Зарбаи кӯҳии буриш-лағжиш (shear-slip rockburst) падидаи динамикии механикаи ҷинсҳои кӯҳӣ мебошад, ки дар он лағжиши буришӣ дар тӯли нопайвастагиҳои мавҷудаи массиви ҷинсӣ таҳти шиддати баланд метавонад бо шикасти сохторҳои маҳаллии борбардор, раҳоиши ногаҳонии энергияи деформатсияи чандир ва ноустувории босуръати механикӣ ҳамроҳ шавад. Дар ин таҳқиқот барои омӯзиши ин раванд дар шароити назоратшавандаи лабораторӣ маводи синтетикии моделсозии зарбаи кӯҳӣ истифода шудааст, ки барои қобилияти баланди захира кардани энергияи чандир ва рафтори шикасти зуду мӯрт таҳия гардидааст. Намунаҳои кубии 150 mm-и яклухт, дорои як тарқиши пешакӣ сохташуда ва дорои ду тарқиши пешакӣ сохташуда; зери шиддатҳои нормалии 0,9, 1,8, 2,7 ва 3,6 MPa ба буриш санҷида шуданд. Натиҷаи асосии таҳқиқот ин аст, ки шиддати нормалӣ ҳангоми зиёд кардани муқовимати буриш ҳамзамон нақши дугонае дорад, ки метавонад дар сатҳи баланди шиддат ноустувории мӯртро низ тақвият диҳад. Бо вуҷуди ин, азбаски дар тарҳи таҷриба барои ҳар як таркиби геометрияи тарқиш–шиддати нормалӣ танҳо як намуна истифода шудааст, натиҷаҳо муносибатҳои аз ҷиҳати оморӣ умумисозишуда нестанд, балки тамоюлҳои таҷрибавӣ дар шароити санҷидашуда мебошанд.

Индекси энергияи зарбаи маводи моделсозишуда \(K_E=18.0\), индекси энергияи чандир \(W_{ET}=9.2\) ва вақти шикасти динамикӣ \(D_t=140\ \mathrm{ms}\) чен карда шудааст. Вақте ки шиддати нормалӣ аз 0,9 MPa то 2,7 MPa зиёд шуд, қуллачаҳои ноҳамвори сатҳи буриш, яъне asperityҳо, бештар ба ҳам қулфшавии механикӣ пайдо карданд; дар ҳоле ки муқовиматҳои қуллавӣ ва боқимондаи буриш умуман афзуданд, дилататсия, ки кушодашавӣ дар самти нормалӣ ҳангоми буришро ифода мекунад, тадриҷан маҳдуд гардид. Вақте шиддати нормалӣ ба 3,6 MPa расид, дар ҳамаи намунаҳои яклухт, як-тарқиша ва ду-тарқиша пастшавиҳои равшани шиддати қуллавӣ, фишурдашавӣ дар самти нормалӣ ва гумшавии пурраи қобилияти борбардории буриш пас аз қулла мушоҳида шуд.

Ҳамзамон мавҷуд будани шиддати баланди нормалӣ ва тарқишҳои пешакӣ сохташуда махсусан вақти оғоз ва тарзи рушди ноустувориро тағйир дод. Дар 3,6 MPa ҷойивазкуниҳои буришие, ки ба ноустувории пурра мувофиқ буданд, дар намунаҳои яклухти J0, як-тарқишаи J1 ва ду-тарқишаи J2 мутаносибан то 9,0, 7,8 ва 6,5 mm кам шуданд, дар ҳоле ки пастшавиҳои максималии шиддат то 0,28, 0,62 ва 0,90 MPa афзуданд. Ин натиҷа нишон медиҳад, ки зиёд шудани шумораи тарқишҳои пешакӣ сохташуда на он қадар муқовимати қуллавии буришро ба таври сода ва мунтазам коҳиш медиҳад, балки бо вайрон кардани роҳҳои интиқоли бор маҳаллисозии деформатсия ва барвақттар аз даст рафтани пайвастагии сохтори борбардорро пас аз қулла ташвиқ мекунад.

Дар таҷрибаҳо раванди буриш-лағжиш ба чор марҳилаи механикӣ ҷудо карда шудааст: марҳилаи фишурдашавӣ–мутобиқшавӣ, ки дар он тарқишҳо ва холигиҳо баста шуда, сохтори борбардор ташаккул меёбад; буриши чандир ва ҷамъшавии энергия; ҷамъшавии осеб, пайвастшавии тарқишҳо ва ноустувории қуллавӣ; ва дар охир аз нав ҷойгиршавии пораҳо ва лағжиши пас аз қулла. Дар шиддати баланди нормалӣ марҳилаи охирин ба ҷои расидан ба лағжиши устувори боқимондаи соишӣ метавонад ба майдашавӣ, фурӯравӣ дар самти нормалӣ ва ноустувории глобалии мӯрт табдил ёбад.

Масъалаи асосии таҳқиқот

Дар муҳандисии амиқи зеризаминӣ бо зиёд шудани шиддатҳои in situ дар массиви ҷинсҳои кӯҳӣ, дар атрофи нақбҳо, галереяҳо ва ковишҳои маъданӣ консентратсияҳои баланди шиддат ба вуҷуд омада метавонанд. Массиви ҷинсҳои кӯҳӣ муҳити комилан пайваста нест; буғумҳо, тарқишҳо, шикастҳо ва дигар нопайвастагиҳои сохторӣ интиқоли борро халалдор мекунанд. Вақте ки корҳои ковиш ё истихроҷ тавозуни ибтидоии шиддатро тағйир медиҳанд, ҳаракати буришӣ дар тӯли ин нопайвастагиҳо оғоз шуда метавонад. Агар ин раванд бо ҷамъшавии зиёди энергияи чандир ва гумшавии босуръати қобилияти борбардорӣ якҷо шавад, ноустувории ногаҳонӣ ва шадиди буриш-лағжиш метавонад рушд кунад.

