Геомеханика

Московский 
...., 
государственныи 
...., 
горныи 

университет 

РЕДАКЦИОННЫЙ 

С 
О 
В 
Е 
Т 

П 
редседатель 

ЛА.ПУЧКОВ 

Зам. председателя 

л.хгитис 

Члены редсовета 

ИВ. ДЕМЕНТЬЕВ 

А.П. ДМИТРИЕВ 

Б.А. КАРТОЗИЯ 

А.В.КОРЧАК 

МВ. КУРЛЕНЯ 

В.И ОСИПОВ 

В.Л. ПЕТРОВ 

Э.М СОКОЛОВ 

К.Н. ТРУБЕЦКОЙ 

В.А. ЧАНТУРИЛ 

Е.И ШЕМЯКИН 

ИЗДАТЕЛЬСТВО 
московского 

ГОСУДАРСТВЕННОГО 

ГОРНОГО 

УНИВЕРСИТЕТА 

президент МГГУ, 

чл. -корр. РАН 

директор 

Издательства МГГУ 

академик РАЕН 

академик РАЕН 

академик РАЕН 

академик МАН ВШ 

академик РАН 

академик РАН 

академик МАН ВШ 

академик МАН ВШ 

академик РАН 

академик РАН 

академик РАН 

М.Е. Певзнер 

М.А. Иофис 

В.Н. Попов 

ГЕ О МЕХАНИКА 

Издание 2-е, стереотипное 

Рекомендоваио Министерством 

образования и науки Российской Федерации 

в качестве учебника для студентов выетих 

учебных заведений, обучающихся по специШtьности 

«Маркшейдерское дело» направления подготовки 

дипломированных специШtистов «Горное дело» 

Высшее 

горное 
-------образование--------------~ 

МОСКВА 

ИЗДА1ЕЛЬСГВО МОСКОВСКОГО 

ГОСУдАРСГВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА 
2008 

УДК 622.831.31 

ББК 38.58 

п 23 

Издано при финансовой поддержке Федерального агентства по 

печати и массовым коммуникациям в рамках Федеральной целевой программы «Культура России» 

Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к издаииям 
книжным для взрослых. СанЛиН 1.2.1253-03», утвержденным 

Главным государственным санитарным врачом России 30 марта 2003 г. (ОСТ 29.124-94). Санитарно-эпидемиологическое 

заключение Федеральной службы по надзору в сфере защиты 

прав потребителей М 
77.99.60.953.Д.ОО8501.07.07 

Экспертиза проведена Министерством образования и науки 
Российской Федерации (письмо М 03-740 от 22.1 2.04) 

Рецензенты: 
• 
д-р техн. наук А.Б. Макаров (зав. кафедрой Геодезии и маркшейдерского дела Российского государственного геологоразведочного университета); 
• 
д-р техн. наук, профессор В. И Стрельцов (ФГУП ВИОГЕМ) 

Певэнер М.Е., Иофис М.А., Попов В.Н. 

п 23 
Геомеханика: Учебник для вузов. 2-е изд., стер. М.: 

Издательство Московского государственного горного университета., 2008.-438 с.: ил. 

ISBN 978-5-7418-0528-2 (в пер.) 

В учебнике, состоящем из двух разделов, изложены основы курса «Геомеханика». Первый раздел посвящен общим вопросам геомеханики: основным 

понятиям и определениям, механическим свойствам и напряженно-деформированному состоянию массива горных пород. Во втором разделе рассмотрены 

особенности rеомеханических процессов, сопутствующих различным способам 

добычи полезных ископаемых: открытому, комбинированному и скважинному. 

Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «МарЮllейдерское дело» направления подготовки дипломированных специалистов «Горное делш>. Может быть полезен студентам и аспирантам других 

горных специальностей, работникам учебных, научно-исследовательских, проектных и производственных организаций. 

ISBN 978-5-7418-0528-2 

УДК 622.831.31 

ББК 38.58 

© М.Е. Певзнер, М.А. Иофис, 

В.Н. Попов, 2005, 2008 

©Издательство МГГУ, 2005, 
2008 

© Дизайн книги. Издательство 

МГГУ, 2005, 2008 

Введение-------------
Всем, что я знаю о преподавании, 

я обязан плохим С1)'дентам. 

ДжонХолт 

Деятельность человека по использованию ресурсов недр 

вызывает развитие в недрах геомеханических процессов, связанных с изменением напряженного состояния, деформированием и разрушением горных пород. Эти процессы мoryr как способствовать повышению эффективности недропользования, так 

и вызывать крайне неблагаприятные технологические и экологические последствия. Как следствие, на территории Российской 

ФедерацИи от негативных проявлений неуправляемых геомеханических процессов страдают многочисленные объекты недрапользования, промышленные регионы и участки земной поверхJюсти. 

Поэтому целью учебника является выработка у будущих 

горных инженеров знаний, умений и представлений, необходимых для решения задач геомеханического обеспечения недрапользования. 

Учебник создавался авторским коллективом на основе 

обобщения учебных планов ведущих вузов, в которых осуществляется подготовка горных инженеров, многолетнего опыта 

преподавания геомеханики в Московском государственном горJЮМ университете и практики проведения геомеханических исследований в различных горно-промышленных регионах нашей 

страны и за рубежом. В учебнике использованы результаты собственных исследований авторов, которые получили всеобщее 

признание специалистов и опубликованы в нашей стране и за 

рубежом. 

Содержание учебника соответствует требованиям Примерной программы дисциплины «Геомеханика», утвержденной Министерством образования РФ 6 ноября 2001 г. 

