Способ натурного определения параметров сопротивления сдвигу пород в массиве
Использование: в области горного дела и строительства. Сущность: способ заключается в выделении в центральной характерной части оползня полосы, ширина которой обобщенно отражает реальный механизм и форму деформирования, в произведении многократных измерений характеристик элементов поперечного профиля по их простиранию с заданным постоянным интервалом по обе стороны от центральной линии, с использованием средних значений полученных измерений характеристик по каждому элементу поперечного профиля при построении обобщенного расчетного поперечника , на осноое которого выполняют геометрический анализ, определяют координаты центров вращения и длины радиусов реальной и наиболее опасной расчетнойкруглоцилиндрических поверхностей и вычисляют действующие на момент смещения напряжения, значения которых подставляют в уравнения предельного равновесия, Изобретение позволяет повысить точность определения параметров сопротивления сдвигу в уступах, сложенных однородными и квазиизотропными массивами горных пород, когда в них формируется круглоцилиндрическая поверхность скольжения. 3 ил., 5 табл. сл С
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4885538/33 (22) 27.11.90 (46) 30.06.93, Бюл. йв 24 (71) Государственный научно-исследовательский институт горнохимического сырья (72) А.Я,Егоров (56) Рекомендации по количественной оценке устойчивости ополэневых склонов. М.:
Стройиздат, 1984, с. 78.
Фисенко Г.Л. Устойчивость бортов карьеров и отвалов.М.: Недра, 1965, с. 277.
Авторское свидетельство СССР
hb 1671770, кл. G 01 N 3/24, 1989. (54) СПОСОБ НАТУРНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ПАРАМЕТРОВ СОПРОТИВЛЕНИЯ СДВИГУ
ПОРОД В МАССИВЕ (57) Использование: в области горного дела и строительства. Сущность: способ заключается в выделении в центральной характерной части оползня полосы, ширина которой обобщенно отражает реальный механизм и форму деформирования, в произведении
Изобретение относится к области горного дела и строительствэ, предназнэчено для определения параметров сопротивления сдвигу пород в массиве в натурных условиях с учетом масштабного фактора в полном объеме (обратный расчет).
Цель изобретения — повышение точности определения параметров сопротивления сдвигу эа счет площадной локализации натурных измерений характеристик элементов поперечного профиля после завершения основной ополэневой подвижки, необходимых для получения оптимальных
„„5U ÄÄ 1824488 А1 (я)с Е 02 0 1/00, G 01 N 3/?4 многократных измерений характеристик элементов поперечного профиля по их простиранию с заданным постоянным интервалом по обе стороны от центральной линии, с использованием средних значений полученных измерений характеристик по каждому элементу поперечного профиля при построении обобщенного расчетного поперечника, нэ основе которого выполняют геометрический анализ, определяют координаты центров вращения и длины радиусов реальной и наиболее опасной расчетной круглоцилиндрических поверхностей и вычисляют действующие нэ момент смещения напряжения, значения которых подставляют в уравнения предельного равновесия, Изобретение позволяет повысить точность определения пэрэметров сопротивления сдвигу в уступах, сложенных однородными и квазиизотропными массивами горных пород, когда в них формируетсл круглоцилиндрическая поверхность скольжения. 3 ил., 5 табл. координат центров вращения и длин радиусов реальной и наиболее опасной расчетной круглоцилиндрческих поверхностей скольжения в уступах, сложенных однородными и квэзпизотропными глассивэми горных пород, Нэ фиг.1 изображен обобщенный расчетный поперечник, построенный по данным многократных измерений в полосе обобщенно отражающий механизм и форму деформирования уступа: нэ фиг.2 — то же, при оползании по круглоцилиндриче"..Кой поверхности в отвале, имеющем формулу ко1824488 нуса; на фиг.З вЂ” графическая зависимость между коэффициентами устойчивости К> и радиусами круглоцилиндрических поверхностей скольжения.