Ҳарчанд намунаҳои табиии ҷинс ва ангишт ба воқеияти муҳандисӣ наздиканд, таркиби минералӣ, шабакаи табиии тарқишҳо, геометрияи сатҳ ва хосиятҳои механикӣ метавонанд аз як намуна ба намунаи дигар фарқ кунанд. Ин тағйирёбӣ омӯзиши мустақили параметрҳое чун шумора, ҷойгиршавӣ ва давомнокии тарқишҳоро мушкил мегардонад. Маводҳои синтетикии монанд ба ҷинс, баръакс, имкон медиҳанд геометрия ва хосиятҳои мавод бештар назорат карда шаванд. Бо вуҷуди ин, қисми муҳими маводҳои синтетикии қаблӣ ба монандии муқовимати статикӣ ва деформатсия тамаркуз кардаанд; якҷоя бознамоӣ кардани захираи энергияи чандир, гумшавии ногаҳонии мӯрти шиддат пас аз қулла ва пастшавиҳои фосилавии шиддат дар як мавод маҳдудтар боқӣ мондааст.

Дар ин таҳқиқот муҳаққиқон ин холигиро бо якҷо кардани маводи синтетикии ба зарбаи кӯҳӣ равшан моил ва геометрияҳои назоратшавандаи тарқишҳои пешакӣ сохташуда баррасӣ карданд. Ҳадаф танҳо чен кардани муқовимати максималии буриш нест. Ҳамзамон омӯхта шуд, ки шиддат дар кадом марҳила тағйирёбии мавҷӣ дорад, дилататсия кай ба фишурдашавӣ мегузарад, сатҳи буриш чӣ гуна пора мешавад, пастшавиҳои шиддат кай мутамарказ мешаванд ва миқдори чанги майдаи ҷинс чӣ гуна тағйир меёбад.

Зарбаи Кӯҳии Буриш-Лағжиш Чист?

Зарбаи кӯҳии буриш-лағжиш механизми зарбаи кӯҳӣ аст, ки дар он лағжиш дар тӯли нопайвастагӣ ё ҳамвории эҳтимолии буриш дар массиви ҷинсҳои кӯҳии таҳти шиддати баланд метавонад бо шикасти пулҳои маҳаллии ҷинсӣ ва asperityҳо, камшавии ногаҳонии қобилияти борбардории буриш ва тақсимшавии босуръати энергияи чандири захирашуда ба ноустувории динамикӣ табдил ёбад. Таҷрибаҳои ин таҳқиқот эквиваленти пурраи динамикии зарбаи кӯҳии воқеии саҳроӣ нестанд, балки аналоги лаборатории ин раванди механикӣ мебошанд.

Мантиқи таҳияи маводи синтетикии моил ба зарбаи кӯҳӣ

Ҳадаф аз маводи таҷрибавӣ ин буд, ки ду рафтори асосиро ҳамзамон нишон диҳад. Якум, то расидан ба шиддати қуллавӣ деформатсия асосан чандир бошад ва ҳамин тавр энергияи деформатсияи чандир ҷамъ шавад. Дуюм, пас аз нуқтаи қулла ба ҷои деформатсияи дарозмуддати пластикӣ гумшавии зуд ва равшани муқовимати мӯрт ба амал ояд. Ҳамин тавр, мақсад ба даст овардани на танҳо намунаи монанд ба ҷинс, ки ба таври статикӣ мешиканад, балки маводи аналогие буд, ки метавонад нишонаҳои механикии марбут ба зарбаи кӯҳӣ, аз ҷумла партофта шудани пораҳо ҳангоми шикаст ва гумшавии босуръати қобилияти борбардориро нишон диҳад.

Мавод аз силикати натрий ҳамчун пайвандкунанда, фторосиликати натрий ҳамчун сахткунанда ва хокаи талк ҳамчун пуркунанда омода шудааст. Таносуби масса барои силикати натрий:фторосиликати натрий:талк 1:0,13:0,30 мебошад. Барои тавсифи асосии механикии мавод намунаҳои силиндрии стандартии диаметрашон 50 mm ва баландияшон 100 mm истифода шуданд. Пас аз 48 соат сахтшавӣ дар қолаб, намунаҳо боз 7 рӯз дар шароити хона дар ҳаво нигоҳдорӣ ва сахт карда шуданд.

Омехтаи нав нисбат ба маводи моделсозии қаблии дорои муқовимати паст ва майли баланд ба зарбаи кӯҳӣ модули чандирӣ ва когезияи баландтар дорад. Муҳаққиқон қайд мекунанд, ки ин дар шароити якхелаи деформатсия қобилияти баландтари борбардорӣ ва захираи бештари энергияи чандирро таъмин карда, барои омӯзиши ноустувории буриш-лағжиш заминаи мувофиқтар фароҳам меорад.

Майл ба зарбаи кӯҳӣ чӣ гуна тавсиф шуд?

Рафтори монанд ба зарбаи кӯҳии мавод бо истифода аз расмиёти озмоиши майл ба зарбаи ангишт дар стандарти миллии Чин GB/T 25217.2-2010 ҳамчун чаҳорчӯбаи истинодӣ барои интихоби мавод ва тавсифи механикӣ арзёбӣ шуд, на барои муқаррар кардани эквивалентии мустақими саҳроӣ. Индекси энергияи зарба \(K_E\), индекси энергияи чандир \(W_{ET}\) ва вақти шикасти динамикӣ \(D_t\) мутаносибан нишондиҳандаҳои муносибати энергия пеш аз қулла–пас аз қулла, қобилияти захира кардани энергияи чандир ва давомнокии шикаст пас аз қулла мебошанд.

Дар мушоҳидаҳои камераи баландсуръат гузориш шудааст, ки каме пеш аз шиддати қуллавӣ пораҳои хурди лавҳашакл аз сатҳ ҷудо шуда ба партофта шудан оғоз карданд ва ҳангоми расидан ба қулла пораҳо, резаҳо ва чанг бо андозаҳои гуногун бо шиддати бештар партофта шуданд. Муҳаққиқон ин рафторро ҳамчун аломати таҷрибавии майли қавии мавод ба зарбаи кӯҳӣ арзёбӣ карданд.

