Жылышуу-сыйгалануу тоо соккусу (shear-slip rockburst) — жогорку чыңалуудагы тоо тектер массивинде бар болгон үзгүлтүктөр боюнча өнүккөн жылышуу; жергиликтүү жүк көтөрүүчү түзүлүштөрдүн бузулушу, серпилгич деформация энергиясынын капыс бошошу жана тез механикалык туруксуздук менен айкалыша ала турган тоо тектер механикасынын динамикалык кубулушу. Бул изилдөө аталган процессти көзөмөлдөнгөн лабораториялык шартта кароо үчүн серпилгич энергияны жогорку деңгээлде топтой алган жана тез морт сынуу жүрүм-турумун көрсөтө тургандай иштелип чыккан синтетикалык тоо соккусун моделдөөчү материалды колдонгон. Бүтүн, алдын ала даярдалган бир жаракасы бар жана алдын ала даярдалган эки жаракасы бар 150 mm куб үлгүлөр; 0,9, 1,8, 2,7 жана 3,6 MPa нормалдык чыңалуу астында жылыштырылып сыналган. Изилдөөнүн негизги жыйынтыгы — нормалдык чыңалуу жылышууга каршылыкты көбөйтүү менен бирге, жогорку чыңалуу деңгээлинде морт туруксуздукту күчөтө ала турган кош ролго ээ экендиги. Бирок эксперименттик долбоордо ар бир жарака геометриясы–нормалдык чыңалуу айкалышы үчүн бир гана үлгү колдонулгандыктан, жыйынтыктар статистикалык жактан жалпыланган байланыштар эмес, текшерилген шарттардагы эксперименттик тенденциялар болуп саналат.

Колдонулган моделдөөчү материалдын сокку энергиясынын индекси \(K_E=18.0\), серпилгич энергия индекси \(W_{ET}=9.2\) жана динамикалык сынуу убактысы \(D_t=140\ \mathrm{ms}\) деп өлчөнгөн. Нормалдык чыңалуу 0,9 MPa дан 2,7 MPa га көтөрүлгөндө жылышуу бетиндеги бүдүрлөрдүн чыгып турган бөлүктөрүнүн, башкача айтканда asperityлердин, бири-бирине механикалык илешүүсү күчөгөн; чокулук жана калдык жылышуу бекемдиктери жалпысынан көбөйгөнү менен, жылышуу маалында нормалдык багыттагы ачылууну билдирген дилатация бара-бара басылган. Нормалдык чыңалуу 3,6 MPa га жеткенде болсо бүтүн, бир жаракалуу жана эки жаракалуу бардык үлгүлөрдө ачык чокулук чыңалуу түшүүлөрү, нормалдык багытта кысылуу жана чокудан кийин жылышуу жүк көтөрүү жөндөмүнүн толук жоголушу байкалган.

Жогорку нормалдык чыңалуу менен алдын ала даярдалган жаракалардын бир убакта болушу өзгөчө туруксуздуктун качан жана кандайча өнүгөрүн өзгөрткөн. 3,6 MPa шартында бүтүн J0, бир жаракалуу J1 жана эки жаракалуу J2 үлгүлөрүндө толук туруксуздукка туура келген жылышуу орун которуулары тиешелүүлүгүнө жараша 9,0, 7,8 жана 6,5 mm ге чейин азайган, ал эми максималдуу чыңалуу түшүүлөрү 0,28, 0,62 жана 0,90 MPa га чейин өскөн. Бул жыйынтык алдын ала даярдалган жаракалардын саны көбөйгөндө чокулук жылышуу бекемдиги жөн гана жана ырааттуу түрдө төмөндөбөстөн, жүк өткөрүү жолдору бузулуп, деформациянын локалдашуусу жана чокудан кийинки жүк көтөрүүчү түзүлүштүн үзгүлтүксүздүгүн эртерээк жоготуусу күчөй турганын көрсөтөт.

Эксперименттерде жылышуу-сыйгалануу процесси төрт механикалык этап катары сүрөттөлгөн: жаракалар менен боштуктар жабылып, жүк көтөрүүчү түзүлүш калыптанган кысылуу–ыңгайлашуу этабы; серпилгич жылышуу жана энергия топтолушу; бузулуунун топтолушу, жаракалардын кошулушу жана чокулук туруксуздук; акырында бөлүкчөлөрдүн кайра жайгашуусу жана чокудан кийинки сыйгалануу. Жогорку нормалдык чыңалууда акыркы этап туруктуу калдык сүрүлүүчү сыйгаланууга жетүүнүн ордуна майдаланууга, нормалдык багытта чөгүүгө жана глобалдык морт туруксуздукка өтүшү мүмкүн.

Изилдөөнүн негизги көйгөйү

Терең жер астындагы инженерияда тоо тектер массивиндеги жеринде болгон чыңалуулар көбөйгөн сайын тоннелдердин, галереялардын жана кен казмаларынын айланасында жогорку чыңалуу топтолушу пайда болушу мүмкүн. Тоо тектер массиви толук үзгүлтүксүз чөйрө эмес; муундар, жаракалар, жаракалар системалары жана башка структуралык үзгүлтүктөр жүктүн өткөрүлүшүн үзөт. Казуу же өндүрүш иштери баштапкы чыңалуу тең салмагын өзгөрткөндө бул үзгүлтүктөр боюнча жылышуу кыймылы башталышы мүмкүн. Эгер процесс серпилгич энергиянын көп топтолушу жана жүк көтөрүү жөндөмүнүн тез жоголушу менен айкалышса, капыс жана күчтүү жылышуу-сыйгалануу туруксуздугу өнүгүшү мүмкүн.

