Масанов Ж.К., Ажиханов Н.Т., Турымбетов Т.А., Мауленов С.С.

Международный казахско-турецкий университет им. Х. А. Ясави (Казахстан)

Компьютерное моделирование статического состояния подземных выработок в анизотропном массиве

Решением поставленной задачи создан программный комплекс Tonnel 3D в среде Delphi. Программный комплекс Tonnel 3D позволяет автоматизировать расположение подземного тоннеля, разбиение на конечные элементы и вычисление напряженно-деформировнное состояние подземного тоннеля.

В настоящее время имеется, широкой спектр моделей по исследованию напряженного-деформируемого состояние подземных выработок. Это создает предпосылки организации широкого использования вычислительного эксперимента для теоретических исследовании и получение результатов практического характера. Тем не менее развитая для решения задач теории упругости методология вычислительного эксперименте не дала ощутимых результатов задачи определения напряженно-деформировнное состояние подземных выработок в анизотропном массиве. В этой работе рассматривается вопросы проектирования и разработки программного обеспечения компьютерного моделирования напряженно-деформировнное состояние подземных выработок в трансверсально-изотропной среде с двоякопериодической системой щелей.

Впервые, аналитическое решение упругопластических задач для бесконечной изотропной плоскости с круговым отверстием, получено в работе [1] в напряжениях, а перемещение определены в работе [2] на основе метода малого параметра.

В работе [3,4] исследованы влияние неоднородности начального напряженного поля на пластическую зону вблизи круглого отверстия в случае, когда контур находится под действием равномерно распределенного давления. Следует заметит, что анизотропные модели мелкослоистого массива распространены на упругопластические задачи в условиях малых перемещений, плоской и обобщенной плоской деформаций в работах [5-7]. При этом, научных исследований посвященных учету анизотропии горных пород, обусловленные слоистостью применительно к трехмерной области отсутствует.

В данной работе исследуется статическое распределение перемещений и напряжений вблизи парных протяженных транстропных тоннелей в анизотропном нелинейном массиве, ослабленных двоякопериодической системой щели в условиях малых и конечных перемещений. Такие задачи не поддаются решению аналитическим методом, но решаются численными методами. В данном случае использовано метод конечных элементов.

В методе конечных элементов физическое соотношения между деформациями и напряжениями устанавливаются в ряде точек по объему конечного элемента.

Два параллельно протяженных тоннеля, находящиеся на расстоянии друг от друга, одинакового размера и сводчатого профиля пройдено вдоль линии простирания плоскости изотропии транстропного массива. Плоскость поперечного сечения находятся в условиях плоской деформации (рис 1).

а) б)

а) пространственные случаи.

б) обобщенно-плоские случаи.

Рис 1. Рассматриваемая область.

Упругое состояние которое описывается уравнением обобщенного закона Гука трастропного массива с наклонной плоскостью изотропии [8]:

, (1)

где

Для решения поставленной задачи создан программный комплекс Tonnel 3D в среде Delphi. Программный комплекс Tonnel 3D (рис.2) позволяет автоматизировать большинство этапов моделирования задачи таких как, определение напряженно-деформированного состояние двух подземных тоннелей в массиве с несплошным сцеплением слоев. Основные функции комплекса: создание и редактирование геометрических параметров рассматриваемой области; автоматическое выполнение разбиения расчетной области на конечные нерегулярные сетки; визуальное и табличное определение численных результатов.

Рис 2. Вид программного комплекса Tonnel 3D.

В работе [8] показано, что подобный анализ выполнен в рамках модели, учитывающи свойства трансверсально-изотропных упругих слоев породного массива.

Диалоговое окно представляет собой просмотр компонентов перемещения, напряжения и деформации в виде изолинии. Созданы специальные возможности вариации изменения координат расположение тоннели, в том числе, расстояние между тоннелями. Таким образом, моделирования напряженно-деформируемого состояние двух тоннелей в анизотропном массиве могут быть исследованы с помощью программного комплекса Tonnel 3D.

Литература

1.Галина Л.А. Плоская упруго-пластическая задача. //Прикладная математика и механика, 1946, в.3 с367-378.

2.Ивлев Д.Д. Приближенное решение методом малого параметра плоских упруго-пластических задач теории идеальной пластичности. // Вестник МГУ, 1957, №5.

3.Савин Г.Н., Парасюк О.С. Вылив неоднородного напружного поля на пластическую зону более отвору. // Докл. АН УРСР, 1948, 63, №4.

4.Савин Г.Н., Парасюк О.С. Пластические зоны возле отверстия в неоднородно-напряженном плоском поле. // Уч.записки Львовского университета, серия физ.-мат., 1949, т.12, №3.

5.Айталиев Ш.М., Каринский Ю.С. Оценка прочностной анизотропии горных пород вблизи подземной выработки. //Изв. АН КазССР, серия физ.-мат., 1970, №1, с.19-24.

6.Ескалиев М.Е., Масанов Ж.К. К приближенному расчету упруго-пластических напряжений и перемещений в транстропном теле с отверстием при экспоненциальном условии пластичности. //Изв. АН КазССР, серия физ.-мат., 1983, №5. Деп.в ВИНИТИ от 27.08.1983, №422983, 13с.

7.Масанов Ж.К., Жолдасова Ш.А. Статическое напряженно-деформированное состояние двух штрекообразных выработок в транстропном массиве. //Поиск, 1998, №4, с151-158.

8.Ержанов Ж.С., Айталиев Ш.М., Масанов Ж.К. Сейсмонапряженное состояние подземных сооружений в анизотропном слоистом массиве. Алма-Ата, «Наука» КазССР, 1980.- 212с.