Scientia | Геомеханика и Геотехника

Для Scientia ⭐️ построение сетки всегда было одним из самых сложных этапов трехмерного численного моделирования. Построить качественную сетку для карьера с большим количеством разломов и литотипов могут лишь единицы по всей стране. Поэтому вместо того, чтобы строить сетку вручную, мы автоматизировали процесс с помощью ChatGPT (Codex) и стандартных инструментов для генерации сеток.

Codex выполнил 480 итераций разработки алгоритма построения сетки. Алгоритм который дал наилучший результат, следующий:

1️⃣ Исходные данные - файлы STEP, содержащие поверхность рельефа, геометрию карьера и поверхности четырех тектонических нарушений.
Алгоритм строил линии пересечения поверхностей, удалял короткие сегменты по заданному пороговому значению и подготавливал геометрию к построению сетки.

2️⃣ Затем Codex выполнял перестроение поверхностной сетки.
Основная задача заключалась в улучшении качества элементов поверхности, особенно вблизи линий пересечения, где обычно в первую очередь появляются элементы плохого качества.

3️⃣ Объемная сетка строится ИИ методом Делоне с применением открытого программного пакета Gmsh.
Gmsh хорошо подходит для такого процесса, поскольку имеет командную строку, хорошую документацию и позволяет управлять построением сетки с помощью скриптов.

4️⃣ После этого проводилась проверка качества сетки и локальное исправление проблемных участков. Поскольку целевой расчетный метод основан на явной схеме конечно-дискретных элементов (FDEM), одним из основных критериев качества была выбрана минимальная высота элемента.

5️⃣ Визуализация осуществлялась Codex-ом в ParaView. Он автоматически создавал сцену ParaView, открывал модель и отображал итоговую сетку с выделением худших 10 элементов. Также ИИ готовил статистическую информацию о сетке.

Как итог, получена качественная сетка без вырожденных тетраэдров, которая будет оптимальна для трёхмерных расчётов методом конечно-дискретных элементов (FDEM).

➖➖➖➖➖➖➖➖➖

📧 Рассылка  📞 Telegram  📱 LinkedIn  📱 Youtube  📱 VK  💬 Блог  📚 Wiki

⭐️ В материалах Southeastern Europe Tunnelling Conference (SETC-2025) опубликована статья Нила Бара о выборе численного метода при оценке устойчивости подземных горных выработок.

🎱 В исследовании применялся ПО Prorock: в работе метод конечно-дискретных элементов (FDEM) сравнивается с другими методами. Prorock позволил смоделировать поле напряжений и смещений, которое показало результат, близкий к фактическому.

📌 На примере камеры Gjøvik Olympic Cavern Hall размерами 62 на 91 м показано, что стандартные континуальные модели завышают зону смещений, тогда как дискретно-элементные и гибридные подходы позволяют реалистичнее описать блочное строение массива и точный механизм потери устойчивости.

Ознакомьтесь с кратким переводом статьи в нашем блоге

➖➖➖➖➖➖➖➖➖

📧 Рассылка  📞 Telegram  📱 LinkedIn  📱 Youtube  📱 VK  💬 Блог  📚 Wiki

💬 КЗУ vs КЗП: В чем разница и почему их нельзя путать?

🔸 КЗУ (Коэффициент запаса устойчивости)

1️⃣ Что это?
Глобальный показатель характеризующий равновесие всей системы (откоса, борта карьера, отвала, склада).
2️⃣ Суть
Это отношение сил, удерживающих массив, к силам, стремящимся сдвинуть его по определенной поверхности ослабления (скольжения).
3️⃣ Применение
Расчет устойчивости уступов, бортов карьеров, отвалов, складов.
4️⃣ Методы
Чаще всего это методы предельного равновесия (МПР) — Спенсер, Бишоп, Моргенштерн-Прайс, Сарма.
5️⃣ Результат
Если КЗУ ≥ 1.0, массив теоретически неподвижен, иначе говоря находится в состоянии предельного равновесия. Но на практике норматив всегда выше (например, 1.2–1.5) для учета рисков.

🔸 КЗП (Коэффициент запаса прочности)

1️⃣ Что это?
Локальный показатель оценивает состояние материала в конкретной точке (в ячейке численной модели).
2️⃣ Суть
Это отношение предела прочности породы к фактически действующему в этой точке напряжению.
3️⃣ Применение
Проектирование крепи подземных выработок, анализ напряженно-деформированного состояния (НДС) массива вокруг выработок или целиков.
4️⃣ Методы
Численное моделирование (МКЭ, МКДЭ).
В практике чаще всего используются критерии прочности Кулона-Мора или Хука-Брауна.
5️⃣ Результат
Показывает зоны пластических деформаций. Если в точке КЗП < 1, там начинается разрушение породы.