Табигый тоо тек жана көмүр үлгүлөрү инженердик чындыкка жакын болгону менен, минералдык курамы, табигый жаракалар тармагы, бет геометриясы жана механикалык касиеттери үлгүдөн үлгүгө өзгөрүшү мүмкүн. Бул өзгөрмөлүүлүк жаракалардын саны, орду жана үзгүлтүксүздүгү сыяктуу параметрлерди өз алдынча изилдөөнү татаалдатат. Синтетикалык тоо текке окшош материалдар болсо геометрияны жана материалдык касиеттерди көбүрөөк көзөмөлдөөгө мүмкүндүк берет. Ошол эле учурда мурунку синтетикалык материалдардын маанилүү бөлүгү статикалык бекемдик жана деформациялык окшоштукка басым жасаган; серпилгич энергияны топтоо, чокудан кийинки капыс морт чыңалуу жоготуусу жана үзгүлтүктүү чыңалуу түшүүлөрүн бир материалда бирге чагылдыруу чектелүү бойдон калган.

Бул изилдөөдө окумуштуулар ошол боштукту тоо соккусуна айкын ыктаган синтетикалык материалды көзөмөлдөнгөн алдын ала даярдалган жарака геометриялары менен айкалыштыруу аркылуу карашкан. Максат максималдуу жылышуу бекемдигин гана өлчөө эмес. Чыңалуу кайсы этапта термелери, дилатация качан кысылууга өтөрү, жылышуу бети кандайча бөлүнөрү, чыңалуу түшүүлөрү качан топтолоору жана пайда болгон майда тоо тек чаңынын көлөмү кандай өзгөрөрү бирге изилденген.

Жылышуу-Сыйгалануу Тоо Соккусу Деген Эмне?

Жылышуу-сыйгалануу тоо соккусу — жогорку чыңалуудагы тоо тектер массивинде үзгүлтүк же потенциалдуу жылышуу тегиздиги боюнча өнүккөн сыйгалануу; жергиликтүү тоо тек көпүрөлөрүнүн жана asperityлердин бузулушу, жылышуу жүк көтөрүү жөндөмүнүн капыс азайышы жана топтолгон серпилгич энергиянын тез кайра бөлүштүрүлүшү менен динамикалык туруксуздукка өтө ала турган тоо соккусунун механизми. Бул изилдөөдөгү эксперименттер чыныгы талаалык тоо соккусунун толук динамикалык эквиваленти эмес, бул механикалык процесстин лабораториялык масштабдагы аналогу.

Тоо соккусуна ыктаган синтетикалык материалды иштеп чыгуунун логикасы

Эксперименттик материал эки негизги жүрүм-турумду бир убакта көрсөтүшү максат кылынган. Биринчиден, чокулук чыңалууга жеткенге чейин деформация негизинен серпилгич болуп, ошонун эсебинен серпилгич деформация энергиясы топтоло алышы керек. Экинчиден, чоку чекитинен кийин узакка созулган ийилчээк деформациянын ордуна тез жана даана морт бекемдик жоготуусу пайда болушу керек. Ошентип жөн гана статикалык түрдө сынган тоо текке окшош үлгү эмес, сынуу маалында бөлүктөрдүн ыргытышы жана жүк көтөрүү жөндөмүнүн тез жоголушу сыяктуу тоо соккусуна байланыштуу механикалык белгилерди көрсөтө алган аналогдук материал алуу көздөлгөн.

Материал байланыштыргыч катары натрий силикаты, катуулаткыч катары натрий фторсиликаты жана толтургуч катары тальк порошогунан даярдалган. Натрий силикаты:натрий фторсиликаты:тальк үчүн масса катышы 1:0,13:0,30. Материалдын негизги механикалык мүнөздөмөсүндө диаметри 50 mm жана бийиктиги 100 mm болгон стандарттык цилиндр үлгүлөр колдонулган. Калыпта 48 саат катырылгандан кийин үлгүлөр бөлмө шартында абада дагы 7 күн катырылган.

Жаңы аралашма мурунку төмөн бекемдиктеги, тоо соккусуна жогорку ыктаган моделдөөчү материалга салыштырмалуу жогорку серпилгичтик модулуна жана когезияга ээ. Окумуштуулар мунун бирдей деформация шартында жогорку жүк көтөрүү жана көбүрөөк серпилгич энергия топтоо мүмкүнчүлүгүн берип, жылышуу-сыйгалануу туруксуздугун изилдөөгө ылайыктуураак негиз түзөрүн белгилешет.

Тоо соккусуна ыктоо кандай мүнөздөлдү?

Материалдын тоо соккусуна окшош жүрүм-туруму Кытайдын GB/T 25217.2-2010 улуттук стандартындагы көмүр соккусуна ыктоо боюнча сыноо процедураларын түздөн-түз талаа эквиваленттүүлүгүн орнотуу үчүн эмес, материал тандоо жана механикалык мүнөздөө үчүн эталондук алкак катары колдонуу менен бааланган. Сокку энергиясынын индекси \(K_E\), серпилгич энергия индекси \(W_{ET}\) жана динамикалык сынуу убактысы \(D_t\) тиешелүүлүгүнө жараша чокуга чейинки–чокудан кийинки энергия байланышын, серпилгич энергия топтоо мүмкүнчүлүгүн жана чокудан кийинки сынуунун узактыгын көрсөткөн индикаторлор.

