Эксперименты на плоских моделях методом фотоупругости выполняли в двух вариантах: по схеме невесомой упругой полуплоскости с отверстием по форме выработки; напряженное состояние в пластине создавалось внешними контурными равномерно распределенными нагрузками — вертикальной уН и боковой, согласно заданию равной 0,5 уН\ по схеме весомой упругой полуплоскости с аналогичным отверстием.

В первом варианте эксперименты проводили по общепринятой методике, во втором варианте использовали метод замораживания напряжений при загружении модели в центрифуге с последующим приложением боковой нагрузки по трапецеидальной эпюре. Модели в геометрических масштабах 1 : 1500 и 1 : 2000 изготавливали из жесткого оптически активного материала на базе эпоксидной смолы и исследовали в поляризационно-проекционной установке с полем поляризации 300 мм.

Результаты экспериментов обрабатывали с использованием математического моделирования в следующем порядке:

по картинам интерференционных полос определяли главные напряжения на внутреннем (свободном) и наружном (загруженном известной нагрузкой) контурах модели;

с помощью аналоговой вычислительной машины при заданных граничных условиях строили поле суммы главных напряжений,, а по известным значениям суммы и разности главных напряжений вычисляли их раздельные величины в выбранных точках;

с использованием поля изоклин определяли компоненты тензора напряжений в этих точках графически (построением кругов Мора) или по формулам теории упругости, затем напряжения пересчитывали на натуру.

При исследовании модели по схеме весомой упругой полуплоскости (с учетом объемных сил) было установлено: на контуре выработки и в массиве отсутствуют растягивающие напряжения; напряжения в своде и почве на вертикальной оси камеры близки к нулю, в средней части стены составляют около 1,1 уН; в углах профиля наблюдаются концентрации напряжений с коэффициентом 2,5—3,0 относительно середины стены.

При исследовании модели, загруженной равномерно распределенными нагрузками по внешнему контуру, получено: напряжения в своде и почве на вертикальной оси камеры имеют разные знаки (в почве растяжение) и по абсолютной величине близки к нулю, в середине стены — аналогичны рассмотренному выше случаю; коэффициент концентрации напряжений в углах профиля по отношению к средней части стены составляет около 3.

При сопоставлении вариантов контурного загружения и учета объемных сил отмечается несколько более интенсивное в первом случае поле наибольших касательных напряжений в массиве. Область повышенных напряжений в стенке камеры имеет криволинейную форму с наибольшим размером примерно в середине высоты стены. Наибольшие касательные напряжения в углах профиля выработки достигают предела прочности образцов монолитной породы на скалывание (как при контурном загружении, так и при учете объемных сил) при вертикальной нагрузке около 5 уН и горизонтальной — 2,5 уН.

Предварительные расчеты. На основании аналогов для расчетов была принята крепь камеры, представляющая собой следующую конструкцию. Кровля камеры в процессе строительства закрепляется железобетонными анкерами и покрывается набрызгбетоном. Вслед за этим устраивают несущий железобетонный свод с выносными пятами, опирающимися на породу. Стены камеры закрепляют предварительно-напряженными глубокими анкерами, между которыми устанавливают обычные железобетонные анкера. Затем стены камеры покрывают набрызгбетоном.

Облако