📚 Практический пример
Возможна ситуация:
КЗУ = 1.35 (устойчиво)
КЗП = 0.9 (прочности не хватает)

Глобального оползания откоса нет, но в массиве возникают зоны разрушения, которые могут:
🔸привести к вывалам, появлениям локальных деформаций;
🔸снизить долговечность устойчивости борта;
🔸вызвать прогрессирующую потерю устойчивости.

💡 Главный инсайт
Вы можете иметь КЗП < 1 в нескольких точках (локальные вывалы или зоны трещиноватости), но при этом общий КЗУ системы останется в норме. И наоборот: порода может быть сверхпрочной, но из-за неудачной геометрии откоса, неблагоприятных систем трещин весь блок целиком съедет по слабой прослойке (поверхности скольжения).

📌 Вывод
КЗУ и КЗП — это не взаимозаменяемые показатели.
Для корректной оценки состояния массива важно анализировать оба параметра, поскольку КЗУ контролирует устойчивость геометрии, а КЗП — состояние и разрушение пород.

➖➖➖➖➖➖➖➖➖

📧 Рассылка 📞 Telegram 📱 LinkedIn 📱 Youtube 📱 VK 💬 Блог 📚 Wiki

🚀 Обновление ScientiaJoints 3.4.9

Обновили практически весь рабочий процесс структурного картирования в Blender — от постановки измерений на модели до анализа и экспорта результатов.

⛏️ Новые инструменты:
🔸Линейка — линейные измерения и определение ориентации плоскости по трём точкам непосредственно в 3D-виде, аналогично стандартному инструменту Blender.
🔸Полигон — построение плоскости по контуру трещины из трёх и более точек. Рассчитываются падение, азимут падения, площадь и ошибка аппроксимации.
🔸След трещины — открытая линия вдоль видимого выхода трещины. Определяются общая протяжённость, число и длины сегментов, расстояние между концами и извилистость. Для следов добавлены отдельные статистика, гистограмма и CSV-экспорт.

🔸Точки измерений автоматически привязываются к граням, рёбрам и вершинам модели. Режим привязки можно временно переключать клавишей Ctrl, а созданные точки — выбирать и редактировать.
🔸Добавлены слои и коды трещин, настройка цветов и видимости, подписи с выбираемыми параметрами, заливка плоскостей, толщина линий и размеры точек. Стереограммы можно окрашивать по кодам, а расширенный экспорт сохраняет параметры и метаданные измерений.
🔸Ускорено отображение больших наборов измерений и исправлены ошибки установки, экспорта, стереограмм, редактирования полигонов и загрузки новых .blend-файлов.

Есть два варианта установки. Extension выбирайте в большинстве случаев — он устанавливается проще и уже содержит всё необходимое; обычную версию используйте только если Extension не подходит вашей версии Blender. Одновременно устанавливать оба варианта не нужно.

🔗 Файлы расширения доступны на GitHub и прикреплены к сообщению ниже.


➖➖➖➖➖➖➖➖➖➖
📧 Рассылка 📞 Telegram 📱 LinkedIn 📱 Youtube 📱 VK 💬 Блог 📚 Wiki

Друзья, приветствую!

Меня зовут Алексей Медведев.
Я сооснователь и управляющий директор компании ГЕОСУППОРТ.
Уже почти 10 лет я работаю в горной промышленности, почти всё это время посвятив геотехническому мониторингу.
И со многими из вас мы наверняка знакомы лично или заочно.

Собственно, зачем мы здесь?)

Есть проблема, которая давно не дает мне покоя.

Геомеханика почти всегда воспринимается как статья расходов. Как обязательное зло. Как то, на что приходится тратить деньги ради промышленной безопасности или выполнения требований.

Поэтому в нее часто начинают инвестировать только тогда, когда уже произошло серьезное событие. Или когда все понимают, что оно вот-вот произойдет.

Мне кажется, это фундаментальная ошибка.

Я убежден, что системный подход к геомеханике и геотехническому мониторингу — это не просто «косты». Это инвестиции в производственную и экономическую эффективность бизнеса.

Они позволяют добывать больше полезного ископаемого, безопасно увеличивать углы откосов, сокращать потери, снижать простои, лучше планировать горные работы, принимать решения быстрее и увереннее. В конечном счете — создавать дополнительную ценность для предприятия.

