Siljish-sirpanish rokbursti (shear-slip rockburst) — yuqori kuchlanish ostidagi tog‘ jinsi massivida mavjud uzilishlar bo‘ylab rivojlanadigan siljishning; mahalliy yuk ko‘taruvchi tuzilmalarning buzilishi, elastik deformatsiya energiyasining to‘satdan ajralishi va tez mexanik beqarorlik bilan qo‘shilishi mumkin bo‘lgan dinamik tog‘ jinslari mexanikasi hodisasidir. Ushbu tadqiqot mazkur jarayonni nazorat qilinadigan laboratoriya sharoitida o‘rganish uchun yuqori elastik energiya saqlash qobiliyati va tez mo‘rt buzilish xulqini namoyon etadigan qilib ishlab chiqilgan sintetik rokburst simulyatsiya materialidan foydalangan. Butun, bitta oldindan tayyorlangan yoriqli va ikkita oldindan tayyorlangan yoriqli 150 mm kub namuna; 0,9, 1,8, 2,7 va 3,6 MPa normal kuchlanish ostida siljitib kesilgan. Tadqiqotning asosiy natijasi shundaki, normal kuchlanish siljish qarshiligini oshirar ekan, ayni paytda yuqori kuchlanish darajasida mo‘rt beqarorlikni kuchaytirishi mumkin bo‘lgan ikki tomonlama rolga ega. Biroq tajriba dizaynida har bir yoriq geometriyasi–normal kuchlanish kombinatsiyasi uchun faqat bitta namuna ishlatilgani sababli, natijalar statistik jihatdan umumlashtirilgan munosabatlar emas, balki sinovdan o‘tkazilgan sharoitlardagi eksperimental tendensiyalardir.

Foydalanilgan simulyatsiya materialining zarba energiyasi indeksi \(K_E=18.0\), elastik energiya indeksi \(W_{ET}=9.2\) va dinamik buzilish vaqti \(D_t=140\ \mathrm{ms}\) deb o‘lchangan. Normal kuchlanish 0,9 MPa dan 2,7 MPa gacha oshirilganda siljish yuzasidagi g‘adir-budurlik cho‘qqilarining, ya’ni asperitlarning, o‘zaro mexanik ilashishi kuchaygan; cho‘qqi va qoldiq siljish mustahkamliklari umuman oshgan paytda, siljish vaqtida normal yo‘nalishdagi ochilishni anglatuvchi dilatatsiya tobora bostirilgan. Normal kuchlanish 3,6 MPa ga yetganda esa butun, bitta yoriqli va ikkita yoriqli barcha namunalarda aniq cho‘qqi kuchlanish pasayishlari, normal yo‘nalishda siqilish va cho‘qqidan keyin siljish yuk ko‘tarish qobiliyatining to‘liq yo‘qolishi kuzatilgan.

Yuqori normal kuchlanish bilan oldindan tayyorlangan yoriqlarning birgalikda mavjudligi ayniqsa beqarorlikning qachon va qanday rivojlanishini o‘zgartirgan. 3,6 MPa ostida butun J0, bitta yoriqli J1 va ikkita yoriqli J2 namunalarda to‘liq beqarorlikka mos siljish ko‘chishlari mos ravishda 9,0, 7,8 va 6,5 mm gacha kamaygan, maksimal kuchlanish pasayishlari esa 0,28, 0,62 va 0,90 MPa gacha oshgan. Bu natija ko‘proq oldindan tayyorlangan yoriqlar cho‘qqi siljish mustahkamligini oddiy va muntazam ravishda kamaytirishidan ko‘ra, yuk uzatish yo‘llarini buzib deformatsiyaning mahalliylashuvini va cho‘qqidan keyingi yuk ko‘taruvchi tuzilmaning uzluksizligini ertaroq yo‘qotishini kuchaytirishini ko‘rsatadi.

Tajribalarda siljish-sirpanish jarayoni to‘rt mexanik bosqichda tavsiflangan: yoriqlar va bo‘shliqlar yopilib, yuk ko‘taruvchi tuzilma shakllanadigan siqilish–moslashuv bosqichi; elastik siljish va energiya to‘planishi; shikastlanishning to‘planishi, yoriqlarning qo‘shilishi va cho‘qqi beqarorligi; nihoyat, bo‘laklarning qayta joylashishi va cho‘qqidan keyingi sirpanish. Yuqori normal kuchlanishda so‘nggi bosqich barqaror qoldiq ishqalanishli sirpanishga erishish o‘rniga maydalanish, normal yo‘nalishda cho‘kish va global mo‘rt beqarorlikka aylanishi mumkin.

Tadqiqotning asosiy muammosi

Chuqur yerosti muhandisligida tog‘ jinsi massiviga ta’sir qiluvchi joydagi kuchlanishlar oshgani sari tunnel, galereya va kon bo‘shliqlari atrofida yuqori kuchlanish konsentratsiyalari paydo bo‘lishi mumkin. Tog‘ jinsi massivi mutlaqo uzluksiz muhit emas; bo‘g‘inlar, yoriqlar, uzilmalar va boshqa strukturaviy uzilishlar yuk uzatilishini buzadi. Qazish yoki ishlab chiqarish faoliyati dastlabki kuchlanish muvozanatini o‘zgartirganda, ushbu uzilishlar bo‘ylab siljish harakati boshlanishi mumkin. Agar jarayon yuqori elastik energiya to‘planishi va yuk ko‘tarish qobiliyatining tez yo‘qolishi bilan biriksa, to‘satdan va kuchli siljish-sirpanish beqarorligi rivojlanishi mumkin.

