Способ натурного определения параметров сопротивления сдвигу пород в массиве

(51)5 ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(71) Государственный научно-исследовательский институт горнохимического сырья (72) А.Я,Егоров(56) Рекомендации по количественной оценке устойчивости оползневых склонов. М.: Стройиздат 1984, с. 78.Фисенко Г,Л. Устойчивость бортов карьеров и отвалов.М.: Недра, 1965, с. 277.Авторское свидетельство СССР ЬЬ 1671770, кл, 0 01 й 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, предназначено 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 за счет площадной локализации натурных измерений характеристик злементов поперечного профиля после завершения основной оползневой подвижки, необходимых для получения оптимальных 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 параметров 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 радиу- (30сов реальной и наиболее опасной расчетнойкруглоцилиндрческих поверхностей скольжения в уступах, сложенных однороднымии квэзпизотропными (лассивэми горных пород,Нэ фиг.1 изображен обобщенный расчетный поперечник, построенный по данным многократных измерений в полосеобобщенно отражак)щий механизм и формудеформирования уступа; на фиг,2 - то же,при оползании по круглоцилиндрическойповерхности в отвале, имеющем формулу ко 1824488нуса; на фиг.З - графическая зависимостьмежду коэффициентами устойчивости Ку ирадиусами круглоцилиндрических поверхностей скольжения. На чертежах даны следующие обозначения: 1 - реальная круглоцилиндрическая поверхность скольжения с центром вращения 01 и радиусом й, 2 - бровка оползня с шириной захвата в, 3 - поверхность верхнего (основного) ополэнеоого уступа с обратным уклоном, 4 - точка пересечения поверхности скольжения с поверхностью откоса в его основании, 5 - основание уступа, б - 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, Оа, 05 и Ов (макс), 9 - перпендикуляр к центру линии, соединяющей дое точки граничных условий деформирования, на которой закономерно располагаются центры вращения всех возможных круглоцилиндрических поверхностей скольжения, рассмотренных предложенных способом, 10-линия,соединяющая верхнгою и нижнюю точки граничных услооий деформирования уступа, 11 - расчетные отсеки ( - ХИ), 12 - радиус реальной круглацилиндрической поверхности скольжения (й), 13 - жесткое основание, 14 - кривая (фиг,З) для случая на фиг,1, 15 - то же, для фиг.2,Способ осуществляют следующим образам.Выделяют полосу о центральной части, Эта операция обобщенно отражает реальный глеханизгл и форму деформирования в случае сползания уступов, сложенных однородными и коазиизатрапными массивами горных пород и имеет физический смысл - естественное обоснование. Эта заключается о там, что именно в центральной части оползней этого типа по данным многочисленных натурных наблюдений в карьерах и выемках сосредоточен основной обьем опалзнеоых масс (до 90). Краевые части таких оползней вовлекаются в движение инерционными силами и имеют вторичный наложенный характер, не оказывая существенного олияния на основное дефорглирование. Об этом свидетельствует и четкое проявление о границах указанной полосы головного уступа о аиде трещины закала уже на стадии подготовки основного оползнеоаго смещения. При выделении центральной полосыоползня основное вниманиеуделяется головному уступу и первому сверху оползневомублоку, так как другие элементы могут не5 иметь четких границ, а иногда носить следывторичных изменений.Критериями для выделения этой полосыслужат следующие признаки: в пределах ееграниц по стенке головного уступа видны10 следы вертикального скольжения (борозды,штрихи) и иногда криволинейность профиля; субвертикальность крутизны головногоуступа; 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, а по стенке его отмечаются горизонтальная20 составляющая направления скольжения, апервый оползневой блок проявляется слабо, быстро выклинивается.В связи с несимметричным в различнойстепени строением оползней за счет откло 25 нения их от идеальных условий деформирования по различным причинам, выделениецентральной (продольной) осевой линии,как оси симметрии центральной части оползня, является более точным в сравнении с30 формальным ее проведением для всей площади оползня.Выделение осевой линии предлагаемым способом отсекает краевые несимметричные части оползня, не оказывающие35 сущестоенного влияния на точность анализа устойчивости.Для проведения границ центральнойполосы на остальной части оползня опускают перпендикуляры от границ по головному40 уступу ониз.Осевую продольную линию и боковыеграницы центральной полосы закрепляют внатуре (провешивают) и все дальнейшие из-мерения характеристик элементов попереч 45 ного профиля производят в пределах этойплощади.