В монографии изложены подходы исследования блочных и слоистых сред с рассмотрением экспериментально установленных закономерностей процессов разрушения. Также представлен материал по развитию науки и практики горного дела, связанных с механизмом разрушения горных пород при измельчении в разных условиях. Раскрыто понятие сдвижения и деформации горных пород как интегрального показателя развития геомеханических процессов. Изложенный материал заставляет по-новому рассмотреть проблему управления распределением энергии разрушения горных пород, сообщаемую горному массиву при взрывном технологическом воздействии. Для специалистов научно-исследовательских и проектных организаций, инженерно-технических работников горной промышленности, а также студентов вузов горного профиля.

Монография посвящена развитию нового направления в горном породоведении, связанного с построением классификаций горных пород и их массивов по физико-механическим свойствам в канонических шкалах. В свете нового подхода представлены классификации: основных генетических типов горных пород по размерам естественных отдельностей; прочностным свойствам пород; прочности породного массива; абразивной способности пород; сопротивляемости пород разрушению и бурению. Книга предназначена научным сотрудникам и специалистам в области геотехнологий и геомеханики, а также будет полезна преподавателям вузов и студентам старших курсов в качестве учебного пособия.

Работа посвящена математическому моделированию и анализу статического напряженно-деформированного состояния в окрестности горной выработки (проходки, штрека) с учетом нагрузки от наседающих масс или от массовых сил в окрестности выработки. Обсуждаются проблемы моделирования волновых процессов, протекающих в окрестности выработки, при приложении импульсной нагрузки на части ее внутренней поверхности.

В монографии обобщены теоретические основы и практические методы геотехнологии освоения железорудных месторождений в Горной Шории и Хакасии в условиях действия природных и техногенных факторов. Дано обоснование технологических схем и параметров систем разработок в удароопасных условиях, обеспечивающих повышение безопасности и эффективности ведения горных работ на месторождениях. Книга предназначена для специалистов научно-исследовательских и проектных организаций, инженерно-технических работников горно-рудной промышленности, а также может быть полезна аспирантам и студентам вузов горного профиля.

Книга посвящена механике разрушения широкого класса конструкционных и природных материалов, включая металлы, композиты, горные породы, стекла, полимеры и керамические материалы. Книга состоит из трех частей. В первой части излагаются основные методы и подходы механики хрупкого разрушения, причем основное внимание уделяется металлам, стеклам и керамическим материалам. В частности, изложены следующие вопросы: теория Гриффитса-Ирвина, концепция квазихрупкого разрушения, химическая и электрохимическая коррозия, масштабный эффект, теория роста усталостных трещин, развитие полостей и трещин в вязких и упруго-пластических телах, влияние влаги и водорода на развитие трещин в металлах и стеклах, теория действия взрыва и др. Вторая часть посвящена, в основном, механике разрушения композиционных материалов и сингулярно-армированных элементов конструкций. Рассмотрены закономерности развития и торможения трещин, оптимально проектирование композиционных материалов, асимптотическая теория армирования, трещины расслаивания в тонкостенных конструкциях и др. Третья часть посвящена механике разрушения горных пород и трещиноватых материалов. В частности, рассмотрены следующие вопросы: диаграмма разрушения горной породы, развитие сдвиговых разломов в земной коре, устойчивость глубоких выработок и скважин, резание горных пород, гидроэрозия плотин, теория грифонов, разрушение электронными и фотонными пучками и др. Для научных работников, инженеров, преподавателей, аспирантов и студентов, занимающихся проблемами разрушения и прочности материалов и конструкций.

Монография посвящена развитию теоретических методов изучения техногенных напряжений, возникающих в процессе разработки месторождений полезных ископаемых. В качестве моделей геологических сред рассмотрены массивы осадочных и изверженных горных пород с широким диапазоном геомеханических характеристик, наделенные природной слоистостью и геологической нарушенностью. Приведены результаты математического моделирования применения систем разработок на Талнахском, Октябрьском месторождениях, а также месторождениях Ал-тае-Саянского региона и Кузбасса. Предложен методический подход выбора порядка безопасной и эффективной отработки запасов полезных ископаемых в пределах шахтного поля. Книга предназначена для инженерно-технических работников горно-добывающей промышленности, специалистов научно-исследовательских организаций, занимающихся вопросами механики горных пород, а также может быть полезна студентам вузов горного профиля.

