112. Изменение напряженного состояния массива горных пород при веде­нии открытых горных работ

Выемка горных пород резко нарушает установившийся природный режим горного массива и изменяет поле напряжений. В некоторой области вокруг карьера изменяется первоначальное напряжённое состояние массива и возникает новое поле напряжений. В первую очередь это связано с уменьшением мощности отрабатываемого слоя (H^’<H) и возможности деформации в сторону выработанного пространства.

Состояние горных пород (в пределах упругих деформаций) при плоском в плане откосе характеризуется следующими значениями:

,

,

,

где - модуль Юнга

- относительная деформация в сторону откоса

- коэффициент Пуассона

При изогнутом в плане откосе изменяется не только σ₂, но и σ₃. При вогнутой форме появляется дополнительное горизонтальное напряжение сжатия, а при выпуклой дополнительное растягивающее напряжение.

По высоте откоса наблюдается концентрация напряжений в основании откоса. Как правило, вертикальные и горизонтальные напряжения возрастают от верхней площадки уступа к нижней. В близ верхней площадки уступа есть области, где преобладают горизонтальные растягивающие напряжения. Здесь могут развиваться трещины отрыва. Поле напряжений зависит и от множества других факторов связанных с изменением природной обстановки.

113. Условия предельного равновесия массивов горных пород в откосах

Основное условие предельного равновесия массива – это соотношение Морра-Кулона.

,

где - угол внутреннего трения

- сцепление породы в массиве

и являются преобладающими характеристиками прочности ГП в массиве.

В теории предельного равновесия рассматривается два случая предельного напряжённого состояния:

1. Когда предельное напряжённое состояние выполняется в любой точке массива.

2. Когда это условие справедливо лишь по внутренней его границе, являющейся поверхностью скольжения.

В первом случае задачу решают аналитически, т.е. определяют критические нагрузки на массив и характер поверхности, вдоль которой возможно его разрушение.

Во втором случае применяется поверхность скольжения, для которой рассматривается равновесие возможной призмы обрушения с использованием соотношения Морра-Кулона. Этот метод разработал Кулон в 1776 году и получил дальнейшее развитие.

Метод решения задач для первого случая называется методом предельного напряжённого состояния сыпучей среды, а для второго случая – методом предельного равновесия сыпучей среды.

Чтобы определить устойчивость необходимо отыскать наиболее слабые поверхности внутри откоса и сравнить действующие по ним удерживающие и сдвигающие силы.

Наиболее слабой для данного откоса будет та поверхность, где отношение

,

Если это отношение будет равно 1, то поверхность предельно напряжённая, а угол откоса α предельный.

Отношение удерживающих сил к силам, стремящимся сдвинуть призму возможного обрушения по поверхности скольжения, является мерой устойчивости откоса. Если n=1, то откос будет находится в предельном равновесии.

.