Порядок расчёта устойчивости откосов, нагруженных весом тяжелого оборудования

1. В массиве уступа проводится ряд расчётных поверхностей скольжения, которые в верхней части наклонены к вертикали под углом . Далее рассчитываются величина σ_о.

,

или величина удельного давления на грунт от оборудования

или ,

где - площадь опорной части

и - длина и ширина опорной части

Если > σ_о, то наклонные участки поверхности скольжения будут начинаться непосредственно на верхней площадке уступа под опорной базой оборудования.

Если < σ_о, то в наклонной части расчётной поверхности скольжения будут начинаться с величины

,

а выше будет образовываться вертикальная площадка отрыва.

В средней и нижней частях поверхность скольжения имеет вид круглоцилиндрической или плавной криволинейной.

2. Для каждой ПС определяется дополнительная нагрузка, при которой обеспечивается заданный n.

,

где - угол наклона ПС в верхней части

,

3. После расчёта величины П для заданных ПС строится кривая в зависимости от дополнительных нагрузок, от расстояния до верхней бровки уступа.

Для определения расстояния от верхней бровки до оборудования на уступе, при котором сохраняется заданный n, необходимо на построенной кривой найти точку, соответствующую нагрузке, приходящейся на м2 опорной части оборудования и из неё опустить перпендикуляр на ось абсцисс.

119. Учёт обводненности массивов горных пород при расчётах их устойчи­вости

Наличие воды существенно влияет на физико-механические свойства ГП, слагающих массивы, и условия их устойчивости.

В откосах сложенных ГП с жёсткими связями (скальные и полускальные) влияние воды проявляется в основном в процессах выветривания, которые сказываются на их устойчивости только при длительном влиянии (откосы нерабочих бортов, траншей, законсервированных откосов). Некоторые полускальные ГП теряют прочность в результате процессов размокания и растворения. В этом случае воды будет определяющим фактором для пород.

Несвязные раздельнозернистые ГП практически не изменяют свои прочностные свойства под влиянием воды. Деформации откосов в них объясняются в основном наличием гидростатических и гидродинамических сил. Особенно существенное влияние оказывают подземные воды на прочностные характеристики мягких связных глинистых ГП.

В обводнённых массивах напряжённое состояние изменяется под воздействием гидростатических и гидродинамических сил. Гидростатическое давление проявляется архимедовыми силами взвешивания, которые уменьшают давление столба ГП над потенциальной поверхностью скольжения и тем самым уменьшают силы трения.

Рассмотрим пример обводнённого фильтрационного откоса сложенного обводнёнными ГП с K и ρ. В откосе содержится водоносный горизонт грунтовых вод (УГВ – уровень грунтовых вод), имеющий выходящую на откос свободную поверхность. В основании залегают водопроницаемые ГП.

Разобьем поверхность возможного обрушения на вертикальные блоки и рассмотрим удерживающие и сдвигающие силы. Гидростатическое взвешивание будет действовать на поверхность скольжения и определяться в каждой точке как вектор силы направленный перпендикулярно к ней. Его величина зависит от удельного веса и высоты столба воды над поверхностью скольжения:

,

Линия АДЕ, проведённая через начало векторов и поверхность скольжения, образует эпюру распределения гидростатического давления на призме возможного обрушения.

Записав уравнение равновесия для каждого блока и просуммировав правые и левые части, получим уравнение равновесия для всего откоса:

,

120. Виды деформаций массивов горных пород при открытой разработке
месторождений

При проведении ОГР нарушается природная обстановка в массиве и изменяется естественное состояние, обусловленное действием гравитационных сил. Это во всех случаях сопровождается развитием деформаций в прибортовой зоне карьера.

Деформации в массивах ГП представляют собой сложные инженерно-геологические явления, приводящие к изменению формы контура горных выработок и отвалов. Величина, характер, время развития деформаций, объёмы деформируемых ГП различны и зависят от количества одновременно влияющих факторов в конкретных горно-геологических условиях.

Все явления деформаций при ОРМПИ в массивах ГП разделяют на следующие виды: осыпи, обрушения, оползни и группа фильтрационных деформаций, куда входит механическая и химическая суффозии, оплывание, фильтрационный выпор, просадки и эрозия откосов.

Осыпи образуются в результате выветривания ГП на поверхности откосов. Проявляются в виде отрыва отдельных частиц, кусков от массива и скалывания их к подошве откосов. Они образуются при углах откосов, превышающих углы естественного откоса (35⁰÷37⁰). Тогда частица, потерявшая связь с массивом, не может удерживаться на поверхности откосов силами трения.

Обрушение отличается от осыпей тем, что захватывают более значительные массивы ГП. Поверхность отрыва совпадает с трещинами и наклонена под углом больше угла внутреннего трения, поэтому после преодоления сил сцепления оторвавшийся массив не может удерживаться по этой поверхности силами трения, и скатывается вниз к подошве откоса в течение нескольких секунд.

