Description:

УДК 624.131:551.49 ББК 26.326 Ш52 Шестаков В.М. Ш52 Гидрогеомеханика. Учеб. пособие M.: Изд-во МГУ, 1998, 72 с., ISBN 5-211-03956-4 В учебном пособии дается систематическое изложение лекционной части курса "Гидрогеомеханика", читаемого для студентов специальности "гидрогеология" на геологическом факультете МГУ, как направления геомеханики, рассматривающего проблемы механики массивов водонасыщенных горных пород применительно к задачам гидрогеологии и инженерной геодинамики. С единых теоретических позиций даются представления о моделях упругого режима фильтрации и консолидации горных пород, изложены методы моделирования напряженно-деформированного состояния массивов горных пород, даются методы расчета устойчивости массивов горных пород с учетом воздействия фильтрационного потока. Некоторые из рассмотренных вопросов имеют оригинальное решение. Для студентов и специалистов геологического и горного профиля. УДК 624.131:551.49 ББК 26.326 ISBN 5-211-03956-4 (c) Шестаков В.М., 1998 г. Предисловие Гидрогеомеханикой называется наука, содержание которой составляет теория и методы исследований механических процессов (прочности и деформируемости) водонасыщенных массивов пород в земной коре [1]. Она представляет направление геомеханики, ориентированное на решение гидрогеологических задач. Близкими гидрогеомеханике являются направления прикладной геомеханики в строительстве (механика грунтов) [2] и в горном деле (горная геомеханика) [3, 4], тесно связана гидрогеомеханика с механикой нефтегазоносных пластов (геофлюидомеханика) [5, 6]. Определенные связи прослеживаются также между гидрогеомеханикой и глобальной геомеханикой, рассматривающей количественные описания тектонофизических процессов планетарного масштаба [7]. В своих теоретических основах гидрогеомеханика, как и геомеханика в целом, представляет собой количественное описание процессов на основе их механических моделей, которые таким образом составляют инструмент геомеханических исследований, опирающийся на разработки механики пористых и трещиноватых сред [8]. Вместе с тем, геомеханику следует рассматривать как науку геологического цикла, поскольку ее предметом является массив горных пород земной коры, представляющий собой весьма своеобразную среду, строение которой обусловлено геологической историей. Отражение этого своеобразия должно проявляться и в постановке геомеханических задач, и, особенно, в геомеханической схематизации, предусматривающей идентификацию геологической среды и механической модели. Настоящая работа написана по материалам курса, представляемого автором для студентов кафедры гидрогеологии МГУ. В подготовке этого курса принимал участие Э.В. Калинин, которым здесь написан §3 главы 2. Литература 1. Мироненко В.А., Шестаков В.М. Основы гидрогеомеханики, 1974. 2. Цытович Н.А., Тер-Мартиросян З.Г. Основы прикладной геомеханики в строительстве, 1981. 3. Маньковский Г И. О горной геомеханике, 1962. 4. Родионов В.Н., Сизов И.А., Цветков В.М. Основы геомеханики, 1986. 5. Желтов Ю.П. Механика нефтегазоносного пласта, 1975. 6. Механика горных пород применительно к проблемам разведки и добычи нефти, 1994. 7. Теркот Д., Шуберт Дж. Геодинамика, 1985. 8. Николаевский В.Н. Механика пористых и трещиноватых сред, 1984. 3 Обозначения u, ρ объемный вес и плотность воды, us, ub, uH объемный вес породы в сухом состоянии, взвешенной в воде, насыщенной водой, σn, τ эффективные нормальные и касательные напряжения, σp полное (тотальное) нормальное напряжение в породе, P давление в воде. H напор, E относительная деформация, E модуль деформации, v коэффициент Пуассона, n, e пористость, коэффициент пористости, αs коэффициент сжимаемости (компрессии, уплотнения), K* упругоемкость породы, K*" упругая емкость пласта, k коэффициент фильтрации, Ф и ψ угол внутреннего трения и удельное сцепление. Соотношение между единицами напряжений: 1 MPa = 103 кПа = 106 Па = 10 атм, 1 psi = 6,9 × 103 MPa. Глава 1. Основные представления о напряженно-деформированном состоянии горных пород Напряженно-деформированное состояние (НДС) горных пород рассматривается обычно с позиций механики однородной среды, когда породы представляются сплошным телом, в каждой точке которого динамические и кинематические характеристики считаются статистически осредненными. Это положение бесспорно применимо для раздельно зернистых пород и с некоторыми ограничениями применимо для равномерно трещиноватых пород. §1. Виды напряжений в горных породах Под воздействием активных поверхностных и объемных сил формируются внутренние силы, мерой которых являются величины напряжений. В отличие от твердых тел напряжения в горных породах передаются лишь через точки соприкосновения отдельных частиц, образующих скелет породы. В этих условиях реальные напряжения на контактах частиц в пределах произвольно выделенной площадки SS неизбежно должны заменяться некоторыми фиктивными ("средними") напряжениями, распределенными Ключевые слова: пород, горных, геомеханики, гидрогеомеханика, массивов, механика, породы, коэффициент, шестаков, мгу, курса, студентов, механики, методы, напряженно, процессов, трещиноватых, основы, напряжения, напряжений, удк, isbn, направления, водонасыщенных, применительно, гидрогеологии, теоретических, позиций