Лекция 2

Объект и общая методология исследований в геомеханике

В соответствии с приведенным выше определением геомеханики основным объектом исследований в геомеханике является породный массив, а точнее, механические процессы, происходящие в массиве и связанные главным образом с проведением в нем горных выработок.

В отличие от других смежных разделов механики, например, строительной механики, геомеханика весьма специфична, что обусловлено в первую очередь особенностями массивов горных пород. Массивы горных пород образуют особые физические среды, состояние которых определяется свойствами горных пород, слагающих их, структурными особенностями и естественным напряженным состоянием.

Поскольку для всех указанных составляющих степень неоднородности достаточно высока, то в целом и для массивов неоднородность существенно выше, чем для любых других искусственных или даже естественных материалов.

Эта существенная неоднородность массивов определяет чрезвычайно широкую изменчивость характеристик пород и заставляет применять специфические приемы к изучению свойств и закономерностей их изменения в зависимости от рассматриваемых объемов, режимов силовых воздействий, времени воздействия и т.д.

В частности, в геомеханике первостепенное значение имеет анализ характера и форм проявления механических процессов непосредственно в различных горно-геологических условиях ведения горных работ. При этом особую важность приобретают натурные наблюдения и инструментальные методы измерений с целью определения основных параметров изучаемых процессов в конкретных условиях: напряжений, деформаций, сдвижений горных пород и их изменения в зависимости от основных действующих факторов. Данные, получаемые из натурных исследований, позволяют типизировать изучаемые явления и процессы, уяснять их общий механизм и физическую сущность и проводить дальнейшие теоретические обобщения, устанавливать допустимую степень схематизации задач.

Учитывая весьма высокую неоднородность массивов горных пород и разнообразие горно-геологических условий, которые достаточно сложно описывать строгими математическими закономерностями, для геомеханики в большей степени, чем для других разделов механики, характерно широкое использование методов моделирования, позволяющих выявить и оценить в исследуемых процессах роль различных действующих факторов и получить значения необходимых параметров даже при невозможности строгого решения задач аналитическими методами.

Вместе с тем все большее применение в геомеханике находят и аналитические методы, что объясняется в первую очередь их развитием, а также общим прогрессом в понимании явлений геомеханики и степени воздействия отдельных факторов. При этом очень часто используют комплексные подходы, когда граничными условиями при постановке аналитических задач являются результаты натурных наблюдений и/или моделирования.

Вообще в геомеханике при такой высокой степени неопределенности исходных данных и начальных условий зачастую нецелесообразно ставить задачи с целью получения точных решений. Более важно иметь результаты, отражающие главные принципиальные зависимости, которые при этом с определенной степенью приближения и некоторой вероятностью соответствуют наблюдаемым явлениям.

Речь идет о предварительном расчете основных параметров каких-либо процессов с весьма невысокой точностью, но вполне удовлетворяющей практику или даже о получении чисто качественных результатов, например прогнозировании форм и характера проявления процессов геомеханики в тех или иных конкретных условиях, их изменении во времени и пространстве и влиянии на условия ведения горных работ.

Все сказанное позволяет сформулировать общую методологию геомеханики: общая методология геомеханики состоит в широком использовании и анализе натурных наблюдений и измерений с одновременным привлечением методов и приемов моделирования и аналитических исследований на базе теоретических положений из основных разделов современной механики, других математических и физических наук.