Tabiiy tog‘ jinsi va ko‘mir namunalari muhandislik voqeligiga yaqin bo‘lsa-da, mineral tarkibi, tabiiy yoriqlar tarmog‘i, sirt geometriyasi va mexanik xossalar namunadan namunaga o‘zgarishi mumkin. Bu o‘zgaruvchanlik yoriqlar soni, joylashuvi va uzluksizligi kabi parametrlarni mustaqil o‘rganishni qiyinlashtiradi. Sintetik tog‘ jinsiga o‘xshash materiallar esa geometriya va material xossalarini ko‘proq nazorat qilish imkonini beradi. Biroq avvalgi sintetik materiallarning muhim qismi statik mustahkamlik va deformatsiya o‘xshashligiga e’tibor qaratgan; elastik energiyani saqlash, cho‘qqidan keyingi to‘satdan mo‘rt kuchlanish yo‘qotilishi va uzlukli kuchlanish pasayishlarini bir materialda birgalikda ifodalash cheklangan bo‘lib qolgan.

Ushbu tadqiqotda tadqiqotchilar bu bo‘shliqni rokburstsga aniq moyil sintetik materialni nazorat qilinadigan oldindan tayyorlangan yoriq geometriyalari bilan birlashtirish orqali ko‘rib chiqqan. Maqsad faqat maksimal siljish mustahkamligini o‘lchash emas. Kuchlanish qaysi bosqichda tebranishi, dilatatsiya qachon siqilishga aylanishi, siljish yuzasi qanday parchalanishi, kuchlanish pasayishlari qachon zichlashishi va hosil bo‘lgan mayda tog‘ jinsi changi miqdori qanday o‘zgarishi birgalikda o‘rganilgan.

Siljish-Sirpanish Rokbursti Nima?

Siljish-sirpanish rokbursti — yuqori kuchlanish ostidagi tog‘ jinsi massivida uzilish yoki potensial siljish tekisligi bo‘ylab rivojlanadigan sirpanishning; mahalliy tog‘ jinsi ko‘priklari va asperitlarning buzilishi, siljish yuk ko‘tarish qobiliyatining to‘satdan kamayishi va saqlangan elastik energiyaning tez qayta taqsimlanishi bilan dinamik beqarorlikka aylanishi mumkin bo‘lgan rokburst mexanizmidir. Ushbu tadqiqotdagi tajribalar real dala rokburstining to‘liq dinamik ekvivalenti emas, balki ushbu mexanik jarayonning laboratoriya miqyosidagi analogidir.

Rokburstsga moyil sintetik materialni ishlab chiqish mantiqi

Eksperimental materialdan ikki asosiy xulqni birgalikda ko‘rsatish maqsad qilingan. Birinchisi, cho‘qqi kuchlanishga yetguncha deformatsiyaning katta qismi elastik bo‘lishi va shu tariqa elastik deformatsiya energiyasi to‘planishi mumkinligidir. Ikkinchisi esa cho‘qqi nuqtadan keyin uzoq davom etuvchi plastik deformatsiya o‘rniga tez va aniq mo‘rt mustahkamlik yo‘qotilishi yuzaga kelishidir. Shu tariqa faqat statik tarzda buziladigan tog‘ jinsiga o‘xshash namuna emas, balki buzilish paytida bo‘laklarning otilishi va yuk ko‘tarish qobiliyatining tez yo‘qolishi kabi rokburst bilan bog‘liq mexanik belgilarni ko‘rsata oladigan analog material olishga harakat qilingan.

Material bog‘lovchi sifatida natriy silikat, qotirgich sifatida natriy ftorosilikat va to‘ldirgich sifatida talk kukunidan tayyorlangan. Natriy silikat:natriy ftorosilikat:talk uchun massa nisbati 1:0,13:0,30. Materialning asosiy mexanik tavsiflanishida diametri 50 mm va balandligi 100 mm bo‘lgan standart silindrik namunalardan foydalanilgan. Qolip ichida 48 soat qotirilgandan keyin namunalar xona sharoitida havoda yana 7 kun qotirilgan.

Yangi aralashma avvalgi past mustahkamlikli, rokburstsga yuqori moyil simulyatsiya materialiga nisbatan yuqoriroq elastiklik moduli va kogeziyaga ega. Tadqiqotchilar bu bir xil deformatsiya sharoitida yuqoriroq yuk ko‘tarish va ko‘proq elastik energiya saqlash qobiliyatini ta’minlab, siljish-sirpanish beqarorligini o‘rganish uchun mosroq asos yaratishini ta’kidlaydi.

Rokburstga moyillik qanday tavsiflandi?

Materialning rokburstga o‘xshash xulqi Xitoy milliy standarti GB/T 25217.2-2010 dagi ko‘mir zarbasi moyilligi sinov protseduralaridan real dala ekvivalentligini bevosita o‘rnatish uchun emas, balki material tanlash va mexanik tavsiflash uchun mos yozuvlar doirasi sifatida foydalanib baholangan. Zarba energiyasi indeksi \(K_E\), elastik energiya indeksi \(W_{ET}\) va dinamik buzilish vaqti \(D_t\) mos ravishda cho‘qqidan oldingi–cho‘qqidan keyingi energiya munosabatini, elastik energiyani saqlash qobiliyatini va cho‘qqidan keyingi buzilish davomiyligini ifodalovchi ko‘rsatkichlardir.

Yuqori tezlikdagi kamera kuzatuvlarida cho‘qqi kuchlanishidan sal oldin kichik plastinkasimon bo‘laklar sirtdan ajralib, otila boshlagani, cho‘qqiga yetganda esa turli o‘lchamdagi bo‘laklar, parchalar va chang kuchliroq tarzda otilgani xabar qilingan. Tadqiqotchilar bu xulqni materialning rokburstga kuchli moyilligini ko‘rsatuvchi eksperimental belgi sifatida baholagan.

