Материал: Engineering Geology of MD

ЭТОМ горизонтальная составляющая напряжений достигает 30— 78 МПа и значительно превышает вертикальную, т. е. имеет избыточное значение. Измеренные вертикальные напряжения в от-

тальным направлениям для различных районов мира. Если бы горизонтальные напряжения были обусловлены гравитационными силами, то сумма их в каждом районе соответствовала бы линии ОС. Однако подавляющее большинство точек наблюдений расположено вдоль линии АВ.

На рис. V-2 показаны результаты измерений напряжений на 17 рудниках Швеции, Норвегии и Финляндии [Хает Н., Нильсон М., 1964 г.]. Из этого рисунка видно, что в кристаллических породах Балтийского щита сумма горизонтальных главных напряжений у поверхности земли paerfa 16 МПа. Следовательно, горизонтальные главные напряжения в несколько раз больше вертикального давления. Если бы горизонтальные главные на-

блюдений располагается по линии АВ.

116

600

На уровне, прилегающем к дневной поверхности, сумма горизонтальных главных напряжений аг+оз, как видно на рис. V-2, равна 16 МПа. От этого исходного значения горизонтальные напряжения линейно возрастают с глубиной. На глубине 100 м они в 10 раз больше веса перекрывающих пород, т. е. составляют примерно 30 МПа, а на глубине 1000 м равны уже 105 МПа. Следовательно, горизонтальная составляющая поля напряжений увеличивается с глубиной и на каждом данном уровне обычно в несколько раз превышает вес перекрывающих горных пород. Эта закономерность подтверждается материаламк непосредственных измерений, выполненных в различных районах мира.

Обобщения данных измерений напряжений в горных породах, выполненные П. Н. Кропоткиным 1971 г.], Н. К. Булиновым [1971, 1972 гг.], Д. П. Прочуханом _ 1971 г.] и Г. А. Марковым [1973, 1977, 1978 гг.], показывают, что избыточные, особенно горизонтальные, напряжения наблюдаются повсеместно, на всех континентах, главным образом в горных породах кристаллического фундамента и в складчатых комплексах. Они обнаружены на Балтийском щите Русско-Восточно-Европейской платформы, на Канадском щите Северо-Американской платформы, в Либерии и Египте на Африканской платформе, в нижнепалеозойских

1 1 7

Донецкого бассейна, Центрального Казахстана (Коунрад, Джезказган), Аппалачей и других районов востока США, Юго-Вос- точной Австралии и о. Тасмания. Они установлены также в поясах более молодой мезозойской и кайнозойской (альпийской) складчатости в Британской Колумбии (Западная Канада), Малайзии и Иране, Португалии, Алайском хребте, Альпах и Калифорнии. Наконец, они обнаружены в нижнепалеозойских изBecTHHZiax осадочного чехла Северо-Американской платформы на глубине 700 м. Здесь сумма главных горизонтальных напряженийСТ2+ 03 равна 724-10® Па; она на 30010^ Па превышает удвоенное вертикальное напряжение, обусловленное весом вышележащих пород.

На составляющие напряжения огромное влияние оказывают петрографические особенности пород и их физико-механические свойства, т. е. их принадлежность к определенной группе по ин- женерно-геологической классификации [19]. Материалы перечисленных выше многочисленных измерений показывают, например, что избыточные горизонтальные напряжения наблюдаются преимущественно в породах кристаллического фундамента и складчатых комплексов; в породах осадочного чехла они встречаются значительно реже и только на значительных глубинах.

новейших п современных тектонических движений. Поэтому нельзя считать эти напряжения «остаточными», сохранившимися от более отдаленных геологических эпох. Их связь с позднекайнозойскими движениями подтверждается также временем релаксации упругих напряжений в верхних консолидированных слоях земной коры, которое значительно меньше продолжительности четвертичного периода.

" Распределение тектонических напряжений в горных породах может быть весьма неравномерным. Наблюдается неравномерное, но повсеместное уменьшение избыточных напряжений к поверхности земли, что можно объяснить их релаксацией в зонах повышенной трещиноватости горных пород, а иногда и некоторой их выветрелостью. Кроме того, на изменение и перераспределение напряжений в горных породах оказывают влияние их структурно-тектоническое положение в земной коре, расположение тектонических нарушений и трещиноватость, а также их разгрузка, возникающая вследствие процессов денудации, эрозионных врезов и при вскрытии горными выработками. В некоторых случаях возникают зоны, очаги концентрации напряжений. Так, например, при строительстве подземной гидроэлектростанции Пикото в Португалии в гранитах вблизи крутопадающей тектонической зоны напряжения составляли 20 МПа, а на расстоянии 16 м от этой зоны всего 3,5 МПа, т. е. были почти в 6 раз меньше.

Высокие и неравномерные напряжения обнаружены в метаморфических сланцах района Саяно-Шушенской ГЭС на

118

p. Енисее [Кутепов В. М., 1965 г.]. Измерения показали, что максимальные напряжения сосредоточены вблизи стенок штолен п в лриконтактовой части тектонической зоны, где вертикальные напряжения достигают 24,5—48 МПа, а горизонтальные 24— 36 МПа. За пределами этой зоны, обнаруженной при проходке штольни, вертикальные напряжения составляли 9,7 МПа, а горизонтальные 5,9 МПа.

На Кольском полуострове в районе Хибинских апатитовых

пряжения в кристаллических породах докембрия изменяются от

03 = 37 МПа (рудник «Кукисвумчорр>). Характерно, что в выработках, где наблюдается стреляние, напряжения достигают значений, близких к пределу прочности горных пород

Высокие напряжения в горных породах Хибин, как и других районов, связывают с дифференцированными подвижками отдельных блоков земной коры по тектоническим зонам, сопровождающимися землетрясениями силой до 5 баллов. Эти подвижки являются причиной концентрации напряжений в отдельных зонах и очагах, где в настоящее время ведутся горные работы.

Избыточными напряжениями в твердых горных породах по сравнению с гравитационными могут быть не только горизонтальные, но и вертикальные. В этом отношении примечательными являются исследования, выполненные в Донецком бассейне [6]. Так, например, в Центральном районе, в западной части Главной антиклинали (шахта «Красный профинтерн») максимальное значение вертикальной составляющей напряжений

равно 3,8 у/У. В Донецко-Макеевском районе на участке пологих склонов крупных котловин, осложненных вторичной

ствольный двор) показали, что вертикальные напряжения примерно одинаковы и равны 2,8 уЯ, а по измерениям на станциях

119

Т А Б Л И Ц А V-I

Результаты измерений естественных напряжений в горных породах «а рудниках и шахтах СССР

0)" Налряжеявя, МПа X

Районы о Авторы

>>

ffj

Гдовское месторождение сланцев (Эстония)

ние угля, шахта им, Урицкого

120