разработана методика определения упругих свойств горных пород в условиях естественно низких температур, позволяющая за счёт многократного нагружения образца в диапазоне малых обратимых деформаций повысить точность измерений и физически корректно оценить влияние температуры на изменение свойств образца при его переходе из талого в мёрзлое состояние; обоснован диапазон нагружения и выбор средств измерения малых упругих деформаций образца; на основе разработанной методики принят стандарт организации СТО 05282612-001-2013 «Метод определения статического модуля упругости и коэффициента Пуассона горных пород при одноосном сжатии призматических образцов»;
исследованы деформационные и прочностные свойства вмещающих пород алмазных месторождений Якутии (рудник «Интернациональный», трубки «Ботуобинская», «Дальняя») в талом и мёрзлом состоянии;
разработана методика экспериментального исследования возникновения и развития трещин в образцах горных пород с использованием графитовых датчиков электропроводности, а также технология их нанесения на поверхность образца, что позволило существенно повысить чувствительность метода и снизить затраты на подготовку и проведение эксперимента;
разработана экспериментальная установка на базе универсальной испытательной машины UTS 250 и измерительно-вычислительного комплекса «МЕРА», а также технические средства (четырехкомпонентное контактное устройство, оптико-механический синхронизатор и др.) для согласования работы испытательной машины и измерительно-вычислительного комплекса при проведении модельных экспериментов, что позволило повысить точность регистрации момента образования и роста трещины;
на основе градиентного подхода разработан критерий возникновения трещин сдвига в зонах концентрации сжимающих напряжений; для материала, подчиняющегося условию прочности Кулона, получены выражения для критического давления, при котором на контуре эллиптического отверстия или выработки возникают трещины сдвига, приводящие к разрыхлению и разупрочнению материала;
разработан критерий образования трещин отрыва в зонах концентрации растягивающих напряжений; показано, что их образование при сжатии определяется степенным законом, но в отличие от случая образования сдвиговых трещин показатель степени является характеристикой материала и определяется экспериментально; определены параметры критерия для различных образцов горных пород (доломитовый известняк, поташ, гранит, гипс);
предложен подход, позволяющий распространить теорию критических расстояний на случаи квазихрупкого разрушения материалов с развитой зоной предразрушения, и на его основе разработаны новые нелокальные критерии квазихрупкого разрушения, являющиеся развитием критериев средних напряжений, напряжений в точке, фиктивной трещины и конечной трещины, и содержащие комплексный параметр, характеризующий размер зоны предразрушения и учитывающий не только структуру материала, но также пластические свойства материала, геометрию образца и условия нагружения;
проведены исследования образования трещин отрыва в образцах геоматериалов, содержащих отверстия различной конфигурации, моделирующие пустоты в породном массиве, при сжатии; на основе нелокальных и градиентных критериев разрушения выполнены расчёты критической нагрузки в зависимости от параметра двухосности нагружения и направления приложенной нагрузки; проведён сопоставительный анализ критериев и определены области их применения;
экспериментальными исследованиями на модельном геоматериале установлено, что локальная прочность материала зависит не только от распределения напряжений вблизи контура отверстия (выработки), но и от краевых условий на удалении от него, что необходимо учитывать при оценке устойчивости горных выработок;
разработана двумерная математическая модель теплового взаимодействия массива многолетнемерзлых горных пород (уступа борта карьера) с атмосферой, учитывающая суточные изменения солнечного радиационного баланса; установлены закономерности изменения температурного поля борта карьера, расположенного в криолитозоне; для условий Центральной Якутии сделана оценка динамики глубины осыпания борта карьера вследствие циклического воздействия процессов оттаивания-промерзания; показано, что в определенные моменты времени происходит резкое увеличение толщины осыпавшегося слоя (до двух метров), которое может привести к катастрофическим последствиям;
в рамках линейной теории упругости выполнено математическое моделирование процесса деформирования многолетнемерзлого горного массива вокруг двух параллельно пройденных протяженных выработок одинакового прямоугольного сечения с закруглениями с учетом изменения упругих свойств горных пород от температуры; установлены зависимости концентрации напряжений на контуре выработки от расстояния между выработками, отношения высоты и ширины выработки и радиусов закругления с учетом размеров ореолов оттаивания вокруг выработок; на основе проведенных расчетов предложены рекомендации по выбору размеров, формы и расстояния между выработками в зависимости от размеров ореолов оттаивания вокруг выработок.