Жогорку ылдамдыктагы камера байкоолорунда чокулук чыңалууга жетердин алдында кичинекей пластинка сымал бөлүктөр беттен бөлүнүп, ыргый баштаганы, чокуга жеткенде ар кандай өлчөмдөгү бөлүктөр, сыныктар жана чаң күчтүүрөөк ыргытылганы билдирилген. Бул жүрүм-турум окумуштуулар тарабынан материалдын тоо соккусуна күчтүү ыктаганын көрсөткөн эксперименттик белги катары бааланган.

Алдын ала даярдалган жаракалардын эксперименттик ролу

Жылышуу сыноолорунун негизги үлгүлөрү капталынын узундугу 150 mm болгон кубдар. J0 үлгүсү бүтүн. J1 үлгүсүндө жылышуу багытында узундугу 150 mm жана туурасы 30 mm болгон бир алдын ала даярдалган жарака түзүлгөн. J2 үлгүсүндө болсо ар бири 150 mm узундукта жана 15 mm тууралыкта болгон эки параллелдүү алдын ала даярдалган жарака бар. Ошентип J1 жана J2 үчүн жалпы жарака туурасы 30 mm деңгээлинде туруктуу кармалып, жаракалардын санынын гана таасирин изилдөө максатталган.

Жараканын ачылышы калыпка алдын ала орнотулган калыңдыгы 0,5 mm болот бөлүктөр менен көзөмөлдөнгөн. J1де колдонулган болот кошумча 30 mm, J2деги эки бөлүк өз-өзүнчө 15 mm тууралыкта. Кошумчалардын 200 mm узундугу үлгүнүн 150 mm капталынан чоң тандалган; мунун аркасында катыргандан кийин бөлүктөрдү багыттоочу боюнча түз тартып чыгаруу жана үлгүнүн бүтүн туурасы аркылуу өткөн тартиптүү жарака беттерин түзүү камсыздалган.

Жылышуу учурунда эмне үчүн дилатация пайда болот?

Жарака же бүдүр жылышуу бети сыйгалана баштаганда карама-каршы беттердеги asperityлер горизонталдык багытта гана сүрүлбөйт; бири-биринин үстүнө чыгып, айланып жана жергиликтүү түрдө сынышы мүмкүн. Бул кыймыл үлгүнүн нормалдык багытта ачылышына алып келет. Изилдөөдө оң нормалдык орун которуу дилатация, терс нормалдык орун которуу болсо нормалдык кысылуу деп аныкталган. Нормалдык чыңалуу көбөйгөн сайын asperityлердин бири-биринин үстүнөн өтүшү кыйындап, майдалануу жана бөлүкчөлөрдүн кайра жайгашуусу басымдуу боло баштаган.

Нормалдык Чыңалуу Жылышуу-Сыйгалануу Туруксуздугун Кантип Өзгөртөт?

Эксперименттерде нормалдык чыңалуунун таасири бир багыттуу эмес: 0,9–2,7 MPa аралыгында жогорку нормалдык чыңалуу asperityлердин илешүүсүн жана тоо тек көпүрөлөрүнүн чектелишин күчөтүп, жылышууга каршылыкты жогорулаткан, бирок ошол эле учурда дилатацияны азайтып, жергиликтүү жүк көтөрүүчү түзүлүштөрдө чыңалуунун көбүрөөк топтолушуна шарт түзгөн; 3,6 MPa да үстөмдүк кылган жүрүм-турум эми жөн гана бекемдиктин өсүшү эмес, күчтүү майдалануу, жүк көтөрүүчү түзүлүштөрдүн чөгүшү жана чокудан кийинки тез морт туруксуздук болгон.

Төрт этаптуу механикалык эволюция

I этап — Кысылуу аркылуу ыңгайлашуу жана жүк көтөрүүчү түзүлүштүн калыптанышы: Алдын ала даярдалган жаракалар, бар боштуктар жана ички кемчиликтер жабыла баштайт. Жылышуу тегиздигине жакын asperityлер тийишүү тартибин кайра түзөт. Жылышуу чыңалуусу жай өсүп жатканда нормалдык орун которуу чектелүү бойдон калат. Жүк үзүлмө тийишүү зоналары жана бүтүн калган тоо тек көпүрөлөрү аркылуу өткөрүлө баштайт.

II этап — Серпилгич жылышуу жана энергия топтолушу: Жылышуу чыңалуусу болжол менен сызыктуу көбөйөт. Asperityлердин бири-биринин үстүнөн өтүшү дилатацияны баштайт. Жылышуу чыңалуусу өскөн сайын потенциалдуу жылышуу тегиздигине жакын жергиликтүү башкы созуу чыңалуулары көбөйүп, кыйгач микрожаракалардын пайда болушу жеңилдейт. Коңшу жаракалардын ортосундагы материал бириккен кысуу–жылышуу жүгүн көтөргөн кыйгач тоо тек көпүрөлөрүнө же жергиликтүү жүк көтөрүүчү элементтерге айланат. Бул этапта сынуу кеңири жүрөт, бирок али бүткүл жылышуу тегиздигин ээлей элек.

III этап — Бузулуунун топтолушу, жаракалардын кошулушу жана чокулук туруксуздук: Алдын ала даярдалган жаракалардын учтарынан өнүккөн жаракалар жаңы пайда болгон микрожаракалар менен кошулат. Жергиликтүү жүк көтөрүүчү элементтерде ырааттуу ийилүү, жылышуу жана майдалануу өнүгөт. Чыңалуу ийри сызыгы сызыктуулуктан четтейт, араа тиш сымал термелүүлөр жана бир нече жергиликтүү чокулар пайда болушу мүмкүн. Жүк көтөрүүчү түзүлүштөрдүн калган бөлүгү глобалдык тең салмакты камсыздай албай калганда жергиликтүү сынуу зоналары тез биригип, эффективдүү жылышуу жүк көтөрүү аянтын кыскартат жана ачык чыңалуу түшүүсү пайда болот.