На чертежах даны следующие обозначения: 1 — реальная круглоцилиндрическая поверхность скольжения с центром вращения 0 и радиусом г1, 2 — бровка оползня с шириной захвата в. 3 — поверхность верхнего (основного) ополэневого уступа с обратным уклоном, 4 — точка пересечения поверхности скольжения с поверхностью откоса в его основании, 5 — основание уступа, 6 — контур уступа до его оползания, 7— языковая часть оползня, 8 — возможные круглоцилиндрические поверхности скольжения с различным запасом устойчивости уступа при реально зафиксированных проявившихся на дневной поверхности граничных условий . деформирования и соответствующие им радиусы и центры вращения (02 (мин), Оз, 04, Оэ и Ов(макс), 9— перпендикуляр к центру линии, соединяющей две точки граничных условий деформирования, на которой закономерно располагаются центры вращения всех возможных круглоцилиндрических поверхностей скольжения, рассмотренных предложенных способом, 10-линия,соединяющая верхнюю и нижнюю точки граничных условий деформирования уступа, 11— расчетные отсеки (I — XIV), 12 — радиус реальной круглацилиндрической поверхности скольжения (R), 13 — жесткое основание, 14 — кривая (фиг.3) для случая на фиг,1, 15 — то же, для фиг.2, Способ осуществляют следующим образам.
Выделяют полосу в центральной части, Эта операция обобщенно отражает реальный глеханизгл и форму деформирования в случае сползания уступов, сложенных однородными и квазиизатрапными массивами горных пород и имеет физический смысл— естественное обоснование. Эта заключается в там, что именно в центральной части оползней этого типа по данным многочисленных натурных наблюдений в карьерах и выемках сосредоточен основной обьем опалзневых масс (до 90 ). Краевые части таких оползней вовлекаются в движение инерционными силами и имеют вторичный наложенный характер, не оказывая существенного влияния на основное дефорглирование. Об этом свидетельствует и четкое проявление в границах указанной полосы головного уступа в аиде трещины закала уже на стадии подготовки основного оползневага смещения.
При выделении центральной полосы оползня основное вниманиеуделяется головному уступу и первому сверху оползневому блоку, так как другие элементы могут не иметь четких границ, а иногда носить следы вторичных изменений.
Критериями для выделения этой полосы служат следующие признаки: в пределах ее границ по стенке головного уступа видны
10 следы вертикального скольжения (борозды, штрихи) и иногда криволинейность профиля; субвертикальность крутизны головного уступа; возможность аппроксимировать головной уступ в плане в виде прямой линии;
15 эапрокидывание (обратный уклон) поверхности первого ополэневого блока.
В отличие от этого краевые части головного уступа в плане загибаются, à по стенке его отмечаются горизонтальная
20 составляющая направления скольжения, а первый оползневой блок проявляется слабо, быстро выклинивается.
В связи с несимметричным в различной степени строением оползней за счет отклонения их от идеальных условий деформирования по различным причинам, выделение центральной (продольной) осевой линии, как оси симметрии центральной части оползня, является более точным в сравнении с
30 формальным ее проведением для всей площади оползня.
Выделение осевой линии предлагаемым способом отсекает краевые несимметричные части оползня, не оказывающие
35 существенного влияния на точность анализа устойчивости.
Для проведения границ центральной полосы на остальной части оползня опускают перпендикуляры от границ по головному
40 уступу вниз.
Осевую продольную линию и боковые границы центральной полосы закрепляют в натуре (провешивают) и все дальнейшие из-„ мерения характеристик элементов попереч45 ного профиля производят в пределах этой площади.
После выделения полосы осуществляют многократные измерения характеристик элементов поперечного профиля по их про50 стиранию с заданным постоянным интервалом по обе стороны от осевой линии в направлении от центра к его краевым частям с последующим осреднением измеренных характеристик по каждому элементу
55 раздельно.
Сначала измеряют ширину оползня по верхней берме уступа. Для этого инструментально определяют координаты линейных элементов головного уступа до оползания и после. Измерения ширины захвата проиэво!
624488
45
50 дят на топоплане масштабной линейкой с заданным интервалом. При назначении величины интервала учитывается интенсивность измерений и необходимое для осреднения количество измерений.
