Для моделирования железобетонного свода камеры был принят состав из гипса, песка и воды с соотношением весовых частей соответственно 1,0 : 0,4 : 1,3, характеризующийся прочностью при сжатии для натуры в принятом масштабе 320 кгс/см2 и соотношением Е : Ясж около 1000, что отвечает железобетонной конструкции при марке бетона 250—300 с рабочей арматурой в растянутой зоне.

Модель в геометрическом масштабе 1 : 100 с закрепленной камерой изготавливали в поворотном объемном стенде, представляющем собой металлическую конструкцию размером 1800 X 1800 X 600 мм. Торцовые грани модели жестко закреплялись системой поперечных балок из швеллеров. Стенд оборудован двумя независимыми системами гидравлических домкратов по 24 в каждой для создания равномерно распределенного давления на верхнюю и одну из боковых грачей модели.

Модель в масштабе 1 : 200 с незакрепленной камерой изготавливали в металлическом стенде меньших габаритов в аналогичных условиях.

Перед заливкой моделей в месте расположения камеры машинного зала помещали так называемую фалыпмодель — сплошной гипсобетонный блок по форме камеры соответствующих размеров. Фалыпмодель удаляли на второй стадии испытаний по элементам в соответствии с принятой последовательностью разработки камеры. При изготовлении модели в масштабе 1 : 100 (с закрепленной выработкой) в фалыпмодель вставляли концы анкеров свода и стен камеры, расположенные согласно принятой по расчету схемы. Все анкера устанавливали таким образом, чтобы при монтаже на стенде они заняли требуемое положение относительно контура камеры, а после удаления фалыпмодели преднапряженные анкера могли быть затя-нуты изнутри выработки.

Модель отливали послойно с соблюдением слоев и трещин, т. е. условий структурного подобия.

На торцовые поверхности модели в масштабё 1 : 200 с каждой стороны наклеивали по 46 электротензодатчиков с базой 20 мм, а на модель в масштабе 1 : 100 — по 132 электротензодатчика. Выводы датчиков подключали к тензометрическим станциям с переключателями и а 100 точек каждый. Компенсационные датчики наклеивали на блок из гипсобетона того же состава, содержавшийся в идентичных с моделью температурно-влажностных условиях.

В отдельных контурных точках на торцах модели — вблизи контура камеры и у краев массива — устанавливали индикаторы часового типа с ценой деления 0,01 и 0,001 мм по 12 с каждой стороны модели для измерения вертикальных и горизонтальных перемещений.

В процессе удаления фалыпмодели (разработка камеры) на внутреннюю поверхность свода наклеивали электротензодатчики и устанавливали индикаторы. В модели в масштабе 1 :100 дополнительно были наклеены 33 датчика на внутреннюю поверхность железобетонного свода камеры.

Эксперименты на моделях проводили по следующим основным стадиям:

1)     испытания до начала разработки камеры с выполнением ряда циклов нагружения и разгрузки при действии вертикального и бокового давлений отдельно и совместно в пределах значений от нуля до естественного напряженного состояния для обжатия модели до стабилизации упругих характеристик и уточнения масштаба напряжений;

2)     разработка камеры в соответствии с заданной технологической схемой при нагрузках на модель, отвечающих естественному напряженному состоянию массива; на модели в масштабе 1 : 100 на этом этапе имитировалось покрытие выработки набрызгбетоном, возведение железобетонного свода после раскрытия калотты и натяжение анкеров в стенах по мере углубления выработки;

3) разрушение камеры при увеличении вертикальной и горизонтальной нагрузок с сохранением постоянного отношения между ними.

На первых двух стадиях снимали отсчеты по контрольно-измерительным приборам, на третьей — определяли величины разрушающих нагрузок и характер разрушения.

При оценке результатов статических исследований на моделях из эквивалентных материалов, доводившихся до разрушения, была принята следующая методика определения коэффициента запаса устойчивости камеры. Как показывает теория образования нарушенной зоны вокруг выработок, размер этой зоны зависит от глубины их залегания. При этом можно установить связь между нагрузкой на контуре модели р и размером нарушенной зоны, определяющей расчетное давление на крепь.

В результате исследования модели с незакрепленной выработкой (масштаб 1 : 200) было установлено следующее.

На первой стадии испытаний (до раскрытия выработки) был уточнен масштаб напряжений т0 = 1 : 40 с учетом фактических структурных характеристик модели, которые соответствуют в этом масштабе заданным для горного массива величинам. Коэффициент анизотропии модели в целом (отношение статических модулей упругости по горизонтали и вертикали) составил 0.65, что близко к установленному в натуре соотношению динамических модулей упругости перпендикулярно и параллельно напластовано, равному 0,8.

На третьей стадии испытаний (разрушение выработки) получены следующие результаты:

трещинообразование на контуре выработки началось в углах профиля при кп = 1,5 4-1,7, суммарная осадка стен составила при этом около 45—50 мм в пересчете на натуру, осадка свода камеры — около 20 мм;

при увеличении нагрузки (кп = 2,0 2,5) произошло разрушение породы в стенах выработки с образованием зоны обрушения глубиной до 6 м (в пересчете на натуру) в середине высоты стены;

при дальнейшем увеличении нагрузки отмечен сдвиг породы в модели по плоскостям тектонических нарушений St, при этом ранее сформировавшаяся зона обрушения стен в центральной части камеры практически не изменилась.

Облако