IV этап — Бөлүктөрдүн кайра жайгашуусу жана чокудан кийинки сыйгалануу: Чоку чекитинен кийин бүтүн калган жүк көтөрүүчү элементтер сынууну улантат. Блок сымал сыныктар уланып жаткан кысуу–жылышуу жүгү астында майдаланып, андан майда бөлүкчөлөргө айланат. Бул бөлүкчөлөр жылышуу зонасында сыйгаланып, тоголонуп жана кайра жайгашат. Тийишүү абалы кайра-кайра илешүү, жүк көтөрүү, сынуу жана кайра тийишүү циклине кирип, чокудан кийинки үзгүлтүктүү кармалуу-сыйгалануу жүрүм-турумуна салым кошушу мүмкүн. Төмөн жана орточо нормалдык чыңалууларда система акырында калдык сүрүлүүчү сыйгаланууга жакындашы мүмкүн, ал эми 3,6 MPa да нормалдык багытта чөгүү жана глобалдык морт туруксуздук өнүккөн.

Изилдөө колдогон жана колдобогон тыянактар

Изилдөө түздөн-түз колдогон жыйынтыктар: Сыналган синтетикалык материалда нормалдык чыңалуу көбөйгөн сайын жылышуу бекемдиги, дилатация, чыңалуу түшүүлөрүнүн бөлүштүрүлүшү, жылышуу бетинин бузулушу жана майдалануу формасы системалуу түрдө өзгөрө алары; жогорку нормалдык чыңалуу менен көп сандагы алдын ала даярдалган жаракалар деформациянын эрте локалдашуусу жана күчтүүрөөк айрым туруксуздук окуялары менен бирге байкалышы мүмкүн экендиги.

Изилдөө түздөн-түз колдобогон жыйынтыктар: 3,6 MPa бардык тоо тектер же бардык жер астындагы түзүлүштөр үчүн универсалдуу тоо соккусу босогосу деп айтууга болбойт. Алдын ала даярдалган жаракалардын саны чыныгы тоо тектер массивдеринде ар дайым бирдей сандык таасир берет деп көрсөтүлгөн эмес. Чыңалуу түшүүсүн өлчөө бошогон жалпы энергияга барабар эмес. Эксперименттерде акустикалык эмиссия, титирөө энергиясы, ыргытылган бөлүктөрдүн ылдамдыгы же кинетикалык энергиясы түз өлчөнбөгөндүктөн, чыныгы талаалык тоо соккусунун динамикалык күчү сандык түрдө ырасталган эмес.

Изилдөөнүн Ыкмасы жана Жыйынтыктары

Эксперименттик матрица

Изилдөөдө үч жарака конфигурациясы төрт нормалдык чыңалуу деңгээли менен айкалыштырылып, жалпы 12 эксперименттик шарт түзүлгөн. Ар бир шарт үчүн бир үлгү сыналган.

Төрт нормалдык чыңалуунун бир октук кысууга бекемдикке салыштырмалуу нормалдаштырылган маанилери болжол менен \(\sigma_n/\sigma_c=0.12,\ 0.24,\ 0.36\) жана \(0.49\). Ар бир айкалыш бир гана жолу сыналгандыктан, эксперименттик топтор үчүн стандарттык четтөө, ишеним аралыгы же вариация коэффициенти берилген эмес.

Үлгүлөрдү даярдоо

1. Натрий силикаты, натрий фторсиликаты жана тальк порошогу 1:0,13:0,30 масса катышында таразаланган.
2. Адегенде натрий силикаты аралаштыруучу идишке алынган, тальк порошогу баскычтуу кошулган, бир тектүү болгондон кийин натрий фторсиликаты кошулуп болжол менен 3 мүнөт аралаштырылган.
3. Алдын ала даярдалган жаракалуу үлгүлөрдө жука болот кошумчалар калыптын ортоңку тегиздигине бекитилген; бүтүн үлгүлөрдө бул бөлүктөр колдонулган эмес.
4. Куюудан кийин калыптар 30 секунд титирөө столунда кармалып, камалып калган абаны азайтуу жана бир тектүүлүктү жогорулатуу максатталган.
5. Үлгүлөр калыпта 48 саат, калыптан чыгарылгандан кийин бөлмө температурасында дагы 7 күн катырылган.
6. Катыргандан кийин болот бөлүктөр багыттоочулардан туруктуу ылдамдыкта тартылып чыгарылып, тартиптүү геометриясы бар өтмө алдын ала даярдалган жаракалар түзүлгөн.

Жылышуу сыноо түзмөгү

Жылышуу-сыйгалануу сыноолору тоо тектердин үзгүлтүктөрү үчүн серво-башкарылуучу жылышуу бекемдигин сыноо системасында жүргүзүлгөн. Система нормалдык багытта эң көп 200 kN, жылышуу багытында эң көп 300 kN жүк көтөрүү мүмкүнчүлүгүнө ээ. Маалыматтарды үлгү алуу жыштыгы 100 Hz. Үлгү жогорку бекемдиктеги L түрүндөгү эки жылышуу түзмөгүнүн ортосунда кармалып, максаттуу жылышуу тегиздиги үлгүнүн горизонталдык орто тегиздигине жайгаштырылган.

Нормалдык жүктөө маалында түзмөк сүрүлүүсүнүн өлчөнгөн жылышуу күчүнө таасирин азайтуу үчүн жылышуу түзмөгү менен нормалдык актуатордун ортосуна роликтүү пластина жайгаштырылган. Нормалдык жана жылышуу багытындагы жүктөр жогорку тактыктагы жүк уячалары менен, орун которуулар болсо сырттан орнотулган эки сызыктуу өзгөрмө дифференциалдык трансформатор (LVDT) менен катталган.

