Porušení hornin Předpoklady pro popis mechanických vlastností hornin

Prezentace na téma: "Porušení hornin Předpoklady pro popis mechanických vlastností hornin"— Transkript prezentace:

1 Porušení hornin Předpoklady pro popis mechanických vlastností hornin
napjatost masivu je v čase a prostoru proměnná nespojitosti jsou určeny pevnostními charakteristikami prostředí horniny ovlivňuje rychlost různých dějů a pochodů přetváření a rozvolnění horniny může probíhat současně mechanický projev horniny je závislý na rychlosti a průběhu deformace Přetváření probíhá současně jak v pružné tak i v nepružné fázi

2 mechanický projev horninového prostředí je velmi složitý a vyjadřuje se:
přetvárností (deformací) pevností prostředí (napětím)

3 Napětí horninového masivu
·       primární napjatostí ·       sekundární napjatostí ·       účinky na stabilitu podzemního díla Dále můžeme uvažovat * bobtnání horniny * teplotní stav horniny

4 Primární napjatost gravitační (vyvolána objemovou tíhou hornin)
tektonická : - recentní (vyvolaná horotvornými silami masivu) reziduální (vyvolaná objemovou tíhou hornin nadloží, bylo v geologické minulosti sneseno denudací či bobtnáním hornin)

5 Gravitační napjatost Napětí svislé v hloubce h
Napětí vodorovné v hloubce h Pro vrstevnaté prostředí

6 Kritická hloubka hornina se v určité hloubce hk pod povrchem , vlivem tlaků od vlastní tíhy nadloží,dostává do stavu „skryté plasticity“. Tlak v klidu přitom dosahuje hodnot tlaku hydrostatického. Hloubka ,ve které dojde ke skryté plasticitě se označuje jako kritická hloubka hk. V oblasti Ostravsko –Karvinského revíru se kritické hloubky hk pohybují v rozmezí 600 – 1000 m.

7 Kritická hloubka je důležitá z hlediska
·       nárůstu rychlosti posunu stropu díla ·       zvyšuje se konvergence boků díla ·       intenzivně se zvedá počva narůstá tlak na výztuž

8 Měření primární napjatosti
a) Mechanické metody - sleduje se vzájemné přemisťování bodů (svírání vrtů a rýh) - sledují se probíhající změny uvnitř horninového masivu (pokusné vrty, odlehčovací štoly) b) Geofyzikální metody - měření rychlosti šíření vln přímo prostředím či odrazem c) Metody výpočtu napjatosti - zpětné vyvození napětí pro potlačení probíhající deformace (kompenzační metoda)

9 Měření pomocí tlakové podušky

10 Odlehčením vrtného jádra

11 Určení deformací v odlehčovací štole

12 Sekundární napjatost Napětí v okolí kruhového nevystrojeného výrubu
Řešení při jednosměrném zatížení

13 stanoví se z rovnice kompatibility vyjádřené v polárních souřadnicích a z Kirschova řešení Airyho funkce ve tvaru

14 Vyjádřením složek napětí a derivováním dostaneme vztahy pro hodnoty napětí

15 Sekundární napjatost Napětí v okolí kruhového nevystrojeného výrubu
Řešení při zatížení ve dvou na sebe kolmých rovinách

16 Řešení za předpokladu proměnného zatížení v okolí výrubu
Sekundární napjatost Napětí v okolí kruhového nevystrojeného výrubu Řešení za předpokladu proměnného zatížení v okolí výrubu Přibližné řešení získáme superpozicí účinků původní geostatické napjatosti a změn původní napjatosti způsobené výrubem

17 Řešení při plastickém přetváření hornin
Sekundární napjatost Řešení při plastickém přetváření hornin

18 Deformace horninového masivu

19 Podle velikostí působícího napětí a dosažení jednotlivých mezí pevnosti horniny rozeznáváme tři typy deformace horniny kolem výrubu První napětí v hornině 1menší než její dlouhodobá pevnost  Druhý napětí na lící výrubu větší než dlouhodobá pevnost, ale menší než okamžitá pevnost horniny <1<0 Třetí typický vznikem zóny okamžitého porušení 1>0

20 Řešení dle Kastnera Pokles stropu Posuny boků

21 Typy průběhů deformací hornin

22 I. typ deformace má pružný charakter a je přímo úměrná působícímu tlaku
II. typ v prvé fázi se horniny přetvářejí pružně, po dosažní určité meze napětí nastává plastická deformace, při dalším zvyšování tlaku dochází k náhlému či křehkému porušení. III. typ v prvé fázi zatěžování se hmota zpevňuje a probíhají plastické deformace. V další fázi nastává křehké porušení.

23 IV.typ a V. typ Při počáteční fázi se v hornině uzavírají trhliny a póry.Průběh porušování je nejprve plastický, ve střední části pružný a v konečné fázi opět plastický. VI.typ Na začátku je krátký pružný průběh,který rychle přechází do stavu plastického či do tečení

24 Dělení hornin dle deformace a porušení
Třída 1 křehké materiály v celém průběhu zatěžování a deformace (ty jsou před porušením velmi malé) se chovají pružně, porušují se obvykle křehkým lomem (odtržením) v důsledku tahových napětí. Spadají sem horniny I. typu Deformační charakteristika

25 Třída 2 materiály pružně – plastické bez zpevnění
do meze tvárnosti se chovají pružně, po dosažení této meze se chovají plasticky při stálém napětí. Porušení nastává smykem v důsledku nárůstu plastického přetváření. Tyto materiály většinou vykazují před porušením velké deformace a jsou schopna akumulace energie. Do této třídy spadají horniny II a III. typu. . Deformační charakteristika

26 Třída 3 materiály pružně-plastické se zpevněním
se do meze tvárnosti chovají pružně, přetvoření je dáno modulem pružnosti E1, po dosažení meze tvárnosti se přetváří s klesajícím modulem E2 přímkově nebo podle křivky

27 Porušení nastává smykem i odtržením (podle typu materiálu,podle druhu a způsobu zatížení apod.). Při trojosém tahu nastane křehké porušení před rozvinutím plastických deformací.Tyto materiály mají rozdílné napětí a přetvoření na mezi plasticity a porušení. Do této třídy lze zahrnout horniny I. typu a v některých případech i II. a III. typu.

28 Křehkost a vláčnost

29 Podmínky plasticity Mohr- Coulomba podmínka Huber –Henckyho podmínka
Trescova podmínka (maximálních tangenciálních napětí) Mohr- Coulomba podmínka Huber –Henckyho podmínka Hoek – Brownova podmínka

30 Mohr - Coulomb předpokládá porušení materiálu největším smykovým napětím, pro skalní horniny se používá obalová křivka

31 Hoek - Brown byla odvozen na základě vyhodnocení experimentálních měření Kritérium porušení 1 - maximální hlavní napětí 3 - minimální hlavní napětí c - pevnost v prostém tlaku horninového vzorku m,s - pevnostní parametry horniny pro vrcholové podmínky