Рассмотрена задача о накоплении повреждений в горном массиве вокруг выработки и обрушении кровли с точки зрения развиваемого авторами эволюционного подхода. Нагружаемая полем сил тяжести геосреда рассматривается как нелинейная динамическая блочная система, эволюционирующая по законам синергетики. Определяющие соотношения, записанные в виде двух групп эволюционных уравнений, обеспечивают конкуренцию положительных и отрицательных обратных связей между параметрами геосреды, для которой учтены эффекты внутреннего трения, дилатансии, накопления повреждений и деградации прочностных свойств. Выполненные расчеты показали, что, меняя нелинейные характеристики среды, можно описать как вязкий, так и хрупкий режим разрушения, квазистационарный или существенно неравновесный режимы обрушения кровли.

В монографии освещены теоретические, методологически и технико-технологические предпосылки развития науки разрушения горных пород (РГП). Современное кризисное состояние науки РГП объясняется, прежде всего, устареванием ее парадигмы. Изложены новая концепция, модель разрушения и классификация способов разрушения, а также модель создания новых способов и средств РГП (С и СРГП), положенные в основу новой парадигмы, обоснованной разработками авторов в виде способов бурения, типов бурового инструмента и концепции создания бурового станка нового поколения. Также приводятся первоначальные сведения о мезомеханике, синергетике и нанотехнологии, как источниках разработки новой парадигмы науки РГП. Книга предназначена для специалистов научно-исследовательских учреждений и вузов, работающих в области РГП.

Монография известного французского механика Х. Д. Бьюи посвящена решению обратных задач, встречающихся в механике деформируемого твердого тела. Монография отражает опыт французской школы механиков, накопленный в Политехнической школе Парижа и корпорации Электрисите де Франс. В книге приведены самые последние достижения в области решения обратных задач механики разрушения. Обсуждаются энергетические аспекты разрушения и термодинамика распространения трещин, представлены как классические решения плоских задач механики трещин, так и новые решения задач механики разрушения обратных геометрических задач о трещине с кулоновским трением между ее берегами, пространственных задач и задач нелинейной механики разрушения. Рассматриваются краевые задачи о трещинах, заполненных жидкостью (потоки жидкости в трубах и элементах конструкций, гидравлическое растрескивание горных пород в нефтедобывающей отрасли, взаимодействие жидкости и тела с трещиной), которые имеют многочисленные приложения в инженерной науке и материаловедении. Представлены решения геометрических обратных задач, основанные на применении функционала взаимности: решения задач идентификации дефектов в твердых телах. Обсуждаются методы решения обратных задач: методы регуляризации, регуляризация Тихонова, подходы, базирующиеся на теории оптимального контроля, стохастические методы обращения. Большое внимание уделяется использованию симметрии в двойственности в механике деформируемого твердого тела. Книга предназначена ученым-механикам, инженерам-исследователям, аспирантам и студентам вузов, специализирующимся в области механики деформируемого твердого тела.

В настоящем сборнике представлены материалы Всероссийской конференции "Деформирование и разрушение структурно-неоднородных сред и конструкций", в которых освещены актуальные проблемы механики деформируемого твердого тела: деформирование неоднородных тел при ползучести, прочность и разрушение неоднородных тел и конструкций, деформирование и разрушение горных пород, необратимое деформирование и конечные деформации сред и конструкций, динамические задачи и вычислительные методы механики неоднородных тел.

В монографии излагаются аналитические вопросы деформирования боков пород с трещинам и массивов горных пород около ослаблений, вызванных добычей полезных ископаемых. Предлагаются методы расчета напряженно-деформированного состояния около выработок полигонального поперечного сечения, взаимовлияющих выработок, контуры которых ограничены отрезками прямых и дугами окружностей. Приводится вывод систем сингулярных интегральных уравнений, связывающих компоненты напряжений и смещений на границе односвязной и многосвязной области. Получены решения в квадратурах для боков пород при сложном нагружении как содержащих трещины, так и без них. Рассмотрены случаи кусочно-однородных блоков и горных массивов с ослаблениями. Даны уравнения для определения напряжений на продолжении разреза. Новизна исследований позволяет читателям конструировать собственных версии по проблемам механики сплошных сред. Книга рассчитана на научных работников, инженеров, аспирантов, специализирующихся в области геомеханики и механики сплошных сред и многочисленных их приложениях, а также студентов технических вузов.