Далее в натурных условиях о этих же точках производят измерения крутизны уступа наклономером, его криволинейность (кривизну) и высоту, Аналогично производят измерения других, нижерасположенных по склону элементов профиля; оползневых блоков и разделяющих их трещин со смещением плеч, о том числе величину запрокидывания оползневых блоков(обратный уклон их поверхности).
Такой порядок измерения характеристик позволяет зафиксировать закономерности их изменчивости, отражающие механизм деформирования. Отклонения частных значений обьясняются отклонением реальных условий деформирооания от идеальных, которые в природе не встречаются.
Например, установлено что высота ополэневых блоков и их ширина закономерно уменьшаются сверху ониз, а в пределах отдельных блоков — в направлении от центральной осевой линии к краевым частям.
Углы наклона изменяются хаогически (крутизна уступов и запрокиды вание). При этом максимальное запрокидыоание фиксируется по пероому блоку.
По полученным средним показателям всех измерений характеристик элементов поперечного профиля строят обобщенный расчетный поперечник (фиг,1 и 2). fro построение завершает анализ натурных измерений в графической форме. При этом отмечается, что поперечник, построенный другим способом, может привести к ошибке оценки объема смещений до +10 . Если построить поперечник только по измерениям вдоль осевой центральной линии,как это делается известными способами), то мы получим завышенные характеристики по всем измеренным элементами до 20-30 (табл.1).
На основе геометрического анализ обобщенного расчетного профиля определяют координаты центров вращения длин и радиусов реальной и наиболее опасной расчетной поверхностей скольжения. При этом возможны доа случая: дефор лирование карьерного уступа с выраженной достаточно широкой верхней бермой (фиг,1) и деформирование отвала, образующего конус (фиг.2).
В первом случае центр 01 и соответствующий ему радиус 12 определяются графически на основе приложения теоремы
Эйлера (ХУ!И век); "... любое перемещение
35 тела на сфере может быть описано о виде вращения вокруг оси, проходящей через центр этой сферы, Применительно к плоскому случаю. когда рассматривается окружность (в нашем случае круглоцилиндрическая поверхность скольжения), эта теорема позволяет найти центр
0> сначала приближенно как точку на линии, продолжающей апранление верхнего запрокинутого оползнеоого блока, и перпендикулярной стенке срыва, отстоящую от последней на расстоянии, равном 2 в, что составляет две ширины захвата оползня.
Местоположение это уточняется методом подбора радиуса, который должен одинаково отстоять как от верхней бровки стенки срыва оползня, так и от точки пересечения линии cI:oëüæåIlk я с дневной поверхностью уступа. Окончательный контроль правильности определения центра О! проводится после опускания из этой точки вертикальной линии и проведения окружности с радиусом 12, При правильном определении центра О! и вертикальная линия должна ограничиоать сдоигающие активные и удерживающие (пассивные) расчетные блоки, т.е, слева от этой линии должны располагаться блоки с отрицательными значениями углов II-.êëàíà пооерхносй скольжения, а справа — с положительными. Далее проводим линию 9- перпендикулярно к линии 10, соединя ощую верхнюю бровку 2 l1 нижнюю точку 4, Полученные данные при круглоцилиндричаской поверхности с центром вращения О! и радиусом 12 используются rIyrcM подстанонки их о уравнения предельного раоновесия для вычисления угла внутреннего трения р и сцепления С.
Откладывая на линии 9 последовательно точки Оз, О., Оз;, Ос и проводя соответствующие им окружности при полученных ранее зна гениях С и р определяют значенил cooTBI TcToующих им коэффициентов устойчиности Ку и B (радиусов окружностей) на кригой 14, определяют их на фиг.3. где кривые 14 и 15 отражают связь между Ку и радиусом. Соответствующие им мини лальные значения Ку получают при минимальном радиусе. Физический смысл Ку (мин) закл очнется о том, что теоретически обрушение принято считать возможным Ky = 1.