Нақши таҷрибавии тарқишҳои пешакӣ сохташуда

Намунаҳои асосии озмоишҳои буриш кубҳои дорои дарозии паҳлӯи 150 mm буданд. Намунаи J0 яклухт аст. Дар намунаи J1 як тарқиши пешакӣ сохташуда бо дарозии 150 mm ва паҳнои 30 mm дар самти буриш ташкил карда шуд. Дар намунаи J2 ду тарқиши параллелии пешакӣ сохташуда мавҷуд аст, ки ҳар кадом 150 mm дарозӣ ва 15 mm паҳно доранд. Ҳамин тавр, паҳнои умумии тарқиш барои J1 ва J2 дар 30 mm доимӣ нигоҳ дошта шуд ва танҳо таъсири шумораи тарқишҳо омӯхта шуд.

Кушодагии тарқиш бо пораҳои пӯлодии ғафсиашон 0,5 mm, ки пешакӣ дар қолаб ҷойгир карда шуда буданд, назорат гардид. Пораи пӯлодии истифодашуда дар J1 паҳнои 30 mm дошт, ду пораи J2 бошад ҳар кадом 15 mm паҳно доштанд. Дарозии 200 mm-и пораҳо аз паҳлӯи 150 mm-и намуна калонтар интихоб шуд; ин имкон дод, ки пас аз сахтшавӣ пораҳо аз рӯи роҳнамо мунтазам кашида бароварда шаванд ва сатҳҳои мунтазами тарқиш, ки тамоми намунаро убур мекунанд, ташкил шаванд.

Чаро ҳангоми буриш дилататсия ба вуҷуд меояд?

Вақте ки тарқиш ё сатҳи ноҳамвори буриш ба лағжиш оғоз мекунад, asperityҳои рӯйҳои муқобил танҳо дар самти уфуқӣ ба ҳам соиш намекунанд; онҳо метавонанд аз болои ҳам боло раванд, чарханд ва маҳаллӣ бишкананд. Ин ҳаракат боиси кушода шудани намуна дар самти нормалӣ мегардад. Дар таҳқиқот ҷойивазкунии мусбати нормалӣ ҳамчун дилататсия ва ҷойивазкунии манфии нормалӣ ҳамчун фишурдашавии нормалӣ таъриф шудааст. Бо зиёд шудани шиддати нормалӣ гузаштани asperityҳо аз болои ҳам душвортар шуда, майдашавӣ ва аз нав ҷойгиршавии зарраҳо бештар ҳукмрон гардид.

Шиддати Нормалӣ Ноустувории Буриш-Лағжишро Чӣ Гуна Тағйир Медиҳад?

Дар таҷрибаҳо таъсири шиддати нормалӣ яксамта нест: дар фосилаи 0,9–2,7 MPa шиддати баландтари нормалӣ қулфшавии asperityҳо ва маҳдудшавии пулҳои ҷинсиро тақвият дода, муқовимати буришро зиёд кард, аммо ҳамзамон дилататсияро кам карда, барои ҷамъшавии зичтари шиддат дар сохторҳои маҳаллии борбардор замина фароҳам овард; дар 3,6 MPa рафтори ҳукмрон дигар танҳо афзоиши муқовимат набуд, балки майдашавии шадид, фурӯпошии сохторҳои борбардор ва ноустувории босуръати мӯрти пас аз қулла буд.

Таҳаввули механикии чормарҳилавӣ

Марҳилаи I — Мутобиқшавии фишурдашавӣ ва ташаккули сохтори борбардор: Тарқишҳои пешакӣ сохташуда, холигиҳои мавҷуда ва нуқсонҳои дохилӣ ба баста шудан оғоз мекунанд. Asperityҳои назди ҳамвории буриш тартиби тамоси худро аз нав ташкил мекунанд. Ҳангоми суст афзудани шиддати буриш, ҷойивазкунии нормалӣ маҳдуд мемонад. Бор тавассути минтақаҳои тамоси нопайваста ва пулҳои ҷинсии солиммонда интиқол ёфтанро оғоз мекунад.

Марҳилаи II — Буриши чандир ва ҷамъшавии энергия: Шиддати буриш тақрибан хаттӣ афзоиш меёбад. Гузаштани asperityҳо аз болои ҳам дилататсияро оғоз мекунад. Бо зиёд шудани шиддати буриш, шиддатҳои асосии кашиши маҳаллӣ дар назди ҳамвории эҳтимолии буриш меафзоянд ва ташаккули микроқисматҳои моил осон мешавад. Маводи байни тарқишҳои ҳамсоя ба пулҳои моили ҷинсӣ ё унсурҳои маҳаллии борбардор табдил меёбад, ки бори якҷояи фишор–буришро мебардоранд. Дар ин марҳила шикаст васеъ паҳн мешавад, аммо ҳанӯз тамоми ҳамвории буришро фаро нагирифтааст.

Марҳилаи III — Ҷамъшавии осеб, пайвастшавии тарқишҳо ва ноустувории қуллавӣ: Тарқишҳое, ки аз нӯги тарқишҳои пешакӣ сохташуда пеш мераванд, бо микроқисматҳои навпайдошуда мепайванданд. Дар унсурҳои маҳаллии борбардор пайдарпай хамшавӣ, буриш ва майдашавӣ рушд мекунад. Каҷи шиддат аз хаттият дур шуда, тағйирёбиҳои дандонадор ва қуллаҳои сершумори маҳаллӣ пайдо шуда метавонанд. Вақте ки қисми боқимондаи сохторҳои борбардор дигар тавозуни глобалиро таъмин карда наметавонад, минтақаҳои маҳаллии шикаст босуръат бо ҳам мепайванданд, масоҳати самараноки борбардории буришро кам мекунанд ва пастшавии равшани шиддат ба амал меояд.

