Трещина является разрывом сплошности и весьма характерно влияет на структурную неоднородность массива. Струк­турная неоднородность массива горных пород проявляется в его прочностных и деформационных свойствах двояко: непосредст­венно и косвенно. Если размеры исследуемого объема пород (или объекта в массиве пород) соразмерны с вели­чиной структурного блока i-го масштабного уровня, то:

♦ разрывные нарушения i-го, (i - 1)-го и т.д. масштабных уровней будут влиять на состояние и свойства массива не­посредственно;

♦ разрывные нарушения (i+1)-го, (i+2)-го и т.д. мас­штабных уровней косвенно влияют на состояние и свойства массива или объекта.

При этом линейные параметры объекта и структурного бло­ка будем считать соразмерными, если их соотношения не удов­летворяют ранее установленному условию Lоб/Lcтр не менее 10 - 20 или хотя бы условию не менее 5,5 - 6,5.

Междукамерный или потолочный целик с линейными раз­мерами в наименьшем поперечном сечении около 10 м будет испытывать непосредственное воздействие разрывных наруше­ний (трещин) I и II масштабных уровней и косвенное — III мас­штабного уровня.

Разумеется, схемы воздействия разрывных нарушений на массив (или объект в массиве) имеют определенную условность. Вследствие этого в рассматриваемом примере и в пределах i-го (в нашем случае II) масштабного интервала возможны разрывные трещины, влияние которых на объект окажется косвенным (особенно, если размеры объекта и структурного блоки таковы, что они приурочены соответственно к противоположным границам зоны).

Непосредственное воздействие разрывного нарушения проявляется в том, что это нарушение (тектоническая трещина, дайка и т.п.), имеющее конечную ширину раскрытия, пересекает исследуемый массив или объект полностью и образует в нем аномальную по прочностным и деформационным характеристи­кам область. Поскольку прочностные свойства среды вдоль этой области, как правило, на порядок и более ниже соответствую­щих в массиве, объект деформируется и разрушается непосред­ственно вдоль этого нарушения при напряженных состояниях, существенно допредельных для остального окружающего раз­лом массива.

Влияние таких разрывных нарушений на состояние массива или объекта учитывается индивидуально путем изучения ряда характеристик прочностных и деформационных свойств на по­верхности разлома (если он зияющий) или свойств среды-заполнителя (если он заполнен вторичными материалами); гео­метрических параметров разлома и соотношения их с парамет­рами объекта; взаимной ориентировки направлений поверхно­сти разлома и действующих в массиве усилий.

Косвенное воздействие разрывных трещин на объект про­является при соотношениях Lоб/Lcтр более 5,5 и заключается в сниже­нии прочности массива пород и изменении характера его де­формирования. В этом случае учет влияния трещин на состоя­ние массива или объекта производится по совокупности путем изучения одновременного влияния всех имеющихся систем трещин на прочностные и деформационные свойства массива пород.

Изучение и учет непосредственного влияния разрывных на­рушений на массив или сооружение в нем не представляют су­щественных затруднений как в методическом, так и техниче­ском отношениях. Они сводятся к определению взаимной ори­ентировки поверхностей трещины и обнажений массива пород; оценке взаимоотношении направлении и величин приложенных усилий с прочностными характеристиками заполнителя. В лите­ратуре эти вопросы описаны достаточно подробно. Значительно большие трудности возникают при изучении косвенного влия­ния трещинной структуры массива на его состояние и свойства.

Характерной особенностью горных пород является их вы­сокая хрупкость. Она обусловлена тем, что на различных мас­штабных уровнях массивы горных пород представляют собой сложную структурную среду, у которой сцепление между эле­ментами (зернами, структурными блоками) существенно мень­ше, чем в самих элементах.

Хрупкие материалы отличаются весьма низким сопротив­лением растяжению (отрыву). Этим объясняется свойство гор­ных пород разрушаться в форме отрыва при самых различных напряженных состояниях, в том числе и при всестороннем не­равномерном сжатии. Анализируя характер разрушения образ­цов пород и опорных целиков, Г.Л. Фисенко отмечает, что даже в случае, когда разрушение происходит в виде косого сре­за, ему предшествует начальное разрушение в виде разрыва по направлению, нормальному в приложенной сжимающей нагруз­ке. Наши наблюдения показали, что во всех случаях разрушение разрыва образцов зарождается и развивается в местах имею­щихся трещин, микротрещин и других дефектов однородности.

При разрушении твердых тел кроме разрыва широко рас­пространены деформации среза (сдвига). Г.Л. Фисенко счи­тает, что деформирование и разрушение горных пород в массиве происходят в определенной последовательности: сдвиг в упру­гой стадии — отрыв — разрушение слабых блоков — поворот более прочных структурных блоков. Эти выводы основаны на предпосылке о характере деформирования трещиноватого мас­сива. Если направление приложения усилия не совпадает с плоскостями трещин, то происходит деформация растяжения в направлении наименьшего главного напряжения, появляются трещины отрыва. После этого в наиболее слабых участках структурных блоков, ограниченных трещинами разрыва, появ­ляются сколовые трещины. Затем происходит вращательное перемещение структурных блоков. Именно разворотструктурных элементов под нагрузкой имеет решающее значение в формировании прочности структурированных массивов пород. Рассмотрим отдельные примерыи масштабов блоков.

1. Отдельная выработка с линейными размерами:

до 1м-мелкие блоки;

до 10 м-крупные блоки.

2. Шахтное поле

блоки размерами от десятков метров до тысячи метров.

3. Регион

блоки от 1 км до 50 км.

Натурные исследования структурной раздробленности мас­сивов горных пород выполняются путем изучения трещиноватости, представляющей собой совокупный (обобщающий) показа­тель разрывной нарушенности массива. Наблюдениями уста­новлено, что трещиноватость отражает проявление статистичес­кой закономерности в раздробленности массива.

В геомеханике трещиноватость горных пород изучается с целью выяснения ее влияния на напряженно-деформированное состояние горных массивов и различных конструкций систем разработки, а также на разрушаемость горных пород.

Изучение трещиноватости включает в себя три этапа:

1) анализ геологической и горнотехнической документации по месторождению;

2) полевые измерения параметров трещиноватости массива пород;

3) камеральную обработку результатов измерений и их анализ.

Все этапы в равной мере важны независимо от объема ра­бот, а достоверность и надежность результатов изучения струк­турной раздробленности массива определяются качеством вы­полненных исследований.

В результате изучения трещиноватости массива устанавли­ваются характеристики структурной раздробленности пород, необходимые для решения различных геомеханических задач, в частности:

♦ ориентировка трещин в пространстве (угол падения, ази­мут линии простирания);

♦ интенсивность трещиноватости (раздробленность масси­ва) и протяженность трещин (их порядок);

♦ качественные показатели трещиноватости (заполнитель, шероховатость бортов трещин, обводненность и т.п.).

Анализ геологической и горно-технической документа­ции. Выполняется с целью выявления общей структурно-текто­нической обстановки участка, выбора наиболее рациональной методики изучения трещиноватости массива, составления про­граммы натурных наблюдений и измерений.