Способ натурного определения параметров сопротивления сдвигу пород в массиве

Способ натурного определения параметров сопротивления сдвигу пород в массиве

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к строительству и может использоваться для определения параметров сдвига пород в натурных условиях. Цель изобретения - повышение точности определения за счет оптимизации реальной формы поверхности скольжения на стадии подготовки основного оползневого 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 (φ), используемых для составления уравнения предельного равновесия и расчета величины сцепления породы в массиве. Параметры поверхности скольжения определяют с учетом дополнительно измеренных элементов залегания согласных оползнеопасных и поперечных трещин и расстояний между ними на оползне и вблизи него. Для учета структурных особенностей массива φ определяют путем сдвига целика в массиве. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 ;!

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

4

C) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4664002/33 (22) 21.03.89 (46) 23.08.91. Бюл, М 31 (71) Государственный научно-исследовательский институт орнохимического сырья (72) А.Я. Е горов (53) 624.131.37 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. )399663, кл, G 01 N 3/24, 1986.

Фисенко Г.Л.Устойчивость бортов карьеров и отвалов. — М.: Недра, 1965. (54) СПОСОБ НАТУРНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПАРАМЕТРОВ СОПРОТИВЛЕНИЯ СДВИГУ

ПОРОД В МАССИВЕ (57) Изобретение относится к строительству и может использоваться для определения параметров сдвига пород в натурных условиях. Цель изобретения — повышение точности определения за счет оптимизации реальной формы поверхности скольжения

Изобретение относится к строительству и может использоваться для определения параметров сдвига 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. Ж 1671770 А1 на стадии подготовки основного оползневого 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); на фиг.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 расчет1671770 ная линия скольжения; 10 — сечение части расчетного отсека выше генералиэованной линии скольжения и ниже мелкоступенчатой линии скольжения; 11 — то же, ниже генерализованной линии скольжения; 12— бровка головного уступа; 13 — основание видимой части головного уступа; 14 — основание расчетной части головного уступа (точка пересечения линии расчетного головного уступа и поверхности ослабления на нижней границе блока с ненарушенной структурой); 15 — точка пересечения перпендикуляра, опущенного из точки 18, с расчетной линией срезания; 16- основание откоса до начала деформации; 17 — язык оползня;

18 — подошва недеформированного блока на 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 строение поверхности скольжения оползня в массиве трещинноватых пород. Для этого производят измерение элементов залегания согласных поверхностей ослабления, поперечных трещин и расстояний между ними на оползневом участке массива и вблизи него, с учетом чего оптимизируют расчетную 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 поверхностей ослабления и по одной из фиксированных . точек ее проявления на поверхности откоса (3 или 4).

Расчетную линию скольжения для типа

2 (фиг.2) оптимизируют по измеренным углам 2 наклона поверхности ослабления и поперечной трещины и по двум фиксированным точкам их проявления на откосе (3, 4). Подошву головного уступа 5 оползня определяют как точку пересечения линии скольжения и поперечной трещины, унаследованной головным уступом 5.

Расчетную линию скольжения для типа

3 (фиг.3) оптимизируют по измеренным углам 2 наклона поверхностей ослабления.

Количество ступенек определяют по количеству трещин 6 эакола, зафиксированных на откосе. Построение линии скольжения ведут сверху и снизу ("встречное") с учетом угла наклона трещин 6 эакола и выходов 4 зафиксированных поверхностей ослабления на откосе. При количестве сту5

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, 1671770 ка

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 мелкоблокового 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 . — p/2, а точку 15 — получают е 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 из 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 откосов

Всего выделяют четыре расчетных отсеI отсек — зона смещения беэ существенного нарушения структуры массива с сохранением угла наклона линии скольжения, замеренного в обнажении головного уступа.

Угол наклона выдержанных поверхностей ослабления изменяется за счет ээпрокидывания блока. но остается постоянным в его пределах. Четко фиксируется визуально.

Смещение блока происходит с наследова-. нием поверхности ослабления вдоль поперечной трещины в виде проседания после отрыва под сейсмическим воздействием от массовых взрывов.

II отсек — характеризуется смешанным разрушением: как "по целику", так и по поверхностям ослабления за счет сейсмического воздействия массовых взрывов и веса вышерасположенного блока.

III отсек — зона срезания эа счет сейсмического воздействия массовых взрывов.