Марҳилаи IV — Аз нав ҷойгиршавии пораҳо ва лағжиши пас аз қулла: Пас аз нуқтаи қулла унсурҳои борбардори солиммонда шикастанро идома медиҳанд. Пораҳои блокшакл зери бори давомдори фишор–буриш майда шуда, ба зарраҳои хурдтар табдил меёбанд. Ин зарраҳо дар минтақаи буриш лағжида, ғелонда ва аз нав ҷойгир мешаванд. Ҳолати тамос такроран ба даври қулфшавӣ, борбардорӣ, шикаст ва тамоси дубора медарояд ва метавонад ба рафтори фосилавии часпиш-лағжиш пас аз қулла саҳм гузорад. Дар шиддатҳои паст ва миёнаи нормалӣ система ниҳоят ба лағжиши боқимондаи соишӣ наздик шуда метавонад, аммо дар 3,6 MPa фурӯравӣ дар самти нормалӣ ва ноустувории глобалии мӯрт рушд кард.

Хулосаҳои дастгиришуда ва дастгиринашудаи таҳқиқот

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот мустақиман дастгирӣ мекунад: Дар маводи синтетикии санҷидашуда бо зиёд шудани шиддати нормалӣ муқовимати буриш, дилататсия, тақсимоти пастшавии шиддат, осеби сатҳи буриш ва шакли пора-порашавӣ метавонанд ба таври низомнок тағйир ёбанд; инчунин шиддати баланди нормалӣ дар якҷоягӣ бо чанд тарқиши пешакӣ сохташуда метавонад бо маҳаллисозии барвақттари деформатсия ва ҳодисаҳои алоҳидаи ноустувории шадидтар ҳамроҳ бошад.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот мустақиман дастгирӣ намекунад: Гуфтан мумкин нест, ки 3,6 MPa барои ҳамаи ҷинсҳо ё ҳамаи иншооти зеризаминӣ ҳадди универсалии зарбаи кӯҳӣ аст. Нишон дода нашудааст, ки шумораи тарқишҳои пешакӣ сохташуда дар массивҳои воқеии ҷинсӣ ҳамеша ҳамон таъсири миқдориро ба вуҷуд меорад. Ченкунии пастшавии шиддат ба энергияи умумии раҳоёфта баробар нест. Азбаски дар таҷрибаҳо эмиссияи акустикӣ, энергияи ларзиш, суръати пораҳои партофташуда ё энергияи кинетикӣ мустақиман чен карда нашудаанд, шиддати динамикии зарбаи кӯҳии воқеии саҳроӣ ба таври миқдорӣ тасдиқ нашудааст.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

Матритсаи таҷриба

Дар таҳқиқот се конфигуратсияи тарқиш бо чор сатҳи шиддати нормалӣ якҷо карда шуда, дар маҷмӯъ 12 шароити таҷрибавӣ ташкил карда шуд. Барои ҳар шароит як намуна санҷида шуд.

Қиматҳои нормализатсияшудаи чор шиддати нормалӣ нисбат ба муқовимати якмеҳварии фишорӣ тақрибан \(\sigma_n/\sigma_c=0.12,\ 0.24,\ 0.36\) ва \(0.49\) мебошанд. Азбаски ҳар як таркиб танҳо як маротиба санҷида шуд, барои гурӯҳҳои таҷрибавӣ инҳирофи стандартӣ, фосилаи эътимод ё коэффитсиенти тағйирёбӣ гузориш нашудааст.

Омодасозии намуна

1. Силикати натрий, фторосиликати натрий ва хокаи талк бо таносуби массаи 1:0,13:0,30 вазн карда шуданд.
2. Аввал силикати натрий ба зарфи омехтакунӣ гирифта шуд, хокаи талк тадриҷан илова гардид ва пас аз якхела шудан фторосиликати натрий илова шуда, тақрибан 3 дақиқа омехта карда шуд.
3. Дар намунаҳои дорои тарқиши пешакӣ сохташуда пораҳои тунуки пӯлод ба ҳамвории миёнаи қолаб мустаҳкам карда шуданд; дар намунаҳои яклухт ин пораҳо истифода нашуданд.
4. Пас аз рехтан қолабҳо 30 сония дар мизи ларзиш нигоҳ дошта шуданд, то ҳавои дармонда кам ва якхелагӣ зиёд карда шавад.
5. Намунаҳо 48 соат дар қолаб ва баъд аз баровардан аз қолаб боз 7 рӯз дар ҳарорати хона сахт карда шуданд.
6. Пас аз сахтшавӣ пораҳои пӯлод бо суръати доимӣ аз роҳнамоҳо кашида бароварда шуда, тарқишҳои гузарандаи пешакӣ сохташуда бо геометрияи мунтазам ташкил карда шуданд.

Дастгоҳи таҷрибаи буриш

Озмоишҳои буриш-лағжиш дар низоми сервоидорашавандаи санҷиши муқовимати буриш барои нопайвастагиҳои ҷинсӣ анҷом дода шуданд. Низом дар самти нормалӣ то 200 kN ва дар самти буриш то 300 kN иқтидори бор дорад. Басомади намунагирии додаҳо 100 Hz мебошад. Намуна байни ду асбоби буриши L-шакли дорои муқовимати баланд нигоҳ дошта шуда, ҳамвории ҳадафии буриш дар ҳамвории миёнаи уфуқии намуна ҷойгир гардид.

Барои кам кардани таъсири соиши асбоб, ки ҳангоми боркунии нормалӣ ба вуҷуд омада метавонад, ба қувваи буриши ченшуда, байни асбоби буриш ва актуатори нормалӣ лавҳаи ғалтакдор ҷойгир карда шуд. Борҳо дар самтҳои нормалӣ ва буриш бо ҳуҷайраҳои борсанҷи дақиқбаланд ва ҷойивазкуниҳо бо ду трансформатори дифференсиалии хаттии тағйирёбанда (LVDT), ки аз берун насб шудаанд, сабт гардиданд.

