Способ натурного определения параметров сопротивления сдвигу пород в массиве

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 67177 9) .ъЖ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН К АВТОРСКОМУ С ТЕЛЬСТВУ ательед СЫ вка(54) СПОСО ПАРАМЕТР ПОРОД В (57) Изобре и может и параметро виях. Цель сти опред реальной Б НАТ ОВСМАССИ тениеспольз в сдеи изобреелениформы УРНОГО ОПРЕДЕ ОПРОТИВЛ ЕНИЯ С ВЕотносится к строит оваться для опред га пород в натурны тения - повышение я за счет оптим ЛЕНИЯ ДВИГУ ельствуеления х усло- точноизэции ьжения ерхности ско) Вий Иэобрет может ис раметров ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство ССМ 1399663, кл, 0 01 й 3/24, 1986фисенко Г,Л. Устойчивость беров и отвалов. - М,: Недра, 196 ние относится к строительству льзоваться для определения двига пород в натурных условиях.Цель изобретения - повышение точности определения за счет оптимизации реальной формы поверхности скольжения на стадии подготовки основного ополэневого смещения или после его завершения в массиве трещинноватых пород. а также учет структурных особенностей массива,На фиг,1 показана плоская линия скольжения (тип 1); на фиг.2 - то же, с одним плоским головным уступом тип 2); на фиг.З - неравномерно-ступенчатая линия скольжения (тип 3), на фиг,4 и 5 - соответственно)5 Е 02 0 1/00, 6 01 й 3/24 на стадии подготовки основного оползнееого смещения или после его завершения в массиве трещинноватых пород, Натурное определение параметров сопротивления сдвигу пород в массиве включает измерение поперечного профиля оползневой подвижки с определением параметров поверхности скольжения, плотности породы и угла внутреннего трения р, используемых для составления уравнения предельного равновесия и расчета величины сцепления породы в массиве, Параметры поверхности скольжения определяют с учетом дополнительно измеренных элементов залегания согласных ололзнеопасных и поперечных трещин и расстояний между ними на оползне и вблизи него, Для учета структурных особенностей массива р определяют путем сдвига целика в массиве. 1 з,п. ф-лы, 6 ил 3 табл. частично мелкоступенчатая и мелкоступенчатая линии скольжения (типы 4 и 5); нафиг.б - криволинейная линия скольжения(тип 6). Укаэанные типы строения поверхностей скольжения оползней характеризуются следующими элементами: 1 - расчетная линия скольжения: 2 - угол наклона поверхностей ослабления; 3 - трещина закала на верхней берме; 4 - выход поверхностей ослабления на откосе; 5- головной уступ оползня простого строения; 6 - трещина эакола на откосе; 7 - головной уступ мелкоступенчатого строения (в зоне повышенной трещинноватости); 8 - мелкоступенчатая линия скольжения; 9 - генерализованная расчет 1671770ная линия скольжения; 10 - сечение частирасчетного отсека выше генералиэованнойлинии скольжения и ниже мелкоступенчатой линии скольжения; 11 - то же, нижегенерализованной линии скольжения; 12 -бровка головного уступа; 13 - основаниевидимой части головного уступа; 14 - основание расчетной части головного уступа(точка пересечения линии расчетного головного уступа и поверхности ослабления нанижней границе блока с ненарушеннойструктурой); 15 - точка пересечения перпендикуляра, опущенного из точки 18, с расчетной линией срезания; 16- основание откосадо начала деформации; 17 - язык оползня;18 - подошва недеформированного блокана откосе; 19 - откос до начала его деформирования; 20 - гоаница расчетного отсека;21 - номер расчетного блока,Способ реализуют следующим образом.Вначале устанавливают глубину расположения, угол наклона, форму и строениеповерхности скольжения оползня в массиве трещинноватых пород. Для этого производят измерение элементов залеганиясогласных поверхностей ослабления, поперечных трещин и расстояний между ними на оползневом участке массива ивблизи него, с учетом чего оптимизируютрасчетную поверхность скольжения на стадии подготовки основного ополэневого смещения,В зависимости от выделенных типов линий скольжения различаются виды оптимизации.Тип 1 (фиг,1) предусматривает оптимизацию расчетной линии скольжения по измеренному углу 2 наклона поверхностейослабления и по одной из фиксированных. точек ее проявления на поверхности откоса(3 или 4).