Оползни характеризуются медленным смещением породных масс по поверхности скольжения, которая залегает в массиве в среднем под углом меньшим угла внутреннего трения, пересекаемых этой поверхностью. При этом величины напряжений по поверхности скольжения или на значительной её части находятся за пределом текучести. Вследствие этого и происходит пластическая деформация ГП – оползень, продолжающийся от десятков минут до нескольких месяцев. А при вовлечении новых массивов и до нескольких лет.

Чёткой границы между отдельными видами вышеназванных деформаций не существует. Осыпи и обрушения различаются по относительной величине деформирующихся массивов, а обрушения и оползни по скорости деформации, зависящей от наклона поверхности скольжения и от характера напряжённого состояния ГП.

Однако, оползень – это вид деформаций, являющийся наиболее крупным по размерам захватываемых участков, наиболее опасным и приводящий к тяжёлым последствиям.

По объёму оползни различают:

- мелкие (с объёмом оползневого тела сотни - тысячи м³)

- средние (десятки – сотни тыс. м³)

- крупные (млн. м³)

В плане оползни могут иметь различные очертания, что связано с условиями их образования и геологическими параметрами откосов. Наиболее часто встречаются оползни округлой формы (длина по фронту приблизительно равна ширине) – циркообразные. Широкое распространение имеют и фронтальные оползни (длина по фронту больше ширины). Менее распространены вытянутые оползни – потоки (длина намного больше ширины).

В динамике развития каждого оползня выделяют три этапа:

I - подготовки

II - фактического образования

III - стабилизации

Первый этап может продолжаться месяцами и годами, а при интенсивном воздействии на массив (взрывы, динамические нагрузки, при работе горно-транспортного оборудования и др.) сокращается до минимума. Во время этого этапа постоянно снижается устойчивость массива. Коэффициент запаса устойчивости постоянно или скачкообразно уменьшается, и массив переходит в состояние предельного равновесия. Здесь характерно появление трещин на верхней площадке (заколы), микроподвижки, а для мягких связных – пластических деформаций. Только на этом этапе возможно затухание оползневых деформаций при устранении причин их вызвавших.

Второй этап также может продолжаться от нескольких минут до многих месяцев. Характерным является быстрая потеря устойчивости и максимальные скорости смещения оползневого тела или его отдельных частей.

Третий этап наступает после того как оползень полностью сформируется и появляется устойчивое равновесие, но уже при новых геометрических параметрах откоса.

В практике ОРМПИ выделяют следующие виды оползней:

- оползни изотропных массивов

- циклические оползни изотропных массивов

- контактные

- покровные и глубинные оползни слоистых ГП:

- оползни выпирания

- оползни-надвиги

Оползни изотропных массивов

Характерным для них является то, что поверхность скольжения не связана с какими-либо зонами, плоскостями ослабления и имеет вогнутую круглоцилиндрическую форму. Такие оползни развиваются чаще всего в пределах одного уступа, сложенного однородными мягкими связными ГП, а иногда слабыми полускальными.

Основная причина: снижение прочности ГП, под влиянием различных сил. Дополнительной причиной является снижение прочности ГП под влиянием воды. В результате чего возникают циклические оползни изотропных массивов.

1 – первоначальный профиль уступа I, II, III – циклы развития оползня

2 – поверхность скольжения

3 – тело оползня

Ширина блока I цикла оползня измеряется от нескольких см до 5÷8 м. После сползания I блока возникает аналогичное условие нового цикла. Интенсивность развития таких оползней достаточно высокая, а скорость продвижения вершины составляет 10÷40 м/год при Н_у=10÷15 м.

Контактные оползни характеризуются явно выраженной плоской, ломанной или ступенчатой поверхностью скольжения.

Поверхностью скольжения наиболее часто являются маломощные глинистые прослойки или плоскости напластования тектонических нарушений, трещин и др., падающие в сторону выемки.

Решающее значение при образовании таких оползней имеет вода. Попадая в ослабленные зоны, вода оказывает динамическое воздействие на оползающий блок, снижая прочностные свойства и резко уменьшает коэффициент трения по поверхности скольжения. Образованию таких оползней способствуют сейсмические и вибрационные воздействия на массив.

Покровные оползни характеризуются тем, что оползневое тело формируется из покровных образований, а поверхностью скольжения является кровля коренных ГП. Встречаются они двух типов:

- слабые покровные отложения на естественных склонах, подсечённых карьером

1 – кровля коренных ГП 2 – коренные ГП 3 – покровные отложения 4 – первоначальный контур 5 – тело оползня 6 – поверхность скольжения

Причины возникновения таких оползней следующие:

- подрезка контакта выработкой

- воздействие сейсмических нагрузок от взрывов

- при работе оборудования

- устройства временных насыпей и отвалов

- нарушение естественного режима подземных вод

Такие оползни могут захватывать значительные по мощности покровные отложения. Образуются на нерабочих бортах карьера и представляют собой сползание продуктов выветривания (вторичных покровных образований) по откосу борта.

