Способ определения смещений массива горных пород

 

Изобретение предназначено для определения смещений и деформаций массива горных пород (МГП) в бортах карьеров, в откосах отвалов и других насьшных сооружений, а также при изучении развития оползней на естественных склонах. Цель изобретения - повышение точности определения смещений внутри деформирующегося МГП. В исследуемом МГП бурят спаренные наблюдательные скважины, располагая их в створе с плановым смещением деформирующегося МГП. В наблюдательных скважинах производят инклинометрическую съемку в исходном и сдеформированном положениях. По положению точек начал, концов и перегиба искривлений в сдеформированных стволах скважин определяют направления и величины смещений внутри деформирующегося МГП. По ним вычисляют по приведенной зависимости величины горизонтальных и вертикальных деформаций растяжения (сжатия) и деформации сдвига МГП на различных участках зоныдеформирования откосов. Эти величины используют затем при оценке устойчивости прибортовых МГП. 2 ил. i (Л ГчЭ 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУ БЛИН.Л0, 12 121

Al (59 4 E 21 С 39 00

ВСГ """,3 м

13, П!

ВЙЬЛК (. 1 л

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Щ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3855034/22-03 (22) 12.02.85 (46) 30.12.86. Бнл. У 48 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела (72) А.М.Мочалов и Г.В.Созыкин (53) 622. 1.528 ° 484 (088.8) (56) Калштениус Т.А. и др. Определение горизонтального смещения грунтов в полевых условиях. Проблемы инженерной геологии. M.: Мир, 1964, с,284-294.

Авторское свидетельство СССР

9 38504 1, кл, Е 21 С 39/00, 1970.

Оползни. Исследование и укрепление./Под ред. С.lilycvepa. М.: Мир, 1981, с. 107-109. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СМЕЩЕНИЙ

МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД (57) Изобретение предназначено для определения смещений и деформаций массива горных пород (МГП) в бортах карьеров, в откосах отвалов и других насыпных сооружений, а также при изучении развития оползней на естественных склонах. Цель изобретения — повышение точности определения смещений внутри деформирующегося

МГП. В исследуемом МГП бурят спаренные наблюдательные скважины, располагая их в створе с плановым смещением деформирующегося МГП. В наблюдательных скважинах производят инклинометрическую съемку в исходном и сдеформированном положениях, По положению точек начал, концов и перегиба искривлений в сдеформированных стволах скважин определяют на— правления и величины смещений внутри деформирующегося МГП. По ним вычисляют по приведенной зависимости величины горизонтальных и вертикальных деформаций растяжения (сжатия) и деформации сдвига МГП на различных участ— ках зоныдеформирования откосов. Зти величины используют затем при оценке устойчивости прибортовых МГП. " ил. в откосах других насыпных сооружений, а также при изучении развития оползней естественных склонов. 10

Г1ри развитии оползней в прибортовых массивах откосов формируется зона деформирования, смещения в которой на различных участках различны по величине и направлению, в связи 15 с чем надежная оценка деформаций массива может быть произведена только при условии определения направлений и величин смещений внутри массива. 20

Целью изооретения является повышение точности определения смещений массива горных пород.

la фиг. 1 изображены профили деформирующего откоса в исходном (1) и сдеформированном (2) состояниях, а также пробуренные с поверхности откоса две вертикальные спаренные скважины (3) и две скважины, пробуренные из подземных горных вырабо- 30 ток (4); на фиг. 2 — исходное и искривленпое положение сква»лп1 и точек начал, концов и перегибов искривлений, а также четырехугольник А,B,С, D ограничивающий в плоскости чер- 35 тежа исследуемый объем горного массива.