Oldindan tayyorlangan yoriqlarning eksperimental roli

Siljish sinovlarining asosiy namunalari qirra uzunligi 150 mm bo‘lgan kublardir. J0 namunasi butun. J1 namunasida siljish yo‘nalishida uzunligi 150 mm va kengligi 30 mm bo‘lgan bitta oldindan tayyorlangan yoriq yaratilgan. J2 namunasida esa har biri uzunligi 150 mm va kengligi 15 mm bo‘lgan ikkita parallel oldindan tayyorlangan yoriq mavjud. Shu tariqa J1 va J2 uchun umumiy yoriq kengligi 30 mm da doimiy saqlanib, faqat yoriqlar sonining ta’sirini o‘rganish maqsad qilingan.

Yoriq ochilishi qolipga oldindan joylashtirilgan qalinligi 0,5 mm bo‘lgan po‘lat bo‘laklar bilan nazorat qilingan. J1 da ishlatilgan po‘lat qo‘shimcha 30 mm, J2 dagi ikkita bo‘lak esa alohida-alohida 15 mm kenglikda. Qo‘shimchalarning 200 mm uzunligi namunaning 150 mm qirrasidan katta tanlangan; shu bilan qotirishdan keyin bo‘laklarni yo‘riqnoma bo‘ylab tekis tortib chiqarish va namunaning butun qismidan o‘tuvchi muntazam yoriq sirtlarini hosil qilish ta’minlangan.

Siljish paytida nima uchun dilatatsiya yuz beradi?

Yoriq yoki g‘adir-budur siljish yuzasi sirpana boshlaganda qarama-qarshi yuzalardagi asperitlar faqat gorizontal yo‘nalishda ishqalanmaydi; ular bir-birining ustidan ko‘tarilishi, burilishi va mahalliy ravishda buzilishi mumkin. Bu harakat namunaning normal yo‘nalishda ochilishiga olib keladi. Tadqiqotda musbat normal ko‘chish dilatatsiya, manfiy normal ko‘chish esa normal siqilish deb belgilangan. Normal kuchlanish oshgani sari asperitlarning bir-birining ustidan o‘tishi qiyinlashgan va maydalanish hamda zarrachalarning qayta joylashishi ustunroq bo‘lgan.

Normal Kuchlanish Siljish-Sirpanish Beqarorligini Qanday O‘zgartiradi?

Tajribalarda normal kuchlanish ta’siri bir yo‘nalishli emas: 0,9–2,7 MPa oralig‘ida yuqori normal kuchlanish asperitlarning ilashishini va tog‘ jinsi ko‘priklarining cheklanishini kuchaytirib siljish qarshiligini oshirgan, biroq shu bilan birga dilatatsiyani kamaytirgan va mahalliy yuk ko‘taruvchi tuzilmalarda kuchlanishning yanada zich to‘planishi uchun sharoit yaratgan; 3,6 MPa da ustun xulq endi faqat mustahkamlik ortishi emas, balki intensiv maydalanish, yuk ko‘taruvchi tuzilmalarning cho‘kishi va tez cho‘qqidan keyingi mo‘rt beqarorlik bo‘lgan.

To‘rt bosqichli mexanik evolyutsiya

I-bosqich — Siqilish moslashuvi va yuk ko‘taruvchi tuzilmaning shakllanishi: Oldindan tayyorlangan yoriqlar, mavjud bo‘shliqlar va ichki nuqsonlar yopila boshlaydi. Siljish tekisligi yaqinidagi asperitlar kontakt tartibini qayta shakllantiradi. Siljish kuchlanishi sekin oshar ekan, normal ko‘chish cheklangan bo‘lib qoladi. Yuk uzlukli kontakt zonalari va butun qolgan tog‘ jinsi ko‘priklari orqali tashila boshlaydi.

II-bosqich — Elastik siljish va energiya to‘planishi: Siljish kuchlanishi taxminan chiziqli oshadi. Asperitlarning bir-birining ustidan o‘tishi dilatatsiyani boshlaydi. Siljish kuchlanishi oshgani sari potensial siljish tekisligi yaqinidagi mahalliy asosiy cho‘zilish kuchlanishlari ortadi va qiya mikroyoriqlar hosil bo‘lishi osonlashadi. Qo‘shni yoriqlar orasidagi material qo‘shma siqilish–siljish yukini ko‘taradigan qiya tog‘ jinsi ko‘priklari yoki mahalliy yuk ko‘taruvchi elementlarga aylanadi. Bu bosqichda buzilish keng tarqaladi, ammo hali butun siljish tekisligiga hukmron emas.

III-bosqich — Shikastlanish to‘planishi, yoriqlarning qo‘shilishi va cho‘qqi beqarorligi: Oldindan tayyorlangan yoriq uchlaridan rivojlanayotgan yoriqlar yangi hosil bo‘lgan mikroyoriqlar bilan birlashadi. Mahalliy yuk ko‘taruvchi elementlarda ketma-ket egilish, siljish va maydalanish rivojlanadi. Kuchlanish egri chizig‘i chiziqlilikdan og‘adi, arratishsimon tebranishlar va ko‘plab mahalliy cho‘qqilar paydo bo‘lishi mumkin. Yuk ko‘taruvchi tuzilmalarning qolgan qismi global muvozanatni ta’minlay olmay qolganda mahalliy buzilish zonalari tez birlashib, samarali siljish yuk ko‘tarish maydonini kamaytiradi va aniq kuchlanish pasayishi yuz beradi.

IV-bosqich — Bo‘laklarning qayta joylashishi va cho‘qqidan keyingi sirpanish: Cho‘qqidan keyin butun qolgan yuk ko‘taruvchi elementlar buzilishda davom etadi. Bloksimon parchalar davom etayotgan siqilish–siljish yuki ostida maydalanib, yanada mayda zarrachalarga aylanadi. Bu zarrachalar siljish zonasida sirpanadi, dumalaydi va qayta joylashadi. Kontakt holati qayta-qayta ilashish, yuk ko‘tarish, buzilish va qayta kontakt sikliga kirib, cho‘qqidan keyingi uzlukli yopishish-sirpanish xulqiga hissa qo‘shishi mumkin. Past va o‘rta normal kuchlanishlarda tizim oxir-oqibat qoldiq ishqalanishli sirpanishga yaqinlashishi mumkin bo‘lsa, 3,6 MPa da normal yo‘nalishda cho‘kish va global mo‘rt beqarorlik rivojlangan.

Tadqiqot qo‘llab-quvvatlaydigan va qo‘llab-quvvatlamaydigan xulosalar

Tadqiqot bevosita qo‘llab-quvvatlaydigan natijalar: Sinovdan o‘tkazilgan sintetik materialda normal kuchlanish ortishi bilan siljish mustahkamligi, dilatatsiya, kuchlanish pasayishlari taqsimoti, siljish yuzasi shikastlanishi va parchalanish shakli tizimli ravishda o‘zgarishi mumkinligi; yuqori normal kuchlanish bilan ko‘plab oldindan tayyorlangan yoriqlar erta deformatsiya mahalliylashuvi va yanada intensiv alohida beqarorlik hodisalari bilan birgalikda kuzatilishi mumkinligidir.

Tadqiqot bevosita qo‘llab-quvvatlamaydigan natijalar: 3,6 MPa barcha tog‘ jinslari yoki barcha yerosti inshootlari uchun universal rokburst chegarasi deb aytib bo‘lmaydi. Oldindan tayyorlangan yoriqlar soni real tog‘ jinsi massivlarida har doim bir xil miqdoriy ta’sir ko‘rsatishi isbotlanmagan. Kuchlanish pasayishini o‘lchash ajralgan umumiy energiyaga teng emas. Tajribalarda akustik emissiya, tebranish energiyasi, otilgan bo‘laklar tezligi yoki kinetik energiyasi bevosita o‘lchanmagani sababli real dala rokburstining dinamik intensivligi miqdoriy tasdiqlanmagan.

Tadqiqot Usuli va Natijalari

Tajriba matritsasi

Tadqiqotda uchta yoriq konfiguratsiyasi to‘rtta normal kuchlanish darajasi bilan birlashtirilib, jami 12 tajriba sharti yaratilgan. Har bir shart uchun bitta namuna sinovdan o‘tkazilgan.

To‘rtta normal kuchlanishning bir o‘qli siqilish mustahkamligiga nisbatan normallashtirilgan qiymatlari taxminan \(\sigma_n/\sigma_c=0.12,\ 0.24,\ 0.36\) va \(0.49\) dir. Har bir kombinatsiya faqat bir marta sinovdan o‘tkazilgani uchun tajriba guruhlari uchun standart og‘ish, ishonch oralig‘i yoki variatsiya koeffitsiyenti hisobot qilinmagan.

Namuna tayyorlash

1. Natriy silikat, natriy ftorosilikat va talk kukuni 1:0,13:0,30 massa nisbatida tortilgan.
2. Avval natriy silikat aralashtirish idishiga olingan, talk kukuni bosqichma-bosqich qo‘shilgan, bir jinsli bo‘lgach natriy ftorosilikat qo‘shilib taxminan 3 daqiqa aralashtirilgan.
3. Oldindan tayyorlangan yoriqli namunalarda yupqa po‘lat qo‘shimchalar qolipning o‘rta tekisligiga mahkamlangan; butun namunalarda bu qismlar ishlatilmagan.
4. Quyishdan so‘ng qoliplar 30 soniya vibratsiya stolida ushlangan, qamalib qolgan havoni kamaytirish va bir jinslilikni oshirish maqsad qilingan.
5. Namunalar qolip ichida 48 soat, qolipdan chiqarilgach xona haroratida yana 7 kun qotirilgan.
6. Qotirishdan so‘ng po‘lat bo‘laklar yo‘riqnomalardan o‘zgarmas tezlikda tortib chiqarilib, muntazam geometriyali o‘tuvchi oldindan tayyorlangan yoriqlar hosil qilingan.

Siljish tajriba qurilmasi

Siljish-sirpanish sinovlari tog‘ jinsi uzilishlari uchun servo-boshqariladigan siljish mustahkamligi sinov tizimida bajarilgan. Tizim normal yo‘nalishda eng ko‘pi 200 kN, siljish yo‘nalishida eng ko‘pi 300 kN yuk sig‘imiga ega. Ma’lumotlarni namuna olish chastotasi 100 Hz. Namuna yuqori mustahkamlikli L shaklidagi ikkita siljish moslamasi orasida ushlangan va maqsad siljish tekisligi namunaning gorizontal o‘rta tekisligiga joylashtirilgan.

Normal yuklash vaqtida yuzaga kelishi mumkin bo‘lgan moslama ishqalanishining o‘lchangan siljish kuchiga ta’sirini kamaytirish uchun siljish moslamasi bilan normal aktuator orasiga rolikli plastina joylashtirilgan. Normal va siljish yo‘nalishidagi yuklar yuqori aniqlikdagi yuk datchiklari bilan, ko‘chishlar esa tashqi o‘rnatilgan ikkita chiziqli o‘zgaruvchan differensial transformator (LVDT) bilan qayd etilgan.

Yuklash protokoli

1. Normal dastlabki yuklash: 3 kN yuk 0,5 kN/s tezlikda qo‘llanib, namuna–moslama kontakt bo‘shliqlarini kamaytirish uchun uch marta takrorlangan.
2. Normal yuklash va ushlab turish: Maqsad normal yuk 0,5 kN/s tezlikda qo‘llangan va keyingi siljish davomida doimiy saqlangan.
3. Siljish dastlabki yuklashi: 3 kN siljish yuki 0,5 kN/s tezlikda qo‘llanib, kontaktning o‘rnashishi uchun uch marta takrorlangan.
4. Siljish yuklashi: Boshqaruv ko‘chish rejimiga o‘tkazilib, siljish ko‘chishi 0,01 mm/s doimiy tezlikda qo‘llangan. Namuna butunlay buzilganda yoki siljish ko‘chishi 15 mm ga yetganda tajriba to‘xtatilgan.

Siljish kuchlanishi–ko‘chish xulqi

0,9–2,7 MPa oralig‘ida normal kuchlanishning ortishi asperit ilashishini va mahalliy yuk ko‘taruvchi tuzilmalarning normal yo‘nalishdagi cheklanishini kuchaytirgan. Natijada uchala namuna turida ham cho‘qqi va qoldiq siljish mustahkamliklari umuman oshgan. Past normal kuchlanishlarda cho‘qqidan keyingi kuchlanish yo‘qotilishi bosqichma-bosqichroq bo‘lgan va qoldiq ishqalanishli sirpanish uzoqroq saqlangan.

Normal kuchlanish oshgani sari cho‘qqi atrofidagi tebranishlar aniqroq bo‘lgan; ayrim namunalarda bir nechta cho‘qqi va ketma-ket kuchlanish pasayishlari kuzatilgan. Tadqiqotchilar bu tebranishlarni mahalliy yuk ko‘taruvchi elementlarning ketma-ket buzilishi va siljish yuzasida qayta rivojlanadigan ilashish jarayonlari bilan bog‘lagan.

3,6 MPa ostida uchala namuna turida ham cho‘qqi siljish mustahkamliklari taxminan 2,9 MPa darajasiga yaqinlashgan; shundan keyin aniq cho‘qqi kuchlanish pasayishi va terminal beqarorlik rivojlangan. Bu sharoitda J0, J1 va J2 ning siljish yuk ko‘tarish qobiliyatini to‘liq yo‘qotgan ko‘chishlari taxminan 9,0, 7,8 va 6,5 mm.

Bu jadval yoriqlar soni cho‘qqi siljish mustahkamligini bevosita va monoton ravishda kamaytiradi degani emas. Manba tadqiqotda bir xil normal kuchlanishda yoriqlar soni bilan cho‘qqi mustahkamligi o‘rtasida muntazam ketma-ketlik topilmagan. Aniqroq o‘zgarish cho‘qqigacha bo‘lgan deformatsiya qobiliyati va cho‘qqidan keyingi yuk ko‘tarish uzluksizligining kamayishidir.

Masalan, 0,9 MPa normal kuchlanishda J0, J1 va J2 namunalarining cho‘qqi siljish ko‘chishlari mos ravishda 6,6, 5,0 va 2,6 mm gacha kamaygan; taxminiy qoldiq siljish mustahkamliklari esa 1,0, 0,9 va 0,8 MPa deb aniqlangan. Bu kuzatuv ko‘p yoriqlar yoriqlarning qo‘shilishi va makroskopik siljish tekisligining shakllanishi uchun zarur deformatsiya yo‘lini qisqartirishi mumkinligini ko‘rsatadi.

Normal ko‘chish va dilatatsiya

Normal ko‘chish egri chiziqlari boshlang‘ich moslashuv, dilatatsiya rivojlanishi, cho‘qqi dilatatsiya va dilatatsiyaning kamayishi ko‘rinishida to‘rtta umumiy bosqichni ko‘rsatgan. Ayrim tajribalarda dilatatsiya keyinchalik normal siqilishga aylangan.

0,9 MPa ostida J0, J1 va J2 namunalari tajriba davomida dilatatsiyani ko‘rsatgan. Cho‘qqi dilatatsiyalar mos ravishda 2,6, 2,6 va 1,5 mm bo‘lgan; ushbu cho‘qqilarga mos siljish ko‘chishlari taxminan 6,7, 6,3 va 6,0 mm deb o‘lchangan.

Normal kuchlanish 1,8–2,7 MPa gacha oshirilganda cho‘qqi dilatatsiya sezilarli darajada kamaygan va cho‘qqidan keyin normal ko‘chish pasayib, nol chizig‘idan o‘ta boshlagan. 3,6 MPa da xulq o‘zgarishi eng aniq holatga yetgan. J0 va J1 da faqat taxminan 0,1 va 0,2 mm darajasida qisqa muddatli dilatatsiya kuzatilgan; J2 da esa dilatatsiya yuz bermagan. J0 va J1 egri chiziqlaridagi aniq burilish taxminan 4,2 mm siljish ko‘chishida, J2 da esa taxminan 3,0 mm da sodir bo‘lgan.

J2 namunasida taxminan 3,0 mm siljish ko‘chishida normal ko‘chish taxminan 0,5 mm lik to‘satdan pasayishni ko‘rsatgan. Bu xulq ko‘p yoriqlar tog‘ jinsi ko‘priklari tarmog‘ining uzluksizligini buzib, mahalliy buzilishdan normal yo‘nalishdagi umumiyroq strukturaviy cho‘kishga o‘tishni oldinga surishi mumkinligi sifatida talqin qilingan.

