Константин Валерьевич Королев, заведующий кафедрой «Геотехника, тоннели и метрополитены», доктор технических наук, доцент, профессор
Новосибирск
Konstantin V. Korolev, Head of the Geotechnics, Tunnels and Subways Department, Doctor of Engineering, Associate Professor, Professor
Novosibirsk
Ярослав Олегович Стахнев, аспирант кафедры «Геотехника, тоннели и метрополитены»
Новосибирск
Yaroslav O. Stakhnev, Post-graduate Student of the Geotechnics, Tunnels and Subways Department
Novosibirsk
Статья посвящена совершенствованию методов расчета горного давления в скальных и полускальных грунтах. Необходимость развития теории расчета горного давления вытекает из представ ленного здесь же критического анализа существующей нормативной методики определения этой величины. Отмечены две крупные проблемы нормативной методики: отсутствие методов определения коэффициента крепости, который прямо определяет величину горного давления, и в ряде случаев более высокие значения коэффициента крепости в дисперсных грунтах по сравнению со скальными. Последнее обстоятельство противоречит основной идее теории сводообразования М. М. Протодьяконова, на которой и базируется нормативная методика.
Предлагается два новых метода расчета горного давления: для скальных и полускальных грунтов. Эти методы также базируются на теории сводообразования и содержат статический анализ силового взаимодействия свода обрушения и окружающего грунтового массива в предельном состоянии. При этом выполняется поиск такой высоты свода обрушения, который максимизирует величину горного давления. Отличи тельной чертой предлагаемых методов является использование паспорта прочности грунта для оценки пре дельных усилий. Это позволило напрямую связать высоту свода обрушения и параметры прочности грунта, определяемые в стандартных испытаниях, избегая при этом весьма небезусловных эмпирических зависимостей.
В результате установлено, что при заданных параметрах прочности грунта над выработкой в зависимости от ее ширины либо формируется столб обрушения (вне зависимости от глубины заложения), либо формируется свод обрушения, либо обрушение грунта невозможно. В этой связи предлагается ввести понятия двух критических пролетов подземной выработки. Первый критический пролет отделяет случай полностью устойчивого состояния грунта над выработкой от ситуации, когда над выработкой образуется свод обрушения. При превышении шириной выработки значения второго критического пролета разрушение грунта про исходит по схеме столба обрушения.
The article is devoted to the improvement of methods for calculating mountain pressure in rocky and semi-horizontal soils. The need to develop the theory of calculating mountain pressure follows from the critical analysis of the existing normative methodology for determining this value presented here. Two major problems of the normative methodology are noted: the lack of methods for determining the strength coefficient, which directly determines the amount of mountain pressure, and in some cases higher values of the strength coefficient in dispersed soils compared to rocky ones. The latter circumstance contradicts the main idea of the theory of arch formation by M. M. Protodyakonov, on which the normative methodology is based.
Two new methods of mountain pressure calculation are proposed – for rocky and semi-horizontal soils. These methods are also based on the theory of vaulting and contain a static analysis of the force interaction of the collapse vault and the surrounding soil mass in the limiting state. At the same time, a search is performed for such a height of the roof of the building that maximizes the amount of mountain pressure. A distinctive feature of the proposed methods is the use of a soil strength passport to assess the ultimate effort. This made it possible to directly link the height of the collapse arch and the soil strength parameters determined in standard tests, while avoiding very conditional empirical dependencies.
As a result, it was found that with the specified parameters of the soil strength, a collapse column is either formed above the excavation, depending on its width (regardless of the depth of the foundation), or a collapse arch is formed, or the collapse of the soil is impossible. In this regard, it is proposed to introduce the concepts of two critical spans of underground workings. The first critical span separates the case of a completely stable state of the soil above the mine from the situation when a collapse arch is formed above the mine. When the width of the mine exceeds the value of the second critical span, the destruction of the soil occurs according to the scheme of the collapse column.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.