-COSq

7 о

8