Лаборатория механики деформируемого твердого тела и сыпучих сред

Лаборатория организована по инициативе академика Е. И. Шемякина в 1971 году. С 1971 по 1988 г. лабораторией руководил д.ф.-м.н., проф. В. С. Никифоровский. С 1988 года — д.ф.-м.н., проф. В. А. Бабаков. С 1998 г. по настоящее время лабораторию возглавляет д.ф.-м.н., проф. А. Ф. Ревуженко.

Коллективом лаборатории разработаны математические модели деформирования горных пород и сыпучих сред, учитывающие дилатансию, внутренне трение и блочность их структуры. Разработаны новые приборы и методики для исследования упруго-пластических свойств геоматериалов. Обнаружены новые закономерности их деформирования, разработан способ моделирования приливных волн. Лаборатория является базовой для студентов Новосибирского государственного университета.

Основное направление научной деятельности

Исследование процессов деформирования геоматериалов с блочной и анизотропной структурой при статических и слабых динамических воздействиях.

Важнейшие результаты фундаментальных исследований

Проведено теоретическое исследование локализации деформаций и формирования линий скольжения при деформировании геоматериалов вокруг выработки (совместно с Алтайским государственным университетом). Разработаны численный алгоритм и компьютерная программа по расчету полей напряжений и скоростей с учетом изолированных линий скольжения. Показано, что в изначально сплошной среде при нагружении формируются линии скольжения в форме логарифмических спиралей. Вдоль линий рассмотрены условия пластического скольжения Треска и условие трения Кулона. Получены численные решения (рис. 1) для различного числа изолированных линий скольжения. Показано, что при увеличении числа линий наблюдается предельный переход к классическому континуальному решению.

Рис. 1

Разработана концепция массива горных пород как активной среды с внутренними источниками и стоками энергии. В процессе деформирования часть энергии аккумулируется в массиве в виде внутренних самоуравновешенных напряжений. При определенных условиях эта энергия может быть высвобождена. В зависимости от свойств массива этот процесс может носить как устойчивый, так и неустойчивый характер. Исследован физический образец, моделирующий способность массива аккумулировать энергию. Образец состоит из пучка шероховатых стержней, стянутых упругой нитью. Проведена серия лабораторных экспериментов по нагружению модельного образца. На рис. 2 приведена типичная диаграмма нагружения. Показано, что образец способен запасать до 30% энергии, затраченной на его деформирование.

Рис. 2

Разработана имитационная стохастическая модель формирования полигональных систем трещин в горных породах. Показано, что среднестатистические характеристики системы трещин при теоретическом моделировании (рис. 3) являются устойчивыми и приближаются к данным реальных лабораторных экспериментов (рис. 4).

Рис. 3	Рис. 4

Рис. 5

Исследована несущая способность гранулированных сред при статических касательных напряжениях с наложением слабых ударных импульсов, действующих длительное время. Обнаружено, что в определенном интервале нагрузок происходит катастрофическая потеря несущей способности среды. На рис. 5 показана зависимость величины проскальзывания от числа инициирующих импульсов. Процесс потери устойчивости характеризуется большим разбросом числа ударов, которое необходимо нанести, чтобы вызвать «катастрофу».

Способность геоматериалов к локализации сдвигов проявляется во многих прикладных задачах механики горных пород, грунтов и сыпучих материалов. На рис. 6 приведена структура линий скольжения, возникающая в сыпучем материале вокруг жесткого цилиндра при сложном нагружении с непрерывным поворотом главных осей деформации. Она представляет собой два семейства линий в форме логарифмических спиралей, проскальзывание по которым происходит попеременно.

Рис. 6

На рис. 7 показана структура линий при реализации течения Куэтта между параллельными пластинами. Здесь формируются две внутренние области, ограниченные линиями, близкими по форме к лемнискате Бернулли.

Рис. 7

КОНТАКТЫ

Ревуженко Александр Филиппович

Заведующий лабораторией,
д.ф.-м.н., профессор

Адрес: 630091, Россия, Новосибирск, Красный проспект, 54, комн. 424 

Тел.: +7 (383) 205–30–30, доб. 126
e-mail: revuzhenko@yandex.ru