В этой книге затронуты вопросы взаимосвязи физико-химических явлений в окружающей среде с изменениями климата и экологической ситуации на Земле, что определяет междисциплинарность ее содержания. Показана важнейшая роль взаимодействий на межфазных границах минерал/вода в процессах формирования и выветривания горных пород, в миграции химических элементов и веществ. Многочисленные практические примеры реальных природных экосистем и регионов, а также предлагаемые задачи помогают лучше понять необходимость тщательного изучения физико-химического аспекта биогеохимических процессов на уровне наноразмерных структур, без чего невозможно создание глобальной сети экологического мониторинга. Книга не имеет аналогов по содержанию и предназначена для студентов, аспирантов и преподавателей разных специальностей: геология, биология, химия, физика, охрана окружающей среды, химические технологии, электротехника и нанотехнологии.

Широкое распространение загрязнения окружающей среды мышьяком привело к интенсивному изучению его поведения и, особенно, миграции в природных средах. Повышенные концентрации мышьяка в подземных водах, используемых для питьевого водоснабжения, вызывают хронические заболевания людей и обусловлены как антропогенным загрязнением почв и пород, так и высоким природным содержанием мышьяка в водовмещающих породах. При изменении условий окружающей среды миграция мышьяка в подземные воды может резко возрасти. Для прогнозирования таких процессов необходимо рассматривать формы нахождения мышьяка. особенности его поведения, учитывать характер, последовательность и зональность химических и микробиологических процессов. В обзоре дается наиболее полное описание исследований поведения мышьяка в окружающей среде (почвах, горных породах, донных отложениях, поверхностных и подземных водах). Подробно рассмотрены содержание, химические формы и трансформации мышьяка, а также процессы адсорбции и десорбции, влияние состава твердой и жидкой фаз на процессы адсорбции и десорбции, условия и механизмы поглощения мышьяка. Отдельно рассмотрено состояние и поведение мышьяка в горнорудных отвалах. Представлены значения коэффициента распределения (Ка) в различных почвах и породах, а также для отдельных минералов. Приведены примеры моделирования адсорбции и миграции мышьяка. Обзор рассчитан на специалистов, занимающихся изучением и моделированием процессов загрязнения зоны аэрации и подземных вод. При составлении обзора использованы 277 работ отечественных (9) и зарубежных (268) авторов за последние 40 лет, представлены 52 таблицы и 103 рисунка. Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 08-05-12020офи.

Изложены основы теории, техника и способы инфранизко-частотного импульсно-волнового воздействия на призабойную зону скважины с целью выбора оптимального способа обработки призабойной зоны. Описаны и классифицированны известные технологии со ссылками на патенты, произведено сравнение их свойств и эффективности воздействия. Приведены результаты теоретических и промысловых исследований методов импульсно-волнового воздействия с поверхности. Предложены направления и методы совершенствования технологий. Для научных и инженерно-технических работников, занимающихся вопросами разрушения горных пород и ремонта скважин.

Анализируется изменение состава и свойств нафтидов (нефти, углеводородных газов и природных битумов) в недрах, а также емкостных и фильтрационных свойств пород. Рассмотрены процессы накопления органического вещества, образования нефти и газа и формирования их залежей. Показаны глобальные закономерности распределения нафтидов. Обоснованы геохимические методы дифференцированного прогнозирования нафтидоностновти, направленные на повышение эффективности поисковых работ и охраны окружающей среды. Для научных сотрудников, работающих в области нефтегазовой геологии и геохимии.

Описана история развития нефтяной и газовой промышленности в России и СССР, а также роль "Товарищества братьев Нобель", В. Г. Шухова и др. в становлении и развитии нефтяной отрасли. Освещены вопросы поиска и разведки нефтяных и газовых месторождений, способы бурения скважин, в том числе горизонтальных и боковых горизонтальных стволов. Излагаются основные вопросы, связанные с добычей, сбором и транспортом нефти и газа. Рассмотрены тепловые методы, в том числе новые, для разработки месторождений с вязкими и высоковязкими нефтями. Уделено внимание вопросам ухудшения проницаемости призабойных зон пласта и новым методам их увеличения. Для научных и инженерно-технических работников нефтяной и газовой промышленности, аспирантов и студентов. Курс лекций читается на нефтяном факультете УдГУ, г. Ижевск.

Методом численного моделирования анализируются процессы деформирования и разрушения угольного композита, содержащего заполненную газом полость сложной геометрии. Показано, что в зависимости от глубины залегания угольного пласта происходят качественное изменение напряженно-деформированного состояния и смена механизмов разрушения горной породы. Рассмотрена возможность использования данного эффекта при разработке газовых (нефтяных) месторождений.

