Расчет устойчивости бортов, уступов и отвалов карьеров

Обязательным элементом определения параметров откосов карьеров является оценка их устойчивости. Под устойчи­востью любого откоса (борта, уступа, отвала) карьера по­нимается его способность сохранять в течение времени эксплуа­тации установленные проектом геометрические параметры и форму при воздействии внутренних и внешних сил. К геомет­рическим параметрам, определяющим устойчивость бортов, уступов и отвалов, относят высоту и угол наклона поверхности откоса. Задача расчета устойчивости заключается в определе­нии или оптимального угла наклона откоса при установленной технико-экономическим расчетом его высоте, или, наоборот, вы­соты откоса при условии, что угол его наклона, например, от­вала задается, исходя из технологии формирования откоса. Методы расчета устраняют такие виды нарушений устойчиво­сти как оползни и обрушения.

Из всех известных методов расчета устойчивости откосов наиболее широко применяются инженерные методы, основан­ные на предельном равновесии прибортового массива по потен­циальным поверхностям скольжения, построенным тем или иным способом, рис. 4.3

 

 

 

Рис. 4.3 Схема построения потенциальной поверхности скольжения в однородном прибортовом массиве

 

К ним относятся:

а) расчет однородного борта по круглоцилиндрической поверхности скольжения;

б) алге­браическое сложение сил по потенциальной поверхности сколь­жения;

в) метод многоугольника сил.

 

Расчет параметров устойчивости однородных бортов карьеров основан на том, что предельно напряженный прибортовой клин АВСDЕ (рис. 163) ограничен в мас­сиве потенциальной поверх­ностью скольжения, которая делится на три части: верти­кальная плоскость отрыва СD, вычисляемая по формуле (VI.6.3); наклонная площадка скольжения ЕD, отклоняющаяся от вертикали на угол = 45°—р/2; круглоцилиндрическая поверхность скольжения АЕ, пересекающая основание откоса под углом к его плоскости. По характерным участкам борта карьера вкрест простира­ния его строят детальные инженерно-геологические разрезы, на которых должны быть выделены слои или группы слоев пород с различными показателями сопротивления сдвига р_i, и K_i и трещиноватости. Исходя из опыта эксплуатации карьеров с аналогичными горно-геологическими условиями, задаются приближенным значением угла наклона борта , под которым строят поверхность откоса АВ. Для построения потенциальной поверхности скольжения вычисляют ширину призмы возмож­ного обрушения и глубину вертикальной трещины отрыва H₉₀. Ширину призмы возможного обрушения вычисляют по фор­муле

(VI.6.4)

В формулах (VI.6.3), (VI.6.4) в качестве р и К принимаются средние их значения. В том случае, когда сцепление пород оп­ределялось в образцах, сцепление их в массиве К_м опреде­ляют по формуле

(VI.6.5)

где К — сцепление породы в образце, Па; а — коэффициент, зависящий от прочности пород и характера трещиноватости; W— интенсивность трещиноватости, обратно пропорциональ­ная среднему расстоянию между трещинами l, м. От точек F и D под углом к вертикали проводят плоскости скольжения до пересечения с точкой Е. В точке А под углом к поверхности откоса проводят касательную к поверхности скольжения. Пер­пендикуляры ОА и ОЕ к прямой аа и DЕ — радиусы кругло-цилиндрической поверхности скольжения, а точка О — центр окружности. После построения потенциальной поверхности скольжения СDЕА вычисляют средние весовые характеристики сопротивления сдвигу пород по поверхности скольжения:

(VI.6.6)

 

где К_i и р_i- — сцепление и угол внутреннего трения отдельных слоев пород, Па, и угл. градус; l_i — длина линии скольжения по отдельным слоям, м; — нормальное напряжение в середине каждого слоя, вычисляемое по формуле:

где — средний наклон поверхности скольжения в отдельных слоях (наклон касательной к поверхности скольжения в сере­дине слоя), угл. градус.

Влияние погрешностей определения прочностных характери­стик пород, методики расчета, влияния динамических нагрузок при массовых взрывах, снижения прочности пород с течением времени в расчетах параметров борта учитывают посредством коэффициента запаса, на величину которого снижают характе­ристики сопротивления сдвигу пород. С учетом назначения от­коса, срока службы, коэффициента запаса, n принимают от 1,1 до 1,5. Характеристики сопротивления сдвигу пород, уменьшенные на величину коэффициента запаса, называют расчет­ными.