Протоколи боркунӣ

1. Пешборкунии нормалӣ: Бори 3 kN бо суръати 0,5 kN/s татбиқ ва барои кам кардани холигиҳои тамоси намуна–асбоб се маротиба такрор карда шуд.
2. Боркунии нормалӣ ва нигоҳдорӣ: Бори ҳадафии нормалӣ бо суръати 0,5 kN/s татбиқ ва дар тамоми буриши минбаъда доимӣ нигоҳ дошта шуд.
3. Пешборкунии буриш: Бори буриши 3 kN бо суръати 0,5 kN/s татбиқ ва барои нишастани тамос се маротиба такрор карда шуд.
4. Боркунии буриш: Идоракунӣ ба режими ҷойивазкунӣ гузаронда шуда, ҷойивазкунии буриш бо суръати доимии 0,01 mm/s татбиқ гардид. Вақте намуна пурра шикаст ё ҷойивазкунии буриш ба 15 mm расид, таҷриба қатъ карда шуд.

Рафтори шиддати буриш–ҷойивазкунӣ

Дар фосилаи 0,9–2,7 MPa афзоиши шиддати нормалӣ қулфшавии asperityҳо ва маҳдудшавии сохторҳои маҳаллии борбардорро дар самти нормалӣ тақвият дод. Дар натиҷа, дар ҳар се навъи намуна муқовиматҳои қуллавӣ ва боқимондаи буриш умуман афзуданд. Дар шиддатҳои пасти нормалӣ гумшавии шиддат пас аз қулла тадриҷитар буд ва лағжиши боқимондаи соишӣ муддати дарозтар нигоҳ дошта шуд.

Бо зиёд шудани шиддати нормалӣ тағйирёбиҳои атрофи қулла равшантар шуданд; дар баъзе намунаҳо якчанд қулла ва пастшавиҳои пайдарпайи шиддат мушоҳида гардиданд. Муҳаққиқон ин тағйирёбиҳоро бо шикасти пайдарпайи унсурҳои маҳаллии борбардор ва равандҳои аз нав ба вуҷуд омадани қулфшавӣ дар сатҳи буриш вобаста карданд.

Дар 3,6 MPa муқовиматҳои қуллавии буриш дар ҳар се навъи намуна ба сатҳи тақрибан 2,9 MPa наздик шуданд; пас аз он пастшавии равшани шиддати қуллавӣ ва ноустувории ниҳоӣ рушд кард. Дар ин шароит ҷойивазкуниҳое, ки дар онҳо J0, J1 ва J2 қобилияти борбардории буришро пурра аз даст доданд, тақрибан 9,0, 7,8 ва 6,5 mm буданд.

Ин ҷадвал маънои онро надорад, ки шумораи тарқишҳо муқовимати қуллавии буришро мустақим ва монотонӣ кам мекунад. Дар таҳқиқоти манбаъ дар як шиддати нормалӣ байни шумораи тарқишҳо ва муқовимати қуллавӣ тартиби мунтазам ёфт нашуд. Тағйироти равшантар кам шудани қобилияти деформатсия пеш аз қулла ва пайвастагии борбардорӣ пас аз қулла мебошад.

Масалан, дар шиддати нормалии 0,9 MPa ҷойивазкуниҳои қуллавии буриши намунаҳои J0, J1 ва J2 мутаносибан то 6,6, 5,0 ва 2,6 mm кам шуданд; муқовиматҳои тахминии боқимондаи буриш бошад 1,0, 0,9 ва 0,8 MPa муайян гардиданд. Ин мушоҳида нишон медиҳад, ки тарқишҳои сершумор метавонанд роҳи деформатсияеро, ки барои пайвастшавии тарқишҳо ва ташаккули ҳамвории макроскопии буриш лозим аст, кӯтоҳ кунанд.

Ҷойивазкунии нормалӣ ва дилататсия

Каҷҳои ҷойивазкунии нормалӣ чор марҳилаи умумиро нишон доданд: мутобиқшавии ибтидоӣ, рушди дилататсия, дилататсияи қуллавӣ ва камшавии дилататсия. Дар баъзе таҷрибаҳо дилататсия баъдан ба фишурдашавии нормалӣ гузашт.

Дар 0,9 MPa намунаҳои J0, J1 ва J2 дар тамоми таҷриба дилататсия нишон доданд. Дилататсияҳои қуллавӣ мутаносибан 2,6, 2,6 ва 1,5 mm буданд; ҷойивазкуниҳои буришии мувофиқ ба ин қуллаҳо тақрибан 6,7, 6,3 ва 6,0 mm чен карда шуданд.

Вақте шиддати нормалӣ то 1,8–2,7 MPa зиёд шуд, дилататсияи қуллавӣ ба таври назаррас кам гардида, пас аз қулла ҷойивазкунии нормалӣ коҳиш ёфта аз хатти сифр гузаштанро оғоз кард. Дар 3,6 MPa тағйири рафтор аз ҳама равшан шуд. Дар J0 ва J1 танҳо дилататсияи кӯтоҳмуддати тақрибан 0,1 ва 0,2 mm мушоҳида гардид; дар J2 бошад дилататсия ба вуҷуд наомад. Гардиши равшани каҷҳои J0 ва J1 дар ҷойивазкунии буришии тақрибан 4,2 mm ва дар J2 тақрибан 3,0 mm рух дод.

Дар намунаи J2, дар ҷойивазкунии буришии тақрибан 3,0 mm, ҷойивазкунии нормалӣ пастшавии ногаҳонии тақрибан 0,5 mm нишон дод. Ин рафтор чунин тафсир шуд, ки тарқишҳои сершумор метавонанд пайвастагии шабакаи пулҳои ҷинсиро вайрон карда, гузариш аз шикасти маҳаллӣ ба фурӯравии васеътари сохторӣ дар самти нормалиро барвақттар кунанд.

Пастшавии Шиддат Дар Ин Таҷриба Чиро Нишон Медиҳад?

