Цель работы – совершенствование метода прогноза геомеханических процессов при строительстве горных выработок в упругопластическом породном массиве с дилатансией. Приведены результаты экспериментальных исследований объемной прочности горных пород и особенностей развития объемных деформаций при пластическом сдвиге. Показано проявление дилатансии горных пород, представлены диаграммы изменения объемных деформаций пластического сдвига при различной величине достигнутых сдвиговых деформаций. Выполнена обработка результатов испытаний горных пород с использованием условия пластичности А.Н.Ставрогина. Предложено новое аналитическое решение задачи прогноза напряженно-деформированного состояния породного массива в зоне развития неупругих деформаций на основании условия пластичности А.Н.Ставрогина, в том числе уравнения для расчета зоны предельного состояния пород в окрестности горной выработки. Представлен алгоритм прогноза напряженно-деформированного состояния породного массива. Изучены закономерности связи размеров зоны предельного состояния породного массива в окрестности горной выработки с параметрами дилатансии горных пород, коэффициентом бокового распора и глубиной заложения выработки. Исследован характер развития смещений контура горной выработки кругового очертания в постановке плоской деформации при различных параметрах условия пластичности и показателях дилатансии горных пород. Выполнено внедрение условия пластичности А.Н.Ставрогина в программный комплекс Abaqus. Результаты исследований позволили установить область применения аналитического решения. Оно сохраняет физический смысл только при формировании зоны предельного состояния в окрестности всего контура горной выработки. Представленный подход к численному решению не содержит это ограничение и может распространяться на произвольное геомеханическое состояние породного массива и на любую форму сечения горной выработки.

The goal of this study is to enhance the method for predicting geomechanical processes during mine working construction in an elastoplastic rock mass with dilatancy. We present the results of experimental research into the volumetric strength of rocks and the specifics of volumetric strain development under plastic shear. We demonstrate rock dilatancy and provide diagrams showing how volumetric plastic shear strains change at different levels of accumulated shear strains. We process the rock testing results using A.N.Stavrogin’s plasticity condition. We propose a new analytical solution for predicting the stress-strain state of the rock mass in areas with inelastic strains, based on A.N.Stavrogin’s plasticity condition. This includes equations for modelling the limit state zone of rock around a mine working. We introduce an algorithm for predicting the stress-strain state of the rock mass. We investigate how the size of the limit state zone around a mine working relates to rock dilatancy parameters, lateral stress coefficient, and working depth. We examine how contour displacements develop for a circular mine working under plane strain conditions, considering various plasticity parameters and rock dilatancy indicators. We implement A.N.Stavrogin’s plasticity condition in the Abaqus software package. Our research results help define the scope of the analytical solution. The solution remains physically meaningful only when the limit state zone forms around the entire perimeter of the mine working. The proposed numerical approach removes this limitation. It applies to any geomechanical state of the rock mass and to mine workings with any cross-sectional shape.