Суть способа закл|очается в том, что для определения смещений массива горных пород производят инклино- 40 метрическую съемку в спаренных скважинах, пробуренных в створе с плановым смещением деформирующегoca массива, определяют направления и вепичины смещений стволов спаренных 45 скважин по поло>кению точек начал, концов и перегиба искривлений, а деформацию массива определяют по зависимостям:

I .2 Л );

ХЗ ХА

Е х х„— х

"1  — 1A (, А о л

+ с

/ > с

z+z-z-z)55 с >> А х + х, — х — х с ц А

У„= 6 — 8 = arctg с А — агсСд (+

ХВ Хс Э А

1 128012

Изобретение относится к измерениям смещений внутри массива горных пород и может быть использовано при исследовании деформирования горного массива в бортах карьеров, в откосах различных земляных выемок, отвальной массы в откосах отвалов и

1 (-- — -, z+z,--z—А с р х+х -х5 о э

za) х„ — arctg с " »+

+ arctg (— ) х — х-х+х

С> с 1> А — (E -L ) з>.п 2< — ) xz cos 2, max где F„, Š— деформация массива в направлении координатных осей (х, z);

6 А,В,о, и

A;B e;I> — составляющие векторов смещений в координатных осях (х, z) точек А,B,С, D- стволов спаренных скважин в вершинах исследуемоГо блока массива;

АЯ,с,Э и z

А фс > — координаты вершин Л,В, - С, D исследуемого блока массива;

A,B,c,Ý

А, B,c,Э вЂ” координаты вершин

A,B Ñ,D исследуемого блока массива в сдеформированном состоянии; х 7 г>о.х

1 — деформация сдвига в массиве соответственно в координатных осях (х,z) и в пап1>авлении смещения (максимальная деформация сдвига);

d. — угол наклона линии смещения к оси х, центра исслецуемого блока массива.

Пример, Способ бып опробован на деформирующемся прибортовом массиве горных пород. слагающих борт карьера высотой 70 м и углом наклона 34, с бермы уступа которого на горизонте 149,0 м быпи пробурены две вертикальные скважины.Скважины расположены в створе предварительно установленного маркшейдерскими наблюдениями планового смещения массива на расстоянии друг от друга, составляющем около 103 от высоты откоса. Скважинами оконтурен исследуемый горный массив A B C D в зоне деформирования откоса с границами (5), Координаты устьев скважин в принятой условной системе координат, где ось х совпадает с направлением смещения массива, соответственно

1280121 равным, м: х, = 850, 55; z, 149,20 и х, =860,90, z =149,35.

Пробуренными скважинами оконтурен исследуемый массив горных пород зоны деформирбвания, имеющей мощность 35-40 м. Скважинами перебурены границы зоны деформирования на глубину 6,0 м и забои скважин рас.— положены в незатронутом деформациями массиве соответственно на отметках 91,50 и 93,80 м инклинометрической съемкой установлено исходное (3) и искривленное (3 ) местоположения скважин. Поскольку скважины расположены в створе с направлением смещения массива, предварительно установленным маркшейдерской съемкой, азимутальные измерения в скважинах не производились. Вычислены координаты точек скважин в исходном, и искривленном положениях, в том числе координаты точек начал (а,, а ), концов (8,, о ) и перегибов (Ь„, Ь ) искривлений (фиг. 2), м:, х = 848,05; х = 849,75;

xS = 850,80;

zz,= 129,15; к6, = 119,75;

zS, = 96,50; х„ = 858,05;

zä = 135,25; хь = 859,78; г = 124,50; х6 = 860,80;

z6 = 99,80, При этом начало искривления определяли по зафиксированному отклонению угла наклона ствола скважины от исходного положения (начало зоны деформирования). перегиб искривления по максимальному измеренному углу отклонения искривленного ствола скважины от исходного положения, конец искривления — по совпадению измеренного и исходного угла наклона сдеформированного ствола скважины от исходного положения. В искривляющейся скважине можно отметить точку максимальной положительной кривизны, расположенную между началом искривления и точкой перегиба, и точку максимальной отрицательной кривизны, расположенную между точкой перегиба и концом искривления, положение ко торых в искривляющихся скважинах также определяется на основе инклинометрических измерений.

По координатам соответственных точек начал, концов и перегибов вычислены направления (наклоны) векторов смещения массива в зоне деформирования на участках, примыкающих к линиям, соединяющим попарно указанные точки обеих искривленных скважин а гад

10 с = ar tg (— — )

1 х — х а1 а — 135 25 + 129 15)

-858,05 — .848,05 !

5 = 31 -4 (211 4 ); о(= arctg (— - — -)

2 хg1 хв

-124 50 + 119 75

-859,78 + 849,75

= 25 3 (209 3);

zS - z6

К = arctg (— -" — — )

25 х6 х8

-99 80 + 96 50

-860,80 + 850,80

18 3 (198 3) .

