title-icon
Яндекс.Метрика
» » Факторы, влияющие на устойчивость откосных сооружений

Факторы, влияющие на устойчивость откосных сооружений

Поведение пород, слагающих уступы, борта и отвалы на карьерах, определяется физико-географическими, геологическими, гидрогеологическими, инженерно-геологическими и горнотехнологическими факторами.
К физико-географическим факторам относятся влияние рельефа местности, гидрологические и климатические условия района месторождения.
Рельеф района и растительность во многом определяют характер поверхностного стока. Так, бугристо-котловинный рельеф исключает возможность стока атмосферных осадков и обусловливает заболачивание территории и обводненность слагающих месторождение пород; образование поверхностных водоемов в районе карьера способствует обводнению горных выработок; наклон основания в сторону откоса отвала ухудшает условия его устойчивости, — особенно в случаях, когда сопротивление сдвигу пород основания отвала или по контакту между отвалом и основанием ниже сопротивления сдвигу пород отвала; накопление дождевых и паводковых вод у нижней бровки стволов повышает влажность пород и снижает показатели их физико-механических свойств, что отрицательно сказывается на устойчивости отдельных откосов.
Систематизация нарушений устойчивости откосов на карьерах России, ГДР, КНР, ЧССР, НРБ, ФРГ и Италии показывает, что с атмосферными осадками связано более 25% деформаций откосов. Количество атмосферных осадков, характер дождей, мощность снегового покрова и продолжительность таяния оказывают большое влияние на устойчивость пород в откосах.
Атмосферные воды насыщают породы в откосах отвалов и способствуют развитию оползней, обвалов, суффозии и других неблагоприятных явлений. Увлажнение пород отвала, увеличение зоны полного водонасыщения и снижение сопротивления сдвигу пород отвала в этой зоне происходят также в результате инфильтрации атмосферных вод, скапливающихся в межконусном пространстве и других впадинах на кровле отвальных уступов.
Температурный режим района, глубина сезонного промерзания и оттаивания пород наряду с экспозицией откосов сказываются на интенсификации процессов выветривания слабостойких пород, образовании осыпей, разрушении транспортных площадок и берм очистки. Особенно это характерно для северных и восточных районов России, где горные работы ведутся в суровых климатических условиях. Выпадающие на отсыпаемые в осенний период отвалы осадки просачиваются в тело отвала, образуя увлажненную зону.
При отрицательной температуре часть отвальных пород переходит в мерзлое состояние и вследствие выделения льда связность их возрастает. В процессе замораживания происходит подток воды к ним от нижележащих талых пород. При значительном притоке в отвальных породах образуются крупные линзовидные включения и прослойки льда. Процессу льдовыделений сопутствует процесс разрушения первоначальной структуры породных масс. Все это приводит к образованию ослабленных поверхностей в отвале и разупрочнению пород при оттаивании.
На устойчивости откосов сказывается также режим ветров (сила, продолжительность, направление), влияющий, в особенности в условиях сухого климата, на выветривание горных пород и развевание песчаных откосов.
Из геологических факторов основное значение имеют: литологический состав пород, процессы осадконакопления и литификации, формирующие прочностные характеристики пород; трещиноватость, слоистость и тектонические нарушения горных пород; показатели стойкости, набухания и размокания.
При проведении детальной разведки на месторождении следует обращать особое внимание на выявление трещиноватости глинистых отложений, поверхностей древних оползней на склонах долин и возвышенностей, ослабленных контактов между слоями глин, слоев пластичных глин в основании толщи вскрышных пород, диапировых складок, тектонических нарушений и тектонических трещин большого протяжения, так как эти геологические факторы во многом обусловливают устойчивость бортов карьеров.
На устойчивость отвалов влияет характер залегания пород их основания, а также физико-механические свойства пород отвалов и оснований.
При размещении отвалов на сильно сжимаемых глинистых породах могут возникать нодподошвенные оползни. В случае залегания в основании водонасыщенных песчаных пород возможны надподошвенные оползни. Если основание имеет наклон в сторону откоса и представлено сложной неоднородной толщей, залегающей согласно поверхности основания (прочность пород вкрест слоистости обычно достаточно велика), устойчивость отвала определяется сопротивлением сдвигу по контактам слоев и углом наклона основания, а оползни отвалов имеют вид подошвенных и подподошвенных.
Устойчивость отвалов на прочных основаниях определяется прежде всего сопротивлением сдвигу слагающих их пород.
К числу гидрогеологических факторов, оказывающих большое влияние на устойчивость откосов, относятся гидростатическое и гидродинамическое давление подземных вод. Эти воды могут вызвать гидростатическое взвешивание пород и возникновение дополнительных сдвигающих сил. В большей мере подобные процессы проявляются при наличии несвязных и слабосвязных осадочных и сильно выветрелых скальных породах. При наличии водоносного горизонта в породах, непосредственно подстилающих отвал, нижняя часть насыпи увлажняется за счет капиллярного поднятия. Сопротивления сдвигу пород отвала могут также снижать напоры, возникающие в водоносном горизонте на некотором удалении от откоса. Давление подземных вод на глинистые породы основания отвалов уменьшает эффективные напряжения в них или может вызвать гидравлический разрыв глинистого слоя с прорывами напорных вод или плывунов.
Ухудшение условий устойчивости внутренних отвалов, прислоненных к нерабочему борту, возможно за счет увлажнения отвальных пород водами водоносного горизонта вскрышной толщи. При неудовлетворительном дренаже подпитка водами этого горизонта, а также атмосферными осадками отвала, сложенного склонными к тиксотропному оплыванию пылеватыми породами, может привести к возникновению катастрофических оползней.
На устойчивость гидроотвалов существенное влияние оказывают гидростатическое взвешивание в песчаных породах и избыточное давление поровой воды в глинистых породах. Цикличное развитие фильтрационных деформаций в виде оплывания песчано-глинистых пород в откосах может привести к оползанию упорной призмы гидроотвала. При размещении гидроотвалов на слабых основаниях могут происходить оползни выдавливания.
На устойчивость в откосах твердых трещиноватых пород в обычных условиях гидрогеологические факторы не оказывают существенного влияния, так как пологая депрессионная воронка лишь в незначительной степени захватывает призму возможного обрушения, а устойчивость пород к набуханию и размоканию способствует сохранению характеристик прочности пород в течение длительного времени.
Среди горнотехнических факторов, оказывающих влияние на устойчивость откосов твердых горных пород и величину углов наклона бортов, наибольшее значение имеет способ производства буровзрывных работ. Под действием взрывной волны изменяется напряженное состояние массива, что уменьшает силы трения по наиболее слабой поверхности и при небольшом запасе устойчивости может привести к внезапным обрушениям бортов. Существенное влияние на величины углов наклона высоких бортов, сложенных скальными породами, и на безопасность работы в карьере оказывают ширина берм очистки и транспортных берм, частота их расположения, а также тип съезда. На устойчивость выветрелых, склонных к набуханию или размоканию пород влияет профиль площадок уступов, обеспечивающий сток атмосферных вод. Определенное влияние на устойчивость пород в откосах оказывает система разработки. Так, при отработке полезного ископаемого, залегающего в толще глинистых водонасыщенных пород наиболее целесообразной является разработка неширокими участками с заваливанием выработанного пространства вскрышной породой.
На устойчивость откосов отвалов в первую очередь оказывают влияние способы отвалообразования, режим горных и отвальных работ, а также масса оборудования и динамические нагрузки, возникающие при работе механизмов.

title-icon Подобные новости