- продукты выветривания на бортах карьера

1 – первоначальный контур борта 2 – контур борта после оползня 3 – тело оползня 4 – вторичные покровные образования (осыпи)

Причины:

- увлажнение массива продуктов выветривания подземными и поверхностными водами

- подпор подземных вод в результате перекрытия путей дренирования

- сейсмические воздействия

Глубинные оползни

Оползни выпирания возникают при наличии на вскрытых карьером выработках слабых пластичных глин или слабых контактов между слоями, прочностные характеристики которых значительно меньше чем у вышележащих ГП.

Причины: обводнение ГП или завышение угла наклона борта или уступа.

Поверхность скольжения при оползнях выпирания опускается ниже подошвы выемки и в нижней части выходит на дневную поверхность на некотором расстоянии от нижней бровки откоса, а перед откосом образуется вал выпирания.

1 – слой слабых ГП 2 – поверхность скольжения 3 – первоначальный контур борта 4 – тело оползня

Для оползней выпирания характерно вертикальное смещение в верхней части оползня, а в средней и нижней части наблюдается перемещение в сторону выработанного пространства на ряду с вертикальным смещением.

Оползни-надвиги характеризуются тем, что в нижней части оползня поверхность скольжения проходит либо по ослабленному контакту между слоями, либо по слабому пластичному прослойку полностью пересечённому бортом, а средняя и верхняя части поверхности скольжения пересекают слои.

Фильтрационные деформации

Основным фактором, определяющим их характер и вид, являются подземные и поверхностные воды.

Механическая суффозия – вынос фильтрационным потоком мелких частиц из массива ГП с образованием полостей (каналы, пещеры). В дальнейшем это приводит к возникновению на бортах и уступах воронок, провалов, а в нижней части конусов выноса из мелкозернистых материалов.

Важным условием проявления суффозных процессов является неоднородный гранулометрический состав и большой градиент напора подземных вод.

Оплывание – перенос и переотложение частиц ГП подземными водами, вытекающими на откосы в пределах промежутка высачивания.

Различают следующие формы оплывания:

1. локальная в откосах песчаных ГП

2. локальная в откосах глинистых ГП

3. массовая в откосах, вскрывающих плывуны

4. массовая в откосах песчаных ГП при динамическом воздействии

1. На рабочих бортах вызывает затруднение в работе оборудования, т.к. зона оплывающего песка может захватывать широкую полосу при длине языков оплывания до 25 м.

2. Связана с резким переувлажнением глинистых откосов. Возможность их оплывания возникает при влажности, превосходящей верхний предел пластичности (границу текучести).

3. Наиболее опасный вид оплывания – это массовое оплывание откосов, вскрывающих плывуны.

Плывуны – водонасыщенные дисперсные ГП, которые при вскрытии горными выработками текут, т.е. ведут себя подобно тяжёлым вязким жидкостям. Оплывание таких ГП может происходить как медленно толстым слоем, так и катастрофически быстро в виде прорыва.

Характерная особенность плывунов – их склонность к тиксотропным превращениям, т.е. способность разжижаться при сотрясении и вибрации, а после прекращения механических воздействий быстро восстанавливать своё первоначальное состояние. Так они быстро переходят в неустойчивое жидкое состояние в зоне работы экскаватора, транспорта и представляют определённую опасность.

4. Характерно для водонасыщенных высокопористых их разностей. Обычно с коэффициентом пористости более 42%. Оплывание связано с потерей прочности и переходом в разжиженное состояние под влиянием сотрясения.

Фильтрационный выпор – прорыв слабосцементированных песчано-глинистых ГП с водой через слой водоупорных ГП.

Наиболее опасный вид выпора – прорыв напорных вод через водоупорные слои на дне карьера. Условие возникновения – величина напора на подошву карьера превышает величину сопротивления сдвигу этого слоя с учётом массы его в пределах дна карьера.

В результате прорыва вместе с водой возможно движение ГП и водоносного слоя, которые через разрушенный водоупорный слой будут выдавлены в карьер. Это приводит чаще всего к образованию оползней в бортах карьера.

Химическая суффозия (карст) – процесс растворения и выщелачивания ГП подземными и поверхностными водами с образованием воронок и провалов в прибортовой зоне карьера. Эти процессы характерны для ГП, содержащих более или менее растворимые минералы.

Просадки – вертикальное опускание прибортовых участков высокопористых породных масс без образования поверхностей разрыва.

Чаще всего просадки не нарушают общей устойчивости борта (уступа). Однако, в силу скоротечности этого вида деформации, просадки являются опасными для машин и механизмов.

Эрозия откосов – размывание откосов, сложенных чаще всего песчано-глинистыми ГП. Происходит под влиянием ливневых потоков воды, стекающих по откосам, и приводит к образованию промоин и конусов в выносах. Промоины могут достигать глубины нескольких метров, а конусы в выносах до 3÷5 тыс.м³ песчано-глинистого материала на 1 км фронта.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: