Газовая и волновая динамика - часть 90

главных напряжений по простиранию разлома σ

1

в 1.1 – 1.6 раза по сравнению с

исходными и, как правило, уменьшение напряжений вкрест разлома σ

2

в 0.8 – 0.9

раз.

В окрестности разлома наблюдается повышение напряжений, а в области в «тор-

це» разреза напряжения испытывают скачок. Кроме того, в данной области возника-
ют зоны не только сжатия, но и растяжения.

Задание условий возможности относительных смещений граничных поверхностей

разреза приводит к увеличению значений напряжений как внутри разреза, так и во-
круг него. Характерной чертой является повышение напряжений σ

2

с одновременным

понижением σ

1

.

Влияние разреза распространяется на расстояния в 1.5 – 2 раза превышающее

длину разреза.

Остановимся кратко на результатахисследований, относящиеся к рассмот-

рению влияния системы пересекающихся (примыкающих) разломов на напряжен-
ное состояние в массиве.

Влияние системы разломов проявляется на расстояниях в 2 – 3 раза превышаю-

щих характерные размеры разломов.

Направления линий действия главных напряжений меняют свою ориентацию в

окрестности разломов на величины от 5

◦

до 45

◦

. В непосредственной близости от

разломов главные напряжения меняют свою ориентацию так, чтобы их направления
были перпендикулярны и коллинеарны главным осям разрезов.

В массиве в окрестности разломов имеют место не только области действия сжи-

мающих напряжений, но и напряжения растяжения. Зоны действия наибольших на-
пряжений концентрируются в узлах сопряжений и пересечений разломов и по гра-
ницам разломов.

Величины концентраций напряжений значительным образом зависят от типа гра-

ничных условий. При выполнении условий полного сцепления по граничным поверх-
ностям в областях вокруг разрезов массив испытывает деформации сжатия. Задание
же условий возможности взаимных перемещений берегов разлома приводит к силь-
ной дифференциации деформированного состояния и появлению зон растяжения.

4. Моделирование напряженно-деформированного состояния

одного из блоков юго-западной Беларуси

В качестве области для проведения численных модельных исследований был взят
участок на юго-западе Беларуси. Выбор места исследования определялся нескольки-
ми факторами. Во-первых, на данной территории выполнялись натурные исследова-
ния по изучению движений массивов в зоне разломов. Кроме того, на этом участке
проводились комплексные исследования (на основе обработки современных данных
аэрокосмических съемок, рук. Тяшкеевич И. Н.) по изучению современной активно-
сти зон разломов и нарушений.

За основу была взята тектонические карта разломов юго-западной части Белару-

си, на которой был выбран блок, ограниченных размеров.

364

Воздействие соседних с выбранной областей массива моделировалось силовой на-

грузкой, распределенной по границам выделенного региона. Внутри блока существу-
ют разломы и нарушения различных порядков (естественно меньших, чем разломы,
ограничивающие данный блок), однако, на данном этапе исследований рассматри-
вались активные нарушения с размерами, соизмеримыми с линейными размерами
области (рис. 3).

Приведем результаты выполненных исследований.
Оценка напряженного состояния в выделенной области при игнорировании

системы нарушений (рис. 2)

В массиве без нарушений с криволинейной исходной формой границы естествен-

ное поле главных напряжений уже является неоднородным. Главные напряжения
изменяют свое направление действия по площади области, что определяется гео-
метрией области массива. Отметим, что, например, при тех же условиях в массиве
прямоугольной формы поле напряжений будет однородным.

Помимо изменения направления линий действия, в рассматриваемой области на-

блюдается и повышение значений главных напряжений: компонента главных напря-
жений σ

1

, действующая по направлению оси x, увеличивается в 1.5 – 2 раза, а

компонента σ

3

, действующая по направлению оси y — в 1.1 – 1.6 раз. Отсутствие

отрицательных значений напряжений говорит о том, что блок испытывает только
деформации сжатия.

Исследуем теперь изменение напряженного состояния в данном регионе с уче-

том выделенной системы нарушений (рис. 3).

Рассмотрим результаты моделирования в случае задания граничныхусловий в

виде условий полного сцепления в зонахконтакта нарушений и собственно по-
родной толщи.

Как следует из анализа результатов расчетов, поле напряжений в рассматривае-

мой области существенным образом видоизменяется по сравнению с распределением
напряжений в данной области без учета разломов (рис. 3). Внутри собственно разло-
мов главные напряжения почти не изменяют своей ориентации, однако вблизи границ
разломов напряжения стремятся повернуться так, чтобы быть ориентированными по
направлению нормали к граничной поверхности нарушения и соноправленно грани-
це. Внутри разломов величины напряжений достигают таких значений: σ

1

= 1 – 1.9

и σ

3

= 0.7 – 1 от исходных. Наибольшие значения напряжений наблюдаются на «кон-

цах» разломов, где напряжения увеличиваются в несколько раз. В области массива
ограниченной разломами значения напряжений близки к начальным. На границах
разломов значения напряжений увеличиваются: σ

1

— в 1.5 – 2 раза и σ

3

— в 0.5 –

1.3 от первоначальных. Зон резких скачков напряжений (естественно кроме зон на
«концах» разломов) не наблюдается. Зон наведенной трещиноватости пород и разви-
той пластичности тоже не просматривается. В областях, примыкающих к разломам,
напряжения в среднем увеличиваются: σ

1

— в 2 раза, а σ

3

— в 1.3 от начальных.

В зонах, удаленных от разломов: σ

1

достигает значений 1.5 – 1.7, а σ

3

— 1 – 1.3 от

начальных.

Рассмотрим результаты моделирования в случае задания граничныхусловий в

365

Рис. 2: Оценка напряженного состояния в выделенной области при игнориро-
вании системы нарушений

366

Рис. 3: Оценка напряженного состояния в выделенной области с учетом систе-
мы нарушений

виде условий возможного относительного перемещения берегов разломов друг
относительно друга.

Замечание. Здесь приведены результаты расчетов для случая, когда правая часть

блоковой структуры «наезжает» на левую (то есть относительное движение одних
структур более активное, чем других).

Основное отличие результатов этих расчетов от предыдущей граничной задачи

состоит в том, что в данном случае массив испытывает деформации сжатия и рас-
тяжения. В данном случае возможно появление зон наведенной трещиноватости и
развитых пластичных деформаций. Сформированное поле напряжений является су-
щественно неоднородным. Необходимо отметить, что в данном случае напряжения
в районах разломов могут на порядок превосходить значения напряжений в других
частях массива. Можно указать области, где появляются напряжения растяжения,
следовательно с точки зрения безопасности они являются потенциально опасными
зонами. Кроме того, в некоторых областях абсолютные значения компонент напряже-
ний достигают больших критических величин (по сравнению с прочностью пород).

367