CC BY
23
Types of the swivels are revues. Procedure of best work parameters calculation and experimental stand are presents. Loosing ofpower for friction in correlation with water pressure has get by experimental research.
Key words: jetting technology; jet-grouting; experimental research; swivel; loosing ofpower; pressure.
Получено 10.05.12
УДК 622.28
И.И. Савин, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-20-41, nivas57@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
B.А. Свиридкин, асп., (4872) 35-20-41 (Россия, Тула, ТулГУ),
C.Б. Лукашин, асп., (4872) 35-20-41 (Россия, Тула, ТулГУ)
МЕТОД ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗНОТИПНЫХ КОМПОНЕНТОВ
НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КРЕПИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
Рассматривается экспериментально-аналитический метод расчета многослойной круглой крепи, позволяющий по результатам совместной обработки данных натурных измерений произвольных компонентов проявления горного давления в крепи производить расчет крепи в обратной постановке с целью определения характера распределения и величины начальных расчетных напряжений и воспроизведения полной фактической картины напряженно-деформированного состояния крепи.
Ключевые слова: крепь, напряжения, деформации, измерения, обработка.
Развитие шахтного и подземного строительства, особенно в условиях с ограниченными данными о начальном поле напряжений, таких как большие глубины или районы с тектоническим полем начальных напряжений, проведение и эксплуатация горных выработок с большим сроком службы предполагает проведение различных мероприятий по мониторингу состояния крепи и обделок сооружений как в процессе строительства выработок, так и в период их эксплуатации. Так, при строительстве тоннелей с помощью новоавстрийского метода строительства (НАТМ), для принятия технических решений по конструкции и технологии возведения обделки, в основу положен систематический контроль за проявлениями горного давления. При проведении тоннеля выполняются многочисленные измерения, результаты которых являются основой НАТМ (рис. 1).
В качестве другого примера можно привести современную замерную станцию в крепи вертикального шахтного ствола (рис. 2), которая предполагает, кроме основного измерительного оборудования, такого, как тензо-метрические датчики для измерения напряжений в элементах крепи, дина-
мометров, деформометров, наличие вспомогательного оборудования (тер-мо-датчики, усадочные цилиндры, клеммные щитки, проводная или беспроводная связь и т. п.).
В частности, в состав измерительного пункта замерной станции, представленной на рис. 2, входят струнные преобразователи линейных деформаций типа ПЛДС для измерения напряжений в радиальном, тангенциальном и осевом направлениях; датчики для измерения контактных напряжений (нагрузок на крепь); деформомеры (тензорезисторы) для измерения деформаций внутреннего контура крепи.
Рис. 1. Комплекс оборудования для измерений и контроля геотехнических и геомеханических параметров в туннелях: 1 - тензочувствительный элемент НАТМ; 2 - гидравлический датчик нагрузки; 3 - датчик нагрузки анкера; 4 - дифференциальный экстензометр; 5 - осадочная колонна с пьезоэлектрическим датчиком; 6 - акселерограф сильных смещений; 7 - датчик нагрузки на арматуру; 8 - ленточный экстензометр
Анализ современных измерительных систем позволяет сделать вывод, что на сегодняшний день возможно измерение практически любых проявлений горного давления, таких, как нормальные радиальные напряжения (нагрузок на крепь), нормальные тангенциальные напряжения, касательные напряжения, относительные деформации элементов крепи, перемещения точек крепи. Однако, несмотря на высокую трудоемкость и стоимость проведения натурных экспериментов, извлечение полезной ин-
формации для практического использования предполагает в основном использование экспертных оценок с привлечением специалистов высокой квалификации.
Рис. 2. Схема замерной станции крепи вертикального шахтного ствола:1 - датчик давления; 2 - термометры;
3 - деформометры; 4 - усадочный цилиндр; 5 - тензорезистор;
6 - клеммный щиток
Привлечение современных математических средств для обработки результатов измерений для целей шахтного и подземного строительства сопряжено с целым рядом объективных трудностей. Так, разработанные на сегодняшний день экспериментально-аналитические методы расчета крепи предполагают обработку результатов измерения какого-либо одного из компонентов напряжений или деформаций, например, нагрузок на крепь, напряжений на внутреннем контуре крепи, перемещений внутреннего контура крепи и т. п. Приведенные выше примеры замерных станций предполагают разработку соответствующего метода обработки результатов измерений, позволяющего производить их обработку совместно. Даже такая весьма часто встречающаяся ситуация при измерении напряжений с использованием датчиков типа ПЛДС при выходе из строя одного из закладных датчиков с последующей заменой его накладным предполагает применение совершенно отличного метода обработки получаемых резуль-
Измерительный
4
татов. Методов совместной обработки разноименных проявлений горного давления на сегодняшний день не существует.
