Основные факторы, влияющие на величины и характер распределения напряжений, могут быть глобальными, региональными и локальными. К глобальным факторам относится гравитационная сила, действующая повсеместно.
К региональным — тектонические силы, действующие на значительных территориях.
К локальным факторам, которые приводят к существенному перераспределению напряжений, но на ограниченных участках, относятся движущиеся подземные воды, оказывающие взвешивающее воздействие на горные породы и гидродинамическое давление, землетрясения, вызывающие знакопеременное изменение напряжений, и неровности рельефа. Большую роль в перераспределении напряжений играют строение массивов горных пород и их неоднородность по деформационным свойствам. Влияние каждого из этих факторов оценивается с помощью методов математического и физического моделирования.
Методы оценки НДС инженерно-геологических массивов
Методы изучения напряженно-деформированного состояния массивов горных пород включают геологические способы, геофизические методы, физическое и математическое моделирование и прямые полевые определения.
Тип НДС и ориентировка осей главных напряжений устанавливаются путем изучения сопряженных пар сдвиговых трещин, методами кинематического анализа плоскостей разрушения и на основе анализа микроструктурных ориентировок в кристаллах.
По выходу керна производится оценка величины напряжений, действующих перпендикулярно оси скважины,.
Направление искривления скважины указывает на направление действия минимального напряжения, при максимальном вертикальном напряжении разрушаются стенки выработок.
При максимальном горизонтальном напряжении разрушения наблюдаются в кровле выработки.
Величину и направление действия минимального напряжения оценивают с помощью гидравлического разрыва.
Геофизические методы используются при изучении распределения, ориентировки главных осей и величин напряжений, для чего применяются различные модификации сейсмоакустических методик.
К прямым полевым методам определения величин напряжений относятся методы разгрузки и восстановления.
Для изучения напряженно-деформированного состояния массивов горных пород и прогноза его изменения под влиянием различных факторов применяются методы физического моделирования (поляризационно-оптические, эквивалентных материалов и др.) и расчетные, включающие аналитические, вариационно-разностные, методы конечных элементов и граничных элементов и др.
Для математического моделирования процессов деформирования массивов горных пород применяется модель линейно-деформируемой среды, где связь между напряжениями и деформациями выражается обобщенным законом Гука.
При изучении разрушения массивов пород используется модель предельного напряженного состояния.
