46J. Butra, R. Dębkowski, D. Pawelus, M. Szpak___________________________________________________________________________σ x - naprężenie poziome wzdłuż osi x, [MPa],σ y - naprężenie poziome wzdłuż osi y, [MPa],σ z - naprężenie pionowe wzdłuż osi z, [MPa],v - w<strong>sp</strong>ółczynnik Poissona, [-].Po podstawieniu w równaniu (2) ε x = 0, ε y = 0 oraz σ x = σ y otrzymuje sięzależność <strong>do</strong> wyznaczenia wartości naprężenia poziomego, które działa naboczne ścianki elementarnej cząstki górotworu [13,16,34]. Równanie przyjmujepostać:vσx= σy= ⋅σz(3)1−vDla naprężeń poziomych wyznaczanych za pomocą wzoru (3) zawsze<strong>sp</strong>ełniony jest warunek:σ = σ ≤ σ(4)xyzJeżeli masyw skalny znajduje się pod działaniem <strong>do</strong>datkowych sił, wówczasnastępuje tensorowe sumowanie się naprężeń i pojawia się typowystan trójosiowy, gdzie wszystkie trzy naprężenia normalne są różne. Dlaukładu trójosiowego tensor naprężeń zapisany w postaci macierzy przedstawiasię następująco:gdzie:T n⎡σx⎢= ⎢τyx⎢⎣τzxT n - tensor naprężeń, [MPa],σ - naprężenia normalne, [MPa],τ - naprężenia styczne, [MPa].τστxyyzyτxz⎤⎥τyz ⎥σ ⎥z ⎦(5)Na podstawie przeprowadzonej analizy można przyjąć, że w górotworzepierwotnym, nienaruszonym działalnością górniczą, panuje trójosiowy stannaprężeń. W uproszczonym modelu ośrodka skalnego (ciągłym i izotropowym),gdzie poza grawitacją nie ma innych obciążeń, jest to stan osiowosymetryczny,a na wartość występujących naprężeń wpływ mają trzy czynniki:− ciężar objętościowy ośrodka,− głębokość rozpatrywanego punktu w odniesieniu <strong>do</strong> powierzchni,− w<strong>sp</strong>ółczynnik Poissona rozpatrywanego ośrodka [20].
Wpływ naprężeń pierwotnych na stateczność wyrobisk górniczych 47___________________________________________________________________________Dwa pierwsze czynniki są łatwe <strong>do</strong> określenia. Warstwy nadległe nadrozpatrywaną elementarną cząstką górotworu w rzeczywistości zbu<strong>do</strong>wanesą z pakietu skał o zróżnicowanym ciężarze objętościowym. Dlatego przyokreślaniu wartości pierwotnego naprężenia pionowego w górotworze nagłębokości H (przyjętym poziomie obliczeniowym) należy uwzględnić sumęiloczynów grubości (miąższości) poszczególnych warstw nadkładu h i i ichciężarów objętościowych γ i [20,29]. Wówczas naprężenie pionowe w górotworzeokreśla się na podstawie wzoru:gdzie:n∑σ = γ ⋅ h(6)zσ z - naprężenie pionowe, [MPa],γ i - ciężar objętościowy skały w i-tej warstwie, [MN/m 3 ],h i - grubość i-tej warstwy skalnej, [m].i=1iiW pewnych warstwach gruntowych w masywie górotworu mogą występowaćpoziomy wo<strong>do</strong>nośne (o zwierciadłach wód napiętych lub swobodnych),co będzie miało wpływ na ciężar skał nadległych. W takim przypadkunależy uwzględnić wartość ciężaru objętościowego skały zawodnionej orazsiłę wyporu cieczy [29].Trzeci czynnik, który decyduje o wartości naprężeń poziomych, czyliw<strong>sp</strong>ółczynnik Poissona, wprowadza poważne kom<strong>plik</strong>acje. Charakteryzujeon <strong>sp</strong>rężyste własności danego ośrodka i określa jego z<strong>do</strong>lność <strong>do</strong> odkształceńpoprzecznych w stosunku <strong>do</strong> kierunku działania naprężenia. W<strong>sp</strong>ółczynnikPoissona jest wyznaczany laboratoryjnie. Jego wartość dla tegosamego materiału skalnego jest zmienna (rys. 2) i zależy od obciążenia, atym samym od głębokości lokalizacji danej skały w stosunku <strong>do</strong> powierzchniskorupy ziemskiej [12,13,20]. Wraz ze wzrostem obciążenia (badania laboratoryjneoraz pomiary in-situ przeprowadzone przez Brown’a i Hoek’a w1978 r. oraz Hergeta w 1988 r.), co można interpretować ze wzrostem głębokościzalegania, w<strong>sp</strong>ółczynnik ten przybiera większe wartości [1,6] choć zpodstaw założeń teoretycznych dla takiego <strong>sp</strong>osobu obliczenia pierwotnychnaprężeń poziomych parametr ten jest niezależny od głębokości. Generalnieprzyjmuje się, że na małych głębokościach liczba Poissona m, którą możnawyznaczyć za pomocą wyrażenia:m = 1(7)vgdzie:m - liczba Poissona, [-],v - w<strong>sp</strong>ółczynnik Poissona, [-],jest większa, a stan naprężeń jest zbliżony <strong>do</strong> jednokierunkowego ściskania[12,19,20]. W miarę wzrostu głębokości liczba Poissona m maleje, a stan