Для решения указанной проблемы предлагается следующий подход для совместной обработки результатов измерения в многослойной круглой крепи.
Рассмотрим случай, когда в результате проведения комплексных
*
исследований получены К значений произвольного компонента напряженно-деформированного состояния в ¿1-м слое крепи в точках с угловыми
*
координатами 0цк) и Ь значений произвольного компонента с\2 в ¿2-м слое крепи в точках с угловыми координатами 02(/). Для решения поставленной задачи воспользуемся схемой расчета по эквивалентным напряжениям с использованием метода коэффициентов передачи нагрузок, предложенным проф. Н.С. Булычевым [1], и методом решения в обратной постановке [2]. В этом случае составляется переопределенная система уравнений, которая имеет вид
{Б}={С}-[ЛБ]х{X}, (1)
где
{Е} =
" а11 а12 а13 "
е21 а21 а22 а23
е К1 е12 V ] II аК 1 Ьц аК 2 Ь12 аК3 . Ь13
е22 Ь21 Ь22 Ь23
Ь2, _ Ьы ЬЬ2 ЬЬ3 _
; {х }=
Х1 Х2 Х3
; {с}=
* с11
с-
21
*
сК1
*
с1*2 *
с22
-Ь2
ак1 = a0,
ак2 = а2 201(к>
ак 3 = а2 §1п201(к >
к = 1,2,..., К;
Ь/1 = %
Ь12 = Ь2с°8202(/ ^
Ь/ з = Ь2 81П 202(/),
/ = 1,2,..., Ь;
8к1 и £/2 - ошибки измерений соответствующих компонентов;
Х1=Р0"; Х2 = р^ сов2а; Х3 = Р^ Бт2а;
01(£) и 02(/) - угловые координаты точек измерения; величины ао, «2, Ь0
и ¿2 описываются аналитическими выражениями в зависимости вида измеряемого компонента [1].
Переопределенная система уравнений (1) с помощью метода наименьших квадратов приводится к системе трех линейных уравнений относительно трех неизвестных
[£]х{Х} = {Е} , (2)
где
" d11 d12 d13" e1 ~
[ D ] = d21 d22 d23 ; {*}=• e2
_ d31 d32 d33 _
2 2 d\ i = KÜq + Lbo ;
K L
di2 = d2i = aQü2 S cos201(^) + b0b2 X cos202(/); k=1 1=1 KL d13 = d31 = a0a2 S sin201(k) + b0b2 S sin202(/) ;
k=i
/=1
2 K 2 2 L 2
d22 = a2 S cos 201(k) + b2 S cos 202(/) ;
k=1 /=1 2 K 2 L
d23 = d32 = 0,5a2 S sm401(k) + 0,5b2 S sin402(/);
k=1 /=1 2 K 2 2 L 2
d33 = a2 S sin 201(k) + b2 S sin 202(/); k=1 /=1
K * и L *
e1 = a0 S ck1 + b0 S c/2'; k=1 /=1
KL
e2 = a2 S c*1 cos201(k) + b2 S c/1 cos202(/); k=1 /=1 KL
e3 = a2 S ck1 sin201(k) + b2 S C/2 sin202(/)• k=1 /=1
Решение системы (2) позволяет определить неизвестные характеристики расчетного начального поля напряжений, такие, как величина наибольшего расчетного напряжения в нетронутом массиве пород, коэффици-
ент неравномерности распределения напряжений и угол, характеризующий направление действия главных напряжений.
Использование полученных результатов позволит воспроизвести полную картину напряженно-деформированного состояния крепи, наиболее близкую к фактическому состоянию. Следует также отметить тот факт, что поскольку получаемые результаты не будут зависеть от конструкции крепи, в которой были выполнены измерения, они могут быть использованы для расчета любой другой конструкции, возводимой в сходных условиях.
Список литературы
1. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений: учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1994. 382 с.
2. Савин И.И. Разработка информационной системы мониторинга в вертикальных шахтных стволах на основе решения обратных задач механики подземных сооружений: дис. ... д-ра техн. наук. Тула, 1998. 256 с.
I.I. Savin, V.A. Sviridcin, S.B. Lukashin
METHOD OF PROCESSING MEASUREMENT MODE OF DEFORMATION DIFFERENT COMPONENTS FOR LINING
Experimental-analytical method of calculating multilayer round lining, which makes it possible to calculation of lining at inverted sequence by results of processing n-situ measurements of unconditioned rock pressure components, is considered. Such approach makes it possible to define initial values and distribution of calculation stresses and reproducing actual mode of deformation for the lining.
Key words: lining, stress, deformation, measurement, processing.
Получено 10.05.12