Kuchlanish Pasayishi Ushbu Tajribada Nimani Ko‘rsatadi?

Kuchlanish pasayishi siljish kuchlanishi egri chizig‘idagi mahalliy cho‘qqi bilan undan darhol keyingi mahalliy vodiy orasidagi kamayishni ifodalaydi va ushbu tadqiqotda mahalliy yuk ko‘tarish qobiliyatining to‘satdan yo‘qolishining mexanik ko‘rsatkichi sifatida ishlatilgan; biroq kuchlanish pasayishining kattaligi ajralgan umumiy energiyaga teng emas va uning dinamik ma’nosi buzilish shakli, bo‘laklarning otilishi va boshqa kuzatuvlar bilan birgalikda baholanishi kerak.

Kuchlanish pasayishi tenglamasi

Bitta kuchlanish pasayishi hodisasining kattaligi manbada quyidagicha ta’riflangan:

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

Bu yerda \(\Delta\tau_i\), \(i\)-kuchlanish pasayishi hodisasining kattaligi; \(\tau_i^{p}\) hodisadan darhol oldingi mahalliy cho‘qqi siljish kuchlanishini, \(\tau_i^{v}\) esa undan keyingi mahalliy minimum siljish kuchlanishini ko‘rsatadi. Barcha kattaliklar MPa da ifodalanadi. Statistik hodisa hisobiga faqat \(\Delta\tau_i>0.02\ \mathrm{MPa}\) bo‘lgan pasayishlar kiritilgan.

J0 namunalarda kuchlanish pasayishi hodisalari asosan 4–6 va 7–9 mm siljish ko‘chishi oraliqlarida kuzatilgan. J1 da zichlik 4–6 va 7–8 mm ga, J2 da esa 2–4 va 6–7 mm oraliqlariga siljigan. Shu tariqa oldindan tayyorlangan yoriqlar soni oshgani sari aniq kuchlanish pasayishi hodisalari deformatsiyaning erta bosqichlariga ko‘chgan.

Biroq kuchlanish pasayishining kattaligi har bir normal kuchlanishda yoriqlar soni bilan monoton ravishda o‘zgarmagan. Eng aniq tartib 3,6 MPa ostida kuzatilgan: J0, J1 va J2 uchun maksimal kuchlanish pasayishlari 0,28, 0,62 va 0,90 MPa bo‘lgan. Shu bilan birga umumiy hodisalar soni umuman kamaygan va hodisalar torroq deformatsiya oraliqlarida zichlashgan. Tadqiqotchilar buni ko‘plab kichik mahalliy buzilishlardan soni kamroq, biroq yirikroq masshtabdagi intensiv beqarorlik hodisalariga o‘tish sifatida talqin qilgan.

Siljish yuzasida kuzatilgan shikastlanish evolyutsiyasi

Butun namunalarning buzilish tasvirlari normal kuchlanish oshgani sari shikastlanish shakli aniq o‘zgarganini ko‘rsatgan. 0,9 MPa da makroskopik siljish yuzasi nisbatan tekis qolgan va cheklangan miqdordagi qiya siljish yoriqlari hamda kichik plastinkasimon bo‘laklarning ajralishi kuzatilgan. 1,8 MPa da sirt to‘lqinsimon va g‘adir-budurroq bo‘lgan, yuqori va pastki bloklarning erkin yuzalarida ko‘proq cho‘zilish–siljish yoriqlari birlashgan.

2,7 MPa da siljish yuzasi aniq to‘lqinsimon geometriyaga ega bo‘lgan, ko‘proq tog‘ jinsi bloklari va parchalar otilgan hamda siljish yuzasi yaqinida qiya ariqchasimon tuzilmalar zichlashgan. 3,6 MPa da esa qo‘shma siqilish va siljish ostida namuna tez mo‘rt qulashga uchragan; siljish qarshiligi to‘liq yo‘qolgan va alohida makroskopik siljish yuzasini aniqlash mumkin bo‘lmagan. Namuna normal yuklash yo‘nalishida cho‘karkan, plastinkasimon, ustunsimon va mayda donali ko‘plab parchalar hosil bo‘lgan.

Siljish yuzalari, shuningdek, erkin sirtga yaqin zona, markaziy siljish yuzasi va old–orqa ishqalanish zonalari sifatida talqin qilingan. Past kuchlanishda sirtlarda muntazam qiya tog‘ jinsi ustunlari va ishqalanish izlari saqlangan bo‘lsa, normal kuchlanish oshgani sari bu tuzilmalar egallagan maydon kamaygan, tog‘ jinsi parchalari va mayda granulyar material miqdori ortgan.

Tog‘ jinsi changi miqdori va uchinchi-jism qatlamining talqini

Siljishdan keyin 0,3 mm dan kichik zarrachalar “tog‘ jinsi changi” deb ta’riflangan, standart elakdan o‘tkazilib tortilgan. Manbadagi 13-rasmda berilgan o‘lchovlar butun namuna seriyasiga tegishli.

0,9–2,7 MPa oralig‘ida o‘sish nisbatan cheklangan bo‘lsa, 3,6 MPa da tog‘ jinsi changi massasi 56 g ga yetgan. Shikastlanish tasvirlari bilan birgalikda baholanganda, bu holat past normal kuchlanishdagi mahalliy asperit buzilishidan yuqori normal kuchlanishdagi intensiv maydalanish va kukunlanishga o‘tishga mos keladi.

