Файл: Газиев Э.Г. Механика скальных пород в строительстве.pdf

са замеренная величина напряжения превышает рассчи­

и горизонтальных напряжений были получены в Австра­

Нильс Хает [79] провел измерения вертикальных и горизонтальных напряжений в ряде шахт Швеции и ус­ тановил следующее:

1) направления главных напряжений в своде и полу выработки совпадают;

2) направления главных напряжений совпадают с направлениями максимальной трещиноватости скаль­ ного массива и с направлениями горных хребтов на днев­ ной поверхности;

3) горизонтальные напряжения превосходят верти­ кальные в 1,5—8 раз (/г= l,5-f-8).

Аналогичные исследования напряженного состояния массивов различных скальных пород вокруг шахт и под­ земных выработок были проведены Л. Обертом в США [61]. В большинстве случаев замеренные им максималь­ ные сжимающие напряжения оказывались вертикальны­ ми или лежащими в пределах угла 20° от вертикали, а их величины с точностью до 20% соответствовали рассчи­ танным по глубине заложения. Только в одном случае толстослоистых известняков горизонтального напласто-

87

в то время как горизонтальные напряжения в направле­ нии В — 3 практически были равны вертикальным. При­ чем отличие замеренных вертикальных напряжений от рассчитанных оказалось значительным.

Приведенные примеры наглядно показывают, что рас­ пределение естественных напряжений в скальном масси­ ве не может быть предсказано одной общей гипотезой и должно быть определено и проанализировано в каждом случае для конкретных условий.

Следует иметь в виду, что при оценке напряженного состояния блочного скального массива проблема не мо­ жет быть решена однозначно. В зависимости от рассмат­ риваемой базы измерения напряжений изменяются и са­ ми напряжения. Поэтому правомерно говорить о разно­ масштабное™ напряжений в скальных массивах. Напри­ мер, если блочный скальный массив в целом практиче­ ски не способен воспринять растягивающих напряжений, то в отдельных блоках этого массива могут и, как прави­ ло, возникают значительные растягивающие напряжения вследствие перекосов и защемлений этих блоков при де­

45). Выделим блок Л', состоящий, в свою очередь, из бо­ лее мелких блоков следующего меньшего порядка. Про­

могут значительно отличаться одно от другого.

Таким образом, говоря о напряжениях, действующих в скальном массиве, необходимо в каждом случае ука­ зывать их масштаб, т. е. величину базы этих напряже­ ний. Это обстоятельство весьма осложняет проблему

88

изучения и описания напряженного состояния скальных массивов. При подходе к такому изучению необходимо в первую очередь определить границы поставленной за­ дачи: какие напряжения, в какой области и на какой ба­ зе представляют первоочередной интерес.

Рис. 45. Схема формирования напряженного состояния в блоч­ ном скальном массиве

Большинство из существующих экспериментальных методов определения напряжений позволяет замерить напряжения в отдельных точках массива на базах, изме­ ряемых миллиметрами и сантиметрами. Для перехода к напряжениям, представляющим интерес для того или иного сооружения, имеющего протяженность основания в несколько метров, необходимо либо выполнение спе­ циального комплекса исследований, связанных с заме­ ром напряжений на соответствующих базах, либо, при отсутствии такой возможности, статистическая обработ­ ка большого количества точечных замеров в пределах исследуемой области.

Существует несколько методов определения естест­ венных напряжений в глубине скального массива, кото-

89

рые используют так называемое явление разгрузки (ме­ тод разгрузки).

Самый примитивный из этих методов — замер дефор­ маций диаметра пробуренной в массиве скважины [61].

Более совершенным является метод, при котором в пробуренную скважину вклеивается эпоксидной смолой

Рис. 46. Главные напряжения в вертикальной плос­ кости по оси двух штолен, идущих в глубь склонов в районе арочной плотины Ингури ГЭС

90

изготовленный из такой же эпоксидной смолы цилиндр с вмонтированными в него электротензодатчиками [69]. После полимеризации клея снимаются показания элект ротензодатчиков, а затем скважина обуривается второй коаксиальной скважиной большего диаметра, в резуль­ тате чего происходит разгрузка цилиндра. По разности начальных и конечных показаний электротензодатчиков определяется тензор напряжений, существовавший в данной точке массива до вмешательства человека.

Ввиду сложности и значительной стоимости этот ме­ тод не нашел широкого распространения. Более часто используется метод наклейки розетки тензодатчиков на торец скважины. Этим методом был проведен большой комплекс исследований напряжений в скальном основа­ нии арочной плотины Ингури ГЭС [5] (рис. 46). Были предложения наклеивать на торец скважины вместо ро­ зетки тензодатчиков фотоупругие датчики, работающие в отраженном свете. Иногда фотоупругие датчики, изго­ товленные в виде цилиндров, вклеивают в скважину и определяют возникающее в них поле изохром как в про­ ходящем, так и в отраженном свете [61]. Исследования работы таких фотоупругих датчиков и разработка спе­ циального поляриметра производятся также и в нашей стране.

Недостатком этих методов является то, что вклеивае­ мые в скважину измерительные цилиндры имеют, как

а это может привести к существенному искажению кар­ тины напряженного состояния. Кроме того, все эти мето­ ды определения напряжений требуют знания упругих характеристик скалы, т. е. знания модуля упругости и ко­ эффициента Пуассона. Но, во-первых, эти характеристи­ ки не всегда известны, а, во-вторых, если они и извест­ ны, то носят весьма ориентировочный характер, что, ко­ нечно, приводит к существенной погрешности при опре­ делении величин напряжений.

Метод определения напряжений в скальном массиве, не требующий знания упругих характеристик скалы, был предложен в 1949 г. А. Коутино [80]. Проведенные им исследования показали, что если модуль упругости вклю­ чения, которому в данном случае соответствует измери­ тельный тензометр, превосходит модуль упругости окру­ жающей горной породы более чем в два раза, то воспри-

91

нимаемые им (т. е. замеренные тензометром) напряже­ ния практически не зависят от модуля упругости горной породы.

Используя этот эффект, А. Вильсон [80] разработал тензометр, представляющий собой разъемный латунный цилиндр ( £ = 9 6 0 000 кгс/см2), на обеих половинках ко­ торого наклеены электротензодатчики. После соедине­ ния обеих половинок тензометр вставляют в скважину, плотно вклеивая эпоксидной смолой. Экстензометр фик­ сирует напряжения

где ах и Oy — напряжения в скальном массиве.

Другой тип прибора был использован Н. Хастом при упомянутых выше исследованиях [79]. Этот тензометр состоит из измерительной катушки, распорного клино­ вого устройства и опорных ножек. При опускании при­ бора в скважину диаметром 26 мм на необходимую глу­ бину (до 20 м) высвобождается клиновое устройство, которое распирает и закрепляет тензометр в намеченном месте. После этого снимается показание измерительной катушки, а затем скважина с тензометром обуривается второй коаксиальной скважиной диаметром 87 мм для обеспечения полной разгрузки скалы в месте установки тензометра. Вслед за этим вновь снимаются показания и их разность с первоначальными определяет напряже­ ние в точке измерения.

числить величину вертикальных сжимающих напря­ жений.

Сопоставление результатов расчета и эксперимента

состояния трещиноватого скального массива. Более пер­ спективным в этих условиях следует считать метод ком-

92