Критичний аналіз підходів до визначення напружено-деформованого стану системи «горизонтальна виробка – шаруватий масив»
Loading...
Date
2022
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Український державний університет науки і технологій, Дніпро, Україна
Abstract
UKR: Мета. Виконати критичний аналіз підходів до визначення напружено-деформованого стану системи «горизонтальна виробка – шаруватий масив». Отримати обґрунтовані рішення для застосування конкретного підходу для випадку шаруватого масиву. Обґрунтувати метрику скінченно-елементних моделей системи «горизонтальна виробка – шаруватий масив». Методика. Для досягнення поставленої мети проаналізовано особливості підходів до визначення напружено-деформованого стану системи «горизонтальна виробка – породний масив». Доведено, що шаруватість є найважливішою структурною особливістю оточуючого породного масиву. Виконаний детальний аналіз математичних методів вирішення пружно-пластичних задач для породних масивів. Результати. В ході аналізу вирішення задачі визначення напружено-деформованого стану системи «горизонтальна виробка – шаруватий масив» виділено два підходи, кожен з яких має властиву їм низку методів. Цими підходами є аналітичний та чисельний, кожен з яких має особливу специфіку. Підтверджено, що в останній час дослідження системи «горизонтальна виробка – породний масив» більшою мірою базуються саме на чисельному підході, залишивши аналітичному лише незначну долю від загального обсягу. Визначено, що впровадження чисельних методів, зокрема, методу скінченних елементів в програмних спеціалізованих комплексах, дозволило змінити концепцію досліджень в геомеханіці та механіці підземних споруд, перемістивши фокус до математичного та імітаційного моделювання. Наукова новизна. На основі результатів проведеного критичного аналізу підходів науково обґрунтовано застосування чисельного аналізу на основі скіченно-елементних моделей. Саме цей підхід до визначення напружено-деформованого стану системи «горизонтальна виробка – шаруватий масив» дозволяє врахувати шаруватість без додаткових припущень. Практична значимість. В ході досліджень доведено, що просторова скінченно-елементна модель з плоского прототипу, але обмежена товщиною в 0,1 або 1 м, є адекватною поставленій задачі за умови урахування плоскої деформації.
ENG: Purpose. To perform a critical analysis of approaches to determining the stress-strain state of the "horizontal working – layered massif" system. Obtain informed decisions for applying a specific approach to the case of a layered massif. To substantiate the metric of finite element models of the system "horizontal working – layered massif". Methodology. To achieve the purpose, the peculiarities of approaches to determining the stress-strain state of the system "horizontal working – rock massif" were analyzed. It has been proven that layering is the most important structural feature of the surrounding rock massif. A detailed analysis of mathematical methods for solving elasticplastic problems for rock massifs was performed. Findings. During the analysis of solving the problem of determining the stress-strain state of the system "horizontal working – layered massif", two approaches were identified, each of which has its own set of methods. These approaches are analytical one and numerical, each of them has special features. It has been confirmed that recently the studies of the system "horizontal working - rock massif" are mostly based on the numerical approach, leaving only a small share of the total volume to the analytical one. It was determined that the introduction of numerical methods, in particular, the method of finite elements in specialized software complexes, allowed to change the concept of research in geomechanics and mechanics of underground structures, shifting the focus to mathematical and simulation modeling. Originality. Based on the results of the critical analysis of the approaches, the use of numerical analysis based on finite-element models is scientifically substantiated. It is this approach to determining the stress-strain state of the "horizontal working – layered massif" system that allows for layering to be taken into account without additional assumptions. Practical value. In the course of research, it has been proven that a spatial finite-element model from a flat prototype, but limited to a thickness of 0.1 or 1 m, is adequate for the given task, provided that plane deformation is considered.
ENG: Purpose. To perform a critical analysis of approaches to determining the stress-strain state of the "horizontal working – layered massif" system. Obtain informed decisions for applying a specific approach to the case of a layered massif. To substantiate the metric of finite element models of the system "horizontal working – layered massif". Methodology. To achieve the purpose, the peculiarities of approaches to determining the stress-strain state of the system "horizontal working – rock massif" were analyzed. It has been proven that layering is the most important structural feature of the surrounding rock massif. A detailed analysis of mathematical methods for solving elasticplastic problems for rock massifs was performed. Findings. During the analysis of solving the problem of determining the stress-strain state of the system "horizontal working – layered massif", two approaches were identified, each of which has its own set of methods. These approaches are analytical one and numerical, each of them has special features. It has been confirmed that recently the studies of the system "horizontal working - rock massif" are mostly based on the numerical approach, leaving only a small share of the total volume to the analytical one. It was determined that the introduction of numerical methods, in particular, the method of finite elements in specialized software complexes, allowed to change the concept of research in geomechanics and mechanics of underground structures, shifting the focus to mathematical and simulation modeling. Originality. Based on the results of the critical analysis of the approaches, the use of numerical analysis based on finite-element models is scientifically substantiated. It is this approach to determining the stress-strain state of the "horizontal working – layered massif" system that allows for layering to be taken into account without additional assumptions. Practical value. In the course of research, it has been proven that a spatial finite-element model from a flat prototype, but limited to a thickness of 0.1 or 1 m, is adequate for the given task, provided that plane deformation is considered.
Description
Н. Бондаренко: ORCID 0000-0003-0804-7500; О. Тютькін: ORCID0000-0003-4921-4758
Keywords
горизонтальна виробка, шаруватий масив, напружено-деформований стан, чисельний аналіз, метод скінченних елементів, horizontal working, layered massif, stressed-strain state, numerical analysis, finite element method, КТІ
Citation
Бондаренко Н. К., Тютькін О. Л. Критичний аналіз підходів до визначення напружено-деформованого стану системи «горизонтальна виробка – шаруватий масив». Мости та тунелі: теорія, дослідження, практика. 2022. Вип. 22. С. 5–11. DOI: 10.15802/bttrp2022/268182.