Но об этом почти не говорят.

Все обсуждают предотвращенные, а чаще - произошедшие аварии.
Почти никто не говорит о дополнительной прибыли, производительности, возврате инвестиций и экономическом эффекте.

Именно это я хочу попробовать изменить.
И поэтому я решил написать кандидатскую работу. Чтобы научно обосновать, доказать и систематизировать факты влияния геомеханики на производительность ГОКа.

Я хочу собрать воедино весь накопленный опыт, поговорить с людьми, которые знают больше меня, изучить лучшие мировые практики и самому попытаться найти ответы на вопросы, которые давно не дают покоя.

Если получится, то, возможно, мы действительно начнем воспринимать геомеханику не как центр затрат, а как инвестицию в развитие горного предприятия.

Этот канал — мой открытый дневник этого пути.

Здесь будет всё, что обычно остаётся за кадром:
— мысли, гипотезы и сомнения;
— книги и статьи;
— разборы реальных аварий и успешных кейсов;
— интервью с сильными специалистами из России и других стран;
— идеи, которые, я надеюсь, могут изменить подход к геотехническому мониторингу;
— немного «текучки».

Если вам интересны горное дело, геотехника, промбез, цифровизация, инженерия (и вам есть, что сказать по этому поводу) или просто любопытно посмотреть, как из практического опыта рождается научная работа, — оставайтесь.

Посмотрим, куда приведёт этот путь.

🧈 Подготовка и верификация исходных данных для блочного моделирования — это определяющий этап построения модели, именно на этом шаге закладывается качество всех последующих действий. Поэтому работу с данными следует начинать не с выбора метода интерполяции, а с анализа того, насколько сама выборка корректно описывает геологическое пространство.

1️⃣ Доменизация выборки.
Общую совокупность исходных данных необходимо первоначально разделять как минимум на 3 геолого-структурных макродомена – регулярный массив, кора выветривания и зоны тектонических разломов.

Необходимость такого разделения обусловлена тем, что указанные геологические среды формировались в различных условиях и характеризуются собственными закономерностями изменчивости и статистическими характеристиками. Их совместный анализ в составе единой выборки приводит к искусственному смешению различных статистических популяций, искажению формы распределений, средних и медианных значений, показателей дисперсии и пространственной корреляции и, как следствие, к некорректной интерполяции параметров в блоки модели.

Последующее районирование регулярного массива выполняется с выделением геомеханических доменов по значениям рейтинговых классификаций и физико-механических характеристик.

Геомеханические домены выделяются для обособления участков массива с однородными инженерно-геологическими свойствами и назначения для них репрезентативных расчётных параметров.

2️⃣ Декластеризация и композитирование.
Декластеризация применяется для снижения смещения статистических оценок, вызванного неравномерной плотностью бурения. На практике какая-либо часть месторождения часто оказывается изучена подробнее других, и тогда “интересующие” зоны начинают непропорционально сильно влиять на статистику. В результате представительность выборки снижается - статистические параметры могут и быть искусственно завышены или занижены.

Композитирование устраняет влияние различной длины исходных интервалов. При невзвешенном анализе короткие и длинные интервалы вносят одинаковый вклад в статистику, хотя характеризуют разные объёмы массива. Приведение данных к единой длине обеспечивает их сопоставимость и корректность последующей оценки. Альтернативой является анализ с взвешиванием значений по длине интервала.

3️⃣ Анализ сформированных выборок.
На этом этапе в первую очередь необходимо выявить и оценить выбросы. Часть экстремальных значений действительно может отражать локальные зоны повышенной изменчивости массива, однако другая часть нередко связана с ошибками описания керна, картирования или последующей обработки данных. Поэтому выбросы нельзя автоматически удалять или, наоборот, безусловно сохранять: каждое такое значение требует проверки в геологическом и геомеханическом контексте.

Далее следует проанализировать форму распределения параметров. Если гистограмма какого-либо геомеханического показателя демонстрирует выраженную мультимодальность, а коэффициент вариации остаётся высоким, это часто указывает на внутреннюю неоднородность выборки. В такой ситуации необходимо проверить пространственное распределение значений и оценить, не объединены ли в одном домене участки с различными условиями. При подтверждении такой неоднородности домен целесообразно дополнительно разделить на более однородные участки.