Пастшавии шиддат камшавии байни як қуллаи маҳаллӣ дар каҷи шиддати буриш ва водии маҳаллии фавран баъди онро ифода мекунад ва дар ин таҳқиқот ҳамчун нишондиҳандаи механикии гумшавии ногаҳонии қобилияти маҳаллии борбардорӣ истифода шудааст; аммо бузургии пастшавии шиддат ба энергияи умумии раҳоёфта баробар нест ва маънои динамикии он бояд ҳамроҳ бо шакли шикаст, партофта шудани пораҳо ва дигар мушоҳидаҳо арзёбӣ шавад.

Муодилаи пастшавии шиддат

Бузургии як ҳодисаи пастшавии шиддат дар манбаъ чунин таъриф шудааст:

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

Дар ин ҷо \(\Delta\tau_i\) бузургии ҳодисаи \(i\)-уми пастшавии шиддат мебошад; \(\tau_i^{p}\) шиддати маҳаллии қуллавии буришро фавран пеш аз ҳодиса ва \(\tau_i^{v}\) шиддати маҳаллии водии буришро, ки пас аз он меояд, нишон медиҳад. Ҳамаи бузургиҳо бо MPa ифода мешаванд. Ба ҳисобкунии омории ҳодисаҳо танҳо пастшавиҳое дохил карда шуданд, ки \(\Delta\tau_i>0.02\ \mathrm{MPa}\) буданд.

Дар намунаҳои J0 ҳодисаҳои пастшавии шиддат асосан дар фосилаҳои ҷойивазкунии буришии 4–6 ва 7–9 mm мушоҳида шуданд. Дар J1 зичӣ ба 4–6 ва 7–8 mm ва дар J2 ба фосилаҳои 2–4 ва 6–7 mm гузашт. Ҳамин тавр, бо зиёд шудани шумораи тарқишҳои пешакӣ сохташуда ҳодисаҳои равшани пастшавии шиддат ба марҳилаҳои барвақттари деформатсия кӯчиданд.

Бо вуҷуди ин, бузургии пастшавии шиддат дар ҳар як шиддати нормалӣ бо шумораи тарқишҳо ба таври монотонӣ тағйир наёфт. Тартиби аз ҳама равшан дар 3,6 MPa пайдо шуд: пастшавиҳои максималии шиддат барои J0, J1 ва J2 мутаносибан 0,28, 0,62 ва 0,90 MPa буданд. Ҳамзамон шумораи умумии ҳодисаҳо умуман кам шуда, ҳодисаҳо дар фосилаҳои тангтари деформатсия мутамарказ шуданд. Муҳаққиқон инро ҳамчун гузариш аз шумораи зиёди шикастҳои хурди маҳаллӣ ба шумораи камтар, вале ҳодисаҳои шадидтару калонмиқёси ноустуворӣ тафсир карданд.

Таҳаввули осебе, ки дар сатҳи буриш мушоҳида шуд

Тасвирҳои шикасти намунаҳои яклухт нишон доданд, ки бо зиёд шудани шиддати нормалӣ шакли осеб ба таври равшан тағйир меёбад. Дар 0,9 MPa сатҳи макроскопии буриш нисбатан ҳамвор монд ва шумораи маҳдуди тарқишҳои моили буришӣ ва ҷудошавии пораҳои хурди лавҳашакл мушоҳида шуд. Дар 1,8 MPa сатҳ мавҷноктар ва ноҳамвортар шуд ва дар сатҳҳои озоди блокҳои болоӣ ва поёнӣ тарқишҳои бештари кашиш–буриш ба ҳам пайвастанд.

Дар 2,7 MPa сатҳи буриш геометрияи равшани мавҷнок гирифт, блокҳо ва пораҳои бештари ҷинс партофта шуданд ва сохторҳои моили ҷӯякмонанд дар наздикии сатҳи буриш бештар гардиданд. Дар 3,6 MPa бошад, зери фишор ва буриши якҷоя намуна ба фурӯпошии босуръати мӯрт дучор шуд; муқовимати буриш пурра аз байн рафт ва муайян кардани сатҳи ҷудогонаи макроскопии буриш имконнопазир гардид. Ҳангоми фурӯравии намуна дар самти боркунии нормалӣ бисёр пораҳои лавҳашакл, сутунмонанд ва майдадона ба вуҷуд омаданд.

Сатҳҳои буриш ҳамчунин ҳамчун минтақаи наздик ба сатҳи озод, сатҳи марказии буриш ва минтақаҳои соиши пеш–ақиб тафсир шуданд. Дар шиддати паст сутунҳои мунтазами моили ҷинсӣ ва изҳои соиш дар сатҳҳо нигоҳ дошта шуданд, аммо бо афзоиши шиддати нормалӣ масоҳати ишғолкардаи ин сохторҳо кам ва миқдори пораҳои ҷинсӣ ва маводи майдаи донадор зиёд шуд.

Миқдори чанги ҷинсӣ ва тафсири қабати ҷисми сеюм

Пас аз буриш зарраҳои хурдтар аз 0,3 mm ҳамчун “чанги ҷинсӣ” таъриф шуда, аз элаки стандартӣ гузаронда ва вазн карда шуданд. Ченкуниҳои дар Расми 13-и манбаъ овардашуда ба силсилаи намунаҳои яклухт тааллуқ доранд.

Дар фосилаи 0,9–2,7 MPa афзоиш нисбатан маҳдуд буд, аммо дар 3,6 MPa массаи чанги ҷинсӣ ба 56 g расид. Ҳангоми арзёбӣ ҳамроҳ бо тасвирҳои осеб, ин ҳолат бо гузариш аз шикасти маҳаллии asperityҳо дар шиддати пасти нормалӣ ба майдашавӣ ва суфтакунии шадид дар шиддати баланди нормалӣ мувофиқат мекунад.