Однако н дейстнительности нужна какая-то малая величина отклонения от 1, чтобы это обрушение реализовалось. Нами впервые
TQKBR величина количественно оце IQHB. To что круглоцилиндрическая поверхность реализуется при 01 а не rIpI102 (мин), обьясняется тем, что если начало деформации
1824488
55 связывается с центром Oz (мин) и соответствующим ему радиусом, то дальнейшее его развитие и стабилизация происходит при центре Oi и радиусе 12. Это подтверждено натурными наблюдениями, когда фиксировалась стадия подготовки оползневого смещения. Другими словами: подготовка сползневого смешения и первые микроподвижки соответствуют центру 02, а основная подвижка реализуется при центре 01 и радиусе 12. При этом величина параметров С и у при Gg (мин) имеет практическое значение, так как характеризует наиболее опасные условия деформирования, после проявления которых в виде трещин закола на верхней бровке основная подвижка становится неизбежной. Для учета этого обстоятельства предлагается получать уточненное (уменьшенное) значение величины сцепления подстановкой tg р, полученного при центре 01 в уравнение равновесия при центре Oz (мин).
Пример 1. Анализ деформированного уступа высотой 12,6 м крутизной ЗЗО, сложенного мелкотрещиноватыми слоистыми глинами с субгориэонтальным залеганием слоев с плотностью 2,0 т/м. — до смещения
3 и 1,86 — в оползневых накоплениях. На фиг.1 приведен обобщенный расчетный поперечник, описанный ранее.
Осредненные данные измерений характеристик элементов поперечного профиля, использованные при построении обобщенного поперечника, приведены в табл, t.
Значения С и р предложенным способом определены при центре вращения 01 и радиусе равном 12,6 и.
Для сравнения на фиг.1 нанесены центры вращения, полученные другими способами: От — no H.H. Маслову и Оа — по графикам
Ямбу. Эти точки не ложатся на линию 9 и не могут быть использованы предлагаемым способом, как не отражающие условия деформирования.
Исходные данные для расчета С и р приведены в таблицах 2 и 3, где а1 - угол наклона расчетной линии скольжения по расчетным отсека)1, град., Vi — объем рас четного отсека шириной 1 м, м, Pi — вес з расчетного отсека шириной 1 м, м, li — дли з на расчетной линии скольжения в расчетном отсеке.
Значение р получают приравниванием значения С нулю в момент завершения подвижки
Pi„sin а
t9 4 8499 0,212; (1) л =1 7241
Pi cos а
5 л =!
Р= 12
2, Pl sift tl — f Pl cosQ t991
10 . я=1 п =1 47,32
32,0 в =1
-1,4788 т/м (2)
Проверка:
323,93 0,212 + 1,4788
115,99
20 - " 603 =1,0034
115.99 (в пределах точн.).
Коэффициенты Куз, Ку4 Кув u Kys вычислялись аналогично с сохранением значения
25 ig ф постоянным. При этом получены, сооТветственно следующие значения их: 0,963 (мин) 1,308 (макс), 0,9719, 1,006 и 1,064. При смещении по прямой 10 Ky - 1,819 (при и -9 ОО).
30 С(мин)- — 1,469 т/м2, т.е. на 0,75 ниже, чем при центре Oi, когда С
1,4788 т/м2.
Пример 2. Анализ деформированного
35 оползнем Отвала глинистых пород высотой
12,0 м и крутизной 35О с плотностью пород вотвале1,70т/м -доополэания и1,53т/м — в оползневых накоплениях.
На фиг.3 — приведен расчетный обоб40 щенный поперечник. детально описанный ранее. Здесь значения С и р предлагаемым способом при 01 с радиусом 12 определялись аналогично примеру 1, после разбиения поперечника массива на 10 расчетных "
45 Отсеков (!-Х).
Вспомогательные табл.4 и 5 позволяют вычислять средние значения показателей, входящих в формулы. характеризующие предельное равновесие как до обрушения
50 (табл.4), так и после его реализации (табл.5).
