Спосіб визначення ресурсу довговічності обмежено стійких об’єктів у полі сили тяжіння
Номер патенту: 21934
Опубліковано: 30.04.1998
Автори: Оніка Сергій Георгійович, Бойчук Константин Константинович, Кривошеєв Олександр Васильович, Мантула Юрій Макарович, Грицаєнко Василь Іванович, Карпухін Валерій Васильович
Формула / Реферат
Способ определения ресурса долговечности ограниченно устойчивых объектов в поле силы тяжести, включающий режимные наблюдения на поверхности этих объектов аномальной динамической напряженности магнитного поля формирующихся поверхностей отрыва или поверхностей скольжения подвижных масс разрушающихся объектов относительно неподвижных и определение минимальной глубины формирующихся поверхностей отрыва в случае фиксации на поверхности наблюдений одиночных экстремумов динамической напряженности магнитного поля или минимальной глубины и горизонтальной длины формирующихся поверхностей скольжения в случае фиксации на поверхности наблюдений двойных одноименных экстремумов динамической напряженности магнитного поля, отличающийся тем, что режимные наблюдения аномальной динамической напряженности магнитного поля производят с интервалом, обеспечивающим равенство разности напряженности магнитного поля предыдущих и последующих наблюдений в фиксированной точке контрольных аномалий, причем, в случае формирующихся поверхностей отрыва режимные наблюдения производят в экстремальной точке контрольных аномалий, а в случае формирующихся поверхностей скольжения - в точке поверхности наблюдений, лежащей на прямой, проходящей через два одноименных экстремума контрольных аномалий и находящейся со стороны монотонного изменения динамической напряженности магнитного поля на расстоянии
от эпицентрального минимальной глубине поверхности скольжения экстремума, где l1 - расстояние между одноименными экстремумами, l2 - половина горизонтальной длины формирующихся поверхностей скольжения, hmax/hmin – отношение, максимальной и минимальной глубин формирующихся поверхностей скольжения и в процессе режимных наблюдений динамической напряженности магнитного поля на роверхност и ограниченно устойчивых объектов в поле силы тяжести критическую напряженность динамического магнитного поля Zс, при которой нарушается целостность объектов, определяют из выражения
где Zэкс - экстремальное значение динамической напряженности магнигного поля над минимальной глубиной формирующихся поверхностей отрыва или скольжения, hmin - минимальная глубина формирующихся поверхностей отрыва или скольжения на момент регистрации экстремальной динамической напряженности магнитного поля Zэкс, hнаб - высота наблюдения аномальной динамической напряженности магнитного поля относительно поверхности ограниченно устойчивых объектов в поле силы тяжести, а радиус долговечности t ограниченно устойчивых объектов в поле силы тяжести определяют из выражения
где ∆tk - интервал времени между k+1-м и k-тым наблюдениями;
∆kk+1 - интервал времени между k+2-м и k+1-м наблюдениями;
Zk - напряженность динамического магнитного поля k-того наблюдения, нТ;
Zk+1 - напряженность динамического магнитного поля k+1-ro наблюдения, нТ.