5 

Предисловие, главы 1, 2, 3, 8 написаны М.Е. Певзнером, 

глава б М.А. Иофисом, главы 4 и 5 М.Е. Певзнером и В.Н. Поповым, глава 7 - М.Е. Певзнером и М.А. Иофисом. 

Ряд ценных замечаний при просмотре рукописи высказал 

проф. Г.А. Орлов. 

Авторы выражают искреннюю признательность рецензентам рукописи учебника за полезное обсуждение и конструктивные замечания, а также зав. лабораторией кафедры Маркшейдерского дела и геодезии МГГУ А.М. Андропову за помощь при 

подготовке рукописи к изданию. 

Раздел 
1 

ОБЩИЕ 

ВОПРОСЫ 

ГЕОМЕХАНИКИ 

Глава 1 

Геомеханика: основные 

понятия и определения 

Глава 2 

~еханические свойства 

горных пород 

Глава 3 

Напряженно-деформированное 

состояние горных пород 

Глава 4 

~ассив горных пород 

и его механические свойства 

Глава 1---------------------------
ГЕОМЕХАНИКА: ОСНОВНЫЕ 

ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ 

Науки делятся на две группы: 

на геомеханику и собирание марок. 

Третье следствие принципа Э. Резерфорда 

1.1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ 

Бюро Отделения геологии, геофизики, геохимии и горных 

наук Российской Академии наук в 1997 
г. утвердило новую 

классификацию горных наук. В соответствии с этим решением 

данная классификация должна стать основной методической базой при проведении исследований во всех областях горных наук, в учебно-педагогическом процессе, а также при разработке 

проектных и нормативных материалов. 

Современное естественно-научное содержание и методология горных наук раскрываются авторами классификации как 

система знаний о закономерностях и способах комплексного и 

экологически безопасного освоения и сохранения недр на основе постоянного технологического воспроизведения их ресурсов 

и нового функционального назначения. 

Все горные науки авторами классификации разделены на 

4 группы: горное недроведение, горная системология, геотехнология и обогащение полезных ископаемых. Геомеханика включена авторами классификации в группу «Горное недроведение» 

наряду с горно-промышленной геологией, геометрией и квалиметрней недр, разрушением горных пород, рудничной аэрогазодинамикой и горной теплофизикой. Все эти науки объединены 

общей идеей выявить закономерности техногеиной эволюции 

недр. Только после этого, по мнению авторов классификации, 

можно будет судить о базе георесурсов для промышленности, 

9 

получить представление о состоянии недр и оценить степень 

комплексности их освоения, сохранения и динамики возможных 

целенаправленных воздействий. 

Под геомеханикой авторами учебника понимается наука о 

механических свойствах и механическом состоянии массива 

горных пород и процессах деформирования и разрушения 

(геомеханических процессах), происходящих в нем в определенных природных условиях под влиянием горно-технических 

(технологических) факторов. 

Условия это совокупность естественно-природных особенностей массива горных пород. Их влияние на процессы, как 

правило, не претерпевает существенных изменений во времени. 

Под фактором (от лат. factor- делающий, производящий) в 

общем случае понимают причину, движущую силу (воздействие) какого-либо процесса, определяющую его характер или отдельные черты. 

Природные факторы делятся на две группы: экзогенные и 

эндогенные. 

Природные экзогенные факторы это внешние по отношению к массиву горных пород факторы, определяющие его выветривание, эрозию, температурный режим и другие процессы, 

зависящие от климатических условий, энергии солнечной радиации и др. 

Природные эндогеиные факторы это внутренние по отношению к массиву горных пород факторы, обусловленные в 

основном эволюцией Земли как планеты и проявляющиеся в виде тектонических движений, процессов магматизма, метаморфизма и др. 

Геомеханические процессы процессы деформирования и 

разрушения массива горных пород, возникающие в результате 

изменения его механического состояния под воздействием природных экзогенных и технологических факторов и достигающие 

в определенных условиях земной поверхности. 

Геодииамические процессы процессы деформирования и 

разрушения массива горных пород, возникающие в результате 

изменения его механического состояния под воздействием при
10 

родных эндогенных и технологических факторов и достигающие в определенных случаях земной поверхности. 

При разработке месторождений открытым способом в массиве горных пород проявляются, главным образом, геомеханические процессы. 

При разработке месторождений подземным способом и 

скважинными методами в массиве горных пород проявляются 

как геомеханические, так и геодинамические процессы. 

Необходимо отметить, что существуют и другие определения понятия геомеханики. Так, например, Н.А. Цытович и 

З.Г. Тер-Мартиросян определяют геомеханику как специальную 

область общей механики, посвященную количественной оценке 

механических процессов в верхних слоях земной коры и включающую: механику сплошных массивно-кристаллических горных пород, механику скальных (трещиновато-блочных) пород, 

механику многофазных грунтов, механику органаминеральных 

и органических масс, которые все в механическом смысле подчиняются единым общим фундаментальным аналитическим зависимостям, но для любого отдельного класса пород обязательно еще и в каждом конкретном случае экспериментально устанавливать вид добавочных физических уравнений, характеризующих ее деформативно-напряженное состояние. 

Приведеиные определения геомеханики достаточно близки 

между собой, несмотря на то, что авторы второго определения 

занимаются в основном решением задач прикладной геомеханики в строительстве. 

Предметом геомеханики как науки являются свойства и состояние массива горных пород с учетом твердой, жидкой и газообразной фаз и их изменения в процессе техногеиного воздействия на массив горных пород. 

Целью геомеханики как науки является создание гипотез, 

теорий и методов, позволяющих: 
• 
получать оперативную и надежную информацию о механических свойствах и природном напряженно-деформированном состоянии массива горных пород; 
• 
устанавливать закономерности изменения этого состояния в результате развития в нем процессов деформирования и 

11