Вестник МГТУ. 2015, №2.

Вестник МГТУ, том 18, № 2, 2015 г. стр. 214-220 Исследованию напряженного состояния пород в окрестности карьера "Железный" численными методами в трехмерной постановке задачи методом конечных элементов в последнее время посвящено много работ (Аветисян, 2013; Козырев и др., 2012; Козырев, 2012). В работе (Аветисян, 2013) исследуется распределение напряжений при действии на границе переменных по глубине тектонических сил, когда максимальные omaxнаправлены вдоль длинной и короткой осей карьера. При этом предполагается, что в другом (ортогональном) направлении на границе модели действуют = 05ffmax. В качестве пород, слагающих массив, учтены три вида: вмещающие породы En = 110 5 МПа, vn = 0.2, породы рудного тела Em = 0.5105 МПа, vm= 0.35, разломные структуры I-го порядка и ослабленная зона в юго-восточном борту карьера E0 = 0.110 5 МПа, v 0 = 0.4. Рассмотрены области вблизи карьера, где действуют деформации растяжения. С учетом изложенных выше особенностей распределения напряжений в массиве Ковдорской интрузии исследуем их закономерности вблизи карьера на глубине 2 0 0 м от дневной поверхности. В расчетной модели учтем 8 разновидностей горных пород, выделенных в структурно-геологических секторах, в которых нет четкой разницы между слагающими их породами, но по механическим свойствам их все-таки разделить можно, исходя из их пропорционального соотношения в каждом секторе. В табл. 2 приведены их упругие характеристики. Таблица 2. Упругие свойства пород в структурно-геологических секторах в районе карьера "Железный" № сектора Породы Модуль Юнга E 1 0-4 МПа Коэф­ фициент Пуассона V Предел прочности Предел растягивающих деформаций 1 0-4 при сжатии осж МПа при растяжении ор МПа 1 пироксенит 70 %, карбонатит 30 % 6.9 0 .1 -63 8 0 . 1 2 2 пироксенит 1 0 0 % 7.4 0 . 1 1 - 8 8 10 0.13 3 ийолит 70 %, пироксенит 30 % 8.9 0.18 -142 10 0 . 1 1 4 фенит 70 %, ийолит 30 % 8.25 0.224 -150 1 1 0.13 5 фенит 70 %, пироксенит 30 % 7.65 0.194 -127 1 1 0.14 6 фенит 70 %, карбонатит 30 % 7.1 0.185 -117 9 0.13 7 ийолит 70 %, карбонатит 30 % 8.26 0.17 -132 8 0 .1 8 фенит 70 %, ийолит 30 % 8.25 0.224 -150 1 1 0.13 На рис. 4 приведено распределение относительных минимальных напряжений Ощ^/Т в соответствующих секторах 1-8 при действии на границе ox“ = 0.85Т и oy“ = 1.05Т. Характерной особенностью этого распределения является то, что напряжения являясь нулевыми на границе карьера (карьер свободен от внешних усилий), по величине возрастают до значений omin= ox“, оставаясь сжимающими. Очевидно, что характер их изменения в каждом секторе различный и зависит не только от механических свойств пород в рассматриваемом секторе, но и от того, каковы свойства пород в соседних секторах. На рис. 5 показано распределение относительных максимальных напряжений omax/T. Здесь очевидна следующая закономерность: вблизи контура карьера omax имеют максимальное по величине значение 1.3 Т < omax< 2Т, которое уменьшается по мере удаления от контура в массив до omax= oy“ Исходя из этих закономерностей распределения минимальных и максимальных напряжений, становится очевидной теоретическая необходимость возникновения растягивающих деформаций е 1 вблизи карьера до тех пор, пока omin< -vomax. На рис. 6 показаны зоны, где действуют деформации растяжения в исследуемых секторах при заданных граничных условиях и механических свойствах пород. Это достаточно протяженные зоны, величина которых достигает размеров 0.2L и более, где L - наибольший диаметр карьера. Растягивающие деформации для устойчивости горных пород весьма опасны, так как для не нарушенных трещинами пород предел прочности на растяжение весьма мал = 0.1осж. Поэтому здесь важную роль играет величина предельных деформаций удлинения, которую можно оценить зависимостью: £p= Op/E, ( 2 ) где ор - предел прочности пород при растяжении. 217