Текст
Изобретение относится к магнитометрии и может быть использовано при определении срока эксплуатации крупногабаритных конструкций, при прогнозе сдвиговых и оползневых явлений, а также при контроле устойчивости бортов и уступов карьеров, отвалов, дамб и других насыпных сооружений. Известен способ кинетического подхода к прогнозированию, основанный на термофлуктуационной концепции разрушения. В этом аспекте разрушение рассматривается как следствие накопления локальных микроразрушений в результате термофлуктуационной статистики в механически напряженном теле. Кинетический подход исходит из того, что время до разрушения объекта (ресурс долговечности) однозначно связано с накоплением поврежденности, задача состоит в том, чтобы найти наиболее удобную для регистрации меру поврежденности и ее связь с ресурсом долговечности (Журков Н.С., Куксенко B.C., Петров В.А. Можно ли прогнозировать разрушения. - Сб. "Будущее науки". - Вып.16. - М., 1983. - С.100 - 111). Однако определение временного параметра прогнозирования разрушения в рамках термофлуктуационной концепции в настоящее время реализуется косвенным расчетом посредством регистрации звуковых сигналов на пребывающих под нагрузкой лабораторных образцах, при котором оценивается запас времени до окончательного разрушения ограниченно устойчивых объектов в поле силы тяжести. Наиболее близким техническим решением выбранным в качестве прототипа является способ определения ресурса долговечности ограниченно устойчивых объектов в поле силы тяжести, включающий измерение на поверхности этих объектов аномальной напряженности магнитного поля очагов необратимой деформации и определение деструктивного характера очагов необратимой деформации (скрыто развивающихся поверхностей отрыва или скольжения) - метод магнитодинамической интроскопии (МДИ). При применении МДИ используется регистрация и исследование постоянной составляющей напряженности геомагнитного поля. При этом осуществление магнитодинамического контроля производится посредством профильной разновысотной магнитной съемки полного вектора напряженности магнитного поля T или его вертикальной составляющей. Информативным параметром является коэффициент оползнеопасности отношение разности разновысотных регистрации напряженности магнитного поля к его среднему значению по результатам профильной съемки. Метод позволяют с точностью до суток прогнозировать оползневые явления - как утверждает автор, накопленные статистические данные показывают, что за 2 - 3 суток до начала движения оползня коэффициент оползнеопасности увеличивается на одну-две единицы (Соболев В.Г. Прогноз и контроль оползневых процессов на месторождениях // Горный журнал. - 1989. - №3. С.43 - 47). Недостатком прототипа является отсутствие в методике расчета коэффициента оползнеопасности учета взаимодействия магнитного поля деструктивных новообразований (очагов необратимых деформаций) с магнитным полем окружающей среды, следствием чего является недостаточная надежность информации о сроках устойчивости контрольных объектов осуществляется только краткосрочный прогноз, что существенно снижает возможность проведения противооползневых мероприятий. Известным способом невозможно решить задачу, поставленную изобретением, так как основной информативный параметр - время до разрушения объекта (ресурс долговечности) не входит в информативный параметр метода МДИ (коэффициент оползнеопасности) в явном виде. Следовательно, при применении известного способа исключается возможность долго- и среднесрочного прогноза стабильности ограниченно устойчивых объектов в поле силы тяжести в связи с отсутствием учета причинноследственной связи между характером накопления внутренних деформаций в ограниченно устойчивых объектах и временем развития этих деформаций. Задачей изобретения является разработка способа определения ресурса долговечности ограниченно устойчивых объектов в поле силы тяжести, в котором путем учета взаимодействия магнитного поля деструктивных новообразований с магнитным полем окружающей среды достигается повышение надежности информации о сроках устойчивости контрольных объектов. Поставленная задача решается тем, что в способе определения ресурса долговечности ограниченно устойчивых объектов в поле силы тяжести, включающем режимные наблюдения на поверхности этих объектов аномальной динамической напряженности магнитного поля формирующихся поверхностей отрыва или поверхностей скольжения подвижных масс разрушающихся объектов относительно неподвижных и определение минимальной глубины формирующихся поверхностей отрыва в случае фиксации на поверхности наблюдений одиночных экстремумов динамической напряженности магнитного поля или минимальной глубины и горизонтальной длины формирующихся поверхностей скольжения в случае фиксации