Kəsilmə-sürüşmə qaya partlayışı (shear-slip rockburst), yüksək gərginlik altındakı süxur massivində mövcud kəsilməzliklər boyunca inkişaf edən sürüşmənin; yerli yükdaşıyan strukturların qırılması, elastik deformasiya enerjisinin qəfil sərbəst buraxılması və sürətli mexaniki qeyri-sabitliklə birləşə bildiyi dinamik süxur mexanikası hadisəsidir. Bu tədqiqat həmin prosesi nəzarət olunan laboratoriya şəraitində araşdırmaq üçün yüksək elastik enerji saxlama qabiliyyəti və sürətli kövrək qırılma davranışı göstərəcək şəkildə hazırlanmış sintetik qaya partlayışı simulyasiya materialından istifadə etmişdir. Bütöv, bir əvvəlcədən hazırlanmış çatlaqlı və iki əvvəlcədən hazırlanmış çatlaqlı 150 mm-lik kub nümunələr; 0,9, 1,8, 2,7 və 3,6 MPa normal gərginlik altında kəsilmişdir. Tədqiqatın əsas nəticəsi odur ki, normal gərginlik kəsilmə müqavimətini artırmaqla yanaşı, yüksək gərginlik səviyyəsində kövrək qeyri-sabitliyi də gücləndirə bilən ikili rola malikdir. Bununla belə, eksperimental dizaynda hər qırıq həndəsəsi–normal gərginlik kombinasiyası üçün yalnız bir nümunə istifadə edildiyindən nəticələr statistik cəhətdən ümumiləşdirilmiş münasibətlər deyil, sınaqdan keçirilmiş şərtlər altındakı eksperimental meyllərdir.

İstifadə olunan simulyasiya materialının zərbə enerji indeksi \(K_E=18.0\), elastik enerji indeksi \(W_{ET}=9.2\) və dinamik qırılma müddəti \(D_t=140\ \mathrm{ms}\) olaraq ölçülmüşdür. Normal gərginlik 0,9 MPa-dan 2,7 MPa-a yüksəldikdə kəsilmə səthindəki nahamarlıq çıxıntılarının, yəni asperitlərin, bir-birinə mexaniki kilidlənməsi güclənmiş; pik və qalıq kəsilmə möhkəmlikləri ümumilikdə yüksələrkən kəsilmə zamanı normal istiqamətdə açılmanı ifadə edən dilatasiya getdikcə zəifləmişdir. Normal gərginlik 3,6 MPa-a çatdıqda isə bütöv, bir çatlaqlı və iki çatlaqlı bütün nümunələrdə nəzərəçarpan pik gərginlik düşmələri, normal istiqamətdə yığılma və pikdən sonra kəsilmə yükdaşıma qabiliyyətinin tam itməsi müşahidə edilmişdir.

Yüksək normal gərginliklə əvvəlcədən hazırlanmış qırıqların birlikdə mövcudluğu qeyri-sabitliyin xüsusilə nə vaxt və necə inkişaf etdiyini dəyişmişdir. 3,6 MPa altında bütöv J0, bir çatlaqlı J1 və iki çatlaqlı J2 nümunələrində tam qeyri-sabitliyə uyğun kəsilmə yerdəyişmələri müvafiq olaraq 9,0, 7,8 və 6,5 mm-ə düşərkən maksimum gərginlik düşmələri 0,28, 0,62 və 0,90 MPa-a yüksəlmişdir. Bu nəticə daha çox əvvəlcədən hazırlanmış çatlağın pik kəsilmə möhkəmliyini sadəcə və nizamlı şəkildə azaltmasından daha çox, yük ötürmə yollarını pozaraq deformasiyanın lokallaşmasını və pikdən sonrakı yükdaşıyan strukturun davamlılığını daha erkən itirməsini dəstəklədiyini göstərir.

Təcrübələrdə kəsilmə-sürüşmə prosesi dörd mexaniki mərhələ üzrə təsvir edilmişdir: çatlaq və boşluqların bağlanaraq yükdaşıyan strukturun formalaşdığı sıxılma–uyğunlaşma mərhələsi; elastik kəsilmə və enerji yığılması; zədələnmənin toplanması, çatlaqların birləşməsi və pik qeyri-sabitliyi; nəhayət, hissəciklərin yenidən düzülməsi və pikdən sonrakı sürüşmə. Yüksək normal gərginlikdə son mərhələ sabit qalıq sürtünməli sürüşməyə çatmaq əvəzinə əzilməyə, normal istiqamətdə çökməyə və qlobal kövrək qeyri-sabitliyə çevrilə bilər.

Tədqiqatın əsas problemi

Dərin yeraltı mühəndisliyində süxur massivi üzərində yerində gərginliklər artdıqca tunel, qalereya və mədən boşluqları ətrafında yüksək gərginlik konsentrasiyaları yarana bilər. Süxur massivi tam fasiləsiz mühit deyil; oynaqlar, çatlaqlar, qırılmalar və digər struktur kəsilməzliklər yük ötürülməsini pozur. Qazıntı və ya hasilat fəaliyyəti başlanğıc gərginlik tarazlığını dəyişdirdikdə bu kəsilməzliklər boyunca kəsilmə hərəkəti başlaya bilər. Proses yüksək elastik enerji yığılması və yükdaşıma qabiliyyətinin sürətlə itirilməsi ilə birləşərsə qəfil və şiddətli kəsilmə-sürüşmə qeyri-sabitliyi inkişaf edə bilər.

