Вестник Кольского научного центра РАН № 3, 2019 г.

Развитие представлений о естественном напряженном состоянии массивов скальных пород В случае распределения напряжений в массиве пород по А. Н. Диннику гидростатическое состояние пород А. Гейма является частным случаем, когда р = 0,5, а А= 1, что в практике горных работ встречается достаточно редко, например, для массивов, представленных сильно увлажненными глинами или плывунными породами. Представления о распределении напряжений в массивах пород на основе использования модели упругого изотропного пространства (гипотеза А. Н. Динника) оказались очень продуктивными и нашли широкое применение в практике ведения горных работ для расчетов устойчивости обнажений пород в выработках, а также для разработки практических мероприятий по обеспечению безопасности. При этом достаточно легко можно было учесть естественную изменчивость свойств реальных массивов, применяя модели более сложных упругих сред, например, трансверсально-изотропного тела. По мере увеличения опыта ведения горных работ в различных горно-геологических условиях постепенно накапливались данные, которые недостаточно соответствовали представлениям о напряженном состоянии массивов пород согласно гипотезе А. Н. Динника. Первые такие сообщения появились в начале XIX в. [3], еще до опубликования работ А. Н. Динника, однако потребовалось еще более полувека, чтобы эти факты начали привлекать серьезное внимание исследователей. В частности, в 1960-х гг. в пределах верхних горизонтов Хибинских рудников, на сравнительно небольших глубинах от дневной поверхности, стали наблюдаться разрушения выработок с активным проявлением стреляния горных пород. Эти проявления горного давления не могли быть объяснены с позиций гравитационных моделей и вызвали появление принципиально новой концепции — гравитационно-тектонической модели напряженно-деформированного состояния массива горных пород [4]. В настоящее время эта концепция является общепринятой. В соответствии с ее положениями естественное поле напряжений в массивах горных пород в общем случае определяется преимущественно совместным действием двух независимых полей — гравитационным и тектоническим. Гравитационное поле напряжений при этом повсеместно и действует всегда, имеет относительно простую структуру, в общем случае описывается уравнениями (2). Оно обусловлено действием гравитационных сил, которые в соответствии с законом всемирного тяготения Ньютона характеризуются ускорением свободного падения g. Ускорение свободного падения в общем случае является функцией расстояния r от центра Земли и плотности пород р. Во многих практических расчетах ускорение свободного падения можно принимать постоянным и равным g = 981 « 1000 см/с2. Существенно большей сложностью отличаются тектонические поля от гравитационных, они формируются за счет поступления энергии из глубинных слоев Земли и в настоящее время обнаруживаются непосредственно или косвенно в большинстве (~60 %) массивов, представленных высокопрочными изверженными породами, с меньшей вероятностью (~20 %) — в массивах осадочных пород. Анализ результатов инструментальных измерений параметров гравитационно­ тектонических полей, выполненных в различных точках мира [5, 6], позволил исследователям выдвинуть различные гипотезы происхождения тектонических компонентов полей напряжений общего вида. Из этих гипотез наиболее обоснованными являются представления, по которым горизонтальные (или близкие к ним) напряжения связываются с процессами внутренней тектонической деятельности Земли, в том числе с поднятиями магмы по разломам всемирной рифтовой системы, обусловливающими перемещения тектонических плит земной коры. Считается, что движение и взаимодействие плит является источником возникновения горизонтальных напряжений [7, 8], которые от 3 до 20 раз могут превышать величины напряжений, обусловленные действием веса налегающих пород. На основании сформулированных представлений о гравитационно-тектонических полях стало возможным удовлетворительно объяснять специфические особенности деформирования и разрушения пород в горных выработках и прогнозировать грозные динамические проявления горного давления типа горных ударов и техногенных землетрясений. ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 3/2019 (11) 67