Расчетную линию скольжения для типа2 (фиг.2) оптимизируют по измеренным углам 2 наклона поверхности ослабления ипоперечной трещины и по двум фиксированным точкам их проявления на откосе(3, 4), Подошву головного уступа 5 оползняопределяют как точку пересечения линиискольжения и поперечной трещины, унаследованной головным уступом 5.Расчетную линию скольжения для типа3 (фиг.3) оптимизируют по измеренным углам 2 наклона поверхностей ослабления.Количество ступенек определяют по количеству трещин 6 эакола, зафиксированныхна откосе. Построение линии скольженияведут сверху и снизу ("встречное") с учетом угла наклона трещин 6 эакола и выходов 4 зафиксированных поверхностейослабления на откосе. При количестве сту 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 пенек более трех средний участок расчетной линии скольжения экстаполируют при условии постоянства угла падения поверхностей ослабления.Тип 4 (фиг.4) характеризуется плоской и мелкоступенчатой в головном уступе 7 поверхностью скольжения. Выдержанный плоский ее участок и подошву головного уступа 7 оползня определяют аналогично типу 3. Параметры мелкоступенчатого головного уступа 7 устанавливают по данным детального изучения зоны повышенной трещин новатости на обнажении вблизи или непосредственно на оползне,Тип 5 (фиг,5 - мелкоступенчатая поверхность скольжения - характеризуется густой сетью поперечных, выдержанных по простиранию и прерывистых по падению трещин и частых согласных, падающих в сторону выработанного пространства поверхностей ослабления, Параметры реальной мел коступенчатой поверхности недоступны для непосредственных измерений в зоне скольжения, Без ущерба для точности определения общей длины расчетной линии скольжения ее оптимизируют в два этапа, На первом этапе графически отстраивают расчетную линию согласно средним значениям расстояний между поперечными и согласными трещинами и углов их падения по данным детальных измерений на обнажениях, полагая. что при начале процесса деформации. снизу вверх (при регрессивном развитии его) все поперечные трещины, работающие только на разрыв, полностью унаследованы, На стадии подготовки основного оползневого смещения результирующая продольного перемещения по многочисленным мелким ступенькам проявляется в головном уступе в виде четкой трещины 6 закола, Заранее также известна общая мощность основного деформирующегося горизонта (ОДГ), локализующегося в границах тонкослоистого мелкоблокового строения, выдержанного в пространстве пласта. При условии сохранения угла наклона трещин и поверхностей ослабления и неизменности объема смещающихся масс на втором этапе мелкоступенчатую, полученную графическим путем линию 8 скольжения оптимизируют в виде двух - четырех ступеней (генералиэованная линия 9), Неизменность общей длины расчетной линии скольжения очевидна, а неизменность объемов смещения обосновывают равенством площадей участков сечения, расположенных выше генерализованной ступенчатой, линии 10 скольжения и ниже линии 11 и ограниченных мелкоступенчатой линией 8 скольжения, 1671770ка В рассмотренном случае возможна прогнозная оценка расчетной линии скольжения и беэ четко выделяющихся визуально признаков смещения, т.е. при микросмещениях, которые могут быть зафиксированы только инструментально.В типах 2 - 5 из общей длины линии скольжения вычитают длину участков, работающих только на разрыв, т,е, длину поперечных трещин.Тип 6 (фиг,6) характеризуется сложным деформированием, когда выдержанные поверхности ослабления массива мелко- блокового строения падают вглубь откоса или залегают субгориэонтально. Криволинейную расчетную линию скольжения оптимизируют с учетом характерных фиксированных точек; бровки 12 головного уступа оползня, основания 13 видимой части головного уступа, основания 14 расчетной части головного уступа (в зоне отрыва), языка 17 оползня и основания 16 откоса до начала деформации. Отрезок расчетной линии скольжения между точками 16 и 17 устанавливают горизонтальным, угол наклона отрезка 16 - 15 принимают равным 45. - р/2, а точку 15 - получают в основании перпендикуляра, опущенного из точки 18, расположенной в конце оползневого блока с ненарушенной структурой, но с измененным углом наклона поверхностей ослабления, угол наклона отрезка 13-14 сохраняют равным зафиксированному на отрезке 12-13, э точку 14 находят в месте пересечения линии 13-14 и линии вдоль выдержанной поверхности ослабления иэ точки 18, отрезок 14-15 составляет оставшуюся часть криволинейной линии скольжения.