Təbii süxur və kömür nümunələri mühəndislik reallığına yaxın olsa da, mineral tərkibi, təbii çatlaq şəbəkəsi, səth həndəsəsi və mexaniki xassələr nümunədən nümunəyə dəyişə bilər. Bu dəyişkənlik çatlaqların sayı, mövqeyi və davamlılığı kimi parametrləri müstəqil şəkildə araşdırmağı çətinləşdirir. Sintetik süxurabənzər materiallar isə həndəsəni və material xassələrini daha nəzarətli edir. Buna baxmayaraq, əvvəlki sintetik materialların mühüm hissəsi statik möhkəmlik və deformasiya oxşarlığına yönəlmiş; elastik enerji saxlama, pikdən sonra qəfil kövrək gərginlik itkisi və fasiləli gərginlik düşmələrini eyni materialda birlikdə təmsil etmək daha məhdud qalmışdır.

Bu tədqiqatda araşdırmaçılar həmin boşluğu qaya partlayışına aydın şəkildə meylli sintetik materialı nəzarət olunan əvvəlcədən hazırlanmış qırıq həndəsələri ilə birləşdirərək araşdırmışlar. Məqsəd yalnız maksimum kəsilmə möhkəmliyini ölçmək deyil. Gərginliyin hansı mərhələdə dalğalandığı, dilatasiyanın nə vaxt yığılmaya çevrildiyi, kəsilmə səthinin necə parçalandığı, gərginlik düşmələrinin nə vaxt sıxlaşdığı və yaranan incə süxur tozunun miqdarının necə dəyişdiyi birlikdə araşdırılmışdır.

Kəsilmə-Sürüşmə Qaya Partlayışı Nədir?

Kəsilmə-sürüşmə qaya partlayışı, yüksək gərginlik altındakı süxur massivində kəsilməzlik və ya potensial kəsilmə müstəvisi boyunca inkişaf edən sürüşmənin; yerli süxur körpülərinin və asperitlərin qırılması, kəsilmə yükdaşıma qabiliyyətinin qəfil azalması və toplanmış elastik enerjinin sürətlə yenidən paylanması ilə dinamik qeyri-sabitliyə çevrilə bildiyi qaya partlayışı mexanizmidir. Bu tədqiqatdakı təcrübələr real sahə qaya partlayışının tam dinamik ekvivalenti deyil, bu mexaniki prosesin laboratoriya miqyaslı analoqudur.

Qaya partlayışına meylli sintetik materialın hazırlanma məntiqi

Eksperimental materialın iki əsas davranışı birlikdə göstərməsi hədəflənmişdir. Birincisi, pik gərginliyə çatana qədər deformasiyanın böyük ölçüdə elastik olması və beləliklə elastik deformasiya enerjisinin yığıla bilməsidir. İkincisi isə pik nöqtədən sonra uzunmüddətli sünek deformasiya əvəzinə sürətli və aydın kövrək möhkəmlik itkisinin ortaya çıxmasıdır. Beləliklə yalnız statik olaraq qırılan süxurabənzər nümunə deyil, qırılma zamanı hissəciklərin atılması və yükdaşıma qabiliyyətinin sürətli itməsi kimi qaya partlayışı ilə əlaqəli mexaniki əlamətləri göstərə bilən analoji material əldə edilməyə çalışılmışdır.

Material; bağlayıcı kimi natrium silikat, bərkidici kimi natrium flüorosilikat və aqreqat kimi talk tozundan hazırlanmışdır. Natrium silikat:natrium flüorosilikat:talk üçün kütlə nisbəti 1:0,13:0,30-dur. Materialın əsas mexaniki xarakterizasiyasında diametri 50 mm və hündürlüyü 100 mm olan standart silindrik nümunələrdən istifadə edilmişdir. Qəlibdə 48 saat bərkimədən sonra nümunələr daha 7 gün otaq şəraitində havada kürlənmişdir.

Yeni qarışıq əvvəlki aşağı möhkəmlikli, yüksək qaya partlayışı meylli simulyasiya materialı ilə müqayisədə daha yüksək elastiklik moduluna və koheziyaya malikdir. Araşdırmaçılar bunun eyni deformasiya şəraitində daha yüksək yükdaşıma və daha çox elastik enerji saxlama qabiliyyəti təmin edərək kəsilmə-sürüşmə qeyri-sabitliyinin tədqiqi üçün daha uyğun əsas yaratdığını bildirirlər.

Qaya partlayışı meyli necə xarakterizə edildi?

Materialın qaya partlayışına bənzər davranışı, Çin milli standartı GB/T 25217.2-2010-dakı kömür partlayışı meyli üzrə sınaq prosedurları birbaşa sahə ekvivalentliyi qurmaq üçün deyil, material seçimi və mexaniki xarakterizasiya üçün istinad çərçivəsi kimi istifadə edilməklə qiymətləndirilmişdir. Zərbə enerji indeksi \(K_E\), elastik enerji indeksi \(W_{ET}\) və dinamik qırılma müddəti \(D_t\) müvafiq olaraq pikdən əvvəl–pikdən sonra enerji əlaqəsini, elastik enerji saxlama qabiliyyətini və pikdən sonrakı qırılmanın müddətini ifadə edən göstəricilərdir.

Yüksəksürətli kamera müşahidələrində pik gərginliyindən dərhal əvvəl kiçik lövhəvari hissələrin səthdən ayrılmağa və atılmağa başladığı, pikə çatdıqda isə müxtəlif ölçülü hissələrin, qırıntıların və tozun daha şiddətli şəkildə atıldığı bildirilmişdir. Bu davranış araşdırmaçılar tərəfindən materialın qaya partlayışına güclü meyl göstərməsinin eksperimental əlaməti kimi qiymətləndirilmişdir.

Əvvəlcədən hazırlanmış çatlaqların eksperimental rolu

Kəsilmə sınaqlarının əsas nümunələri 150 mm kənar uzunluğuna malik kublardır. J0 nümunəsi bütövdür. J1 nümunəsində kəsilmə istiqamətində 150 mm uzunluğa və 30 mm enə malik bir əvvəlcədən hazırlanmış çatlaq yaradılmışdır. J2 nümunəsində isə hər biri 150 mm uzunluğunda və 15 mm enində iki paralel əvvəlcədən hazırlanmış çatlaq vardır. Beləliklə J1 və J2 üçün ümumi çatlaq eni 30 mm-də sabit saxlanmış və yalnız çatlaq sayının təsirini araşdırmaq məqsəd qoyulmuşdur.

Çatlaq açıqlığı qəlibə əvvəlcədən yerləşdirilən 0,5 mm qalınlığındakı polad hissələrlə idarə edilmişdir. J1-də istifadə olunan polad əlavə 30 mm, J2-dəki iki əlavə isə ayrı-ayrılıqda 15 mm enindədir. Əlavələrin 200 mm uzunluğu nümunənin 150 mm-lik kənarından böyük seçilmiş; beləliklə kürlənmədən sonra hissələrin bələdçi boyunca hamar şəkildə çəkilməsi və nümunənin bütün enindən keçən nizamlı çatlaq səthlərinin yaradılması təmin edilmişdir.

Kəsilmə zamanı dilatasiya niyə yaranır?

Qırıq və ya nahamar kəsilmə səthi sürüşməyə başladıqda qarşılıqlı səthlərdəki asperitlər yalnız üfüqi istiqamətdə sürtünmür; bir-birinin üzərindən qalxa, dönə və yerli şəkildə qırıla bilər. Bu hərəkət nümunənin normal istiqamətdə açılmasına səbəb olur. Tədqiqatda müsbət normal yerdəyişmə dilatasiya, mənfi normal yerdəyişmə isə normal yığılma kimi müəyyən edilmişdir. Normal gərginlik yüksəldikcə asperitlərin bir-birinin üzərindən keçməsi çətinləşmiş, əzilmə və hissəciklərin yenidən düzülməsi daha üstün olmuşdur.

Normal Gərginlik Kəsilmə-Sürüşmə Qeyri-Sabitliyini Necə Dəyişdirir?

Təcrübələrdə normal gərginliyin təsiri biristiqamətli deyil: 0,9–2,7 MPa arasında yüksək normal gərginlik asperitlərin kilidlənməsini və süxur körpülərinin məhdudlaşdırılmasını gücləndirərək kəsilmə müqavimətini artırmış, lakin eyni zamanda dilatasiyanı azaltmış və yerli yükdaşıyan strukturlarda daha sıx gərginlik yığılmasına zəmin yaratmışdır; 3,6 MPa-da üstün davranış artıq yalnız möhkəmliyin artması deyil, intensiv əzilmə, yükdaşıyan strukturların çökməsi və sürətli pikdən sonrakı kövrək qeyri-sabitlik olmuşdur.

Dörd mərhələli mexaniki təkamül

Mərhələ I — Sıxılma uyğunlaşması və yükdaşıyan strukturun formalaşması: Əvvəlcədən hazırlanmış çatlaqlar, mövcud boşluqlar və daxili qüsurlar bağlanmağa başlayır. Kəsilmə müstəvisi yaxınlığındakı asperitlər təmas quruluşlarını yenidən formalaşdırır. Kəsilmə gərginliyi yavaş-yavaş yüksələrkən normal yerdəyişmə məhdud qalır. Yük kəsik-kəsik təmas zonaları və bütöv qalan süxur körpüləri vasitəsilə daşınmağa başlayır.

Mərhələ II — Elastik kəsilmə və enerji yığılması: Kəsilmə gərginliyi təxminən xətti artır. Asperitlərin bir-birinin üzərindən keçməsi dilatasiyanı başladır. Kəsilmə gərginliyi yüksəldikcə potensial kəsilmə müstəvisi yaxınlığındakı yerli baş dartılma gərginlikləri artır və maili mikroçatlaqların yaranması asanlaşır. Qonşu çatlaqlar arasındakı material birləşmiş sıxılma–kəsilmə yükünü daşıyan maili süxur körpülərinə və ya yerli yükdaşıyan elementlərə çevrilir. Bu mərhələdə qırılma geniş yayılır, lakin hələ bütün kəsilmə müstəvisinə hakim deyil.

Mərhələ III — Zədələnmənin toplanması, çatlaqların birləşməsi və pik qeyri-sabitliyi: Əvvəlcədən hazırlanmış çatlaq uclarından irəliləyən çatlaqlar yeni yaranan mikroçatlaqlarla birləşir. Yerli yükdaşıyan elementlərdə ardıcıl əyilmə, kəsilmə və əzilmə inkişaf edir. Gərginlik əyrisi xəttilikdən yayınır, mişardişi formalı dalğalanmalar və çoxsaylı yerli piklər yarana bilər. Yükdaşıyan strukturların qalan hissəsi qlobal tarazlığı təmin edə bilmədikdə yerli qırılma zonaları sürətlə birləşərək effektiv kəsilmə yükdaşıma sahəsini azaldır və nəzərəçarpan gərginlik düşməsi yaranır.

Mərhələ IV — Hissəciklərin yenidən düzülməsi və pikdən sonrakı sürüşmə: Pik nöqtədən sonra bütöv qalan yükdaşıyan elementlər qırılmağa davam edir. Blokvari qırıntılar davam edən sıxılma–kəsilmə yükü altında əzilir və daha incə hissəciklərə çevrilir. Bu hissəciklər kəsilmə zonasında sürüşür, yuvarlanır və yenidən düzülür. Təmas vəziyyəti təkrar-təkrar kilidlənmə, yükdaşıma, qırılma və yenidən təmas dövrünə daxil olaraq pikdən sonrakı fasiləli tutunma-sürüşmə davranışına töhfə verə bilər. Aşağı və orta normal gərginliklərdə sistem sonda qalıq sürtünməli sürüşməyə yaxınlaşa bildiyi halda, 3,6 MPa-da normal istiqamətdə çökmə və qlobal kövrək qeyri-sabitlik inkişaf etmişdir.

Tədqiqatın dəstəklədiyi və dəstəkləmədiyi nəticələr

Tədqiqatın birbaşa dəstəklədiyi nəticələr: Sınaqdan keçirilmiş sintetik materialda normal gərginlik artdıqca kəsilmə möhkəmliyi, dilatasiya, gərginlik düşmələrinin paylanması, kəsilmə səthinin zədələnməsi və parçalanma formasının sistematik şəkildə dəyişə bilməsi; yüksək normal gərginliklə çoxsaylı əvvəlcədən hazırlanmış çatlaqların daha erkən deformasiya lokallaşması və daha intensiv tək-tək qeyri-sabitlik hadisələri ilə birlikdə müşahidə oluna bilməsidir.

Tədqiqatın birbaşa dəstəkləmədiyi nəticələr: 3,6 MPa-ın bütün süxurlar və ya bütün yeraltı strukturlar üçün universal qaya partlayışı həddi olduğu deyilə bilməz. Əvvəlcədən hazırlanmış çatlaq sayının real süxur massivlərində hər şəraitdə eyni kəmiyyət təsiri yaradacağı göstərilməmişdir. Gərginlik düşməsinin ölçülməsi sərbəst buraxılan ümumi enerjiyə bərabər deyil. Təcrübələrdə akustik emissiya, vibrasiya enerjisi, atılan hissələrin sürəti və ya kinetik enerjisi birbaşa ölçülmədiyindən real sahə qaya partlayışının dinamik şiddəti kəmiyyətcə təsdiqlənməmişdir.

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

Eksperimental matris

Tədqiqatda üç qırıq konfiqurasiyası ilə dörd normal gərginlik səviyyəsi birləşdirilərək cəmi 12 eksperimental şərt yaradılmışdır. Hər şərt üçün bir nümunə sınaqdan keçirilmişdir.

Dörd normal gərginliyin biroxlu sıxılma möhkəmliyinə görə normallaşdırılmış qiymətləri təxminən \(\sigma_n/\sigma_c=0.12,\ 0.24,\ 0.36\) və \(0.49\)-dur. Hər kombinasiya yalnız bir dəfə sınaqdan keçirildiyi üçün eksperimental qruplar üçün standart sapma, etibar intervalı və ya variasiya əmsalı bildirilməmişdir.

Nümunələrin hazırlanması

1. Natrium silikat, natrium flüorosilikat və talk tozu 1:0,13:0,30 kütlə nisbətində çəkilmişdir.
2. Əvvəlcə natrium silikat qarışdırma qabına əlavə edilmiş, talk tozu tədricən qatılmış, homogenləşdikdən sonra natrium flüorosilikat əlavə edilərək təxminən 3 dəqiqə qarışdırılmışdır.
3. Əvvəlcədən hazırlanmış çatlaqlı nümunələrdə nazik polad əlavələr qəlibin orta müstəvisində bərkidilmiş; bütöv nümunələrdə bu əlavələrdən istifadə edilməmişdir.
4. Tökmədən sonra qəliblər 30 saniyə vibrasiya stolunda saxlanılmış, tutulmuş havanın azaldılması və homogenliyin artırılması məqsəd qoyulmuşdur.
5. Nümunələr qəlibdə 48 saat, qəlibdən çıxarıldıqdan sonra otaq temperaturunda daha 7 gün kürlənmişdir.
6. Kürlənmədən sonra polad hissələr bələdçilərdən sabit sürətlə çəkilərək nizamlı həndəsəyə malik keçici əvvəlcədən hazırlanmış çatlaqlar yaradılmışdır.

Kəsilmə sınağı qurğusu

Kəsilmə-sürüşmə sınaqları süxur kəsilməzlikləri üçün servo-idarə olunan kəsilmə möhkəmliyi sınaq sistemində həyata keçirilmişdir. Sistem normal istiqamətdə maksimum 200 kN, kəsilmə istiqamətində maksimum 300 kN yük tutumuna malikdir. Məlumatların nümunəgötürmə tezliyi 100 Hz-dir. Nümunə yüksək möhkəmlikli L formalı iki kəsilmə qurğusu arasında saxlanılmış və hədəf kəsilmə müstəvisi nümunənin üfüqi orta müstəvisinə yerləşdirilmişdir.

Normal yükləmə zamanı yarana biləcək qurğu sürtünməsinin ölçülən kəsilmə qüvvəsinə təsirini azaltmaq üçün kəsilmə qurğusu ilə normal aktuator arasına diyircəkli lövhə yerləşdirilmişdir. Normal və kəsilmə istiqamətindəki yüklər yüksək dəqiqlikli yük hüceyrələri ilə, yerdəyişmələr isə xaricdən quraşdırılmış iki xətti dəyişən diferensial transformatorla (LVDT) qeydə alınmışdır.

Yükləmə protokolu

1. Normal ilkin yükləmə: 3 kN yük 0,5 kN/s sürətlə tətbiq edilmiş və nümunə–qurğu təmas boşluqlarını azaltmaq üçün üç dəfə təkrarlanmışdır.
2. Normal yükləmə və saxlama: Hədəf normal yük 0,5 kN/s sürətlə tətbiq edilmiş və sonrakı kəsilmə boyunca sabit saxlanılmışdır.
3. Kəsilmə ilkin yükləməsi: 3 kN kəsilmə yükü 0,5 kN/s sürətlə tətbiq edilmiş və təmasın oturması üçün üç dəfə təkrarlanmışdır.
4. Kəsilmə yükləməsi: İdarəetmə yerdəyişmə rejiminə keçirilmiş və kəsilmə yerdəyişməsi 0,01 mm/s sabit sürətlə tətbiq edilmişdir. Nümunə tam qırıldıqda və ya kəsilmə yerdəyişməsi 15 mm-ə çatdıqda sınaq dayandırılmışdır.

Kəsilmə gərginliyi–yerdəyişmə davranışı

0,9–2,7 MPa aralığında normal gərginliyin artması asperitlərin kilidlənməsini və yerli yükdaşıyan strukturların normal istiqamətdə məhdudlaşdırılmasını gücləndirmişdir. Bunun nəticəsində üç nümunə tipində də pik və qalıq kəsilmə möhkəmlikləri ümumilikdə yüksəlmişdir. Aşağı normal gərginliklərdə pikdən sonrakı gərginlik itkisi daha mərhələli olmuş və qalıq sürtünməli sürüşmə daha uzun müddət qorunmuşdur.

Normal gərginlik yüksəldikcə pik ətrafındakı dalğalanmalar daha nəzərəçarpan olmuş; bəzi nümunələrdə çoxsaylı piklər və ardıcıl gərginlik düşmələri müşahidə edilmişdir. Araşdırmaçılar bu dalğalanmaları yerli yükdaşıyan elementlərin ardıcıl qırılması və kəsilmə səthində yenidən inkişaf edən kilidlənmə prosesləri ilə əlaqələndirmişlər.

3,6 MPa altında üç nümunə tipində də pik kəsilmə möhkəmlikləri təxminən 2,9 MPa səviyyəsinə yaxınlaşmış; sonra nəzərəçarpan pik gərginlik düşməsi və terminal qeyri-sabitlik inkişaf etmişdir. Bu şərtdə J0, J1 və J2-nin kəsilmə yükdaşıma qabiliyyətini tam itirdiyi yerdəyişmələr təxminən 9,0, 7,8 və 6,5 mm-dir.

Bu cədvəl qırıq sayının pik kəsilmə möhkəmliyini birbaşa və monoton şəkildə azaltdığı mənasına gəlmir. Mənbə tədqiqatda eyni normal gərginlik altında qırıq sayı ilə pik möhkəmlik arasında nizamlı sıralama tapılmamışdır. Daha nəzərəçarpan dəyişiklik pikdən əvvəlki deformasiya qabiliyyətinin və pikdən sonrakı yükdaşıma davamlılığının azalmasıdır.

Məsələn, 0,9 MPa normal gərginlikdə J0, J1 və J2 nümunələrinin pik kəsilmə yerdəyişmələri müvafiq olaraq 6,6, 5,0 və 2,6 mm-ə düşmüş; təxmini qalıq kəsilmə möhkəmlikləri isə 1,0, 0,9 və 0,8 MPa kimi müəyyən edilmişdir. Bu müşahidə çoxsaylı qırıqların çatlaqların birləşməsi və makroskopik kəsilmə müstəvisinin yaranması üçün tələb olunan deformasiya yolunu qısalda biləcəyini göstərir.

Normal yerdəyişmə və dilatasiya

Normal yerdəyişmə əyriləri başlanğıc uyğunlaşma, dilatasiyanın inkişafı, pik dilatasiya və dilatasiyanın azalması formasında dörd ümumi mərhələ göstərmişdir. Bəzi təcrübələrdə dilatasiya daha sonra normal yığılmaya çevrilmişdir.

0,9 MPa altında J0, J1 və J2 nümunələri sınaq boyunca dilatasiya göstərmişdir. Pik dilatasiyalar müvafiq olaraq 2,6, 2,6 və 1,5 mm olmuş; bu piklərə uyğun kəsilmə yerdəyişmələri təxminən 6,7, 6,3 və 6,0 mm olaraq ölçülmüşdür.

Normal gərginlik 1,8–2,7 MPa-a qaldırıldıqda pik dilatasiya əhəmiyyətli dərəcədə kiçilmiş və pikdən sonra normal yerdəyişmə azalaraq sıfır xəttini keçməyə başlamışdır. 3,6 MPa-da davranış dəyişikliyi ən aydın səviyyəyə çatmışdır. J0 və J1-də yalnız təxminən 0,1 və 0,2 mm səviyyəsində qısamüddətli dilatasiya görülmüş; J2-də isə dilatasiya yaranmamışdır. J0 və J1 əyrilərində nəzərəçarpan dönüş təxminən 4,2 mm kəsilmə yerdəyişməsində, J2-də isə təxminən 3,0 mm-də baş vermişdir.

J2 nümunəsində təxminən 3,0 mm kəsilmə yerdəyişməsində normal yerdəyişmə təxminən 0,5 mm-lik qəfil düşmə göstərmişdir. Bu davranış çoxsaylı qırıqların süxur körpüsü şəbəkəsinin davamlılığını pozaraq yerli qırılmadan normal istiqamətdə daha ümumi struktur çökməsinə keçidi irəli çəkə biləcəyi kimi şərh edilmişdir.

Gərginlik Düşməsi Bu Təcrübədə Nəyi Göstərir?

Gərginlik düşməsi kəsilmə gərginliyi əyrisindəki yerli piklə onu dərhal izləyən yerli çuxur arasındakı azalmanı təmsil edir və bu tədqiqatda yerli yükdaşıma qabiliyyətinin qəfil itkisinin mexaniki göstəricisi kimi istifadə edilmişdir; lakin gərginlik düşməsinin böyüklüyü sərbəst buraxılan ümumi enerjiyə bərabər deyil və onun dinamik mənası qırılma forması, hissəciklərin atılması və digər müşahidələrlə birlikdə qiymətləndirilməlidir.

Gərginlik düşməsi tənliyi

Bir gərginlik düşməsi hadisəsinin böyüklüyü mənbədə belə müəyyən edilmişdir:

\[ \Delta\tau_i=\tau_i^{p}-\tau_i^{v} \]

Burada \(\Delta\tau_i\), \(i\). gərginlik düşməsi hadisəsinin böyüklüyüdür; \(\tau_i^{p}\) hadisədən dərhal əvvəlki yerli pik kəsilmə gərginliyini, \(\tau_i^{v}\) isə ondan sonra gələn yerli minimum kəsilmə gərginliyini göstərir. Bütün terminlər MPa ilə ifadə edilir. Statistik hadisə sayımına yalnız \(\Delta\tau_i>0.02\ \mathrm{MPa}\) olan düşmələr daxil edilmişdir.

J0 nümunələrində gərginlik düşməsi hadisələri əsasən 4–6 və 7–9 mm kəsilmə yerdəyişməsi intervallarında müşahidə edilmişdir. J1-də sıxlıq 4–6 və 7–8 mm-ə, J2-də isə 2–4 və 6–7 mm intervallarına keçmişdir. Beləliklə əvvəlcədən hazırlanmış qırıqların sayı artdıqca nəzərəçarpan gərginlik düşməsi hadisələrinin daha erkən deformasiya mərhələlərinə keçdiyi görülmüşdür.

Bununla belə, gərginlik düşməsinin böyüklüyü hər normal gərginlikdə qırıq sayı ilə monoton şəkildə dəyişməmişdir. Ən aydın qanunauyğunluq 3,6 MPa altında ortaya çıxmışdır: J0, J1 və J2 üçün maksimum gərginlik düşmələri 0,28, 0,62 və 0,90 MPa olmuşdur. Eyni zamanda ümumi hadisə sayı əsasən azalmış və hadisələr daha dar deformasiya intervallarında sıxlaşmışdır. Araşdırmaçılar bunu çoxsaylı kiçik yerli qırılmalardan daha az sayda, lakin daha böyük miqyaslı intensiv qeyri-sabitlik hadisələrinə keçid kimi şərh etmişlər.

Kəsilmə səthində müşahidə olunan zədələnmə təkamülü

Bütöv nümunələrin qırılma görüntüləri normal gərginlik artdıqca zədələnmə formasının aydın şəkildə dəyişdiyini göstərmişdir. 0,9 MPa-da makroskopik kəsilmə səthi nisbətən hamar qalmış və məhdud sayda maili kəsilmə çatlaqları ilə kiçik lövhə hissələrinin ayrılması müşahidə edilmişdir. 1,8 MPa-da səth daha dalğalı və nahamar olmuş, üst və alt blokların sərbəst səthlərində daha çox dartılma–kəsilmə çatlağı birləşmişdir.

2,7 MPa-da kəsilmə səthi aydın dalğalı həndəsə almış, daha çox süxur bloku və qırıntı atılmış və kəsilmə səthi yaxınlığında maili yivə bənzər strukturlar sıxlaşmışdır. 3,6 MPa-da isə birləşmiş sıxılma və kəsilmə altında nümunə sürətli kövrək dağılmaya uğramış; kəsilmə müqaviməti tam itmiş və ayrıca makroskopik kəsilmə səthini müəyyən etmək mümkün olmamışdır. Nümunə normal yükləmə istiqamətində çökərkən lövhəvari, sütunvari və incə dənəli çoxlu qırıntılar yaranmışdır.

Kəsilmə səthləri həmçinin sərbəst səthə yaxın sahə, mərkəzi kəsilmə səthi və ön–arxa sürtünmə sahələri kimi şərh edilmişdir. Aşağı gərginlikdə səthlərdə nizamlı maili süxur sütunları və sürtünmə izləri qorunarkən normal gərginlik yüksəldikcə bu strukturların tutduğu sahə azalmış, süxur qırıntısı və incə dənəli materialın miqdarı artmışdır.

Süxur tozunun miqdarı və üçüncü-cisim təbəqəsi şərhi

Kəsilmədən sonra 0,3 mm-dən kiçik hissəciklər “süxur tozu” kimi müəyyən edilmiş, standart ələkdən keçirilmiş və çəkilmişdir. Mənbə Şəkil 13-də verilən ölçmələr bütöv nümunə seriyasına aiddir.

0,9–2,7 MPa arasında artım nisbətən məhdud olduğu halda, 3,6 MPa-da süxur tozunun kütləsi 56 g-a çatmışdır. Zədələnmə görüntüləri ilə birlikdə qiymətləndirildikdə bu vəziyyət aşağı normal gərginlikdəki yerli asperit qırılmasından yüksək normal gərginlikdəki intensiv əzilmə və üyüdülməyə keçidlə uyğundur.

Araşdırmaçılar incə hissəciklərin iki qarşılıqlı kəsilmə səthi arasında “üçüncü-cisim dənəvər təbəqəsi” yarada biləcəyini irəli sürürlər. Belə təbəqədə təmas yalnız birbaşa asperit–asperit sürtünməsi ilə baş vermir; incə hissəciklərin sürüşməsi, yuvarlanması və yenidən düzülməsi də kəsilmə davranışına təsir göstərə bilər. Bu mexanizm mənbədə yüksək normal gərginlikdəki nəzərəçarpan pikdən sonrakı gərginlik düşmələrinin mümkün mexaniki izahlarından biri kimi təqdim edilir; ayrıca bir təcrübə ilə birbaşa sübut edilmiş müstəqil nəticə deyil.