👩‍💻 Отдельное внимание следует уделить анализу ожидаемых корреляционных зависимостей между параметрами. Для геомеханических данных существуют пары показателей, связь между которыми обычно прослеживается достаточно устойчиво, например RQD и FF/m, GSI и JR/JA, Q и RMR и т.д. Если в исходной выборке такие зависимости отсутствуют или слабо выражены, это может служить признаком наличия грубых ошибок в исходных данных.

➖➖➖➖➖➖➖➖➖

📧 Рассылка 📞 Telegram 📱 LinkedIn 📱 Youtube 📱 VK 💬 Блог 📚 Wiki

⭐️ На прошедшей в мае конференции в Санкт-Петербургском Горном университете представлен доклад о выполненной нами разработке и тестировании трёхмерной FDEM-модели для оценки устойчивости уступов и бортов карьеров.

💡 В докладе описана модель, которая учитывает большинство факторов, влияющих на устойчивость: свойства пород и их неоднородность, трещиноватость, тектонические нарушения, природное поле напряжений, подземные воды и т.д. Модель воспроизводит различные типы потенциальных обрушений в карьере: контролируемые трещинами вывалы уступов, деформации слабых пород, сложные обрушения групп уступов (макроблоки) и бортов карьера.

С помощью модели сформирована полная карта устойчивости реального карьера, расположенного на Дальнем Востоке РФ.

🌟 Ознакомьтесь с докладом в нашем блоге

➖➖➖➖➖➖➖➖➖

📧 Рассылка 📞 Telegram 📱 LinkedIn 📱 Youtube 📱 VK 💬 Блог 📚 Wiki

⭐️ Основные виды обрушений на скальных откосах
 
📚 На скальных откосах по плоскостям структурных нарушений (система трещин, слоистость, контакт напластования) образуются кинематические блоки потенциального обрушения. Устойчивость таких блоков контролируется не прочностью породы, а ориентацией поверхностей ослабления относительно плоскости откоса и сдвиговой прочностью по этим плоскостям. Обрушение таких блоков происходит по типовым механизмам, которые определяют скорость развития деформаций откоса и методы анализа структурных обрушений.

Четыре механизма структурных обрушений:

🔸Плоское — скольжение по одной плоскости. Работает, когда азимут падения плоскости близок к азимуту откоса, а угол падения — между углом трения и углом откоса.

🔸Плоское с трещиной отрыва — тот же механизм, но субвертикальная трещина в тыльной части сокращает площадь контакта и создаёт ёмкость для воды. При обводнении — двойной эффект: гидростатика добавляет сдвигающую силу и снижает нормальное напряжение.

🔸Клиновидное — блок между двумя пересекающимися плоскостями, скольжение вдоль линии пересечения. Самый распространённый тип. Устойчивость зависит от трения по обеим граням — при разных свойствах поверхностей возможно скольжение по одной из плоскостей, а не по линии.

🔸Клиновидное с трещиной отрыва — тот же механизм, но дополнительная трещина срезает верхнюю часть клина, уменьшая поверхность сцепления блока с массивом. Для оценки устойчивости таких блоков и правильного вычисления объёма обрушения важно понимать в каком именно месте бермы сработает трещина отрыва.
 
Для всех механизмов принципиальная расчётная схема - движение твердотельного блока по плоскостям трещин. Кинематический анализ устойчивости блоков реализован в ПО Digger Slope 🌄.

При расчёте рассматриваются все комбинации трещин с плоскостью откоса (с учётом разброса ориентации трещин внутри систем при вероятностном анализе) и принимается, что трещина отрыва образуется не в произвольном направлении, а по существующей в породном массиве системе трещин. Расположение трещины отрыва на берме определяется в ПО автоматизированно методом поиска расстояния от бровки уступа, на котором коэффициент запаса устойчивости блока будет минимальным.

Для мониторинга: структурные обрушения развиваются быстро — часы или дни.
Ключевые признаки: раскрытие трещин по границам блока, следы сдвига на поверхностях (зеркала скольжения), боковые трещины, проявление трещины отрыва на берме. Размер блока оценивается по выходам ограничивающих поверхностей на откос.

В ПО Digger Slope 🌄 реализован метод обратных расчётов для уточнения характеристик сдвиговой прочности по поверхностям ослабления на основе данных о фактических обрушениях на откосах карьера. Это позволяет на лету калибровать исходные данные и актуализировать карту риска на контуре карьера при появлении новых данных о деформациях откосов.

➖➖➖➖➖➖➖➖➖

📧 Рассылка 📞 Telegram 📱 LinkedIn 📱 Youtube 📱 VK 💬 Блог 📚 Wiki