на поверхности наблюдений двойных одноименных экстремумов динамической напряженности магнитного поля, согласно изобретению режимные наблюдения аномальной динамической напряженности магнитного поля производят с интервалом, обеспечивающим равенство разности напряженности магнитного поля предыдущих и последующих наблюдений в фиксированной точке контрольных аномалий - в случае формирующихся поверхностей отрыва режимные наблюдения производят в экстремальной точке контрольных аномалий, а в случае формирующихся поверхностей скольжения режимные наблюдения производят в точке поверхности наблюдений, лежащей на прямой, проходящей через два одноименных экстремума контрольных аномалий и находящейся со стороны монотонного изменения динамической напряженности магнитного поля на расстоянии от эпицентрального минимальной глубине поверхности скольжения экстремума, где расстояние между одноименными экстремумами, половина горизонтальной длины формирующихся поверхностей скольжения, отношение максимальной и минимальной глубин формирующихся поверхностей скольжения и в процессе режимных наблюдений динамической напряженности магнитного поля на поверхности ограниченно устойчивых объектов в поле силы тяжести критическую напряженность динамического магнитного поля при которой нарушается целостность объекта, определяют из выражения где - экстремальное значение динамической напряженности магнитного поля над минимальной глубиной формирующихся поверхностей отрыва или скольжения; минимальная глубина формирующихся поверхностей отрыва или скольжения на момент регистрации экстремальной динамической напряженности магнитного поля - высота наблюдения аномальной динамической напряженности магнитного поля относительно поверхности ограниченно устойчивых объектов в поле силы тяжести, в ресурс долговечности ограниченно устойчивых объектов в поле силы тяжести определяют из выражений где - интервал времени между наблюдениями; и - интервал времени между наблюдениями; и магнитного поля напряженность динамического наблюдения, нТ; - напряженность динамического магнитного поля наблюдения, нТ. Таким образом, однозначно связанное с накоплением поврежденности время до разрушения контрольного объекта определяется из функции состояния напряженности магнитного поля локальной части контрольного объекта в области деформации, характеризующей детерминированный процесс разрушения. Этот процесс рассматривается как следствие накопления микроразрушений, возникающих в результате намагничивания вещества окружающей среды, неизбежно заполняющего микротрещины различного характера в механически напряженном теле. При этом вновь возникающие в результате взаимодействия магнитных полей разрушаемого объекта и окружающей среды микротрещины тут же заполняются веществом среды, намагничиваемым в свою очередь, то есть, процесс накопления микротрещин, а в случае пластичных пород - изменение текстуры зон нестабильности идет непрерывно, а непрерывно протекающие процессы можно описать некоторым уравнением или системой уравнений. Все вещества по магнитным свойствам разделяются на три основные группы диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики. Диамагнитное вещество выталкивается в неоднородном магнитном поле, а в однородном устанавливается перпендикулярно силовым линиям поля (диамагнетиком, в частности, является вода). Парамагнитное вещество втягивается неоднородным магнитным полем, а в однородном устанавливается перпендикулярно силовым линиям поля (парамегнетиком, в частности, является воздух). В природе, как правило, магнитные поля неоднородны, поэтому намагничиваемые диамагнетики выталкиваются из намагничивающего поля, а намагничиваемые парамагнетики втягиваются намагничивающим полем, следовательно, диамагнитные и парамагнитные вещества постоянно находятся в неравновесном состоянии. С позиций такого подхода разрушение имеет два аспекта магнитензионное зарождение микротрещины и переход к макроразрушению материала. Элементарным актом разрушения является магнитензионное зарождение нестабильной микротрещины. Проникновение окружающей среды (воздух, влага) в область дефекта кристаллической решетки пребывающего в состоянии кажущей устойчивости объекта приводит к развитию последней в силу создаваемого избыточного напряжения при миграции в теле намагниченного диаили парамагнетика. Начальные микротрещины нестабильны, их объемная концентрация увеличивается с течением времени, поскольку увеличивается в объеме трещин и создающее перенапряжение количество намагничиваемого неравновесного вещества окружающей объект среды. В некоторый момент происходит переход от зародышевых, начальных трещин на микроуровень, т.