Муҳаққиқон пешниҳод мекунанд, ки зарраҳои майда метавонанд байни ду сатҳи муқобили буриш “қабати донадори ҷисми сеюм” ташкил диҳанд. Дар чунин қабат тамос танҳо тавассути соиши мустақими asperity–asperity сурат намегирад; лағжиш, ғелиш ва аз нав ҷойгиршавии зарраҳои майда низ метавонанд ба рафтори буриш таъсир расонанд. Ин механизм дар манбаъ ҳамчун яке аз шарҳҳои эҳтимолии механикии пастшавиҳои равшани шиддат пас аз қулла дар шиддати баланди нормалӣ пешниҳод шудааст; он натиҷаи мустақили бо таҷрибаи ҷудогона бевосита исботшуда нест.

Таъсири дугонаи механикии шиддати нормалӣ

Натиҷаҳои таҷрибавӣ ду таъсири шиддати нормалиро аз ҳам ҷудо мекунанд: аввал таъсире, ки устувориро таъмин мекунад ва баъдан, дар шароити муайян, таъсире, ки ноустувориро тақвият медиҳад. Дар фосилаи 0,9–2,7 MPa шиддати нормалӣ asperityҳоро ба тамоси зичтар овард, ҳаракати пулҳои ҷинсиро маҳдуд кард ва муқовимати буришро зиёд намуд. Ҳамин маҳдудкунӣ ҳамчунин ба унсурҳои маҳаллии борбардор имкон дод, ки пеш аз шикаст шиддат ва энергияи чандири бештар ҷамъ кунанд.

Ҳангоми расидан ба 3,6 MPa самти ҳукмрони рафтори механикӣ тағйир ёфт. Гузаштани asperityҳо аз болои ҳам ба андозаи зиёд маҳдуд шуд, дилататсия кам ё аз байн рафт ва майдашавӣ ва аз нав ҷойгиршавии зарраҳо дар ҳамвории буриш равшантар гардид. Вақте шабакаи маҳаллии борбардор шикаст, бор дигар наметавонист тадриҷан ба тамосҳои солими дигар интиқол ёбад ва қобилияти борбардории буриш босуръат аз даст рафт.

Нақши шумораи тарқишҳои пешакӣ сохташуда

Таъсири асосии зиёд шудани шумораи тарқишҳо танҳо кам кардани муқовимати қуллавӣ нест. Дар манбаъ байни муқовиматҳои қуллавии буриши J0, J1 ва J2 дар як шиддати нормалӣ тартиби мунтазами барои ҳамаи шароитҳо дуруст мушоҳида нашуд. Баръакс, бо зиёд шудани шумораи тарқишҳо роҳи лозим барои пайвастшавии тарқишҳо кӯтоҳ, пайвастагии шабакаи пулҳои ҷинсӣ заиф ва деформатсияи буриш барвақттар маҳаллӣ шуд.

Махсусан дар шароити 3,6 MPa ин раванд равшан мушоҳида шуд: ҷойивазкунии зарурӣ то ноустувории пурра аз J0 ба J2 кам шуд, дар ҳоле ки пастшавии максималии ягонаи шиддат афзуд. Ҳамин тавр, система аз ҳодисаҳои зиёди хурду парокандаи осеб ба шумораи камтар, вале ҳодисаҳои шадидтар ва калонмиқёси шикаст гузашт.

Нишондиҳандаҳои қавитарини механикии таҳқиқот

Натиҷаҳои муҳаққиқон нишон медиҳанд, ки танҳо ба муқовимати қуллавии буриш нигоҳ кардан барои шарҳи пешрафти ноустувории буриш-лағжиш кофӣ нест. Ҷойивазкунии қуллавии буриш, ҷойивазкунӣ ҳангоми ноустувории пурра, бузургии пастшавиҳои шиддат ва фосилаи деформатсияе, ки онҳо дар он мутамарказ мешаванд, мавқеи дилататсияи қуллавӣ, нуқтае, ки ҷойивазкунии нормалӣ аз сифр мегузарад, ва суръати гузариш аз дилататсия ба фишурдашавӣ ҳамчун нишондиҳандаҳои ҳассостари механикӣ барҷастаанд.

Дар бахши натиҷаҳои таҳқиқоти манбаъ мутамарказ шудани ҳодисаҳои калони пастшавии шиддат дар фосилаҳои муайяни деформатсия, кӯтоҳ шудани фосилаи лағжиши устувори пас аз қулла, маҳдуд шудани дилататсия ва гузариши босуръати ҷойивазкунии нормалӣ аз дилататсия ба фишурдашавӣ ҳамчун нишондиҳандаҳои эҳтимолии механикии ноустувории динамикии наздикшавандаи буриш-лағжиш дар ҷинси атрофи тарқишдор пешниҳод шудаанд. Ифодаи “эҳтимолӣ” муҳим аст; таҳқиқот онҳоро ҳамчун меъёрҳои тасдиқшудаи огоҳии барвақтӣ барои саҳро санҷида нашудааст.

Маҳдудиятҳои таҷрибавӣ

Муҳимтарин маҳдудияти таҳқиқот ин аст, ки дар ҳар яке аз 12 шароити таҷрибавӣ танҳо як намуна истифода шудааст. Аз ин рӯ саҳми гетерогении мавод, фарқиятҳои хурд дар сохтани тарқишҳои пешакӣ ва тағйирёбии шароити тамоси ибтидоӣ ба натиҷаҳо ба таври миқдорӣ ҷудо карда нашудааст. Баъзе тартибҳои баръакси байни J0, J1 ва J2 метавонанд ҳам таъсири воқеии геометрияи тарқишро инъикос кунанд ва ҳам аз тағйирёбии байни намунаҳо бароянд.

Ҳамчунин муҳим аст, ки ҳодисаҳои пастшавии шиддат тағйирёбиҳои механикии ҳамон як намуна дар тӯли вақт мебошанд. Пастшавиҳои сершумори шиддат, ки аз як каҷ гирифта шудаанд, наметавонанд ҳамчун такрорҳои мустақили таҷрибавӣ арзёбӣ шаванд. Аз ин рӯ зиёд будани шумораи пастшавиҳои шиддат маънои зиёд шудани андозаи интихобаи таҷрибавиро надорад.