В работе представлен анализ нелинейных особенностей поведения горных пород, которые наблюдаются на диаграммах нагружения, но в рамках традиционных моделей упругопластических сред, как правило, игнорируются. Рассмотрены начальный этап деформирования и разгрузка образцов горных пород. Нелинейность поведения на данных этапах нагружения интерпретируется с позиции частичного закрытия трещин, которые образовались в ходе деформировании за пределом упругости или за предыдущую историю нагружения. Предложены феноменологические соотношения, позволяющие учесть указанные нелинейные особенности при численном моделировании. Рассмотрен этап запредельного деформирования, соответствующий стадии локализации деформации и образования магистральных трещин, и предложены поправки для более корректного определения параметров моделей.

Приведен краткий обзор фундаментальных (общих) свойств эволюции нелинейных динамических систем. Выполнено численное моделирование процесса эволюции напряженно-деформированного состояния в горном массиве с выработками, включая катастрофический этап обрушения кровли. Анализ результатов моделирования катастрофических разрушений элементов горного массива выполнен с позиций теории нелинейных динамических систем. Показано, что решения уравнений механики деформируемого твердого тела демонстрируют все характерные черты и особенности эволюции нелинейных динамических систем, включая состояние динамического хаоса, самоорганизованной критичности, катастрофического сверхбыстрого этапа эволюции напряженно-деформированного состояния на заключительной стадии разрушения. Расчетные сейсмические события отвечают закону Гутенберга-Рихтера. В численных расчетах получен эффект cut-off (загиб графика повторяемости вниз в области сильных крупномасштабных разрушений). Перед катастрофическим разрушением наблюдаются изменение графиков функции плотности вероятности флуктуаций напряжений от среднего тренда, уменьшение наклона графика повторяемости расчетных сейсмических событий, формирование областей сейсмического затишья в центральных областях зависшего пролета кровли и переключение активности деформационного процесса на периферию в области сопряжения выработанного пространства с целиком. Эти признаки свидетельствуют об увеличении вероятности катастрофы, и их можно рассматривать как предвестники катастрофического разрушения.

На основе компьютерного моделирования методом подвижных клеточных автоматов изучено влияние напряженного состояния границ раздела структурных элементов в блочных средах на их деформационный отклик при динамических воздействиях. Полученные результаты позволили выделить ряд параметров деформационного отклика, величина которых претерпевает качественное изменение при изменении характера напряженного состояния. В качестве таких параметров выступают величина инициированного воздействием относительного тангенциального смещения блоков и некоторые характеристики частотного спектра скоростей таких смещений. Проведенный анализ позволяет предложить комплексный подход к диагностике напряженного состояния фрагментов активных границ раздела в блочных средах различной природы, в частности в иерархически организованной геологической среде.

Методами оптической петрографии и рентгеноструктурного анализа изучены дуниты, претерпевшие интенсивные пластические деформации с образованием различных петроструктурных типов. Показано, что в зависимости от увеличения степени деформации микроструктуры пород качественно изменяются в следующей последовательности: протогранулярная, порфирокластовая, порфиролейстовая, мозаичная, что отражается, соответственно, в изменении среднего размера кристаллитов на наноуровне.

Освещаются отдельные аспекты генезиса различных типов магматических образований. На базе детального изучения вещественного состава пород я минералов обсуждаются вопросы возможного состава субстрата в очагах магмообразования, пути дифференциации расплавов, особенности их химизма и вещественного состава. С позиций теории молекулярных орбиталей химических элементов рассматривается классификация магматических горных пород, дискутируется проблема о единой направленности эволюции флюидного режима базитовых и гранитоидных магм, анализируются результаты экспериментальных работ, посвященных Поведению сульфидов при тонком диспергировании и активировании. Материалы представляют интерес для широкого круга специалистов в области петрологии и рудогенеза.

В данном учебнике рассмотрены предмет изучения геомеханики и ее роль на современном этапе освоения месторождений, выделены факторы, определяющие состав, структуру, строение, состояние и характеристики горных пород и массивов, даны их определения. Впервые структура дисциплины содержит разделение на два раздела статические и динамические процессы. В первом разделе приведено понятие тензора напряжений и деформаций в горном массиве, дана характеристика методов изучения физико-механических свойств пород и массивов, их напряженно-деформированного состояния в натурных и лабораторных условиях, представлены современные теории прочности твердого тела, гипотезы горного давления, а также методы математико-механического моделирования массивов горных пород. Большое внимание в пособии уделено закономерностям распределения напряжений в зоне влияния одиночных выработок в зависимости от характеристик массива, в котором проведены выработки. Во втором разделе рассматривается характер колебаний и землетрясений в горном массиве, воздействие на горный массив взрыва, горные удары и условия их возникновения, а также внезапные прорывы воды, выбросы пород и газа.??Учебник подготовлен в соответствии с программой профессионального модуля, которая является частью основной, профессиональной образовательной программы, в соответствии с ФГОС по направлению подготовки «Горное дело», и может быть использован в дополнительном образовании и профессиональной подготовке работников в области горной отрасли при наличии среднего (полного) общего образования.