е. к деформации, соизмеримой с размерами тела, происходит формирование очага необратимой деформации (ОНД). В общем то, энергия магнитного поля объекта перераспределяется таким образом, чтобы препятствовать нарушению целостности объекта. Однако, в наиболее ослабленных в силу различных причин местах ОНД продолжает прогрессировать, увеличиваясь в размерах, поскольку в область необратимой деформации постоянно осуществляется приток намагничиваемого вещества окружающей среды, находящегося в неравновесном состоянии, т.е. увеличивающего напряжение в теле, при этом намагниченная среда ОНД регистрируется наружным наблюдением. По достижении некоторой (критической) величины напряженности магнитного поля ОНД, отвечающей таким линейнымразмерам деформации, при которых опорная реакция внутри объекта не компенсирует действие силы тяжести, происходит разрушение объекта. При этом, ввиду детерминированности процессов, время до разрушения (ресурс долговечности) однозначно связано с накоплением поврежденности, а наиболее удобной для регистрации мерой поврежденности объекта является напряженность магнитного поля ОНД. Таким образом, прогнозирование осуществляется прямым расчетом времени до начала разрушения контрольного объекта посредством регистрации динамической составляющей аномального магнитного поля очагов деформации, что позволяет при известной критической напряженности значительно повысить надежность прогнозирования, осуществляя наряду с краткосрочным средне- и долгосрочный прогнозы длительности устойчивого состояния контрольных объектов. Существенными признаками в данном изобретении являются: режимные наблюдения на поверхности этих объектов аномальной динамической напряженности магнитного поля формирующихся поверхностей отрыва или поверхностей скольжения подвижных масс относительно, неподвижных; определение минимальной глубины формирующихся поверхностей отрыва в случае фиксации на поверхности наблюдений одиночных экстремумов динамической напряженности магнитного поля или минимальной глубины и горизонтальной длины формирующихся поверхностей скольжения в случае фиксации на поверхности наблюдения двойных одноименных экстремумов магнитного поля; осуществление режимных наблюдений аномальной динамической напряженности магнитного поля с интервалом, обеспечивающим равенство разности напряженности магнитного поля предыдущих и последующих наблюдений в фиксированной точке контрольных аномалий - в случае формирующихся поверхностей отрыва режимные наблюдения производят в экстремальной точке контрольных аномалий, а в случае формирующихся поверхностей скольжения режимные наблюдения производят в точке поверхности наблюдений, лежащей на прямой, проходящей через два одноименных экстремума контрольных аномалий и находящейся со стороны монотонного изменения динамической напряженности магнитного поля на расстоянии от эпицентрального минимальной глубине поверхности скольжения экстремума, где расстояние между одноименными экстремумами, половина горизонтальной длины формирующихся поверхностей скольжения, отношение максимальной и минимальной глубин формирующихся поверхностей скольжения; определение критической напряженности магнитного поля, при которой нарушается целостность объектов из выражения: где - экстремальное значение динамической напряженности магнитного поля над минимальной глубиной формирующихся поверхностей отрыва или скольжения, минимальная глубина формирующихся поверхностей отрыва или скольжения на момент регистрации напряженности магнитного поля - высота наблюдения аномальной динамической напряженности магнитного поля относительно поверхности ограниченно устойчивых объектов в поле силы тяжести; определение ресурса долговечности ограниченно устойчивых объектов в поле силы тяжести из выражения где и - интервал времени между наблюдениями; поля - интервал времени между наблюдениями; и - напряженность динамического магнитного наблюдения, нТ; напряженность динамического магнитного поля наблюдения, нТ; критическая напряженность динамического магнитного поля, нТ. Отличительными существенными признаками изобретения являются: осуществление режимных наблюдений аномальной динамической напряженности магнитного поля с интервалом, обеспечивающим равенство разности напряженности магнитного поля предыдущих и последующих наблюдений в фиксированной точке контрольных аномалий - в случае формирующихся поверхностей отрыва режимные наблюдения производят в экстремальной точке контрольных аномалий, а в случае формирующихся поверхностей скольжения режимные наблюдения производят в точке поверхности наблюдения, лежащей на прямой, проходящей через два одноименных экстремума контрольных аномалий и находящейся со стороны монотонного изменения динамической напряженности магнитного поля на расстоянии от эпицентрального минимальной глубине поверхности скольжения экстремума, где расстояние между одноименными экстремумами, половина горизонтальной длины формирующихся поверхностей скольжения, отношение максимальной и минимальной глубины формирующихся поверхностей скольжения; определение критической напряженности магнитного поля при которой нарушается целостность объектов из выражения где - экстремальное значение динамической напряженности магнитного поля над минимальной глубиной формирующихся поверхностей отрыва или скольжения, - минимальная глубина формирующихся поверхностей отрыва или скольжения на момент регистрации напряженности магнитного поля - высота наблюдения аномальной динамической напряженности магнитного поля относительно поверхности ограниченно устойчивых объектов в поле силы тяжести; определение ресурса долговечности ограниченно устойчивых объектов в поле силы тяжести из выражения где магнитного поля над минимумом субвертикальной части поверхности скольжения мигрирует в сторону монотонного изменения напряженности поля и достигает критического значения с достаточной для практики точностью на расстоянии - интервал времени между наблюдениями; и - интервал времени между наблюдениями; и поверхности скольжения экстремума, где расстояние между одноименными экстремумами, динамического половина горизонтальной длины формирующейся поверхности скольжения, напряженность магнитного поля магнитного поля наблюдения, нТ; напряженность динамического наблюдения, нТ; критическая напряженность динамического магнитного поля, нТ. Указанные признаки являются необходимыми и достаточными во всех случаях осуществления способа определения ресурса долговечности ограниченно устойчивых объектов в поле силы тяжести. Благодаря тому, что на поверхности ограниченно устойчивых объектов в поле силы тяжести производятся режимные наблюдения динамической аномальной напряженности магнитного поля формирующихся поверхностей отрыва или поверхностей скольжения подвижных масс относительно неподвижных, становится возможным количественно учесть с достаточной для практики точностью динамику роста внутренних деформаций - поверхностей отрыва или поверхностей скольжения. Известно, что формирующаяся поверхность отрыва отображается в локальном магнитном поле динамической аномалий где - магнитная масса единицы длины поверхности отрыва, - глубина верхней кромки поверхности отрыва, - координата профиля вкрест простирания аномалии Полагая, что координата половины напряженности поля, из системы где экстремальной получаем от эпицентрального минимальной глубине отношение максимальной и минимальной глубин формирующейся поверхности скольжения. Известно, что горизонтальная часть поверхности скольжения отображается в локальном магнитном поле динамической аномалией получаем зависимости при где то есть, по точкам аномалии величины определяются однозначно, а характерным и определение критического значения остается без изменений. Режимные наблюдения с интервалом, обеспечивающим равенство разности динамической напряженности магнитного поля предыдущих и последующих наблюдений позволяют радикально упростить экстраполяцию напряженности динамического магнитного поля во временном интервале, что существенно повышает точность прогнозирования и оперативность результата. Благодаря тому, что режимные наблюдения производятся в фиксированной точке на поверхности контрольных объектов, становится возможным трансформировать дифференциальное уравнение в частных производных, описывающее динамику роста поверхности отрыва и скольжения, в обыкновенное дифференциальное уравнение, решением которого является прогностическая кривая, зависящая от времени, из которой определяется при определенном ранее критическом значении ресурс долговечности ограниченно устойчивых объектов в поле силы тяжести из выражения где критическая напряженность динамического магнитного поля, когда поверхность отрыва достигает поверхности наблюдений, режимные наблюдения производятся в экстремальной точке. В случае формирующейся поверхности скольжения экстремальная точка напряженности где - интервал времени между наблюдениями; и - интервал времени между наблюдениями; и напряженность магнитного поля динамического наблюдения, нТ; - напряженность наблюдения, нТ; магнитного поля - критическая напряженность магнитного поля, нТ. Таким образом, благодаря совокупности перечисленных выше известных и новых существенных признаков стало возможным осуществление учета причинно-следственных связей между характером накопления внутренних деформаций в ограниченно устойчивых объектах в поле силы тяжести и временем развития этих деформаций, что обеспечивает повышение надежности информации о сроках устойчивости контрольных объектов и, как следствие, получение долгосрочного, среднесрочного и краткосрочного прогнозов их устойчивого состояния с требуемой точностью. Предлагаемый способ осуществляется следующим