После установления направлений смещения точек (а,о,Ь) участок зоны деформирования прибортового массива, ограниченный скважинами, изображен на чертеже в крупном масштабе (1:50).

На чертеже отображено исходное и искривленное положения скважин и точек начал, концов и перегибов искривлений, а также четырехугольник А,В,С, 40 D, ограничивающий в плоскости чертежа исследуемый объем горного массива (фиг. 2). Линии а, а, Ь,, Ь показывают направления перемещений начал и перегибов искривлений, а отрезки е а„, е а, f Ъ, и f Ъ равны в масштабе чертежа векторам смещения этих точек, линия Б„ 3 является нижней границей зоны деформирования и разделяет смещающуюся часть прибортового массива от неподвижного массива.

Координаты точек е,, е, f,, fä и вершин четырехугольника А,В,С,D снимались с чертежа, графически установленные координаты равны, м: х = 850,75; г = 115,00;

ze„= 130,45; х = 860,80;

1280121 к = 115,00;

z(= 125,05; х = 850,45; к = 125 00;

z,= 120>25;

5 х, = 860,93;

z = 125,00;

z 136 10 â

Направления смещений вершин

A, C,D, установили интерполировани-.t0 ем. При установлении направления (наклона) смещения вершины А исходили из следующего: на интервале e„f,t разность отметок составляет 130 45

120,25 = 10,20 и, а направление сме-15 щения изменяется от 211 4 до 205 3, т.е. уменьшается по величине угла на о

6 1, тогда при разности отметок точки е1 и А„равной 130,45-115,00

15 45 м,, направление смещения на 20 интервале е А- изменится на величину д,, вычисленную по зависимости:

6 1 15 45 о

4Ы = †††-*-- = 9 2 а смещение

10 20 точки A произойдет под углом о, =— 211 4 — 9 2 = 202 2.

Аналогично методом интерполирования определены направления смещений остальных вершин четырехугольника:

d = 208", с, = 205 3 с = 202 5, После установления направлений смещения вершин исследуемого блока массива. из точек А,В,С,D на чертеже проводили отрезки соответственно под углами с „, о(,, с(и 2 до пересечения с искривленным положением скважин, при этом точки пересечения указанных отрезков с искривленными скважьнамн соответствовали новому местополо>кению вершин исследуемого блока в сдеформирова,нпом массиве, I 1 а отрезки AA, ВВ, СС и DD соответственно равны векторам смещения этих вершин, После выполненных построений графически определяли координаты A,В,С и D, м: х:= 850, 16; и

А «4»6 х, =- 848,31; .50 г := 123,86; х = 859,77; х — 860,5I.

114,88.

Затем по координатам вершин исследуемого блока в исходном и сдеформированном положениях вычисляли составляюп ие векторов их смещений, м:

1„ = -0,59;

-0,24;

-2, 14; в -1,14;

4 = -1,16;

»,= 0,55 — 10,29; — -О, 12, а величины деформаций исследуемого блока массива А,В,С,Э определяли по следующим зависимостям".

4, -4 4р- д (+ — — — --)

2 х -х х -х, с R Р Л (-1 16 + 2 14

860,93 — 850,45

-О 29 + 0 59 1 О 98

+- < < ) = — — (— — --+

860,80 — 850, 75 2 10,48

+ — <--- ) = Π5 (Π0935 + Π0298)

О 30

10, 05

1 — О, 0617;

2 Z>

1 (Я )

2 в л

1 -1 14+0 24

2 125 00 — 115,00

-О 55 + 0 12 1 (-0 90

125,00 — 115,00 2 10,00

-О 43

+ — > — ) = Π5 (-Π090 — Π043)

10,00 э

= -0,06652 + Е Z — Е

I I с

) = +arctg (Ь 2 Ь х +х i-х — х в с л

zc е >> + 26 ) х -х +х, l с )

+ х i-x,— х, с д> (-в х в

f + (6 х,+ в — arctg е р - z - zy + zg<

zan xcl x9f + Х

125 00+125 00-115 00-115 ОЦ) + arctg

= -arctg

850,45+860,93-860,80-850,75

123 86+124 45-114 88+115 76

+arctg (- ь . х х )