Жүктөө протоколу

1. Нормалдык алдын ала жүктөө: 3 kN жүк 0,5 kN/s ылдамдыкта колдонулуп, үлгү–түзмөк тийишүү боштуктарын азайтуу үчүн үч жолу кайталанган.
2. Нормалдык жүктөө жана кармоо: Максаттуу нормалдык жүк 0,5 kN/s ылдамдыкта колдонулуп, кийинки жылышуу бою туруктуу кармалган.
3. Жылышууну алдын ала жүктөө: 3 kN жылышуу жүгү 0,5 kN/s ылдамдыкта колдонулуп, тийишүүнүн отурушу үчүн үч жолу кайталанган.
4. Жылышуу жүктөөсү: Башкаруу орун которуу режимине өткөрүлүп, жылышуу орун которуусу 0,01 mm/s туруктуу ылдамдыкта колдонулган. Үлгү толук сынганда же жылышуу орун которуусу 15 mm ге жеткенде эксперимент токтотулган.

Жылышуу чыңалуусу–орун которуу жүрүм-туруму

0,9–2,7 MPa аралыгында нормалдык чыңалуунун көбөйүшү asperityлердин илешүүсүн жана жергиликтүү жүк көтөрүүчү түзүлүштөрдүн нормалдык багыттагы чектелишин күчөткөн. Мунун натыйжасында үч үлгү түрүндө тең чокулук жана калдык жылышуу бекемдиктери жалпысынан өскөн. Төмөн нормалдык чыңалууларда чокудан кийинки чыңалуу жоготуусу баскычтуураак болуп, калдык сүрүлүүчү сыйгалануу узагыраак сакталган.

Нормалдык чыңалуу жогорулаган сайын чоку айланасындагы термелүүлөр ачыгыраак болгон; айрым үлгүлөрдө бир нече чоку жана ырааттуу чыңалуу түшүүлөрү байкалган. Окумуштуулар бул термелүүлөрдү жергиликтүү жүк көтөрүүчү элементтердин ырааттуу сынуусу жана жылышуу бетинде кайра өнүккөн илешүү процесстери менен байланыштырган.

3,6 MPa шартында үч үлгү түрүндө тең чокулук жылышуу бекемдиктери болжол менен 2,9 MPa деңгээлине жакындап; андан кийин ачык чокулук чыңалуу түшүүсү жана терминалдык туруксуздук өнүккөн. Бул шартта J0, J1 жана J2нин жылышуу жүк көтөрүү жөндөмүн толук жоготкон орун которуулары болжол менен 9,0, 7,8 жана 6,5 mm.

Бул таблица жаракалардын саны чокулук жылышуу бекемдигин түз жана монотондуу түрдө төмөндөтөт дегенди билдирбейт. Булак изилдөөдө бирдей нормалдык чыңалууда жарака саны менен чокулук бекемдиктин ортосунда туруктуу тартип табылган эмес. Ачыгыраак өзгөрүү — чокуга чейинки деформация жөндөмүнүн жана чокудан кийинки жүк көтөрүү үзгүлтүксүздүгүнүн азайышы.

Мисалы, 0,9 MPa нормалдык чыңалууда J0, J1 жана J2 үлгүлөрүнүн чокулук жылышуу орун которуулары тиешелүүлүгүнө жараша 6,6, 5,0 жана 2,6 mm ге чейин азайган; болжолдуу калдык жылышуу бекемдиктери болсо 1,0, 0,9 жана 0,8 MPa деп аныкталган. Бул байкоо көп жаракалар жаракалардын кошулушу жана макроскопиялык жылышуу тегиздигинин түзүлүшү үчүн керек болгон деформация жолун кыскарта аларын көрсөтөт.

Нормалдык орун которуу жана дилатация

Нормалдык орун которуу ийри сызыктары баштапкы ыңгайлашуу, дилатациянын өнүгүшү, чокулук дилатация жана дилатациянын азайышы түрүндө төрт жалпы этапты көрсөткөн. Айрым эксперименттерде дилатация кийин нормалдык кысылууга өткөн.

0,9 MPa шартында J0, J1 жана J2 үлгүлөрү эксперимент бою дилатация көрсөткөн. Чокулук дилатациялар тиешелүүлүгүнө жараша 2,6, 2,6 жана 1,5 mm болуп; бул чокуларга туура келген жылышуу орун которуулары болжол менен 6,7, 6,3 жана 6,0 mm деп өлчөнгөн.

Нормалдык чыңалуу 1,8–2,7 MPa га көтөрүлгөндө чокулук дилатация олуттуу азайып, чокудан кийин нормалдык орун которуу төмөндөп, нөл сызыгынан өтө баштаган. 3,6 MPa да жүрүм-турум өзгөрүүсү эң ачык абалга жеткен. J0 жана J1де болгону болжол менен 0,1 жана 0,2 mm деңгээлинде кыска мөөнөттүү дилатация байкалган; J2де болсо дилатация болгон эмес. J0 жана J1 ийри сызыктарындагы ачык бурулуш болжол менен 4,2 mm жылышуу орун которуусунда, J2де болсо болжол менен 3,0 mm де болгон.

J2 үлгүсүндө болжол менен 3,0 mm жылышуу орун которуусунда нормалдык орун которуу болжол менен 0,5 mm капыс түшүүнү көрсөткөн. Бул жүрүм-турум көп жаракалар тоо тек көпүрөлөр тармагынын үзгүлтүксүздүгүн бузуп, жергиликтүү сынуудан нормалдык багыттагы кеңири структуралык чөгүүгө өтүүнү эртелете алары катары чечмеленген.

Чыңалуу Түшүүсү Бул Экспериментте Эмнени Көрсөтөт?

Чыңалуу түшүүсү жылышуу чыңалуусу ийри сызыгындагы жергиликтүү чоку менен андан дароо кийинки жергиликтүү ойдуңдун ортосундагы азаюуну билдирет жана бул изилдөөдө жергиликтүү жүк көтөрүү жөндөмүнүн капыс жоголушунун механикалык көрсөткүчү катары колдонулган; бирок чыңалуу түшүүсүнүн чоңдугу бошогон жалпы энергияга барабар эмес жана анын динамикалык мааниси сынуу формасы, бөлүктөрдүн ыргытышы жана башка байкоолор менен бирге бааланышы керек.

Чыңалуу түшүүсүнүн теңдемеси

Бир чыңалуу түшүү окуясынын чоңдугу булакта төмөнкүдөй аныкталган:

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

Бул жерде \(\Delta\tau_i\) — \(i\). чыңалуу түшүү окуясынын чоңдугу; \(\tau_i^{p}\) окуядан дароо мурунку жергиликтүү чокулук жылышуу чыңалуусун, \(\tau_i^{v}\) болсо андан кийинки жергиликтүү ойдуң жылышуу чыңалуусун көрсөтөт. Бардык мүчөлөр MPa менен берилет. Статистикалык окуя саноого \(\Delta\tau_i>0.02\ \mathrm{MPa}\) болгон түшүүлөр гана киргизилген.

J0 үлгүлөрүндө чыңалуу түшүү окуялары негизинен 4–6 жана 7–9 mm жылышуу орун которуу аралыктарында байкалган. J1де топтолуу 4–6 жана 7–8 mm ге, J2де болсо 2–4 жана 6–7 mm аралыктарына жылган. Ошентип алдын ала даярдалган жаракалардын саны өскөн сайын ачык чыңалуу түшүү окуялары деформациянын эртерээк этаптарына жылганы байкалган.

Ошол эле учурда чыңалуу түшүүсүнүн чоңдугу ар бир нормалдык чыңалууда жарака саны менен монотондуу өзгөргөн эмес. Эң ачык мыйзамченем 3,6 MPa шартында пайда болгон: J0, J1 жана J2 үчүн максималдуу чыңалуу түшүүлөрү 0,28, 0,62 жана 0,90 MPa болгон. Ошол эле учурда окуялардын жалпы саны жалпысынан азайып, окуялар тар деформация аралыктарында топтолгон. Окумуштуулар муну көп сандагы майда жергиликтүү сынуулардан саны азыраак, бирок масштабы чоңураак интенсивдүү туруксуздук окуяларына өтүү катары чечмелеген.

Жылышуу бетинде байкалган бузулуу эволюциясы

Бүтүн үлгүлөрдүн бузулуу сүрөттөрү нормалдык чыңалуу көбөйгөн сайын бузулуу формасы ачык өзгөргөнүн көрсөткөн. 0,9 MPa да макроскопиялык жылышуу бети салыштырмалуу тегиз бойдон калып, чектелүү сандагы кыйгач жылышуу жаракалары жана майда пластинка сымал бөлүктөрдүн ажырашы байкалган. 1,8 MPa да бет көбүрөөк толкундуу жана бүдүр болуп, үстүңкү жана астыңкы блоктордун эркин беттеринде көбүрөөк созуу–жылышуу жаракалары кошулган.

2,7 MPa да жылышуу бети ачык толкундуу геометрияга ээ болуп, көбүрөөк тоо тек блоктору жана сыныктар ыргытылып, жылышуу бетине жакын кыйгач арыкча сымал түзүлүштөр көбөйгөн. 3,6 MPa да болсо бириккен кысуу жана жылышуу астында үлгү тез морт кыйроого учураган; жылышууга каршылык толук жоголуп, өзүнчө макроскопиялык жылышуу бетин аныктоо мүмкүн болбой калган. Үлгү нормалдык жүктөө багытында чөккөндө пластинка сымал, мамыча сымал жана майда дандуу көп сыныктар пайда болгон.

Жылышуу беттери ошондой эле эркин бетке жакын зона, борбордук жылышуу бети жана алдыңкы–арткы сүрүлүү зоналары катары чечмеленген. Төмөн чыңалууда беттерде тартиптүү кыйгач тоо тек мамычалары жана сүрүлүү издери сакталса, нормалдык чыңалуу жогорулаган сайын бул түзүлүштөр ээлеген аянт азайып, тоо тек сыныктары жана майда гранулалуу материалдын көлөмү көбөйгөн.

Тоо тек чаңынын көлөмү жана үчүнчү-дене катмарынын чечмелениши

Жылышуудан кийин 0,3 mm ден кичине бөлүкчөлөр “тоо тек чаңы” деп аныкталып, стандарттык электен өткөрүлүп таразаланган. Булактагы 13-сүрөттө берилген өлчөөлөр бүтүн үлгүлөр сериясына тиешелүү.

0,9–2,7 MPa аралыгында өсүш салыштырмалуу чектелүү болсо, 3,6 MPa да тоо тек чаңынын массасы 56 g га жеткен. Бузулуу сүрөттөрү менен бирге бааланганда бул абал төмөн нормалдык чыңалуудагы жергиликтүү asperity бузулушунан жогорку нормалдык чыңалуудагы күчтүү майдаланууга жана уюлууга өтүүгө шайкеш келет.