способом. Проникающая в область внутренних дефектов пребывающих в состоянии кажущегося равновесия объектов окружающая среда (воздух, влага) намагничивается под действием магнитного поля объекта и создает локальные перенапряжения, поскольку, как было отмечено выше, постоянно находится в неравновесном состоянии. Вследствие этого объем очагов необратимой деформации непрерывно возрастает при непрерывном поступлении во внутрь образуемый объем непрерывно намагничиваемой среды, хотя этот процесс происходит очень медленно. Количественно этот процесс описывается дифференциальным уравнением в частных производных составляющая магнитного уравнение имеет вид поля ОНД Общее решение уравнения (3) содержит две произвольные постоянные. Одна постоянная имеет размерность напряженности магнитного поля и является собственным магнитным полем очага необратимой деформации (при различных геометрических особенностях ОНД следуют различные Вторая постоянная имеет размерность времени и является длительностью становления детерминированного процесса деформации локальной части контрольной структуры так как переориентация микро- и макроструктур вещества, определяющих его внешнее магнитное поле, требует конечного времени. Кроме этого, ОНД всегда формируется на каком-нибудь начальном уровне магнитного поля - локальном нормальном поле. С учетом вышесказанного, решение уравнения (3) имеет вид следовательно, эмпирическая кривая, построенная в результате наблюдений, является логарифмической функцией времени с постоянными и отвечающим конкретным параметрам контролируемого ОНД, определенная на некотором уровенном значении магнитного поля Целевым параметром является время развития деформации контрольных объектов. Обращая функцию (4), получаем Если в некоторый момент времени развития деформации напряженность магнитного поля в эпицентре очага необратимой деформации равна получаем или где - вектор напряженности магнитного поля очага необратимой деформации (или любая его составляющая), коэффициент намагничивания. Вследствие очень слабой зависимости от времени уравнения (1), в точке поверхности контрольного объекта, соответствующей эпицентру источника микроаномалий, равенство с достаточной для практики точностью распадается на два уравнения а в силу фиксации исследуемой точки на поверхности контрольного объекта, прогностическая кривая конкретного ОНД удовлетворяет обыкновенному дифференциальному уравнению. В частности, если при определении ресурса долговечности контрольного объекта используется вертикальная Подставляя (6) в (5) получаем целевую функцию времени развития деформации не зависящую от локального нормального поля, в котором деформируется контрольный объект. В целях обнаружения и контроля очагов необратимой деформации производится рекогносцировочная магнитная съемка исследуемых объектов. Эллиптические в плане локальные динамические микроаномалии свидетельствуют о наличии и росте внутренних деформаций, со временем приводящих к разрушению объектов. Существенным моментом методики режимных наблюдений является регистрация экстремального значения напряженности магнитного поля в фиксированной точке. Для этого в окрестности эпицентров динамических микроаномалий производится микромагнитная сетка со сгущающейся равномерной сетью наблюдений до получения экстремального значения напряженности магнитного поля. Зафиксировав на поверхности наблюдений точки с экстремальными значениями динамических микроаномалий, через, промежутки времени, обеспечивающие в фиксированных точках контроля равенства разности предыдущих и последующих наблюдений производят режимные измерения экстремальной напряженности магнитного поля очагов необратимой деформации, данные заносятся в журнал наблюдений, возможные вариации напряженности магнитного поля исключаются посредством синхронных наблюдений на опорных точках с известным статическим магнитным полем. Целевая функция времени развития деформаций (7) однозначно определяется по трем точкам наблюдений в некоторые моменты времени для которых наблюдаемое связано соотношением магнитное поле увеличивается в размерах. Однако очевидно, что в таком случае с течением времени нарушается устойчивость объекта и по достижению некоторого критического значения следует лавинообразный рост макротрещин, поскольку любые естественные или антропогенные образования находятся в постоянном действии поля силы тяжести, наступает разрушение материала (объекта). Определение критического значения является весьма тонкой расчетной операцией, которая требует конкретного подхода в каждом конкретном случае со всесторонним анализом как особенностей контрольного объекта, так и динамических параметров ОНД в зависимости от его характера. По определению зависимость получаем при известных интервалах наблюдений Действительно, из (7) следует Отсюда согласно (8) и (9) получаем замкнутую систему уравнений а также собственное магнитное необратимой деформации поле очага Подставляя (11) в (7), в частности, получаем Считая время последнего наблюдения началом отсчета искомого времени деформации контрольного объекта, из (12) получаем Система уравнений (10) легко решается Подставляя результат решения системы (10) в предыдущее равенство, получаем Из (4) вытекает, что любой очаг необратимой деформации с течением времени неограниченно Равенство (13) позволяет определить ресурс долговечности ограниченно устойчивых объектов в поле силы тяжести при помощи системы режимных наблюдений динамической напряженности магнитного поля очагов необратимой деформации. Преимуществом способа является относительность измерений напряженности без использования нормального (или любого базисного) магнитного поля, что обеспечивает большую точность и производительность, так как при режимной съемке достаточно использовать цифровые данные показаний магнитометра (без пересчета в нанотесла) и требуемый масштаб времени (часы, дни, недели, месяцы, годы). Под влиянием изменения внешних условий режим накопления деформаций может изменяться в процессе их генезиса, однако в этом случае закон формирования ОНД в механически напряженном теле (1) остается неизменным, изменяются лишь начальные и граничные условия для уравнения (1), что может привести к некоторым вариациям целевой функции (4) в силу изменения постоянных и Следовательно, в любом случае система режимных наблюдений обеспечивает достоверность определения ресурса долговечности деформируемых объектов. Примеры осуществления изобретения 1. Определяется целесообразность строительства насосной станции у основания первого яруса северо-восточной части борта карьера ЮГОКа, г.Кривой Рог. Данная техногенная структура (первый ярус борта карьера) имеет ограниченную устойчивость, поскольку испытывает суммарное воздействие вышележащих технологических структур, силы тяжести и периодически динамические нагрузки при взрывных работах. Контроль устойчивости нижнего яруса является необходимым условием при строительстве у его основания промышленных или бытовых зданий и сооружения - строительство насосной станции целесообразно только в случае ресурса долговечности (длительности устойчивого состояния яруса) соизмеримого со сроком эксплуатации насосной станции. В целях определения ресурса долговечности нижнего яруса борта карьера на верхней площадке яруса 13.12.91г. была произведена микромагнитная съемка магнитометром М27М, выявившая протяженную (по борту карьера) микроаномалию с максимумом в -30 относительных единиц напряженности магнитного поля (как было указано выше, переход к единицам напряженности магнитного поля нТ (нанотесла) не является необходимостью). Через пять месяцев, 13.05.92г. экстремальное значение в фиксированной точке наблюдения достигло -54 относительных единиц напряженности магнитного поля, то есть, разность наблюдений составила 24 относительных единиц напряженности магнитного поля. Одиночный динамический экстремум отображает формирующуюся поверхность отрыва. Следующее значение по технологии наблюдений было зафиксировано в стационарной точке наблюдения 15.11.92г., то есть, практически через полгода. Высота наблюдений составляла половина максимума 13.12.91г. наблюдалась на расстоянии 5,2 метра от фиксированной точки наблюдений, следовательно, согласно вышеизложенному на 13.12.91г. минимальная глубина поверхности отрыва составляла и, следовательно, критическая напряженность магнитного поля поверхности отрыва достигает относительных единиц напряженности магнитного поля. Таким образом, в результате наблюдений и целевых расчетов получены все данные для определения ресурса долговечности нижнего яруса борта карьера Из (14), показатель степени при отношении в равенстве(13) равен: карьера составляет около двух с половиной лет, строительство каких-либо сооружений у основания борта карьера без проведения специальных противооползневых мероприятий нецелесообразно. 2. Определяется ресурс долговечности оползнеопасной структуры в ножной части Шархинского гранитного карьера, выше озера АйЕфим (Южный Берег Крыма, пос.Пушкино). Участок горного склона выше озера Ай-Ефим имеет тенденцию медленного сползания в Южном направлении, что, учитывая периодические динамические нагрузки в результате взрывных работ в карьере, может привести оползнеопасную структуру в активное состояние и выброс селя на расположенный ниже по склону пос.