848, 3 1-859, 7 7-860, 51+850, 16

-89 5-0 +о82 1 + 1о9

= -5 5(-0,0963)g

У„„„„ = (Š— Г.,) зь .и 2с(†4 сов 2, (125 00-125 00-115 00+115 00)

850,45-860,93-860,80+850,75

123 86+124 45-114 88-114 76

-are tg (— - — — — — — — — — — )+

848, 31+859, 77-860,51-850, 16 где

7 12 с — вычисляли как среднее арифметическое из значений направлений смещения вершин исследуемого блока массива

Л+ +p+ с -с + р

К=

202 2 + 208 + 205 3 + 202 5

80121 8 волит получать сведения об объемных деформациях прибортовых массивов в зонах деформирования откосов, на,правления и величины смещений массива в плоскости спаренных скважин на различных участках эоны деформирования, ограниченной скважинами, деформации горизонтальных и вертикальных растяжений (сжатий) и де10 формации сдвига.

204 5э (0,0167 — (-0,0665) sin(409 ) (-0,0963 ) cos(409 )

0,1282 sin 49 + 0,0963 cos 49

= 0,12820 ° 0,755 + 0,0963 ° 0,656

= 0,0968 + 0,0632 = 0,16.

Данный пример выполнения способа относится к случаю,. когда пробуренные скважины в исходном положении не вертикальны (координаты вершин четырехугольника А,В,С,D по оси х соответственно равны, м: х

850,75; х в = 850,45; х = 860,93; х = 860,80, т.е. на интервале по глубине равной 10 м отличаются на

0,30 м на одной скважине и на

0,13 м — по другой.

При условии, когда пробуренные скважины целиком вертикальны, необходимость в графических построениях отпадает, при этом все необходимые вычисления упрощаются и могут быть произведены аналитически по координатам точек начал, концов и перегиба искривлений и координатам устьев скважин.

При многократных инклинометрических измерениях и соответственно многократном установлении последовательных местоположений искривленных скважин и координат точек начал,концов и перегиба искривлений направление смещения каждой точки может определяться самостоятельно независимо друг от друга, направления и величины смещений точек начал, концов и перегибов искривлений между двумя последовательными измерениями при этом вычисляются по их координатам, установленным этими измеренияМИ °

Предлагаемый способ определения смещений массива горных пород позФормула изобретения ренных скважин по положению точек начал, концов и перегиба искривлений, а деформацию массива определяют по зависимостям:

30 =

4. — 4в

Е = — — (- — -- —— х 2 х — х с в

t

Хв Хр, 1 ls -qA с (в А

+ Р ) °

2 z — z z2 У

B с >

=6-9 = arctg (-в - )

Х2 хв+ хс — xD хд — are tg (-в- < )—

Z — Z — ZD+ ZA

40 х -х -х,+х зв+ z - z - г с — arctg (— —,— —,— — + — — +-) +

ХВ + Хс — Х вЂ” Х „ с Хр +

+arctg ()

45 х -х -х Фх

В с ъ A (Š— Е ) sin 2о - 7 cos 2о х xz где „и — деформация массива в

50 направлении координатных осей (х, z);

4 л,в,с,Р и яАсР— составляющие векторов смещения в координатных осях (х, z) точек

А,В,С,D стволов спаренных скважин в вершинах исследуемого блока массива;

Способ определения смещений мас15 сива-ropHbm пород, включающий инклинометрическую съемку стволов скважин, обсаженных гибкими трубами, в исходном и сдеформированном положениях, отличающийся тем, что, 20 с целью новьппения точности, инклинометрическую съемку производяг в спаренных скважинах, пробуренных в створе с плановым смещением деформирующегося массива, определяют направления и величины смещений стволов спа1280121

А,б,с,3 л,в,с,> — координаты вершин

Л,В,С,D исследуемого бл ока мас с ив а;

И 2 т иф

Х z oaX фиа1

©uc 2

Составитель Т.Алексеева

Редактор JO.Ñåðåäà Техред И.Попович Корректор Е.Рошко

Заказ 7032/29 Тираж 470 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4 1, — координаты вершин

А,В,С,D исследуемого блока массива в сдеформированном состоянии; — деформация сдвига в 10 массиве соответственно

10 в координатных осях (х, z) и в направлении смещения (максимальная деформация сдвига, d — угол наклона линии смещения к оси х, центра исследуемого блока массива.