title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Основные условия устойчивости откосных сооружений

Основные условия устойчивости откосных сооружений

Создаваемые при открытых разработках откосы в той или иной мере подвержены различного рода деформациям, поэтому можно говорить лишь об относительной устойчивости откосов. В горной практике сложилось понятие о кратковременной и длительной устойчивости откосов, что объясняется особенностями технологии ведения открытых работ, а также механизмом деформирования горных работ во времени.
Откосы рабочих бортов и уступов, отвальных насыпей имеют непродолжительный срок стояния, поэтому они должны отвечать условиям кратковременной устойчивости.
Откосы нерабочих бортов и уступов, капитальных траншей, упорных призм гидроотвалов должны сохранять устойчивость на протяжении всего срока службы горного предприятия, т. е. отвечать условиям длительной устойчивости.
Характерными прочностными показателями горных пород, слагающих откосы, являются: мгновенная прочность о0 — практически мгновенное сопротивление пород в начале загружения; временная прочность оt — изменяющаяся во времени прочность, вызывающая разрушение породы за определенный промежуток времени t; длительная прочность о00 — прочность, которой обладает порода под воздействием нагрузок в течение весьма длительного периода времени. Для прогноза изменения прочности горных пород в откосах o = f(t) может быть использована упрощенная зависимость вида (1.35), где tпр заменяется на t + 1.
Основные условия устойчивости откосных сооружений

Устойчивость пород в откосах определяется их сопротивляемостью сдвигающим усилиям. Для раздельнозернистых пород сопротивление сдвигу характеризуется только трением (ф = 0; с = 0); сопротивление сдвигу связных (глинистых) пород характеризуется внутренним трением и незначительным сцеплением (ф = 0; с = 0); сопротивление сдвигу твердых пород, обладающих большим сцеплением, может быть охарактеризовано в основном силами сцепления.
Для раздельнозернистых горных пород (по Н.А. Цытовичу — идеально сыпучего грунта) условие равновесия в откосах требует, чтобы угол откоса не превышал угла внутреннего трения. Это условие вытекает из следующих соображений. Пусть на поверхности откоса AB (рис. 58), сложенного сыпучими породами и лежит твердая частица. Масса частицы Q, угол наклона поверхности откоса к горизонту а, угол внутреннего трения ф. Нормальная N и касательная S составляющие напряжения от силы тяжести Q равны:

Сила S будет стремиться сдвинуть частицу породы вниз откоса. Ей будет противодействовать сила трения S' = fN, действующая параллельно поверхности откоса AB. Условие равновесия будет соблюдено, если S = S'.
Ho так как 5' равно произведению коэффициента трения на нормальное давление S' = fN, то для равновесия необходима Q sin а — f Q cos а = 0, откуда tg а = f, но так как f = tg ф, то

Другими словами, предельный угол откоса в сыпучих породах равен углу внутреннего трения. Ho так как для сыпучих пород угол внутреннего трения равен углу естественного откоса, то данное положение можно сформулировать следующим образом: предельный угол откоса в раздельнозернистых (сыпучих) породах равен углу естественного откоса и не зависит от высоты откоса.
Следует отметить, что в откосе сыпучей породы имеется семейство предельных криволинейных поверхностей, ограниченных предельной криволинейной поверхностью, пересекающей откос в нижней и верхней точках под углом 45°—ф/2, и предельной поверхностью откоса.
В связных и твердых горных породах, обладающих сцеплением и внутренним трением, возможно создание вертикальных откосов определенной высоты, называемой предельной высотой вертикального откоса — H90. Для идеально связной горной породы (ф = 0; с = 0) величина H90 определяется выражением:

где у — объемная масса горной породы;
с — сцепление.
Устойчивость откосов, представленных связными породами, оценивается по соотношению удерживающих EFуд и сдвигающих ETi сил, действующих на призму возможного обрушения. Под призмой возможного обрушения понимают объем породы в откосе, заключенный между поверхностью откоса и наиболее слабой поверхностью в массиве, по которой возможно смещение породных масс. В случае равенства единице отношения сил, действующих на поверхности смещения, т. е. ЕFуд/ETi = 1, эту поверхность называют предельно-напряженной, или поверхностью скольжения; соответствующий данному положению угол откоса является предельным.
Для откоса, представленного однородными неводонасыщенными породами, может быть принята круглоцилиндрическая поверхность скольжения. На наиболее крутом участке поверхности скольжения сдвигающие силы превышают удерживающие (силы сцепления и трения), вследствие чего равновесие для этой части призмы обрушения возможно при наличии упора со стороны призмы обрушения, размещающейся на пологом участке поверхности скольжения. Верхнюю часть призмы возможного обрушения называют призмой активного давления, нижнюю — призмой упора. Устойчивость откоса повышается с уменьшением массы призмы активного давления и уменьшается при уменьшении массы призмы упора. Использование этого обстоятельства позволяет вести действенную борьбу с оползнями откосных сооружений.
Для водонасыщенных глинистых пород откосов оценку устойчивости производят по формуле

где Етдоп — сумма допустимых касательных напряжений, взятых е графиков сопротивления сдвигу при соответствующих нормальных напряжениях; Етсдв — сумма сдвигающих напряжений, возникающих по наиболее слабой поверхности, используя общее сопротивление сдвигу пород в каждой точке наиболее слабой поверхности скольжения без разделения на силы трения и сцепления. Величина сопротивления сдвигу устанавливается по результатам испытаний пород на срез.

title-icon Подобные новости