Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, Санкт-Петербург, Россия

Вербило П. Э., зам. заведующего кафедрой, канд. техн. наук, доцент, verbilo_PE@pers.spmi.ru
Карасев М. А., профессор кафедры, д-р техн. наук, доцент
Шишкина В. С., аспирант кафедры

Приведены методологические основы прогноза геомеханического состояния структурно нарушенных породных целиков с учетом запредельного их деформирования. Представлена методика проведения численных испытаний синтезированных образцов массива горных пород и породных целиков, результаты численных расчетов напряженно-деформированного состояния породного целика на допредельной и запредельной стадиях его деформирования, выявлено влияние параметров трещиноватости массива на прочность целиков с различными соотношениями сторон. Результаты численных расчетов обобщены в виде графиков кривых деформирования. Установлен механизм деформирования породы целика. Даны рекомендации по выбору области применения представленного подхода к оценке влияния структурной нарушенности породы на ее механические характеристики.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Российского научного фонда (проект № 23-17-00144).

1. Hsiao F. Y., Wang C. L., Chern J. C. Numerical simulation of rock deformation for support design in tunnel intersection area // Tunnelling and Underground Space Technology. 2009. Vol. 24. Iss. 1. P. 14–21.
2. Scholtès L., Donzé F.-V. A DEM model for soft and hard rocks: Role of grain interlocking on strength // Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 2013. Vol. 61. Iss. 2. P. 352–369.
3. Gao F., Stead D., Kang H., Wu Y. Discrete element modelling of deformation and damage of a roadway driven along an unstable goaf – A case study // International Journal of Coal Geology. 2014. Vol. 127. P. 100–110.
4. Turichshev A., Hadjigeorgiou J. Development of Synthetic Rock Mass Bonded Block Models to Simulate the Behaviour of Intact Veined Rock // Geotechnical and Geological Engineering. 2017. Vol. 35. Iss. 1. P. 313–335.
5. Duan K., Kwok C. Y., Ma X. DEM simulations of sandstone under true triaxial compressive tests // Acta Geotechnica. 2017. Vol. 12. Iss. 3. P. 495–510.
6. Bester M., Stacey T. R., Russell T. Synthetic Rock Mass Modelling and Geotechnical Mapping: An Open Pit Mine Case Study in Anisotropic Rock // International Journal of Mining, Reclamation and Environment. 2021. Vol. 35. Iss. 5. P. 356–378.
7. Gao F., Stead D., Kang H. Numerical investigation of the scale effect and anisotropy in the strength and deformability of coal // International Journal of Coal Geology. 2014. Vol. 136. P. 25–37.