Tadqiqotchilar mayda zarrachalar ikki qarama-qarshi siljish yuzasi orasida “uchinchi-jism granulyar qatlami” hosil qilishi mumkinligini taklif qiladi. Bunday qatlamda kontakt faqat to‘g‘ridan-to‘g‘ri asperit–asperit ishqalanishi bilan yuz bermaydi; mayda zarrachalarning sirpanishi, dumalashi va qayta joylashishi ham siljish xulqiga ta’sir qilishi mumkin. Ushbu mexanizm manbada yuqori normal kuchlanishdagi aniq cho‘qqidan keyingi kuchlanish pasayishlarining mumkin bo‘lgan mexanik izohlaridan biri sifatida keltirilgan; u alohida tajriba bilan bevosita isbotlangan mustaqil natija emas.

Normal kuchlanishning ikki tomonlama mexanik ta’siri

Tajriba natijalari normal kuchlanishning avval barqarorlikni ta’minlaydigan, keyin esa muayyan sharoitlarda beqarorlikni kuchaytiradigan ikki ta’sirini ajratadi. 0,9–2,7 MPa oralig‘ida normal kuchlanish asperitlarni yanada zich kontaktga keltirgan, tog‘ jinsi ko‘priklarining harakatini cheklagan va siljish qarshiligini oshirgan. Shu cheklov mahalliy yuk ko‘taruvchi elementlarga buzilishdan oldin yuqoriroq kuchlanish va elastik energiya to‘plash imkonini ham bergan.

3,6 MPa ga yetganda mexanik xulqning ustun yo‘nalishi o‘zgargan. Asperitlarning bir-birining ustidan o‘tishi katta darajada bostirilgan, dilatatsiya kamaygan yoki yo‘qolgan, siljish tekisligida maydalanish va zarrachalarning qayta joylashishi kuchaygan. Mahalliy yuk ko‘taruvchi tarmoq buzilganda yuk boshqa sog‘lom kontaktlarga bosqichma-bosqich uzatila olmagan va siljish yuk ko‘tarish qobiliyati tez yo‘qolgan.

Oldindan tayyorlangan yoriqlar sonining roli

Yoriqlar sonining ortishidagi asosiy ta’sir cho‘qqi mustahkamligini shunchaki kamaytirish emas. Manbada bir xil normal kuchlanishda J0, J1 va J2 cho‘qqi siljish mustahkamliklari o‘rtasida barcha sharoitlar uchun amal qiladigan muntazam tartib kuzatilmagan. Buning o‘rniga yoriqlar soni ko‘paygani sari yoriqlarning qo‘shilishi uchun zarur yo‘l qisqargan, tog‘ jinsi ko‘priklari tarmog‘ining uzluksizligi zaiflashgan va siljish deformatsiyasi ertaroq mahalliylasha boshlagan.

Ayniqsa 3,6 MPa sharoitida bu jarayon aniq ko‘ringan: to‘liq beqarorlikka qadar zarur ko‘chish J0 dan J2 ga qarab kamaygan, maksimal alohida kuchlanish pasayishi esa ortgan. Shu tariqa tizim ko‘plab kichik va tarqoq shikastlanish hodisalaridan soni kamroq, yanada intensiv va yirik masshtabli buzilish hodisalariga siljigan.

Tadqiqotning eng kuchli mexanik ko‘rsatkichlari

Tadqiqotchilar natijalari faqat cho‘qqi siljish mustahkamligiga qarash siljish-sirpanish beqarorligining rivojlanishini tushuntirish uchun yetarli emasligini ko‘rsatadi. Cho‘qqi siljish ko‘chishi, to‘liq beqarorlikdagi ko‘chish, kuchlanish pasayishlarining kattaligi va ular zichlashgan deformatsiya oralig‘i, cho‘qqi dilatatsiya yuzaga kelgan holat, normal ko‘chish noldan o‘tgan nuqta va dilatatsiyadan siqilishga o‘tish tezligi yanada sezgir mexanik ko‘rsatkichlar sifatida ajralib turadi.

Manba tadqiqotning natijalar bo‘limida katta kuchlanish pasayishi hodisalarining muayyan deformatsiya oraliqlarida zichlashishi, barqaror cho‘qqidan keyingi sirpanish oralig‘ining qisqarishi, dilatatsiyaning bostirilishi va normal ko‘chishning dilatatsiyadan siqilishga tez o‘tishi; yoriqli atrof tog‘ jinsida yaqinlashayotgan siljish-sirpanish dinamik beqarorligining potensial mexanik ko‘rsatkichlari sifatida taklif qilingan. “Potensial” ifodasi muhim; tadqiqot ularni dala uchun tasdiqlangan erta ogohlantirish mezonlari sifatida sinamagan.

Eksperimental cheklovlar

Tadqiqotning eng muhim cheklovi 12 tajriba shartining har birida faqat bitta namuna ishlatilganidir. Shu sababli materialning geterogenligi, oldindan tayyorlangan yoriqlarni hosil qilishdagi kichik farqlar va boshlang‘ich kontakt sharoitlaridagi o‘zgaruvchanlikning natijalarga hissasi miqdoriy ajratilmagan. J0, J1 va J2 o‘rtasidagi ayrim teskari tartiblar haqiqiy yoriq geometriyasi ta’sirini aks ettirishi ham, namunalararo o‘zgaruvchanlikdan kelib chiqishi ham mumkin.

Kuchlanish pasayishi hodisalari bir namunaning vaqt davomida yuz beradigan mexanik tebranishlari ekanligi ham muhim. Bir xil egri chiziqdan olingan ko‘plab kuchlanish pasayishlarini mustaqil tajriba takrorlari sifatida baholab bo‘lmaydi. Shu sababli kuchlanish pasayishlari sonining ko‘pligi eksperimental tanlanma hajmi ortganini anglatmaydi.