Окумуштуулар майда бөлүкчөлөр эки карама-каршы жылышуу бетинин ортосунда “үчүнчү-дене гранулалуу катмарын” түзө аларын сунушташат. Мындай катмарда тийишүү түздөн-түз asperity–asperity сүрүлүүсү менен гана жүрбөйт; майда бөлүкчөлөрдүн сыйгаланышы, тоголонушу жана кайра жайгашуусу да жылышуу жүрүм-турумуна таасир бере алат. Бул механизм булакта жогорку нормалдык чыңалуудагы ачык чокудан кийинки чыңалуу түшүүлөрүнүн мүмкүн болгон механикалык түшүндүрмөлөрүнүн бири катары берилет; өзүнчө эксперимент менен түздөн-түз далилденген көз карандысыз жыйынтык эмес.

Нормалдык чыңалуунун кош механикалык таасири

Эксперименттик жыйынтыктар нормалдык чыңалуунун адегенде туруктуулукту камсыз кылган, андан кийин белгилүү шарттарда туруксуздукту күчөткөн эки таасирин айырмалайт. 0,9–2,7 MPa аралыгында нормалдык чыңалуу asperityлерди тыгызыраак тийишүүгө алып келген, тоо тек көпүрөлөрүнүн кыймылын чектеген жана жылышууга каршылыкты жогорулаткан. Ошол эле чектөө жергиликтүү жүк көтөрүүчү элементтерге сынууга чейин жогорку чыңалуу жана серпилгич энергия топтоого да мүмкүндүк берген.

3,6 MPa га жеткенде механикалык жүрүм-турумдун басымдуу багыты өзгөргөн. Asperityлердин бири-биринин үстүнөн өтүшү кыйла басылган, дилатация азайган же жок болгон, жылышуу тегиздигинде майдалануу жана бөлүкчөлөрдүн кайра жайгашуусу ачык байкалган. Жергиликтүү жүк көтөрүүчү тармак бузулганда жүк башка бүтүн тийишүүлөргө акырындап өткөрүлө албай, жылышуу жүк көтөрүү жөндөмү тез жоголгон.

Алдын ала даярдалган жаракалардын санынын ролу

Жаракалардын саны көбөйгөндө негизги таасир чокулук бекемдикти жөн гана төмөндөтүү эмес. Булакта бирдей нормалдык чыңалууда J0, J1 жана J2нин чокулук жылышуу бекемдиктеринин ортосунда бардык шарттарга жарактуу туруктуу тартип байкалган эмес. Анын ордуна жаракалардын саны өскөн сайын жаракалардын кошулушу үчүн керектүү жол кыскарып, тоо тек көпүрөлөр тармагынын үзгүлтүксүздүгү алсырап, жылышуу деформациясы эртерээк локалдаша баштаган.

Айрыкча 3,6 MPa шартында бул процесс ачык көрүнгөн: толук туруксуздукка чейинки керектүү орун которуу J0дон J2ге карай азайса, максималдуу бир жолку чыңалуу түшүүсү чоңойгон. Ошентип система көп сандагы майда жана чачыранды бузулуу окуяларынан саны азыраак, бирок күчтүүрөөк жана ири масштабдагы сынуу окуяларына өткөн.

Изилдөөнүн эң күчтүү механикалык көрсөткүчтөрү

Окумуштуулардын жыйынтыктары чокулук жылышуу бекемдигин гана кароо жылышуу-сыйгалануу туруксуздугунун өнүгүшүн түшүндүрүүгө жетишсиз экенин көрсөтөт. Чокулук жылышуу орун которуусу, толук туруксуздуктагы орун которуу, чыңалуу түшүүлөрүнүн чоңдугу жана алар топтолгон деформация аралыгы, чокулук дилатация пайда болгон орун, нормалдык орун которуу нөлдөн өткөн чекит жана дилатациядан кысылууга өтүү ылдамдыгы сезгичирээк механикалык көрсөткүчтөр катары айырмаланат.

Булак изилдөөнүн жыйынтык бөлүмүндө чоң чыңалуу түшүү окуяларынын белгилүү деформация аралыктарында топтолушу, туруктуу чокудан кийинки сыйгалануу аралыгынын кыскарышы, дилатациянын басылышы жана нормалдык орун которуунун дилатациядан кысылууга тез өтүшү; жаракалуу айланадагы тоо текте жакындап келаткан жылышуу-сыйгалануу динамикалык туруксуздугунун потенциалдуу механикалык көрсөткүчтөрү катары сунушталган. “Потенциалдуу” деген сөз маанилүү; изилдөө буларды талаа үчүн тастыкталган эрте эскертүү критерийлери катары сынаган эмес.

Эксперименттик чектөөлөр

Изилдөөнүн эң маанилүү чектөөсү — 12 эксперименттик шарттын ар биринде бир гана үлгү колдонулган. Ошондуктан материалдын гетерогендүүлүгүнүн, алдын ала даярдалган жаракаларды түзүүдөгү майда айырмачылыктардын жана баштапкы тийишүү шарттарындагы өзгөрмөлүүлүктүн жыйынтыктарга салымы сандык түрдө бөлүнгөн эмес. J0, J1 жана J2 ортосундагы айрым тескери иреттер чыныгы жарака геометриясынын таасирин чагылдырышы мүмкүн, ошондой эле үлгүлөр аралык өзгөрмөлүүлүктөн келип чыгышы да мүмкүн.

