1. Поляризаційно-оптичний, або просто оптичний метод моделювання дозволяє встановлювати розподіл і значення напруг в масивах порід і елементах споруд будь-якої конфігурації, коли деформації моделі відбуваються без розриву суцільності.
Оптичний метод заснований на властивості більшості прозорих ізотропних матеріалів (целулоїд, бакеліт, фенол та ін.), званих оптично-чутливими, при додатку механічних навантажень придбавати оптичну анізотропію і проявляти здатність подвійного променезаломлення. Останнє полягає в тому, що промінь світла, проходячи через прозору кристалічну середу, розкладається на дві взаємно-перпендикулярні плоскополярізованний складові, які поширюються всередині середовища з різною швидкістю.
Вперше цей метод був застосований Ф. Левінсоном-Лессингом і А.Зайцевим при дослідженні впливу форми перерізу тунелів на характер розподілу напружень. Досліди показали, що найбільше стискальне напруження (при одноосьовому початковому напруженому стані) виникає по бічних сторонах отвори і що воно досягає, приблизно, потрійного значення відносно стискають напруг в непорушеному масиві; найменші напруження виникають при овальному і підковоподібної перетинах, витягнутих у напрямку діючих сил.
Застосування оптичного методу в геомеханіці базується на теоремі Леві-Мітчела про незалежність характеру розподілу напружень в плоских моделях від пружних сталих моделей при рівності нулю рівнодіючої всіх прикладених зовнішніх сил (головного вектора) і рівнодіючої всіх моментів (головного моменту ), що дозволяє при моделюванні забезпечувати тільки геометрична подібність моделі і натури
Для завдань геомеханіки вельми зручно застосування органічних стекол і епоксидних смол. У пластинках із зазначених матеріалів у прийнятому масштабі вирізують контури досліджуваних виробок, навколо яких досліджується розподіл напружень при різних схемах навантаження пластинок по контуру розтягуючими або стискаючими силами. Напрямки головних напружень визначають при просвічуванні плоскої моделі в поляроскопе.
При вирішенні завдань, які не можуть бути зведені до плоским, застосовують об'ємні моделі. Для знаходження напружень в будь-якої внутрішньої області об'ємної моделі виділяють цю область так, щоб по дорозі проходження світлового променя напружений стан практично не змінювалося. Основні способи вирішення об'ємних завдань: а) спосіб, заснований на використанні властивостей оптично-чутливих матеріалів моделей фіксувати ( заморожувати ) оптичний ефект; б) спосіб розсіяного світла; в) спосіб оптично-чутливих вклейок.
Найбільше поширення отримав перший спосіб - заморожування з подальшою розпилюванням об'ємної моделі на тонкі зрізи товщиною 1-3 мм. Він заснований на відкритому Г. Оппелем в 1936 р ефекті збереження картини смуг деякими оптично-чутливими матеріалами, обумовленому особливостями їх двофазної молекулярної структури. Спочатку модель навантажують при підвищеній температурі, потім, не прибираючи навантаження, поступово охолоджують до кімнатної. При знятті навантаження деформації, отримані при підвищеній температурі, залишаються, відповідне їм подвійне променезаломлення також зберігається. Температури замору-живания різних оптично-чутливих матеріалів коливаються в межах 80-150 ° С.
В останні роки метод фотоупругості все ширше застосовують і для вирішення динамічних задач. При цьому виникають у моделях інтерференційні картини дають можливість безінерційний досліджувати поширення хвиль напружень на всіх стадіях динамічного процесу. Для реєстрації інтерференційних картин застосовують високошвидкісні камери, в якості джерел світла використовують газорозрядні імпульсні лампи. Моделювання динамічних навантажень здійснюють за допомогою копрів різних конструкцій, а також вибухів спеціальних зарядів. Для поділу напруг одночасно з реєстрацією картин смуг виробляють запис деформацій у моделі за допомогою тензометричних або геометричних (муар, голографія, сітки) методів.
Інший напрямок пов'язане з використанням методу при вивченні деформування порід в умовах прояву непружних деформацій, зокрема деформацій пластичності і повзучості. У цьому випадку мова йде про ефект фотопластічності і фотоползучесті застосовуваних оптично-чутливих матеріалів. При моделюванні динамічних процесів, а також напруженого стану об'єктів з урахуванням деформацій пластичності і повзучості, на відміну від статичних завдань, необхідно домагатися відповідності реологічних властивостей натури і матеріалу моделі.
Таким чином, оптичне моделювання дає можливість отримати наочне уявлення про поле напружень в масиві порід навколо виробок будь-якої конфігурації. Тому навіть отримання якісної картини розподілу напружень іноді дозволяє зробити важливі висновки і висновки, виділити найбільш і найменш ...