Пушкино. В результате микромагнитный съемки 13.08.91 года магнитометром М-27м, на участке горного склона выше озера Ай-Ефим выявлена протяженная микроаномалия напряженности магнитного поля с двумя экстремальными значениями относительных единиц магнитного поля. Очевидно, больший по модулю экстремум отображает субвертикальную часть формирующейся поверхности скольжения, а меньший - горизонтальную. На расстоянии вкрест простирания аномалии в сторону монотонного изменения магнитного поля зафиксирована половина экстремума следовательно, согласно вышеизложенному минимальная глубина поверхности скольжения а критическая напряженность магнитного поля, при которой оползень достоверно придет в активное движение поскольку зеркало скольжения достигнет поверхности склона (наблюдение производится на высоте 1 метр). Расстояние между экстремумами при съемке 13.08.91 года составило а половина и четверть второго экстремума наблюдалась соответственно на расстояниях и вниз по склону, то есть Следовательно, максимальная поверхности скольжения То есть, подставляя (14) в (13), получаем глубина а половина горизонтальной длины Из вышеприведенных данных фиксированная точка наблюдений динамической аномалии закреплялась на расстоянии Следовательно, ресурс долговечности (время устойчивого состояния) нижнего яруса борта в данной точке динамическая напряженность магнитного поля 13.08.91 года составила относительных единиц. Через 27.12.91 года, напряженность магнитного поля в фиксированной контрольной точке составила относительных единиц при Следующее значение напряженности магнитного поля -обеспечивающее модуль разности 31, наблюдалось 29.06.92 года, то есть, практически Таким образом, в результате наблюдений и целевых расчетов получены все данные для определения ресурса долговечности оползнеопасного горного склона выше озера АйЕфим: Из (15), показатель степени при отношении в равенстве (13) равен Так как согласно (13) получаем Следовательно, при тенденции медленного сползания (в настоящее время) участка горного склона, находящегося выше озера Ай-Ефим, его ресурс долговечности (длительность устойчивого состояния) около девяти лет, о чем было сообщено администрации находящегося выше по склону Шархинского гранитного карьера. Таким образом, предлагаемый способ позволяет осуществлять контроль внутреннего состояния как техногенных сооружений различного назначения и масштаба, так и естественных образований (горных склонов, речных террас и т.д.) и прогнозировать длительность их устойчивого состояния. В условиях промышленной разработки минерального сырья применение предлагаемого способа повышает безопасность работ и способствует сохранности окружающей среды, так как позволяет определить сроки необходимого проведения мероприятий в конкретном месте в конкретное время, исключающих разрушение контрольных объектов. При этом непрерывные режимные наблюдения позволяют производить учет изменения действия внешних условий (как природных так и техногенных) на направленность развития внутренних деформаций. Глубинность предлагаемого способа можно увеличить посредством непрямых измерений магнитного поля сплошной среды. Применение предлагаемого способа позволяет предотвратить аварийные ситуации, обеспечить сохранность промышленных и бытовых зданий и сооружений в местах вероятных движений поверхности грунта и массивов горных пород, оградить лесные и сельскохозяйственные угодья от загрязнения. Способ определения ресурса долговечности ограниченно устойчивых объектов может быть реализован при открытой и подземной разработке месторождений, эксплуатации шламохранилищ и других насыпных сооружений, а также в случае прогноза сдвига больших масс земной поверхности (обвалов, оползней, землетрясений). Стоимость проведения специальных мероприятий, повышающих устойчивость контрольных объектов оправдывается конечной целью - сохранением окружающей среды и повышением безопасности производства работ различного назначения.
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюMethod for determination of resource of durability of restrictedly stable objects in field of gravity
Автори англійськоюOnika Serhii Heorhiiovych, Mantula Yurii Makarovych, Kryvosheiev Oleksandr Vasyliovych, Karpukhin Valerii Vasyliovych, Boichuk Kostiantyn Kostiantynovych, Grytsaienko Vasyl Ivanovych
Назва патенту російськоюСпособ определения ресурса долговечности ограниченно устойчивых объектов в поле силы тяжести
Автори російськоюОника Сергей Георгиевич, Мантула Юрий Макарович, Кривошеев Александр Васильевич, Карпухин Валерий Васильевич, Бойчук Константин Константинович, Грицаенко Василий Иванович
МПК / Мітки
МПК: G01V 3/08
Мітки: стійких, визначення, обмежено, сили, тяжіння, об'єктів, довговічності, ресурсу, полі, спосіб
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/8-21934-sposib-viznachennya-resursu-dovgovichnosti-obmezheno-stijjkikh-obehktiv-u-poli-sili-tyazhinnya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб визначення ресурсу довговічності обмежено стійких об’єктів у полі сили тяжіння</a>