Normal gərginliyin ikili mexaniki təsiri

Eksperimental nəticələr normal gərginliyin əvvəl sabitlik yaradan, sonra isə müəyyən şərtlərdə qeyri-sabitliyi gücləndirən iki təsirini bir-birindən ayırır. 0,9–2,7 MPa arasında normal gərginlik asperitləri daha sıx təmasa gətirmiş, süxur körpülərinin hərəkətini məhdudlaşdırmış və kəsilmə müqavimətini artırmışdır. Eyni məhdudiyyət yerli yükdaşıyan elementlərin qırılmadan əvvəl daha yüksək gərginlik və elastik enerji toplamasına da imkan vermişdir.

3,6 MPa-a çatdıqda mexaniki davranışın üstün istiqaməti dəyişmişdir. Asperitlərin bir-birinin üzərindən keçməsi böyük ölçüdə zəifləmiş, dilatasiya azalmış və ya yox olmuş, kəsilmə müstəvisində əzilmə və hissəciklərin yenidən düzülməsi aydınlaşmışdır. Yerli yükdaşıyan şəbəkə qırıldıqda yük başqa sağlam təmaslara tədricən ötürülə bilməmiş və kəsilmə yükdaşıma qabiliyyəti sürətlə itmişdir.

Əvvəlcədən hazırlanmış qırıq sayının rolu

Qırıq sayının artmasının əsas təsiri pik möhkəmliyi sadəcə azaltmaq deyil. Mənbədə eyni normal gərginlik altında J0, J1 və J2 pik kəsilmə möhkəmlikləri arasında bütün şərtlərdə keçərli nizamlı sıra müşahidə edilməmişdir. Bunun əvəzində qırıq sayı artdıqca çatlaqların birləşməsi üçün tələb olunan yol qısalmış, süxur körpüsü şəbəkəsinin davamlılığı zəifləmiş və kəsilmə deformasiyası daha erkən lokallaşmağa başlamışdır.

Xüsusilə 3,6 MPa şəraitində bu proses aydın şəkildə görülmüşdür: tam qeyri-sabitliyə qədər tələb olunan yerdəyişmə J0-dan J2-yə doğru azalarkən maksimum tək gərginlik düşməsi böyümüşdür. Beləliklə sistem çoxsaylı kiçik və səpələnmiş zədələnmə hadisələrindən daha az sayda, daha intensiv və böyük miqyaslı qırılma hadisələrinə doğru keçmişdir.

Tədqiqatın ən güclü mexaniki göstəriciləri

Araşdırmaçıların nəticələri yalnız pik kəsilmə möhkəmliyinə baxmağın kəsilmə-sürüşmə qeyri-sabitliyinin gedişini izah etmək üçün kifayət etmədiyini göstərir. Pik kəsilmə yerdəyişməsi, tam qeyri-sabitlikdəki yerdəyişmə, gərginlik düşmələrinin böyüklüyü və cəmləşdiyi deformasiya intervalı, pik dilatasiyanın yarandığı mövqe, normal yerdəyişmənin sıfırı keçdiyi nöqtə və dilatasiyadan yığılmaya keçidin sürəti daha həssas mexaniki göstəricilər kimi önə çıxır.

Mənbə tədqiqatın nəticələr bölməsində böyük gərginlik düşməsi hadisələrinin müəyyən deformasiya intervallarında cəmləşməsi, sabit pikdən sonrakı sürüşmə intervalının qısalması, dilatasiyanın zəifləməsi və normal yerdəyişmənin dilatasiyadan yığılmaya sürətlə keçməsi; çatlaqlı ətraf süxurda yaxınlaşan kəsilmə-sürüşmə dinamik qeyri-sabitliyinin potensial mexaniki göstəriciləri kimi təklif edilir. “Potensial” ifadəsi vacibdir; tədqiqat bunları sahə üçün təsdiqlənmiş erkən xəbərdarlıq meyarları kimi sınaqdan keçirməmişdir.

Eksperimental məhdudiyyətlər

Tədqiqatın ən mühüm məhdudiyyəti 12 eksperimental şərtin hər birində yalnız bir nümunənin istifadə edilməsidir. Buna görə material heterogenliyi, əvvəlcədən hazırlanmış çatlaq istehsalındakı kiçik fərqlər və başlanğıc təmas şəraitindəki dəyişkənliyin nəticələrə töhfəsi kəmiyyətcə ayrışdırıla bilməmişdir. J0, J1 və J2 arasındakı bəzi tərs sıralanmalar real qırıq həndəsəsi təsirini əks etdirə biləcəyi kimi nümunələrarası dəyişkənlikdən də qaynaqlana bilər.

Gərginlik düşməsi hadisələrinin eyni nümunənin zaman içindəki mexaniki dalğalanmaları olması da vacibdir. Eyni əyridən əldə edilən çoxsaylı gərginlik düşmələri müstəqil eksperimental təkrar kimi qiymətləndirilə bilməz. Buna görə gərginlik düşməsi sayının çox olması eksperimental nümunə ölçüsünün artdığı mənasına gəlmir.

İkinci əsas məhdudiyyət təcrübələrin yarı-statik yükləmə altında həyata keçirilməsidir. Akustik emissiya, vibrasiya, hissəciklərin atılma sürəti və sərbəst buraxılan kinetik enerji birbaşa ölçülməmişdir. Qəfil gərginlik düşmələri, kövrək çatlama, hissəciklərin atılması və yükdaşıma qabiliyyətinin sürətli itməsi dinamik qeyri-sabitliyin keyfiyyət mexaniki əlamətləri kimi şərh edilə bilər; lakin bunlar real yeraltı qaya partlayışı ilə kəmiyyət dinamik ekvivalentlik yaratmır.

