Співробітниками ІФГП НАНУ вперше доведено, що масив гірських порід здатен створювати дисипативні структури (ДС), які самоорганізуються й сприяють необоротним зрушенням під час накопичення пошкодженості таким чином, щоб витрачати мінімум потенційної енергії для накопичення сумарних необоротних зрушень масиву гірських порід (Nazimko & Zakharova, 2017; Zakharova, 2018). Вказані структури запускаються випадковими флуктуаціями термодинамічних параметрів таких як гірський тиск, температура, чи об’єм. ДС є продуктом як близької взаємодії суміжних блоків чи породних фрагментів, так і далекою взаємодією їхніх кластерів (Griniov et al., 2017). Ґрунтові фрагменти створюють короткоживучі кластери, які рухаються як агреговані тіла, що за певних обставин інтегруються у інші кластери під час необоротних зрушень масиву гірських порід.
ДС сприяють накопиченню ступенів вільності ґрунтового тіла, яке відокремлюється від решти гірського масиву й формує зсув похилої поверхні ґрунту або прогин покрівлі підземної гірської виробки. Такі паттерни необоротного руху ґрунту можуть бути візуалізовані за допомогою полів додаткових зсувів (прирощень) гірського масиву. Такі прирости зрушень повинні бути мінімально можливими, але не меншими за похибку вимірювань зрушень.
Паттерни необоротних зрушень масиву гірських порід й дисипативних структур варіюють у просторі й часі. Суміжні блоки й кластери розвивають свою взаємодію даючи шлях для просування один одному, рухаючись по черзі. Протифазний рух прирощень руху блоків превалює й є найбільш характерною особливістю необоротних зрушень ґрунтів й масиву гірських порід. Один блок уповільнюється, коли суміжний з ним прискорюється й навпаки, що характеризує близьку взаємодію фрагментів ґрунту або масиву гірських порід.
Очевидна далека взаємодія проявляється наприклад під час розвитку зруйнованої зони навколо підземної виробки, під час якого вказана зона розширюється углиб масиву послідовно по черзі у кожному напрямку. Можливість синхронного активного необоротного зрушення масиву гірських порід у всіх напрямках (з покрівлі, боків й підошви виробки) малоймовірна, оскільки вона не узгоджується з другим законом термодинаміки.
Близька й дальня взаємодії породних кластерів створюють такі ДС як ротори, потоки, витоки й стоки.
Важливо дослідити як паттерни ДС й їх еволюція залежать від швидкості навантаження. Попередні дослідження вказують на те, що, з одного боку, збільшення темпів навантаження помножує кількість партернів ДС. Проте, з іншого боку, інтенсифікація темпів навантаження потребує більше енергії (точніше питомої енергії деформацій, віднесеної до об’єму ґрунту), щоб створити такі ж самі необоротні зрушення ґрунту. Це і є темою майбутніх досліджень, що пропонуються. Базове дослідження опирається на експериментальні роботи у польових або у шахтних умовах, а також на комп’ютерне моделювання.
(Відповідальний виконавець: д.т.н., проф. Назимко В.В.)
Nazimko, V.V., Zakharova, L.M. (2017). Cluster behavior of the ground during its irreversible movement. Acta geodynamica et geomaterialia, 14, 4(188), 445-462. https://doi.org/10.13168/AGG.2017.0025
Griniov, V., Zakharova, L., Diedich, I., Nazymko, V. (2017). Distant interaction of rock mass clusters around underground opening. Min. miner. depos. 11(2),79-83. https://doi.org/10.15407/mining11.02.079
Zakharova, L.М.(2018). Modeling of the Irreversible Deformation of Soils and Rock Masses by the Methods of the Theory of Elasticity. Materials Science. 53, 1-8, https://doi.org/10.1007/s11003-018-0122-2
Контактна особа: Стефанович Леонід Ілліч + 380962170521