8. Mas Ivars D., Pierce M. E., Darcel C., Reyes-Montes J., Potyondy D. O. et al. The synthetic rock mass approach for jointed rock mass modelling // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2011. Vol. 48. Iss. 2. P. 219–244.
9. Жабко А. В. Фундаментальные проблемы практической геомеханики и возможные пути их преодоления // Известия Уральского государственного горного университета. 2018. № 4(52). С. 98–107.
10. Karami A., Stead D. Asperity Degradation and Damage in the Direct Shear Test: A Hybrid FEM/DEM Approach // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2008. Vol. 41. Iss. 2. P. 229–266.
11. Zhang Q., Zhu H., Zhang L., Ding X. Study of scale effect on intact rock strength using particle flow modeling // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2011. Vol. 48. Iss. 8. P. 1320–1328.
12. Amir Reza Beyabanaki S. Applications of Three-Dimensional Discontinuous Deformation Analysis: A Review // American Journal of Engineering Research. 2019. Vol. 8. No. 10. P. 237–245.
13. Zhang Y., Stead D., Elmo D. Characterization of strength and damage of hard rock pillars using a synthetic rock mass method // Computers and Geotechnics. 2015. Vol. 65. P. 56–72.
14. Yang X.-X., Jing H.-W., Tang C.-A., Yang S.-Q. Effect of parallel joint interaction on mechanical behavior of jointed rock mass models // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2017. Vol. 92. P. 40–53.
15. Zhang Y., Stead D. Modelling 3D crack propagation in hard rock pillars using a synthetic rock mass approach // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2014. Vol. 72. P. 199–213.
16. Duan K., Kwok C. Y., Pierce M. Discrete element method modeling of inherently anisotropic rocks under uniaxial compression loading // International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics. 2016. Vol. 40. Iss. 8. P. 1150–1183.
17. Wu H., Dai B., Zhao G., Chen Y., Tian Y. A Novel Method of Calibrating Micro-Scale Parameters of PFC Model and Experimental Validation // Applied Sciences. 2020. Vol. 10. Iss. 9. ID 3221
18. Bastola S., Cai M. Investigation of mechanical properties of jointed granite under compression using lattice-spring-based synthetic rock mass modeling approach // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2020. Vol. 126. ID 104191.
19. Кабанов Е. И., Туманов М. В., Сметанин В. С., Романов К. В. Инновационный подход к профилактике травм на горнодобывающих предприятиях на основе управления человеческим фактором // Записки Горного института. 2023. Т. 263. С. 774–784.
20. Demenkov P. A., Romanova E. L. Regularities of Plastic Deformation Zone Formation Around Unsupported Shafts in Tectonically Disturbed Massive Rock // Geosciences. 2025. Vol. 15. Iss. 1. DOI: 10.3390/geosciences15010023
21. Protosenya A., Vilner M. Assessment of excavation intersections’ stability in jointed rock masses using the discontinuum approach // Rudarsko-geološkonaftni zbornik. 2022. Vol. 37. No. 2. P. 137–147.
22. Беляков Н. А., Емельянов И. А. Учет трещиноватости породного массива при определении его естественного напряженного состояния методом кольцевой разгрузки с применением многокомпонентного датчика смещений // ГИАБ. 2024. № 12-1. С. 145–164.
23. Wang M., Zhou J., Chen J., Jiang N., Zhang P. et al. A utomatic identification of rock discontinuity and stability analysis of tunnel rock blocks using terrestrial laser scanning // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2023. Vol. 15. Iss. 7. P. 1810–1825.
24. Jing L. A review of techniques, advances and outstanding issues in numerical modelling for rock mechanics and rock engineering // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2003. Vol. 40. Iss. 3. P. 283–353.
25. Vazaios I., Farahmand K., Vlachopoulos N., Diederichs M. S. Effects of confinement on rock mass modulus: A synthetic rock mass modelling (SRM) study // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2018. Vol. 10. Iss. 3. P. 436–456.
26. Басалаева П. В., Куранов А. Д. Оценка влияния угла падения литологически неоднородной прослойки пород на устойчивость горизонтальной горной выработки при ее проходке // ГИАБ. 2024. № 3. С. 17–30.
27. Протосеня А. Г., Беляков Н. А., Буслова М. А. Моделирование напряженно-деформированного состояния блочного горного массива рудных месторождений при отработке системами разработки с обрушением // Записки Горного института. 2023. Т. 262. С. 619–627.
28. Господариков А. П., Ревин И. Е., Морозов К. В. Композитная модель анализа данных сейсмического мониторинга при ведении горных работ на примере Кукисвумчоррского месторождения АО «Апатит» // Записки Горного института. 2023. Т. 262. С. 571–580.
29. Ильинов М. Д., Петров Д. Н., Карманский Д. А., Селихов А. А. Аспекты физического моделирования процессов структурных изменений образцов горных пород при термобарических условиях больших глубин // Горные науки и технологии. 2023. Т. 8. № 4. С. 290–302.
30. Вербило П. Э., Иовлев Г. А., Беляков Н. А. Методика подбора параметров модели Хука–Брауна с разупрочнением для массива горных пород на основе лабораторных испытаний образцов и численных экспериментов трещиноватого массива в дискретной постановке // ГИАБ. 2025. № 2. С. 57–77.
31. Зацепин М. А., Господариков А. П. О некоторых подходах к численному моделированию динамического разрушения массива горных пород при ведении буровзрывных работ // Горный журнал. 2023. № 9. С. 21–27.
32. Козырев А. А., Кузнецов Н. Н., Шоков А. Н. Оценка удароопасн ости скальных горных пород Ждановского месторождения (Кольский полуостров) // Горная промышленность. 2022. № 6. С. 75–82.
33. Ковальский Е. Р., Конгар-Сюрюн Ч. Б., Петров Д. Н. Проблемы и перспективы внедрения многостадийной выемки руды при отработке запасов калийных месторождений // Устойчивое развитие горных территорий. 2023. Т. 15. № 2(56). С. 349–364.
34. Poulsen B. A., Adhikary D. P., Elmouttie M. K., Wilkins A. Convergence of synthetic rock mass modelling and the Hoek–Brown strength criterion // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2015. Vol. 80. P. 171–180.