Лаборатория механики деформируемого твердого тела и сыпучих сред

Лаборатория организована по инициативе академика Е. И. Шемякина в 1971 году. С 1971 по 1988 г. лабораторией руководил д.ф.-м.н., проф. В. С. Никифоровский. С 1988 года — д.ф.-м.н., проф. В. А. Бабаков. С 1998 г. по настоящее время лабораторию возглавляет д.ф.-м.н., проф. А. Ф. Ревуженко.

Коллективом лаборатории разработаны математические модели деформирования горных пород и сыпучих сред, учитывающие дилатансию, внутренне трение и блочность их структуры. Разработаны новые приборы и методики для исследования упруго-пластических свойств геоматериалов. Обнаружены новые закономерности их деформирования, разработан способ моделирования приливных волн. Лаборатория является базовой для студентов Новосибирского государственного университета.

Основное направление научной деятельности

Важнейшие результаты фундаментальных исследований

Проведено теоретическое исследование локализации деформаций и формирования линий скольжения при деформировании геоматериалов вокруг выработки (совместно с Алтайским государственным университетом). Разработаны численный алгоритм и компьютерная программа по расчету полей напряжений и скоростей с учетом изолированных линий скольжения. Показано, что в изначально сплошной среде при нагружении формируются линии скольжения в форме логарифмических спиралей. Вдоль линий рассмотрены условия пластического скольжения Треска и условие трения Кулона. Получены численные решения (рис. 1) для различного числа изолированных линий скольжения. Показано, что при увеличении числа линий наблюдается предельный переход к классическому континуальному решению.

Рис. 1

Разработана концепция массива горных пород как активной среды с внутренними источниками и стоками энергии. В процессе деформирования часть энергии аккумулируется в массиве в виде внутренних самоуравновешенных напряжений. При определенных условиях эта энергия может быть высвобождена. В зависимости от свойств массива этот процесс может носить как устойчивый, так и неустойчивый характер. Исследован физический образец, моделирующий способность массива аккумулировать энергию. Образец состоит из пучка шероховатых стержней, стянутых упругой нитью. Проведена серия лабораторных экспериментов по нагружению модельного образца. На рис. 2 приведена типичная диаграмма нагружения. Показано, что образец способен запасать до 30% энергии, затраченной на его деформирование.

Рис. 2

Разработана имитационная стохастическая модель формирования полигональных систем трещин в горных породах. Показано, что среднестатистические характеристики системы трещин при теоретическом моделировании (рис. 3) являются устойчивыми и приближаются к данным реальных лабораторных экспериментов (рис. 4).

Рис. 3		Рис. 4

Рис. 5

Исследована несущая способность гранулированных сред при статических касательных напряжениях с наложением слабых ударных импульсов, действующих длительное время. Обнаружено, что в определенном интервале нагрузок происходит катастрофическая потеря несущей способности среды. На рис. 5 показана зависимость величины проскальзывания от числа инициирующих импульсов. Процесс потери устойчивости характеризуется большим разбросом числа ударов, которое необходимо нанести, чтобы вызвать «катастрофу».

Способность геоматериалов к локализации сдвигов проявляется во многих прикладных задачах механики горных пород, грунтов и сыпучих материалов. На рис. 6 приведена структура линий скольжения, возникающая в сыпучем материале вокруг жесткого цилиндра при сложном нагружении с непрерывным поворотом главных осей деформации. Она представляет собой два семейства линий в форме логарифмических спиралей, проскальзывание по которым происходит попеременно.

Рис. 6

На рис. 7 показана структура линий при реализации течения Куэтта между параллельными пластинами. Здесь формируются две внутренние области, ограниченные линиями, близкими по форме к лемнискате Бернулли.

Рис. 7