Маҳдудияти дуюми асосӣ он аст, ки таҷрибаҳо таҳти боркунии квази-статикӣ анҷом дода шуданд. Эмиссияи акустикӣ, ларзиш, суръати партофта шудани пораҳо ва энергияи кинетикии раҳоёфта мустақиман чен карда нашуданд. Пастшавиҳои ногаҳонии шиддат, тарқишхӯрии мӯрт, партофта шудани пораҳо ва гумшавии босуръати қобилияти борбардорӣ метавонанд ҳамчун нишонаҳои механикии сифатии ноустувории динамикӣ тафсир шаванд; аммо онҳо бо зарбаи кӯҳии воқеии зеризаминӣ эквивалентии динамикии миқдорӣ ташкил намекунанд.

Илова бар ин, пастшавии шиддат танҳо кам шудани муқовимати буриши ченшударо ифода мекунад. Баробар донистани қимати \(\Delta\tau\) бо энергияи умумии чандир ё кинетикии раҳоёфта аз ҷиҳати илмӣ дуруст нест. Дар оянда таҷрибаҳои такрорӣ, ки ченкуниҳои акустикӣ, ларзишӣ, кинематикии баландсуръат ва энергетикиро якҷоя истифода мебаранд, барои миқдорисозии хусусиятҳои динамикии механизми пешниҳодшуда заруранд.

Тафсири ҳамгирои натиҷаҳои илмӣ

Таҳқиқот ноустувории буриш-лағжишро на ҳамчун як ҳодисаи “аз ҳадди муқовимат гузашт ва намуна шикаст”, балки ҳамчун раванди таҳаввулӣ нишон медиҳад, ки аз тамос то ҷамъшавии энергия, аз рушди тарқишҳо то пора-порашавӣ ва то лағжиши донадори пас аз қулла идома меёбад. Дар ин дидгоҳ шиддати нормалӣ танҳо маҳдудияти аз берун татбиқшуда нест; он тағйирёбандаи идоракунандаест, ки ҳам то чӣ андоза сахт қулф шудани сатҳҳо ва ҳам то чӣ дараҷа мутамарказ шудани осебро ҳангоми шикастани ин қулфшавӣ муайян мекунад.

Тарқишҳои пешакӣ сохташуда низ танҳо холигиҳои геометрие нестанд, ки масоҳати буришро кам мекунанд. Онҳо роҳҳои интиқоли бор тавассути пулҳои ҷинсӣ, масофае, ки микроқисматҳо дар он ба ҳам мепайванданд, ва то чӣ андоза мустақил мондани унсурҳои маҳаллии борбардорро тағйир медиҳанд. Аз ин рӯ шумораи тарқишҳо муқовимати қуллавиро дар ҳамаи шароитҳо ба таври монотонӣ кам накард, аммо махсусан дар шиддати баланди нормалӣ бо маҳаллисозии барвақттари ноустуворӣ ва калон шудани пастшавиҳои алоҳидаи шиддат алоқаманд буд.

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

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

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

Муаллифи масъул: Xiaoqing Wang.

Муассисаҳо: 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.

Маҷалла: Applied Sciences.

Ношир/платформа: MDPI.

Сабти библиографӣ: Applied Sciences, 2026, 16(17), 8804.

DOI: 10.3390/app16178804

Навъи мақола: Мақолаи таҷрибавии таҳқиқотии аз тақризи ҳамтоён гузашта.

Пешниҳод: 6 Август 2026.

Таҷдиди назар: 29 Август 2026.

Қабул: 31 Август 2026.

Нашр: 4 Сентябр 2026.

Иҷозатнома: Иҷозатномаи дастрасии кушоди Creative Commons Attribution (CC BY).

Маблағгузорӣ: National Natural Science Foundation of China, рақамҳои лоиҳа 51927807 ва 52274124.

Дастрасии додаҳо: Гузориш шудааст, ки додаҳои хом, ки натиҷаҳои мақоларо дастгирӣ мекунанд, бо дархости асоснок аз муаллифи масъул дастрас карда мешаванд.

Бархӯрди манфиатҳо: Гузориш шудааст, ки Xuening Wang, Xiaoqing Wang, Yang Zhao ва Junchen Li дар China Coal Technology and Engineering Group Co., Ltd. кор мекунанд. Муаллифони дигар изҳор доштаанд, ки муносибатҳои тиҷоратӣ ё молиявие надоранд, ки метавонанд ба таҳқиқот таъсир расонанд.

Саҳми муаллифон: Xuening Wang дар консептуализатсия, методология, таҳқиқот ва навиштан; Jianbiao Bai дар захираҳо, маблағгузорӣ ва таҳлили формалӣ; Xiaoqing Wang дар роҳбарӣ, куратсияи додаҳо, захираҳо ва арзёбии мақола; Yang Zhao дар роҳбарӣ, санҷиш ва таҳқиқот; Feiteng Zhang дар консептуализатсия, методология ва арзёбӣ; Junchen Li дар куратсияи додаҳо ва арзёбӣ/таҳрир; Dingchao Chen дар санҷиш ва арзёбӣ иштирок кардаанд.

Маҳдудияти асосии методологӣ: Азбаски дар ҳар шароити таҷрибавӣ n=1 буд, такроршавандагии оморӣ арзёбӣ нашуд. Таҷрибаҳо дар шароити лаборатории квази-статикӣ гузаронида шуданд ва ченкунии мустақими эмиссияи акустикӣ, ларзиш, суръати партофта шудани пораҳо ё энергияи кинетикии раҳоёфтаро дар бар намегиранд. Натиҷаҳо бояд на ҳамчун эквиваленти миқдории динамикии зарбаи кӯҳии воқеии саҳроӣ, балки ҳамчун аналоги механикии лаборатории ноустувории буриш-лағжиш тафсир шаванд.