Bundan əlavə, gərginlik düşməsi yalnız ölçülən kəsilmə müqavimətindəki azalmayı ifadə edir. \(\Delta\tau\) dəyərinin sərbəst buraxılan ümumi elastik və ya kinetik enerji ilə birbaşa eyniləşdirilməsi elmi cəhətdən doğru deyil. Gələcəkdə akustik, vibrasiya, yüksəksürətli kinematik və enerji ölçmələrinin birlikdə istifadə olunduğu təkrarlı təcrübələr təklif olunan mexanizmin dinamik xüsusiyyətlərinin kəmiyyətləşdirilməsi üçün tələb olunur.

Elmi nəticələrin bütöv şərhi

Tədqiqat kəsilmə-sürüşmə qeyri-sabitliyini təkcə “möhkəmlik həddi aşıldı və nümunə qırıldı” hadisəsi kimi deyil, təmasdan enerji yığılmasına, çatlaq inkişafından parçalanmaya və pikdən sonrakı dənəvər sürüşməyə qədər uzanan təkamül prosesi kimi göstərir. Bu baxışda normal gərginlik yalnız xaricdən tətbiq olunan məhdudiyyət deyil; həm səthlərin nə dərəcədə güclü kilidlənəcəyini, həm də bu kilidlənmə qırıldıqda zədənin nə ölçüdə cəmləşəcəyini müəyyən edən idarəedici dəyişəndir.

Əvvəlcədən hazırlanmış qırıqlar da yalnız kəsilmə sahəsini azaldan həndəsi boşluqlar deyil. Qırıqlar yükün süxur körpüləri boyunca hansı yollarla daşındığını, mikroçatlaqların hansı məsafədə birləşəcəyini və yerli yükdaşıyan elementlərin bir-birindən nə dərəcədə müstəqil qala biləcəyini dəyişdirir. Buna görə qırıq sayı pik möhkəmliyi bütün şərtlərdə monoton şəkildə azaltmamış, lakin xüsusilə yüksək normal gərginlikdə qeyri-sabitliyin daha erkən lokallaşması və tək gərginlik düşmələrinin böyüməsi ilə əlaqələndirilmişdir.

Mənbə və Metod Qeydi

Orijinal tədqiqat: Experimental Study on the Evolution Mechanism of Shear-Slip Rockburst Using a Rockburst-Prone Synthetic Material

Müəlliflər: Xuening Wang; Xiaoqing Wang; Jianbiao Bai; Yang Zhao; Feiteng Zhang; Junchen Li; Dingchao Chen.

Məsul müəllif: Xiaoqing Wang.

Qurumlar: School of Mines, China University of Mining and Technology, Xuzhou, China; Coal Mining Research Institute, China Coal Technology and Engineering Group Co., Ltd., Beijing, China; State Key Laboratory of Intelligent Coal Mining and Strata Control, Beijing, China.

Jurnal: Applied Sciences.

Nəşriyyat/platforma: MDPI.

Biblioqrafik qeyd: Applied Sciences, 2026, 16(17), 8804.

DOI: 10.3390/app16178804

Məqalə növü: Resenziyalı eksperimental tədqiqat məqaləsi.

Təqdim: 6 Avqust 2026.

Reviziya: 29 Avqust 2026.

Qəbul: 31 Avqust 2026.

Nəşr: 4 Sentyabr 2026.

Lisenziya: Creative Commons Attribution (CC BY) açıq giriş lisenziyası.

Maliyyələşdirmə: National Natural Science Foundation of China, layihə nömrələri 51927807 və 52274124.

Məlumatların əlçatanlığı: Məqalənin nəticələrini dəstəkləyən xam məlumatların əsaslandırılmış sorğu əsasında məsul müəllifdən əldə edilə biləcəyi bildirilmişdir.

Maraqların toqquşması: Xuening Wang, Xiaoqing Wang, Yang Zhao və Junchen Li-nin China Coal Technology and Engineering Group Co., Ltd. tərkibində çalışdığı bildirilmişdir. Digər müəlliflər tədqiqata təsir göstərə biləcək kommersiya və ya maliyyə münasibətlərinin olmadığını bəyan etmişlər.

Müəllif töhfələri: Xuening Wang konseptuallaşdırma, metodologiya, tədqiqat və yazı işlərində; Jianbiao Bai resurslar, maliyyələşdirmə və formal analizdə; Xiaoqing Wang nəzarət, məlumatların kurasiyası, resurslar və məqalənin qiymətləndirilməsində; Yang Zhao nəzarət, doğrulama və tədqiqatda; Feiteng Zhang konseptuallaşdırma, metodologiya və qiymətləndirmədə; Junchen Li məlumatların kurasiyası və qiymətləndirmə/redaktədə; Dingchao Chen doğrulama və qiymətləndirmədə iştirak etmişdir.

Əsas metodoloji məhdudiyyət: Hər eksperimental şərtdə n=1 olduğundan statistik təkrarlana bilmə qiymətləndirilməmişdir. Təcrübələr yarı-statik laboratoriya şəraitindədir və birbaşa akustik emissiya, vibrasiya, hissəciklərin atılma sürəti və ya sərbəst buraxılan kinetik enerji ölçmələrini ehtiva etmir. Nəticələr real sahə qaya partlayışının kəmiyyət dinamik ekvivalenti kimi deyil, kəsilmə-sürüşmə qeyri-sabitliyinin laboratoriya miqyaslı mexaniki analoqu kimi şərh edilməlidir.