К зона — надеигание оползневого тела на берму, Зоны НЧ характеризуются нарушенными, с невыдержанными углами наклона поверхностями ослабления и трещинами, четко фиксируются визуально на деформированных участках откосов, Для получения обобщенного значения величины сцепления по ополэневой поверхности на стадии подготовки основного смещения составляют уравнение предельного равновесия с учетом определенной длины расчетной линии скольжения, плотности пород и тангенса угла внутреннего трения, который получают по данным сдвигов целиков, выкроенных трещинами, вблизи оползня, что более полно отражает реальные условия деформирования и механизм смещения, чем при лабораторных исследованиях на образцах. . По полученным данным определяют относительную долю различных прочностей (в целике и собственно по поверхностям ослабления), обусловливающих устойчивость откосов. Это определение основывается на малой изменчивости значений угла внутреннего трения скальных пород при различных способах его получения и реализуется на основе решения уравнений ах+ by=c, x+y=g, (1) где а — удельное сцепление на поверхности ослабления, полученное по данным сдвигов целиков на откосе;

Ь вЂ” 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, где смещение происходит с наследованием поверхности ослабления; у — то же. за счет срезания выступов не поверхности скольжения;

g — общая длина расчетной линии скольжения.

Соотношение х и у (в $) от общей длины расчетной линии скольжения выражает or1671770 ными испытаниями на образцах породы, ни полевыми сдвигами как мелких, так и крупномасштабных целиков и блоков.

Анализируется сложный случай опол5 эания с формированием криволинейной поверхности скольжения в породах мелкоблокового строения с падением поверхностей ослабления (слоистости) вглубь массива в условиях сейсмического воздей10 ствия массовых взрывов (тип 6), Плотность пород 2,55 т/м, угол внутреннего трения

38, 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

30 носительную долю различной прочности при деформировании откосов, Пример, Анализируется случай оползания с формированием мелкоступенчатой поверхности скольжения в зоне оперения дизьюн ктивного тектонического наоушения (тип 5), Плотность пород 2,5 т/м, угол внутреннего трения ф = 30 и сцепление с- 0,5 т/м (по данным сдвигов целиков портативным устройством по блестящим отполированным поверхностям ослабления).

На фиг.5 построены мелкоступенчатая 8 и генерализованная 9 линии скольжения, Мелкоступенчатая линия 8 скольжения построена по средним параметрам: угол наклона согласных блестящих поверхностей ослабления 38, расстояние между ними

0,5 м, расстояние между поперечными вертикальными трещинами 1,5 м, мощность основного деформирующегося горизонта 6 м (локалиэующегося в зоне оперения дизъюнктива), высота уступа 15 м, ширина верхней бермы 6 м, угол откоса уступа 60 .

Исходные расчетные данные сведены в табл,1.

Сцепление в массиве рассчитывают иэ уравнения предельного равновесия;

XPi cos я tg p+ с2 — — ZP sine, (2) где Pi — вес блока породы.т; я — угол наклона линии скольжения оползня, град;

Ii — 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=

=30, с = 0,685 т/м .

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 лаборатор40

55 данным измерений, выполненных в натуре рулеткой и горным компасом.

Угол наклона слоистости вглубь массива

12, в смещенном (ненарушенном) блоке

20, угол откоса уступа до смещения 60, высота уступа 15 м, угол наклона головного уступа оползня 70, видимая длина головного уступа 2,5 м, его расчетная длина 7,5 м, угол наклона линии скольжения на отрезке

16 — 15 26 (45 — p 45-19=26 ).

Исходные расчетные данные сведены в табл.2, Составляют уравнение предельного равновесия

ZPi(— m slna i) tg у + с Hi =

= Х P sin а + Х Pi m cos а, (3)

142 0,78+ 15 с = 270+ 247; c- 26,5 т/м .

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 ("no целику") равна 3,5 мм, Таким образом, прочность по целику составляет порядка 23 . При этом разрушение "по целику" происходит в зоне срезания (отсек! 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:

rp-38 и с-2 т/м .

167!770

Таблица 1

* В связи с постоянством угла наклона ослабленных поверхностей расчетные отсеки и II объединены, Таблица 2

Примечание. m = 0,75 при 12-балльном сотрясении (в зоне откольных явлений) по шкале ГОСТ.

Исходные данные для такого расчета приведены в табл,3, По уравнению предельного равновесия (2) имеем

332 0,78 2х24 = 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, Формула 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 массиве,отлича ющий с я тем, что.с целью повышения точности определения за счет оптимизации реальной формы поверхности

5 скольжения на стадии подготовки основного оползневого смещения или после его завершения в массиве трещинноватых пород. дополнительно производят измерение элементов залегания согласных

10 ополэнеопасных и поперечных трещин и расстояний между ними на ополэневом участке массива и в непосредственной близости от него, а параметры поверхности скольжения определяют с учетом этих изме15 ренных данных путем графических построений, 2, Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью учета структурных особенностей массива, угол внутреннего трения

20 определяют путем сдвига целика, ограниченного трещинами на ополэневом участке массива или вблизи него.

12

Таблица 3

1671770

Составитель Г. Мартынова

Техред М.Моргентал Корректор М. Максимишинец

Редактор И. Горная

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101

Заказ 2807 Тираж 386 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5