Способ расчета устойчивости откосов с учетом стуктурных особенностей массива горных пород

Предлагается решение задачи по обоснованию устойчивости откосов, заключающееся в совершенствовании численно-аналитического способа проф. П.С. Шпакова и соответствующее конкретным горно-геологическим и горно-техническим условиям.

Поверхности скольжения могут проходить как по массиву, так и по структурно-тектоническому контакту при одновременном удовлетворении обычного и специального предельного равновесия на границе двух сред [1]. Конструктивные параметры предельных откосов можно определить функцией профиля P_Rборта карьера (или его участка)

, (1)

где H, α - параметры борта карьера; ρ_i , k_i , γ'_i , ρ'_j , k'_j - физико-механические свойства горных пород структурно-литологических элементов и их контактов соответственно;

h_k , b_k , δ_k - параметры уступов; λ _m , β_m - элементы залегания структурно-литологических элементов в массиве; g - уровень грунтовых вод.

Элементы структуры борта могут быть заданы как в явной форме λ _m , β_m , h_k , b_k , δ_k , g, так и через координаты узловых точек, описывающих структуру. Во втором случае можно учитывать в расчете структурные особенности любой формы (пликативные, планетарные и другие). Задавая граничные условия в соответствии с залеганием структурно-литологических элементов, интегральное уравнение предельного равновесия может быть представлено в общем виде

= 1, (2)

где m₁ - количество литологических разностей, пересекаемых поверхностью скольжения; σ - нормальное напряжение, действующее на элементарной площадке поверхности скольжения; m₂ - количество контактов (поверхностей ослабления), по которым формируется поверхность скольжения; L_м , L_k - участки поверхности скольжения, проходящие по массиву и контакту (поверхность ослабления) соответственно; τ - касательное напряжение, действующие на элементарной площадке поверхности скольжения.

В зависимости от геометрической модели расчета и принимаемого к анализу механизма деформирования откосов уравнение предельного равновесия включает элементы структурных особенностей прибортового массива, соответствующие конкретным условиям, с их учетом производится перебор потенциальных поверхностей скольжения в расчетной призме и выбирается наиболее опасная. В результате анализа участков борта карьера по фактору устойчивости производится корректировка его контура, который может стать более выпуклым или вогнутым с целью определения наиболее рационального профиля устойчивого борта карьера. Подобный подход позволяет подвергнуть расчетам не только плоский откос одиночного уступа, но и ступенчатый откос группы уступов. Оценка его устойчивости заключается в определении главных параметров борта карьера H, α, а затем частных h_k , b_k , δ_k параметров уступов [2].

Совокупность горно-геометрических условий прибортового массива определяет его структурные особенности и новую расчетную схему. Каждое из этих условий может быть решающим при обосновании рационального профиля борта карьера. Рассмотрим наиболее часто встречающиеся на практике варианты формирования поверхности скольжения с учетом наличия в массиве поверхностей ослабления и расчетные схемы устойчивости откосов. В зависимости от местонахождения пологопадающей поверхности скольжения могут быть две расчетные схемы [2]: схема 1 - β₁β₂ . Для крутопадающей поверхности ослабления также могут быть две расчетные схемы: схема 3 - β₂>β₃ ; схема 4 - β₂<β₃ . Для наклонной поверхности ослабления могут быть две расчетные схемы: схема 5 - без подрезки откоса; схема 6 - с подрезкой откоса.

Рис. 1 – Расчетная схема устойчивости откоса с полого падающей поверхностью ослабления при β1<β2

Непосредственное решение уравнения равновесия (2) относительно Н и r в элементарных функциях не представляется возможным. Поэтому решение этих уравнений выполняется численно-аналитическим способом с учетом того, что откос каждый раз приводится в предельное состояние пропорциональным последовательным численным изменением прочностных характеристик массива до предельных. Опыт применения данного способа расчета устойчивости откоса на практике показывает, что имеется возможность учесть трещиноватую и слоистую структуру пород, слагающих прибортовой массив [3].

Библиографический список

1. Попов И.И., Шпаков П.С., Поклад Г.Г. Устойчивость породных отвалов. Алма-Ата, Наука, 1987, 225 с.
   
2. Шпаков П.С., Ожигин С.Г., Ожигина С.Б., Долгоносов В.Н., Шпакова М.В. Способ расчета устойчивости карьерных откосов для сложноструктурных месторождений //ГИАБ. - М.: МГГУ, 2008. - № 11. - С. 221-225.
   
3. Ожигин С.Г., Ожигина С.Б. Низаметдинов Ф.К. Оценка устойчивости трещиноватых откосов численно-аналитическим способом // Труды Международной научно-практической конференции "Актуальные проблемы горно-металлургического комплекса Казахстана". Караганда, 2003, С. 131-133.
   

1. Государственный кадастр недвижимости и земельно-имущественные отношения
   
2. Мониторинг природных ресурсов и охрана окружающей среды
   
3. Комплексное использование природных ресурсов
   
4. Современные вопросы геологии
   
5. Физика горных пород
   
6. Новые технологии в природопользовании
   
7. Применение современных информационных технологий
   
8. Экономические аспекты недвижимости
   
9. Мониторинг использования объектов недвижимости