Значения rp получают также, приравнивая значение С нулю в момент завершения подвижки (2) t9 P- — 0,348; Р 19 (1) 44.8 — 77,27 0,348 0,795 т/м2 (2)
22,6
Проверка:
1824488
Табл ца
Результаты натуоиы» иэнерений карактермстмк элементов поперс ного лреоилл с нтеозалон измерений
3н при ыиоинв полосы измерений 36 v 1сраг мент) Зленент поперечного профиле
Название карактермстмк
Единица нзнсренил
Частотнис из»к рс ил
Средние значение по центру влево от цс т=в
) вправо о1 центра
Головной ус уп Обили виоина эа»вата по еер»ней бровке
10,0
f0,G
8,3
6,5
1С,С 9,0
90 65 86
Е,С 7,0
9,G
7,5
6,0
Высота голзвного уступа
2,5
2,4
2,0
1,0
2,3
I,5
0,5
2,5
2,0
I 0
2,4
1, П 1, 7
1,0 крутизна стенки срыва
7е
75, 75, 3, 3,0
2,5
1,4
1,5
0,5
I5
78
7С
4,С
3, 4
2,0
78
76
76
3,4
3,2
2,5
1,5
1,3
0,3
14
75 76
3 5
3,0 2,7
1,С град
11ервый Оползне° ой блом (вериный) 3.5
Сысота
1.5
I,5
1,5
1,0
0,5
I,2 1,0
0,8
С,П
Запрокидывание
I6
13 12 град .
I4
12 15
13
77,27 0,348 + 0,795 22,6
44,8
-0,9992 (в пределах точн.)
Коэффициенты К2 (mlII) Ку з, Ку4, вычислялись аналогично примеру 1 с сохранением постоянного значения tg p.
Ку (мин) 0,975; Куб = 1,04.
Прямая 10 здесь совпадает с поверхностью откоса
С(ми ) 73 0,348 — 43 0,79т/мз те на 0,63$ ниже,чем при 01. где С=0,795т/м
С (мин) определялось также по графику на фиг.3 (по кривой 15).
Формула изобретения
Способ натурного определения параметров сопротивления сдвигу пород в массиве, включающий измерение элементов поперечного профиля до и после оползневой подвижки, определение параметров поверхности скольжения, плотности породы и составление с учетом полученных данных уравнений предельного равновесия, по которым рассчитывают угол внутреннего трения и сцепление, отл и ча ю щи и с я тем. что, с целью повышения точности определения параметров сопротивления сдвигу зэ счет площадной локализации натурных измерений характеристик злементое3 поперечного профиля после эаверше11ия основной оползневой подвижки, необходимых для получения оптимальных координат цент5 ров вращения и длин радиусов реальной и наиболее опасной расчетной круглоцилиндрических поверхностей скольжения в уступах сложенных однородными и квазиизотропными массивами горных по10 род, в центральной характерной части оползня выделяют полосу, ширина которой обобщенно отражает реальный механизм и формудеформирования, в границах этой полосы в натурных условиях производят мно15 гократные измерения по простиранию характеристик элементов поперечного профиля, средние значения полученных измерений характеристик по каждому элементу поперечного профиля используют при по20 строении обобщенного расчетного поперечника, на основе которого выполняют геометрический анализ, определяют координаты центров вращения и длины радиусов реальной и наиболее опасной
25 круглоцилиндрических поверхностей скольжения, вычисляют действующие в момент оползания напряжения, значения которых подставляюг в уравнения предельного равновесия.
12
1824488 ц а 2 т в бди
Ю I
sin cubi смещения, с центром 0< сов s67
4., град.