Ikkinchi asosiy cheklov tajribalar kvazi-statik yuklash ostida bajarilganidir. Akustik emissiya, tebranish, bo‘laklarning otilish tezligi va ajralgan kinetik energiya bevosita o‘lchanmagan. To‘satdan kuchlanish pasayishlari, mo‘rt yorilish, bo‘laklarning otilishi va yuk ko‘tarish qobiliyatining tez yo‘qolishi dinamik beqarorlikning sifat jihatidagi mexanik belgilari sifatida talqin qilinishi mumkin; biroq ular real yerosti rokbursti bilan miqdoriy dinamik ekvivalentlikni anglatmaydi.

Bundan tashqari, kuchlanish pasayishi faqat o‘lchangan siljish qarshiligining kamayishini ifodalaydi. \(\Delta\tau\) qiymatini ajralgan umumiy elastik yoki kinetik energiyaga bevosita tenglashtirish ilmiy jihatdan to‘g‘ri emas. Kelajakda akustik, tebranish, yuqori tezlikdagi kinematik va energiya o‘lchovlari birgalikda qo‘llanadigan takroriy tajribalar taklif etilgan mexanizmning dinamik xususiyatlarini miqdoriy aniqlash uchun zarur.

Ilmiy natijalarning yaxlit talqini

Tadqiqot siljish-sirpanish beqarorligini bitta “mustahkamlik chegarasi oshib ketdi va namuna buzildi” hodisasi sifatida emas, balki kontaktdan energiya to‘planishigacha, yoriqlar rivojlanishidan parchalanishgacha va cho‘qqidan keyingi granulyar sirpanishgacha davom etadigan evolyutsion jarayon sifatida ko‘rsatadi. Bu nuqtai nazarda normal kuchlanish faqat tashqaridan qo‘llanadigan cheklov emas; u yuzalar qanchalik kuchli ilashishini ham, bu ilashish buzilganda shikastlanish qanchalik zichlashishini ham belgilaydigan boshqaruvchi o‘zgaruvchidir.

Oldindan tayyorlangan yoriqlar ham faqat siljish maydonini kamaytiradigan geometrik bo‘shliqlar emas. Yoriqlar yukning tog‘ jinsi ko‘priklari bo‘ylab qaysi yo‘llardan uzatilishini, mikroyoriqlar qaysi masofada birlashishini va mahalliy yuk ko‘taruvchi elementlar bir-biridan qanchalik mustaqil qolishi mumkinligini o‘zgartiradi. Shu sababli yoriqlar soni cho‘qqi mustahkamligini barcha sharoitlarda monoton ravishda kamaytirmagan, biroq ayniqsa yuqori normal kuchlanishda beqarorlikning ertaroq mahalliylashuvi va alohida kuchlanish pasayishlarining kattalashishi bilan bog‘langan.

Manba va Usul Haqida Izoh

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

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

Mas’ul muallif: Xiaoqing Wang.

Muassasalar: 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.

Nashriyot/platforma: MDPI.

Bibliografik qayd: Applied Sciences, 2026, 16(17), 8804.

DOI: 10.3390/app16178804

Maqola turi: Taqrizdan o‘tgan eksperimental tadqiqot maqolasi.

Topshirilgan: 6 Avgust 2026.

Qayta ko‘rib chiqilgan: 29 Avgust 2026.

Qabul qilingan: 31 Avgust 2026.

Nashr etilgan: 4 Sentabr 2026.

Litsenziya: Creative Commons Attribution (CC BY) ochiq kirish litsenziyasi.

Moliyalashtirish: National Natural Science Foundation of China, loyiha raqamlari 51927807 va 52274124.

Ma’lumotlarning mavjudligi: Maqola natijalarini qo‘llab-quvvatlovchi xom ma’lumotlarni asosli so‘rov bo‘yicha mas’ul muallifdan olish mumkinligi bildirilgan.

Manfaatlar to‘qnashuvi: Xuening Wang, Xiaoqing Wang, Yang Zhao va Junchen Li China Coal Technology and Engineering Group Co., Ltd. tarkibida ishlashi bildirilgan. Boshqa mualliflar tadqiqotga ta’sir qilishi mumkin bo‘lgan tijoriy yoki moliyaviy munosabatlar yo‘qligini bayon qilgan.

Muallif hissalari: Xuening Wang konseptuallashtirish, metodologiya, tadqiqot va yozish ishlarida; Jianbiao Bai resurslar, moliyalashtirish va formal tahlilda; Xiaoqing Wang nazorat, ma’lumotlar kuratsiyasi, resurslar va maqolani baholashda; Yang Zhao nazorat, tekshirish va tadqiqotda; Feiteng Zhang konseptuallashtirish, metodologiya va baholashda; Junchen Li ma’lumotlar kuratsiyasi va baholash/tahrirlashda; Dingchao Chen tekshirish va baholashda ishtirok etgan.

Asosiy metodologik cheklov: Har bir tajriba shartida n=1 bo‘lgani sababli statistik takrorlanuvchanlik baholanmagan. Tajribalar kvazi-statik laboratoriya sharoitida va bevosita akustik emissiya, tebranish, bo‘laklarning otilish tezligi yoki ajralgan kinetik energiya o‘lchovlarini o‘z ichiga olmaydi. Natijalar real dala rokburstining miqdoriy dinamik ekvivalenti sifatida emas, balki siljish-sirpanish beqarorligining laboratoriya miqyosidagi mexanik analogi sifatida talqin qilinishi kerak.