После выделения полосы осуществляютмногократные измерения характеристикэлементов поперечного профиля по их про 50 стиранию с заданным постоянным интервалом по обе стороны от осевой линии внаправлении от центра к его краевым частям с последующим осреднением измеренных характеристик по каждому элементу55 раздельно,Сначала измеряют ширину оползня поверхней берме уступа. Для этого инструментально определяют координаты линейныхэлементов головного уступа до оползания ипосле, Измерения ширины захвата проиэво 16244 В 810 15 20 25 30 35 40 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, отражаощие механизм деформирования. Отклонения частных значений обьясняются отклонением реальных условий деформирооания от идеальных, которые в природе не остречаются, Например, установлено что высота ополэневых блоков и их ширина закономерно уменьшаются сверху оциз, 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). Ега построение завершает анализ натурных измерений в графической форме. При этом отмечается, что поперечник, пастраецный другим способом, может привести к ошибке оценки объема смещений до +10, Если построить поперечник только по измерениям вдоль осевой центральной линии как зто делается известными способами), то мы получим завышенные характеристики па всем измеренным элементами да 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; дефорглирование карьерного уступа с оыражецнай достаточно широкой верхней бермой (фиг,1) и деформировацие отвала, образующего конус (фиг.2).В первом случае центр О и соответствующий ему радиус 12 определяются графически на основе приложения теоремы Эйлера (ХУ век); " любое перемещение 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 01 сначала приближенно как точку на линии, продолжающейапранление верхнего запрокинутого аползнеоого блока, и перпендикулярной стенке срыва, отстоящую от последней на расстоянии, равном 2 в, что составляет две ширины захвата оползня. Местопалокение это уточняется методом подбора радиуса, который должен одинаково отстоять как от оерхней бровки стенки срыва апалзця, так и от точки пересечения линии скольжения 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 01 и вертикальная линия должна ограничивать сдоигаощие активные и удерживающие (пассивные) расчетные блоки, т.е, слсоа от этой линии должны располагаться блоки с отрицательными значенияли углоо наклона пооерхнасФ скольжения, а справа - с положительными. Далее проводим линию 9- перпендикулярно к линии 10, соединяющую верхнюю бровку 2 и нижнюю точку 4,Полученные дэццые при круглоцилиндрической поверхности с центром вращения О и радиусом 12 испальзуатся путем подстацаоки их н уравнения предельного раоновесил для оычислсцил угла внутреннего трения р и сцсплецил С.Откладывал ца линии 9 последовательна тачки Оз, О.т, ОБ, Оа и проводя соответствующие им окружности при полученных ранее зца.сциях С и ропрсделлютзначенил саотнстстнуащих им коэффициентов устайчиоасти Ку и Б (радиусав окружностей) на кривой 14, определяют их ца фиг.З, где криоыс 14 и 15 отражают связь между Ку и радиусам. Соответствующие им мицилальныс зцачсция Ку получают при минимальном радиусс, Физический смысл Ку (мин) заключэстся о там, чта теоретически обрушение прицлта считать возможным Ку = 1. Однако н дсйстнительнасти нужна какая-то малая величина отклонения от 1, чтобы эта обрушсцис реализовалось. Нами впервые такая осличина каличестоецца аценеца. То что круглацилиндрическся паоерхнасть реализустсл при 01 а не при 02 (миц), обьясйяется тем, что если начало деформации1824488 55 связывается с центром 02(мин) и соответствующим ему радиусом, то дальнейшее его развитие и стабилизация происходит при центре 01 и радиусе 12. Это подтверждено натурными наблюдениями, когда фиксировалась стадия подготовки оползневого смецения, Другими словами: подготовка сползнеоого смешения и первые микроподвижки соответствуют центру 02, а основная подвижка реализуется при центре 01 и радиусе 12. При этом величина параметров С и гр при 02 (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 19 Р, полученного при центре 01 в уравнение равновесия при центре 02 (мин). П р и м е р 1. Анализ деформированного уступа высотой 12,6 м крутизной ЗЗО, сложенного мелкотрещиноватыми слоистыми глинами с субгоризонтальным залеганием слоев с плотностью 2,0 т/м. - до смещения3и 1,86 - в оползнеоых 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,1.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 - по Н.Н. Маслооу и Ов - по графикам Ямбу. Эти точки не ложатся на линию 9 и не могут быть использованы предлагаемым способом, как не отражающие условия деформирооания. Исходные данные для расчета С и 1 р приведены в таблицах 2 и 3, где й - угол наклона расчетной линии скольжения по расчетным отсекоы, град., Ч - объем рас четного отсека шириной 1 м, м, Р - весзрасчетного отсека шириной 1 м, м, 1 - длиз на расчетной линии скольжения в расчетном отсеке. Значение р получают приравниванием значения С нулю в момент завершения по- движки Р 1 ви а340,9 и =1 72,41Р сов а 1 5л=р= 12(в пределах точн.).Коэффициенты Куз, Ку 4 Ку 5 и Кув вычислялись аналогично с сохранением значения9 ф постоянным. При этом получены, соответственно следующие значения их: 0,963(мин) 1,308 (макс), 0,9719, 1,006 и 1,064, Присмецвении по прямой 10 Ку - 1,819 (приЯ -9 ОО),30 С( н)-" 68 Ю " -1469 т/Р,.на 0,75 ниже, чем при центре 01, когда С1,4788 т/м 2.П р и м е р 2. Анализ деформированного35 оползнем Отвала глинистых пород высотой12,0 м и крутизной 35 О с плотностью породзвотвале 1,70 т/м -доополэания и 1,53 т/м- в оползневых накоплениях.На фиг.3 - приведен расчетный обоб 40 щенный поперечник, детально описанныйранее. Здесь значения С и 1 Р предлагаемымспособом при 01 с радиусом 12 определялись аналогично примеру 1, после разбиения поперечника массива на 10 расчетных "45 отсеков(н).Вспомогательные табл.4 и 5 позволяютвычислять средние значения показателей,входящих в формулы, характеризующиепредельное равновесие как до обрушения50 (табл.4), так и после его реализации (табл,5).Значения 1 Р получают также, приравнивая значение С нулю в момент завершения подвижки (2) В 9 Р 0,348, 919 (1) 44,8 - 77,270,348 0,795 т/м 2 (2) 22,6Проверка:10 1824488 Табл ицаРезультаты натурные изнвренид карактермстмм элементов поперсмного логлриля с интеозалон измерений 3 л при ыиоинв полосы намеренно 36 и Фрагмент) Элемент поперечногопфбиля Название карактермстмк Единицанзнсрения Частотнис изгк ос ия Средина значения по центру влево отцс тра)вправо отцентра Гоповнод уступ Обля вырина закаатапо верянсй бровке 10,0 0,0Е,э6,5 0,0 9,0 9,0 6,5 Е,О 7,0 9,0 7,5 6,0 Е,б Высота головного угтрпа 2,5 2,4 2,0 1,0 2,3 1,5 0,5 2,5 2,0 1,0 г,4 Т,О 1,0 крутизна стенкисрыва 7 Е7575,3,53,02,51,41,50,5514 7 Е 76 77 75 7 Е 76 76 3,2 2,5 1,5 13 0,3 14 15 75 75 75 3,5 3,0 1,0 град Первый оползнеод блом (веркина) 3.5 4,0 3,С 2,0 2,7 Оысота 1.5 1,5 1,5 1,0 0,5 1,г О,Е С,С 1,0 Запрокидыванме 14 16 13 1 г-0,9992 (в пределах точн.)Коэффициенты К 2 (п 11 п) Ку э, Ку 4, вычислялись аналогично примеру 1 с сохранением постоянного значения т 9 ер,Ку (мин) 0,975; Куз = 1,04.Прямая 10 здесь совпадает с поверхностью откосаС( ) 73 0,348 - 43 0 79 тмз т е на 0636 нижечем при 01. где С=0795 т/м2С (мин) определялось также по графику на фиг.З (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 исцепление, отл ича ющи йсятем, что, с целью повышения точности определения параметров сопротивления сдвигу зэ счет площадной локализации натурных измерений характеристик злементое 1 поперечного профиля после завершения основной оползневой подвижки, необходимых для получения оптимальных координат цент ров вращения и длин радиусов реальной инаиболее опасной расчетной круглоцилиндрических поверхностей скольжения в уступах сложенных однородными и квазиизотропными массивами горных по род, в центральной характерной части оползня выделяют полосу, ширина которой обобщенно отражает реальный механизм и формудеформирования, в границах этой полосы в натурных условиях производят мно гократные измерения по простираниюхарактеристик элементов поперечного профиля, средние значения полученных измерений характеристик по каждому элементу поперечного профиля используют при по 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, вычисляот действующие в момент оползания напряжения, значения которых подставляюг в уравнения предельного равновесия.305,28 13,80 21,30 28,40 34,4 о 39,60 44, 00 46,80 45,80 39,60 зо,ео 16,20 366,88 ф бвЗ л 32,0 Табл ица 3 После смещения, с центрои 0 сС 1,град 1 Пе отсов сс Р в 1 пХ т вЬ сб Р; в 3 с,т Чс ив-15 34,6 Т а б л и ц а 4 До усенияКУ от- Лград при Ою)е ФР;и Ргу В 1 Пл 1 со вес Рсв 1 п 4т секов 0,052 Т,Г7,35е,ег10,39О,38,40кфт л 94,3 4 5 6 7 8 9 1 О 0,999 0,995 0,974 0 940 0,883 0,777 0,643 0,259 О, 105 0,225 0,342 0,469 0,629 О, 767 0,966 22,6 3 4 5 6 7 8 9 О 11 12 13 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 О 11 12 13 1413 1824488 14 арабца После обруаенияори О Р, е1 ат,МРт Г сов 1; град со е ,П от"саков 29,84 85,73 20,5 1 2 3 4 5 6 7 В о 10 0 0 3 6 13 20 28 39 50 75 1, 000 1,000 0,999 0.995 0,974 0,940 0,883 О, 777 0,643 0,259 0 0 0,052 О,05 0,225 0,342 0,469 0,629 0,767 0,966 1,05 1,633,36 5,215,67 8788,10 12, 569,60 149710,50 16,3511,30 7,35В, 18 2,682,60 4030 093,471 1,63 5,2 8,78 2,49 14, 58 15,37 15,23 9,85 2,59 О О 0 046 1,32 3,64 5,26 8,09 7,98 3,09 О 21 2, 2,1 2,2 2,2 2,2 2,4 2,7 3,3 01824488 Составитель А,ЕгоровТехред М,Моргентэл рректор М,Андрушен эдак роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужго гарина, 10 Заказ 2218 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Рэушскэя наб 4/5