P) sin 2,! 2,1 2,! 2,0 0,4О7 0,259 0,156 0,105 0,105 0,156 0,259 0,407 0,515 О ° 629 0,788 0,906 0,914 О, <966 0,988 О ° 995 0 ° 995 O„9Е8 0,966 0,9!4 0 ° 857 0,777 0,616 0,423 183,44 2 ° О 2,! 2,1 2,1 2,4 2,6 3,6 7 ° О „ф бе ! 32,0 Т а бя ица 3 После смещения, с центрои О< 4. град отР; т сов Сса Р в1пХ1 т sin KC Pi со вэ< с, т Ч < ив се ков О О -24 -15 3,0 6,5 11,04 15,90 17,90 16,20 16,80 1Å, 80 20,00 21,L J 16,80 14,80 13,60 198,30 34 ° C Таблица 4 « ° Ло у<веник, КЧ от AL град ори Оу ) Ч;, и Р. У т sinn г соsQ Р<. в!о<41 т секов 0,052 t.....! 7. 35 е,ег 10,39 1О, 1Е 8,40 Ят 94, 3 5 7 9 1О 3 б 13 z8 39 0,999 о,995 0,974 0,940 0,883 О, 777 0,643 0,259 2,86 8,50 12,41 14,99 17,66 17 31 14,28 6,07 ОЕ 2,! 2,2 2,2 2,2 2,4 2,7 3,3 5,5 О, 105 0,225 0,342 0,469 0,629 0, 767 О ° 966 22,6 4 6 8 l0 11 12 13 1 3 5 7 9 11 12 13 -24 -15 "9 -6 9 i5 24 31 39 52 -9 -6 б 24 31 39 52 0 О 0,407 0,259 О ° 156 0,105 О, 105 0,156 0,259 0,407 0,515 0,629 0,788 0,906 1,000 1 ° 000 0,914 0,966 О 988 0,995 0,995 О, 988 0,966 0,Э14 0,857 0,777 0,616 О, 423 п n=- j 2,64 6,90 10,90 14,20 17,20 19, 80 22,00 23>40 22,80 1Э,ЕО 15,40 8,40 5,28 13,80 21,80 28 ° 40 34,40 39,60 44,00 46,80 45,80 39,60 ЗО,ЕО 16 ° 20 366,88 S,5Å 12 ° 09 21,2О 29,57 зз,г9 30,13 31,25 34.97 37,20 39 ° 06 31,25 27,53 25,30 10, 42 368, 54 -2,149 -3 ° 574 -3,400 -2,982 3,612 6,178 11,396 19,048 23,458 2,908 24,770 15,221 115,99 О О -3,628 -7,659 "5,193 -3,164 3, 281 5,455 9,635 15,897 16,094 17,316 19,936 9,440 72, 41, < 2,86 8,39 12,08 14,09 15,59 13 ° 45 9,18 1,57 77,27 4,826 ! 3,ЗЗО 21,538 28,258 34,228 39 125 43,824 42,775 39,079 30, 769 18 973 7 !06 323,93 5,Se 1г, 090 . 19,377 28,584 Зг.Е90 29,979 31, 094 34,900 35,935 35 ° 701 26, 781 27, 391 15, 585 4,4ОЕ ,340,90 0,009 0,Е9О 2.790 5 ° 13 8,28 1О,ЕЭ 10,95 5 ° 88 44,80 2,0 2>0 2,! 2,1 2,1 2 ° 0 2,0 2,1 2,1 2,! 2,4 2,6 2,6 5,4 1824488 Табпица 5 После обруйения, hp О! Р 5 j ll I 1„ а т !1 \ и Рс 1 Р ГОа| di, град cosg 01Г отсековв 29 ° 84 85, 73 20,5 2 4 6 8 о О О 6 13 28 39 75 а 1, 000 1,000 0,999 0.995 0,974 0,940 0,883 О, 777 0,643 0,259 О О О, 052 О,!05 О, 225 0,342 О ° 469 0,629 0,767 0,9ЬЬ 1,05 1,63 3,36 5,21 5,67 8, 78 В ° 10 12, 56 9,60 14,97 10,50 16,35 11,30 !7,35 В,!В 12,ЬВ 2,60 4,03 О О м 93,47 ю1 1,63 5,21 8,78 12,49 14, 58 15,37 15,23 9,85 2,59 0 О 0,46 I,32 3,64 5,26 8,09 7,98 3,09 2,1 2,1 2,1 2,2 2,2 2,2 2,4 2,7 3,3 1824488 1824488 h, 17. Составитель А.Егоров Техред М.Моргентэл Корректор M.Àíäðóøåíêî Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Заказ 2218 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Рэушская наб.. 4/5
