Numerical Study of Stress-Strain State in the Vicinity of Excavation
Abstract
A stress-strain state in the vicinity of excavation of the circular cross-section is studied in the paper. Formulas derived from the elasticity theory can be applied to the homogeneous rock formations of sufficient strength. The problem of determination of the displacement and stress fields is considered in the rectangular region with the circular hole. A numerical solution algorithm based on the finite element method is elaborated. The algorithm of constructing of a finite element mesh allows to take into account the shape, size and hole location. Fields of the displacements and stress are determined. Results of numerical calculations for holes of different diameters are presented. The influence of a hole size on the stress distribution in the vicinity of holes is presented. Isolines of the maximal tangential stress are constructed. The maximal tangential stress distribution is used to estimate the possibility of brittle fracture in the test region. Numerical modeling based on the constructed algorithm allows one to investigate the stress-strain state in the vicinity of excavation and to predict the possible plastic behavior and development of a material failure.Downloads
Metrics
References
Борисов А.А. Механика горных пород и массивов. - М., 1980.
Шемякин Е.И. Механика горного массива // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2006. - №3.
Оловянный А.Г. Механика горных пород. Моделирование разрушений. - СПб., 2012.
Протосеня А.Г., Карасев М.А., Беляков Н.А. Упруго-пластическая задача для выработок различных форм поперечных сечений при условии предельного равновесия Кулона // ФТПРПИ. - 2016. - №1.
Лавриков С.В., Ревуженко А.Ф., Казанцев А.А. Моделирование напряженно-деформированного состояния массива горных пород с учетом внутренней структуры и разупрочнения // Актуальные проблемы современного машиностроения : сборник трудов Междунар. науч.-практ. конф. - Томск, 2014.
Черданцев Н.В., Черданцев С.В. Исследование состояния массива горных пород в окрестности выработки, пройденной вблизи геологического нарушения // Вестник Кузбасского гос. техн. ун-та. - 2015. - № 5.
Бодин В.В., Лилин Я.И. Оценка напряженно-деформированного состояния породного массива в окрестности тектонических нарушений с использованием динамических параметров сейсмических волн // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2011. - №2.
Бушманова О.П., Устюжанова А.В. Численное исследование напряженного состояния в окрестности системы горных выработок // Известия Алтайского гос. ун-та. - 2011. - №1/1(69).
Бушманова О.П., Устюжанова А.В. Численное исследование напряженно-деформированного состояния в окрестности системы отверстий и сдвиговых трещин // Известия Алтайского гос. ун-та. - 2012. - №1/1(73).
Мокряков В.В. Применение метода мультипольного разложения для расчета напряженного состояния в бесконечной упругой плоскости, содержащей несколько круговых отверстий // Вычислительная механика сплошных сред. - 2012. - Т 5, №2.
Yang Z., Kim C., Cho C.-B., Beom H.G. The concentration of stress and strain in finite thickness elastic plate containing a circular hole // International Journal of Solids and Structures. - 2008. - №45.
Mohammadi M., Dryden J.R., Jiang L. Stress concentration around a hole in a radially inhomogeneous plate // International Journal of Solids and Structures. - 2011. - №48.
Савин Г.Н. Распределение напряжений около отверстий. - Киев, 1968.
Тимошенко С.П., Гудьер Дж. Теория упругости. - М., 1975.
Соколовский В.В. Теория пластичности. - М., 1969.
Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. - М., 1975.
Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. - М., 1979.
Гольдштейн Р.В., Кулинич Ю.В., Осипенко Н.М. Разрушение горных пород вблизи отверстия при сжатии. - Препринт. - №778. - М., 2005.
Izvestiya of Altai State University is a golden publisher, as we allow self-archiving, but most importantly we are fully transparent about your rights.
Authors may present and discuss their findings ahead of publication: at biological or scientific conferences, on preprint servers, in public databases, and in blogs, wikis, tweets, and other informal communication channels.
Izvestiya of Altai State University allows authors to deposit manuscripts (currently under review or those for intended submission to Izvestiya of Altai State University) in non-commercial, pre-print servers such as ArXiv.
Authors who publish with this journal agree to the following terms:
- Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License (CC BY 4.0) that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.
- Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.
- Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