Чыңалуу түшүү окуялары бир эле үлгүнүн убакыт ичиндеги механикалык термелүүлөрү экендиги да маанилүү. Бир эле ийри сызыктан алынган көп сандагы чыңалуу түшүүлөрүн көз карандысыз эксперименттик кайталоо катары кароого болбойт. Ошондуктан чыңалуу түшүүлөрүнүн көп болушу эксперименттик тандалманын көлөмү көбөйдү дегенди билдирбейт.

Экинчи негизги чектөө — эксперименттердин квази-статикалык жүктөө астында жүргүзүлгөнү. Акустикалык эмиссия, титирөө, бөлүктөрдүн ыргытуу ылдамдыгы жана бошогон кинетикалык энергия түз өлчөнгөн эмес. Капыс чыңалуу түшүүлөрү, морт жаракалануу, бөлүктөрдүн ыргытышы жана жүк көтөрүү жөндөмүнүн тез жоголушу динамикалык туруксуздуктун сапаттык механикалык белгилери катары чечмелениши мүмкүн; бирок алар чыныгы жер астындагы тоо соккусу менен сандык динамикалык эквиваленттүүлүк түзбөйт.

Мындан тышкары, чыңалуу түшүүсү өлчөнгөн жылышууга каршылыктын азайышын гана билдирет. \(\Delta\tau\) маанисин бошогон жалпы серпилгич же кинетикалык энергияга түз теңөө илимий жактан туура эмес. Келечекте акустикалык, титирөө, жогорку ылдамдыктагы кинематикалык жана энергия өлчөөлөрү бирге колдонулган кайталап жасалган эксперименттер сунушталган механизмдин динамикалык өзгөчөлүктөрүн сандык баалоо үчүн зарыл.

Илимий жыйынтыктардын комплекстүү чечмелениши

Изилдөө жылышуу-сыйгалануу туруксуздугун бир гана “бекемдик чеги өттү жана үлгү сынды” деген окуя катары эмес, тийишүүдөн энергия топтолушуна, жарака өнүгүшүнөн майдаланууга жана чокудан кийинки гранулалуу сыйгаланууга чейин созулган эволюциялык процесс катары көрсөтөт. Бул көз карашта нормалдык чыңалуу сырттан берилген чектөө гана эмес; ал беттер канчалык күчтүү илешерин жана ал илешүү бузулганда зыян канчалык топтолоорун аныктаган башкаруучу өзгөрмө.

Алдын ала даярдалган жаракалар да жылышуу аянтын гана азайткан геометриялык боштуктар эмес. Жаракалар жүктүн тоо тек көпүрөлөрү аркылуу кандай жолдор менен өтөрүн, микрожаракалар кандай аралыкта кошуларын жана жергиликтүү жүк көтөрүүчү элементтер бири-биринен канчалык көз карандысыз кала аларын өзгөртөт. Ошондуктан жаракалардын саны чокулук бекемдикти бардык шарттарда монотондуу азайткан эмес, бирок өзгөчө жогорку нормалдык чыңалууда туруксуздуктун эртерээк локалдашуусу жана айрым чыңалуу түшүүлөрүнүн чоңоюшу менен байланышкан.

Булак жана Ыкма Жөнүндө Эскертүү

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

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

Жооптуу автор: Xiaoqing Wang.

Мекемелер: 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.

Журнал: Applied Sciences.

Басмакана/платформа: MDPI.

Библиографиялык жазуу: Applied Sciences, 2026, 16(17), 8804.

DOI: 10.3390/app16178804

Макаланын түрү: Рецензияланган эксперименттик изилдөө макаласы.

Тапшырылган: 6 Август 2026.

Кайра каралган: 29 Август 2026.

Кабыл алынган: 31 Август 2026.

Жарыяланган: 4 Сентябрь 2026.

Лицензия: Creative Commons Attribution (CC BY) ачык жеткиликтүүлүк лицензиясы.

Каржылоо: National Natural Science Foundation of China, долбоор номерлери 51927807 жана 52274124.

Маалыматтардын жеткиликтүүлүгү: Макаланын жыйынтыктарын колдогон баштапкы маалыматтар негиздүү суроо-талап боюнча жооптуу автордон алынышы мүмкүн экени билдирилген.

Кызыкчылыктардын кагылышы: Xuening Wang, Xiaoqing Wang, Yang Zhao жана Junchen Li China Coal Technology and Engineering Group Co., Ltd. уюмунда иштээри билдирилген. Калган авторлор изилдөөгө таасир бере турган коммерциялык же финансылык мамиле жок экенин билдиришкен.

Автордук салымдар: Xuening Wang концептуалдаштыруу, методология, изилдөө жана жазуу иштерине; Jianbiao Bai ресурстар, каржылоо жана формалдык анализге; Xiaoqing Wang көзөмөл, маалыматтарды курациялоо, ресурстар жана макаланы баалоого; Yang Zhao көзөмөл, валидация жана изилдөөгө; Feiteng Zhang концептуалдаштыруу, методология жана баалоого; Junchen Li маалыматтарды курациялоо жана баалоо/редакциялоого; Dingchao Chen валидация жана баалоого катышкан.

Негизги методологиялык чектөө: Ар бир эксперименттик шартта n=1 болгондуктан статистикалык кайталанмалуулук бааланган эмес. Эксперименттер квази-статикалык лабораториялык шартта жүргүзүлгөн жана түз акустикалык эмиссия, титирөө, бөлүктөрдүн ыргытуу ылдамдыгы же бошогон кинетикалык энергия өлчөөлөрүн камтыбайт. Жыйынтыктар чыныгы талаалык тоо соккусунун сандык динамикалык эквиваленти катары эмес, жылышуу-сыйгалануу туруксуздугунун лабораториялык масштабдагы механикалык аналогу катары чечмелениши керек.