Отчет по проекту РФФИ №19-31-90107 Математическое моделирование искусственного замораживания влагонасыщенного породного массива с учетом термогидромеханических эффектов

Объектом исследования являются влагонасыщенные грунтовые слои породного массива. Целью работы является исследование на основе методов математического моделирования процессов тепло- и массопереноса, изменения напряженно-деформированного состояния и эволюции материальных свойств в слоистом влагонасыщенном породном массиве, вызванных применением искусственного замораживания и выполнением проходческих работ. В результате исследования была разработана новая термогидромеханическая модель промерзания влагонасыщенного грунта, позволяющая выполнять расчет морозного пучения и усадки грунта вследствие льдообразования и миграции влаги к фронту промерзания. Проверка применимости модели к расчету промерзания грунта осуществлена путем численного моделирования трех лабораторных экспериментов по искусственному замораживанию грунтов. Разработанная модель была применена к исследованию процесса искусственного замораживания грунтовых слоев и деформированию шахтной выработки, пройденной под защитой ледопородного ограждения. Полученные результаты численного моделирования формирования ледопородного ограждения в грунтовых слоях были использованы для оценки влияния изменения природного напряженного состояния грунтовых слоев, вызванного криогенными процессами, на процесс деформирования стенки шахтной выработки. В дополнение к этому был проведен теоретический анализ формулы Вялова С.С. для оценки оптимальной толщины ледопородного ограждения на основе численного моделирования. По результатам моделирования предложены модифицированные формулы для различных технологических условий проходки, позволяющие определять безопасную толщину ледопородного ограждения от бокового давления и проводить оптимизацию искусственного замораживания.