Геомеханіка

Геомеха́ніка (від грец. γεω... — земля і механіка) — наука, що досліджує прояви механічних процесів у земній корі під впливом природних і техногенних чинників із метою ефективного проникнення в надра землі для видобутку корисних копалин та будівництва підземних споруд різного призначення.

Зміст

1 Історична довідка
- 1.1 Виникнення
- 1.2 Етапи розвитку
2 Характеристика
- 2.1 Структура
- 2.2 Течії та школи
3 Геомеханіка в Україні
4 Література
5 Автор ВУЕ
6 Важливо!

Історична довідка

Виникнення

Теоретичні засади геомеханіки формувалися на здобутках фізиків і механіків 17–19 ст.:

Р. Гука (відкриття пропорційності між пружними розтяганнями, стисканнями, згинами та напруженнями, що їх спричиняють);
І. Ньютона (теоретичні основи класичної механіки);
Ш. О. Кулона (статика споруд, закони тертя, гіпотеза сил внутрішнього тертя в твердому тілі);
Т. Юнга (модуль пружності при розтягу),
С. Д. Пуассона (зміна поперечних розмірів тіла при деформації розтягу),
Х. О. Мора (1835–1918; Німеччина — гіпотеза про залежність межових дотичних напружень від середнього нормального напруження, теорія міцності, графічний метод визначення напружень) тощо.

Виникнення геомеханіки пов’язане із систематичними інструментальними обстеженнями зміщень гірських порід (із середини 19 ст.) та формуванням ідей про розвиток природних напружень у гірських масивах.

Етапи розвитку

У 1907 вийшла монографія М. Протодьяконова «Тиск гірських порід на рудничне кріплення» (рос. «Давление горных пород на рудничную крепь»; м. Катеринослав, тепер м. Дніпро), яка заклала перші основи теорії гірського тиску (гіпотеза склепіння природної рівноваги над гірничими виробками).

Т. Карман (1881–1963; тепер Угорщина — Німеччина) дослідив поведінку гірських порід в умовах усебічного стиснення (1911).

1920 вийшла праця А. Гріффіта (1893–1963; Велика Британія) «Феномен розриву і течії в твердих тілах» (англ. «The phenomenon of rupture and flow in solids»; м. Лондон), що започаткувала мікродефектну теорію міцності (в подальшому розвинену для гірських порід).

Основи механіки ґрунтів закладено К. Терцагі (1883–1963; тепер Чехія — США), який 1924 опублікував монографію «Геобудівельна механіка, заснована на фізиці ґрунту» (нім. «Erdbaumechanik auf Bodenphysikalischer Grundlage»; м. Відень).

1925 О. Динник уперше запропонував використовувати теорію пружності для опису напружено-деформованого стану гірських масивів і сформулював рішення відповідних задач теорії пружності.

Г. Кузнецов (1903–1995; Російська Федерація) створив метод моделювання гірського масиву з використанням еквівалентних матеріалів (1936).

Характеристика

Структура

Геомеханіка є частиною геофізики, симбіозом геології та механіки, поєднує механіку ґрунтів і механіку гірських порід. Пояснює та прогнозує зміну напружено-деформаційного стану ділянок земної кори під впливом геологічних і гравітаційних процесів, а також стану локальних породних (ґрунтових) масивів під впливом гірничих робіт та підземного будівництва. Останні чинники визначають прикладне значення геомеханіки, спрямоване на керування гірським тиском (геомеханічними процесами), стійкістю відкритих і підземних гірничих виробок (підземних споруд), деформаціями породних товщ та земної поверхні під впливом гірничих і будівельних робіт, запобігання динамічним проявам у гірських масивах (гірським ударам, раптовим викидам), проектування параметрів підземних споруд та їхнього кріплення.

Методологія поєднує методи експериментальної та теоретичної геомеханіки. Базується на натурних дослідженнях гірських масивів і містить геомеханічні методи визначення напружень і деформацій гірських порід, геофізичні методи контролю стану породного масиву, геомеханічний моніторинг підземних виробок і оточуючих порід, а також лабораторні та теоретичні дослідження властивостей зразків порід і ґрунтів.

Течії та школи

А. Гейм (1849–1937; Швейцарія) уперше висунув гіпотезу про гідростатичність напруженого стану масиву гірських порід;
І. Шмідт (Швейцарія) — гіпотезу розподілу напружень у гірському масиві навколо тунелю;
Ж. Талобр (Франція) досліджував особливості фізичних властивостей гірських порід і масивів;
Г. Шпакелер — закономірності розподілу напружень у товщі порід навколо очисних виробок;
О. Якобі (1919–1986; обидва — Німеччина) — закономірності проявів гірського тиску при розробці вугільних пластів;
К. Ф. Мор — особливості взаємодії гірських порід з кріпленням виробок;
Р. Феннер (Чилі) — зональність напружень навколо виробки, основи математичної теорії гірського тиску;
А. Лабас (Бельгія) — гіпотеза «межового розтріскування» покрівлі пласта, методи розрахунку гірського тиску з урахуванням піддатливості кріплення;
Є. Літвінішин (1914–2000; тепер Польща) — розвиток статистичних методів геомеханіки;
С. Христианович (1908–2000) — аналітичні рішення й виявлені закономірності перерозподілу напружень в масиві гірських порід, теорія розриву пласта;
І. Пєтухов (1921–2010) — теорія гірських ударів та викидів;
М. Буличов (1932–2016; усі — тепер Російська Федерація) — концептуальні основи розрахунку кріплення підземних споруд у взаємодії з масивом гірських порід (заснування механіки підземних споруд);
З. Бєнявскі (1936–2017; Польща — США) — класифікація породних масивів до прогнозованого стану гірничих виробок;
Е. Гоек (нар. 1933; Зімбабве) і E. Браун (нар. 1938; Австралія) — критеріальна теорія стійкості породних масивів, засади практичної геоінженерії.