Математическое моделирование трещиноватости пород в пределах локальных структур

Abstract

Трещиноватость грунтового массива оказывает существенное влияние на изменение инженерногеологических условий и, как следствие, на устойчивость сооружений. Развитие тектонической трещиноватости локальных структур, учитывая историю процесса, его механизм, возникшие при этом напряжения в массиве и последующие деформации пород, привело к изменению состава и прочностных характеристик, активизации процессов гипергенеза и экзогенных процессов. Перечисленные обстоятельства требуют внимательного отношения к выявлению зон повышенной трещиноватости как наиболее опасных с точки зрения рисков при строительстве инженерных сооружений. Полевые методы оценки трещиноватости массивов пород трудоемкие, и не всегда существует возможность для проведения инструментальной съемки, позволяющей решать конечную задачу - установление закономерностей и размеров поврежденных площадей в пределах локальных структур. Существующие математические модели оценки трещиноватости, как правило, применяются для решения локальных задач: оценка устойчивости разрабатываемых карьеров, оценка водообильности массивов пород, степень раздробленности отдельных блоков и т. д. Этой информации недостаточно при оценке площадного распространения ослабленных зон и уточнения их границ, поскольку она не содержит данных по истории развития структуры, ее параметры (размеры, амплитуда поднятия блока фундамента, деформационные свойства пород). Целью исследования является разработка математической модели формирования зон тектонической трещиноватости красноцветной толщи на основе деформационного критерия разрушения и механизма развития локальных структур. Результаты. Разработана новая математическая модель прогноза поврежденности (трещиноватости) терригенных пород красноцветной толщи, слагающих локальные структуры, основанная на учете механизма формирования локальных тектонических структур 3-го порядка и деформационном критерии разрушения. Представлены математические зависимости, позволяющие прогнозировать размеры (площади) таксонов по данным амплитуды поднятия локальных структур. Результаты исследований могут применяться при оценке трещиноватости массивов, сложенных терригенными породами, и позволяют судить о закономерностях распределения ослабленных зон в пределах всего оцениваемого массива.

Soil massif fracturing has a significant impact on change in engineering and geological conditions and, as a result, on stability of structures. Development of tectonic fracturing of local structures, taking into account the history of the process, its mechanism, resulting stresses in the massif and subsequent deformations of the rocks, led to a change in their structure, composition and strength characteristics, activation of hypergenesis and exogenous processes. The above circumstances require careful attention to identification of areas of increased fracturing, as the most dangerous in terms of risks during the construction of engineering structures. Field methods for assessing the fracturing of rock masses are laborious. It is not always possible to conduct instrumental surveys that allow solving the final problem - establishing patterns and sizes of damaged areas within local structures. The existing mathematical models for assessing fracturing, as a rule, are used to solve local problems: assessing the stability of developed pits, water content of rock masses, degree of fragmentation of individual blocks, etc. This information is not sufficient when assessing the areal distribution of weakened zones and clarifying their boundaries, since it does not take into account the history of the development of the structure, its parameters (dimensions, amplitude of the foundation block uplift, deformation properties of rocks). Aim. To develop a mathematical model of formation of the red-colored strata tectonic fracturing zones based on deformation criterion of destruction and mechanism of development of local structures. Results. The authors have developed a new mathematical model for predicting damage (fracturing) of terrigenous rocks of the red-colored strata that make up local structures, based on the mechanism of formation of local tectonic structures of the 3rd order and the deformation criterion of destruction. The paper introduces the mathematical dependencies that make it possible to predict the size (area) of taxa based on the data on the uplift amplitude of local structures. The results of the research can be used in assessing the fracturing of massifs composed of terrigenous rocks, and make it possible to judge the regularities in distribution of weakened zones within the entire massif being assessed.