Межвузовский тематический сборник научных трудов содержит публикации по результатам исследований специалистов ряда вузов и предприятий Российской Федерации в области металлургии, горного дела, химической технологии, сертификации и экологии. Предназначен для научных работников, преподавателей и аспирантов технических вузов.

Учебное пособие содержит описание физико-механических свсйств осадочных пород, геодинамики земной коры и физики нефтяного пласта. Рассмотрены звенья глобального цикла углерода, концепция образования углеводородов, состав и свойства нефти. Приводятся основные реологические свойства нефти и нефтепродуктов, а также анализ течения "неньютоновской" нефти в трещинах горных пород. Рассмотрены гидродинамические методы исследования скважин и особенности разработки нефтяных месторождений. Дается систематическое изложение реологических аспектов разработки месторождений нефти. Описаны способы эксплуатации добывающих скважин и принципы расчета их показателей. Дается описание особенностей добычи нефти на морском шельфе. Для научных и инженерных работников нефтегазовой отрасли, студентов и преподавателей геофизических и нефтегазовых специальностей.

Исследованы эффекты электрической поляризации, электромагнитного излучения и акустической эмиссии при сжатии гранита, мрамора и монокристаллов LiF. Обнаружено большое сходство качественного изменения амплитуды измеряемых сигналов различной физической природы с увеличением внешнего напряжения до разрушения. На примере исследования токов поляризации в монокристаллах LiF показано, что существует четкая связь качественного и количественного изменения амплитуды сигнала со стадиями развития локализованных сдвигов в объеме материала. Масштабные уровни локализации пластической деформации кристаллических материалов и горных пород при сжатии качественно подобны таковым при растяжении металлических материалов. Полученные данные анализируются с позиции представлений физической мезомеханики. Обсуждается возможность использования эффектов электрической поляризации, электромагнитного излучения и акустической эмиссии для предсказания землетрясений.

Хорошо известно, что заключительная стадия макроскопического разрушения развивается как катастрофа в сверхбыстром режиме с обострением. Однако особенности этой стадии достаточно хорошо изучены только на больших масштабах в случаях землетрясений. Для прогноза разрушений особый интерес представляет как сама стадия сверхбыстрого катастрофического разрушения, так и механическое поведение среды в состоянии самоорганизованной критичности перед выходом разрушения на режим с обострением с целью выявления предвестников перехода процесса разрушения в катастрофическую стадию. В работе экспериментально и численно изучены механическое поведение среды перед катастрофической стадией и выход на режим с обострением. Образцы горных пород (мрамор и искусственный мрамор) испытывались на трехточечный изгиб и одноосное сжатие. Скорости смещения боковой поверхности нагруженных образцов записывались с помощью лазерного допплеровского виброметра. Частота записи при измерениях составляла 48 кГц, точность определения амплитуды скоростей 0.1 мкм/с. Измеренная продолжительность стадии режима с обострением составила 10-20 мс. Численно смоделировано механическое поведение образцов в условиях экспериментов, включая катастрофическую стадию разрушения. Из сравнения с экспериментальными данными определены параметры модели накопления повреждений. Выявлен ряд особенностей механического отклика перед катастрофическим разрушением, которые можно трактовать как предвестники разрушения.

В сборник включены материалы конференции, которая состоится в декабре 2005 г. в ТПУ. В докладах рассмотрена новейшая история кафедры гидрогеологии, инженерной геологии и гидрогеоэкологии, отдельные научные и производственные проблемы Сибири по этим направлениям развития науки и подготовки кадров. Много внимания уделено выпускникам кафедры, опыту их работы и служебному росту. Сборник будет полезен всем гидрогеологам, инженерам геологам и геоэкологам, а также студентам этих и родственных им специальностям.

В сборнике опубликованы доклады участников научной конференции по фундаментальным и прикладным проблемам гидрогеохимии осадочных бассейнов. Основное внимание уделено вопросам взаимодействия воды с горными породами и органическим веществом, нефтегазовой гидрогеологии, водоносным системам как аренам катагенеза горных пород, процессам осадочного рудообразования, гидрогеохимической зональности, физико-химическому моделированию, геохимии и формированию состава вод, гидрогеологии артезианских бассейнов и экологической гидрогеохимии.