Выделенные характерные точки отражают механизм и реальные условия деформирования откоса, е том числе сейсмическое воздействие массовых взрывов, Выделенные границы расчетных отсекое по углам наклона расчетных участков линии скольжения имеют физический смысл, подтверждаются натурными наблюдениями в карьерах и оправдывают применение расчетного метода "прислоненных откосовВсего выделяют четыре расчетных отсе отсек - зона смещения беэ существенного нарушения структуры массива с сохранением угла наклона линии скольжения, замеренного е обнажении головного уступа. Угол наклона выдержанных поверхностей ослабления изменяется за счет ээпрокидывания блока. но остается постоянным в его пределах. Четко фиксируется визуально. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Смещение блока происходит с наследова-.нием поверхности ослабления вдоль поперечной трещины в виде проседания послеотрыва под сейсмическим воздействием отмассовых взрывов.отсек - характеризуется смешаннымразрушением: как "по целику", так и по поверхностям ослабления за счет сейсмического воздействия массовых взрывов и весавышерасположенного блока,отсек - зона срезания эа счет сейсмического воздействия массовых взрывов,К зона - надеигание оползневого телана берму,ЗоныЧ характеризуются нарушенными, с невыдержанными углами наклонаповерхностями ослабления и трещинами,четко фиксируются визуально на деформированных участках откосов,Для получения обобщенного значениявеличины сцепления по оползневой поверхности на стадии подготовки основного смещения составляют уравнение предельногоравновесия с учетом определенной длинырасчетной линии скольжения, плотностипород и тангенса угла внутреннего трения,который получают по данным сдвигов целиков, выкроенных трещинами, вблизи оползня, что более полно отражает реальныеусловия деформирования и механизм смещения, чем при лабораторных исследованиях на образцах.По полученным данным определяют относительную долю различных прочностей(в целике и собственно по поверхностямослабления), обусловливающих устойчивость откосов. Это определение основывается на малой изменчивости значений углавнутреннего трения скальных пород приразличных способах его получения и реализуется на основе решения уравненийах+ Ьу=с,х+у=9 (1)где а - удельное сцепление на поверхностиослабления, полученное по данным сдвиговцеликов на откосе;Ь - то же, в целике (по данным лабораторных испытаний на образцах); с -общее сцепление по всей длине расчетной линии скольжения по данным обратного расчета;х - длина участка линии скольжения, гдесмещение происходит с наследованием поверхности ослабления;у - то же, за счет срезания выступов нэповерхности скольжения;9 - общая длина расчетной линии скольжения.Соотношение х и у (в 7,) от общей длины расчетной линии скольжения выражает от1671770 ными испытаниями на образцах породы, ни полевыми сдвигами как мелких, так и крупномасштабных целиков и блоков.Анализируется сложный случай опол эания с формированием криволинейнойповерхности скольжения в породах мелко- блокового строения с падением поверхностей ослабления (слоистости) вглубь массива в условиях сейсмического воздей ствия массовых взрывов (тип 6), Плотностьпород 2,55 т/м, угол внутреннего трения 38 О, сцепление 2 т/м (по данным сдвигов мелких целиков портативным сдвиговым устройством по трещинам с шероховатыми 15 поверхностями),На фиг,б графически построена расчетная криволинейная линия скольжения по 20 25 30 носительную долю различной прочностипри деформировании откосов,П р и м е р, Анализируется случай оползания с формированием мелкоступенчатойповерхности скольжения в зоне оперениядизьюнктивного тектонического нарушения (тип 5), Плотность пород 2,5 т/м, уголвнутреннего трения р = 30 и сцепление с,5 т/м (по данным сдвигов целиковпортативным устройством по блестящимотполированным поверхностям ослабления).На фиг.5 построены мелкоступенчатая 8и генерализованная 9 линии скольжения,Мелкоступенчатая линия 8 скольжения построена по средним параметрам: угол наклона согласных блестящих поверхностейослабления 38 О, расстояние между ними0,5 м, расстояние между поперечнымивертикальными трещинами 1,5 м, мощность основного деформирующегося горизонта 6 м (локалиэующегося в зонеоперения дизъюнктива), высота уступа 15 м,ширина верхней бермы 6 м, угол откоса уступа 60 О.