Важнейшие результаты фундаментальных и прикладных исследований

I. Разработан и создан лабораторный комплекс, а также лабораторные методы исследования деформационно-прочностных, фильтрационных и акустических свойств геоматериалов в неравнокомпонентном поле напряжений на до- и запредельной стадиях деформирования в интервале температур, соответствующих природным.

Накоплен банк данных по исследованию деформационно-прочностных свойств горных пород (песчаников, каменной соли, пестрого сильвинита, алевролитов, сланцев), а также искусственных геоматериалов со структурой (включения различной твердости относительно связующего; слоистая структура) при деформировании и разрушении при различных видах силового, деформационного и температурного воздействия прия мягком и жестком режимах нагружения.

На основе анализа обширного цикла лабораторных испытаний на горных породах (песчаник, мрамор, пестрый сильвинит и искусственных геоматериалов, как однородных, так и содержащих включения) получены новые закономерности изменения деформационно-прочностных свойств в зависимости от вида нагружения, температуры, скорости нагружения.

Интерпретация комплексной информации о геомеханических свойствах горных пород, полученной в лабораторных экспериментах, с учетом действия высокого давления, температуры и изменения вида напряженного состояния, является основой для моделирования, мониторинга, обеспечения безопасности ведения горных работ и прогнозирования напряженно-деформированного состояния месторождения в течение всего срока его эксплуатации, от разработки до консервации.

II. С использованием спекл-метода разработан новый комплексный подход к исследованию процесса деформирования материала в стадии упругости, пластичности, разрушения, на микро- и макроуровнях, объединяющий параметры микроструктуры и соответствующие ей микродеформации с макрохарактеристиками образцов.

В рамках экспериментального исследования волновых процессов в блочно-иерархических геосредах выполнен комплекс экспериментальных исследований на образцах из горных пород и искусственных неоднородных геоматериалов, обладающих структурной неоднородностью при одноосном и двухосном сжатии призматических образцов. Анализ данных проведенных экспериментов показал:

• пластическая деформация является неоднородной с самого начала нагружения образца геоматериала, несмотря на то, что заданным видом нагружения породного образца является одноосное сжатие с постоянной скоростью перемещения траверсы пресса, тем не менее, в пространственно–временном поле микродеформаций по сканируемым поверхностям присутствуют как области укорочения, так и удлинения;
• обнаружен эффект возникновения низкочастотных процессов микродеформирования, генерируемых медленными (квазистатическими) силовыми воздействиями от пресса, построены волновые пакеты для осредненных компонент микродеформации на образцах из геоматериалов при одно- и двухосном сжатии, c помощью преобразования Фурье определены соответствующие им амплитудно–частотные характеристики;

• для оценки деформационно-волнового поведения геоматериалов применен энергетический подход. Введена сканирующая функция, которая является аналогом понятию «центра масс» в классической механике;
• определены особенности поведения сканирующих функций для компонент деформаций в продольном, поперечном и сдвиговом направлениях образца геоматериала, соответственно, в процессе нагружения до разрушения, что можно использовать как диагностический параметр для определения места расположения участка формирующейся основной трещины макроразрушения.

На основе исследования изменения динамико-кинематических характеристик геосреды со структурой, полученных при анализе полей микродеформаций на поверхности образцов геоматериалов в процессе их деформирования, будут даны практические рекомендации для мониторинговых систем геомеханико-геодинамической безопасности горных предприятий.