КРИТИЧНИЙ АНАЛІЗ ПІДХОДІВ ДО ВИЗНАЧЕННЯ НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ СИСТЕМИ «ГОРИЗОНТАЛЬНА ВИРОБКА – ШАРУВАТИЙ МАСИВ»
DOI:
https://doi.org/10.15802/bttrp2022/268182Ключові слова:
горизонтальна виробка, шаруватий масив, напружено-деформований стан, чисельний аналіз, метод скінченних елементівАнотація
Мета. Виконати критичний аналіз підходів до визначення напружено-деформованого стану системи «горизонтальна виробка – шаруватий масив». Отримати обґрунтовані рішення для застосування конкретного підходу для випадку шаруватого масиву. Обґрунтувати метрику скінченно-елементних моделей системи «горизонтальна виробка – шаруватий масив». Методика. Для досягнення поставленої мети проаналізовано особливості підходів до визначення напружено-деформованого стану системи «горизонтальна виробка – породний масив». Доведено, що шаруватість є найважливішою структурною особливістю оточуючого породного масиву. Виконаний детальний аналіз математичних методів вирішення пружно-пластичних задач для породних масивів. Результати. В ході аналізу вирішення задачі визначення напружено-деформованого стану системи «горизонтальна виробка – шаруватий масив» виділено два підходи, кожен з яких має властиву їм низку методів. Цими підходами є аналітичний та чисельний, кожен з яких має особливу специфіку. Підтверджено, що в останній час дослідження системи «горизонтальна виробка – породний масив» більшою мірою базуються саме на чисельному підході, залишивши аналітичному лише незначну долю від загального обсягу. Визначено, що впровадження чисельних методів, зокрема, методу скінченних елементів в програмних спеціалізованих комплексах, дозволило змінити концепцію досліджень в геомеханіці та механіці підземних споруд, перемістивши фокус до математичного та імітаційного моделювання. Наукова новизна. На основі результатів проведеного критичного аналізу підходів науково обґрунтовано застосування чисельного аналізу на основі скіченно-елементних моделей. Саме цей підхід до визначення напружено-деформованого стану системи «горизонтальна виробка – шаруватий масив» дозволяє врахувати шаруватість без додаткових припущень. Практична значимість. В ході досліджень доведено, що просторова скінченно-елементна модель з плоского прототипу, але обмежена товщиною в 0,1 або 1 м, є адекватною поставленій задачі за умови урахування плоскої деформації.
Посилання
Atkinson, J. H., & Potts, D. M. (1977). Stability of a shallow circular tunnel in cohesionless soil. Geotéchnique, 27(2), 203-215. (in English)
Bannikov, D. O., & Tiutkin, O. L. (2020). Prospective Directions of the Development of Loose Medium Me-chanics. Academic and Research journal of the NAS of Ukraine, 16(2), 45-54. (in English)
Do, N., Dias, D., Oreste, P., & Djeran-Maigre, I. (2014b). Three-dimensional numerical simulation for mecha-nized tunnelling in soft ground: the influence of the joint pattern. Acta Geotechnica, 9(4), 673-694. (in English)
Do, N., & Dias, D. (2017). A comparison of 2D and 3D numerical simulations of tunnelling in soft soils. Environmental Earth Sciences, 76, 1-12. (in English)
Hefny, A., & Chua, H. (2006). An investigation into the behavior of jointed tunnel lining. Tunnelling and Underground Space Technology, 21(3-4), 428. (in English)
Huang, Z., Zhu, W., Liang, J., Lin, J., & Jia, R. (2006). Three-dimensional numerical modelling of shield tunnel lining. Tunnelling and Underground Space Technology, 21(3-4), 434. (in English)
Karakus, M. (2007). Appraising the methods accounting for 3D tunnelling effects in 2D plane strain FE analysis. Tunnelling and Underground Space Technology, 22(1), 47-56. (in English)
Kolymbas, D. (2005). Tunnelling and tunnel mechanics. Springer-Verlag Berlin Heidelberg. (in English)
Migliazza, M. R., Chiorboli, M., & Giani, G. P. (2009). Comparison of analytical method, 3D finite element model with experimental subsidence measurements resulting from the extension of the Milan underground. Computers and Geotechnics, 36(1-2), 113-124. (in English)
Plewman, R. P., Deist, F. H., & Ortlepp, W. D. (1969). The development and application of a digital computer method for the solution of strata control problems. Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy, 70, 33-44. (in English)
Tiutkin, O., Petrosian, N., Radkevych, A., & Alkhdour, A. (2019). Regularities of stress state of unsupported working occurring in a layered massif. International Conference Essays Of Mining Science And Practice, E3S Web of Conferences 109, 00100. (in English)
Baklashov, I. V., & Kartoziya, B. A. (1984). Mekhanika podzemnykh sooruzheniy i konstruktsii krepey. Moskva: Nedra. (in Russian)
Bannikov, D. O., Kuprii, V. P., & Votchenko, D. Yu. (2021). Zakonomirnosti napruzheno-deformovanoho stanu oprav pid chas budivnytstva pilonnoi stantsii metropolitenu. Mosty ta tuneli: teoriia, doslidzhennia, praktyka, 19, 19-27. (in Ukrainian)
Savin, G. N. (1968). Raspredelenie napryazheniy okolo otverstiy. Kyiv: Naukova dumka. (in Russian)
Sazhin, V. S. (1968). Uprugo-plasticheskoe raspredelenie napryazheniy vokrug gornykh vyrabotok razlichnogo ochertaniya. Moskva: Nauka. (in Russian)
Tiutkin, O. L. (2020). Teoretychni osnovy kompleksnoho analizu tunelnykh konstruktsii. Dnipro: Zhurfond. (in Ukrainian)
Tiutkin, O. L., Bannikov, D. O., Miroshnyk, V. A., & Heletiuk, I. V. (2021). Analiz kombinovanoi konstruktsii stvola Dniprovskoho metropolitenu metodom skinchennykh elementiv. Mosty ta tuneli: teoriia, doslidzhennia, praktyka, 20, 79-85. (in Ukrainian)
Shashenko, A. N., Maykherchik, T., & Sdvizhkova, Ye. A. (2005). Geomekhanicheskie protsessy v porodnykh massivakh. Dnepropetrovsk: Natsionalnyy gornyy universitet. (in Russian)