Исходные расчетные данные сведены втабл,1.Сцепление в массиве рассчитывают иэуравнения предельного равновесия; ХР соэ я уф+ с 21 =У э 1 па 1, (2 где Р - вес блока породы т;й - угол наклона линии скольжения оползня, град;1 - длина расчетной линии скольжения, м,0,58 212 + 17,5 с = 135; с - 0,685 т/м .Таким образом, обобщенные параметры сопротивления сдвигу пород равны; р= =ЗОО, с = 0,685 т/м 2.Несущественное отличие величины сцепления по данным сдвигов целиков (0,5 т/м ) и по данным обратного расчета (0,685 т/м ) связано с выдержанным характером и однородностью строения поверхностей ослабления тектонического происхождения, имеющих блестящие отполированные поверхности, Это увеличение(порядка 37) может быть объяснено несовпадением направления движения оползня и тектонических блоков, а также наличием некоторого эффекта частичного и неравномерного эалечивания тектонических поверхностей ослабления процессами вторичного минералообраэования, Все это объединяется общим понятием масштабный фактор; который не может быть учтен в полном объеме ни лаборатор 40 45 50 55 данным измерений, выполненных в натуре рулеткой и горным компасом.Угол наклона слоистости вглубь массива 12 О, в смещенном (ненарушенном) блоке 20 О, угол откоса уступа до смещения 60, высота уступа 15 м, угол наклона головного уступа оползня 70 О, видимая длина головного уступа 2,5 м, его расчетная длина 7,5 м, угол наклона линии скольжения на отрезке 16 - 15 26 (45 - р 45-19:26 О).Исходные расчетные данные сведены в табл.2,Составляют уравнение предельного равновесия ХР(ожю - в э 1 па) 19 у+ сВ =- 26,5 т/м 2,Относительную долю прочности "в целике" и по частично унаследованным поверхностям ослабления (при величине сцепления в образце 110 т/м ) вычисляют по формуле (1). Длина х (по поверхностям ослабления) равна 11,5 м, длина у ("по целику") равна 3,5 мм, Таким образом, прочность по целику составляет порядка 23. При этом разрушение "по целику" происходит в зоне срезания (отсек 1 И) преимущественно, где в максимальной степени воздействуют массовые взрывы и концентрируются касательные напряжения.После первичного смещения оползневый блок в статических условиях приобретает новые условия равновесия с запасом устойчивости Ку = 1,25 согласно расчету при допущении о существовании сформировавшейся поверхности скольжения с остаточной (установившейся) прочностью: 1 р 380 и с 2 т/м 2,10 1671770 Таблица 1В связи с постоянством угла наклона ослабленных поверхностей расчетные отсеки 1 и 11 объединены,Таблица 2 гПримечание. в = 0,75 при 12-балльном сотрясении (в зоне откольныхявлений) по шкале ГОСТ. Исходные данные для такого расчета приведены в табл,3,По уравнению предельного равновесия (2) имеем332 0,78 2 х 24 = Ку 247, Ку = 1,25.Запас устойчивости такого оползневого блока снизится до единицы в условиях восьмибального сейсмического воздействия, что вполне вероятно при проведении массовых взрывов в карьере,Ф ор мул а изобретения 1. Способ натурного определения параметров сопротивления сдвигу пород в массиве, включающий измерение поперечного профиля до и после завершения ополэневой подвижки, определение параметров поверхности скольжения, плотности породы и угла внутреннего трения и составление с учетом полученных данных уравнения предельного равновесия, по которому рассчитывают величину сцепления породы в мас-.сиве,отлича ющийс я тем, что,с цельюповышения точности определения за счетоптимизации реальной формы поверхности5 скольжения на стадии подготовки основного оползневого смещения или после его завершения в массиве трещинноватыхпород. дополнительно производят измерение элементов залегания согласных10 ополэнеопасных и поперечных трещин ирасстояний между ними на ополэневом участке массива и в непосредственной близости от него, а параметры поверхностискольжения определяют с учетом этих изме 15 ренных данных путем графических построений,2, Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью учета структурных особенностей массива, угол внутреннего трения20 определяют путем сдвига целика, ограниченного трещинами на ополэневом участкемассива или вблизи него, 1671770 12, Мэксимишинец ГКНТ ССС Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужго.Гагарина, 101 аказ 2807 Тираж 386 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытия 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5