40. Оценка устойчивости песчаного грунта над карстовой полостью.

П рактически все существующие методы расчета устойчиво­сти грунтовой толщи базируются на схеме смещения «столба» грунта - среза по цилиндрической поверхности над ослаблен­ным участком растворимых пород (рис. 13.9). Тогда сдвигающей силой, вызывающей перемещение грунтов в полость-приемник, будет вес пород в объеме цилиндра: F=σ_yπR² = γhπ R²

Ей противостоят удерживающие силы в результате действия го­ризонтального давления σ_хξ = σ_у (ξ - коэффициент бокового рас­пора) на боковую поверхность этого цилиндра. Для песчаной толщи при φ = 0, с = 0, ξ = tg²(π/4 - π/2), σ_у=γy, σ_n= γy tg²(π/4 - π/2) они равны:

,

, отсюда радиус провала равен R_кр.=htgφξ, h_кр.=R/htgφξ, коэффициент устойчивости покровной толщи К_у =N/F= htgφξ/R.

41. Деформация водонасыщенных песчаных откосов

При сооружении карьеров и котлованов м происходить деф-ции бортов в результате оплывания и суффозии.

Водонасыщенные песчаные откосы деформируются благодаря действию гидродинамических сил фильтрационного и стекающего по поверхности откоса потоков. Для учета воздействия на устойчивость песчаных откосов фильтрационных сил необходимо составить условие равновесия единичного гп, расположенного на пов-ти откоса (рис. 13.7). На единич­ный объем гп действует сила его веса, равная объемному весу взвешенной в воде породы γ_взв, и фильтрационная сила Ф, равная

Рис. 13.7. Сх для оценки воздействия фильтрационных сил на устойчивость песчаных откосов

произведению объемного веса воды γ_в на град. напора на участке высачивания (выхода на поверхность) ПВ. На участке, где поток направлен вдоль поверхности откоса кру­тизной α, градиент напора I=sin α. Так как фильтрационная сила и сила веса уравновешиваются силой трения F, то можно запи­сать условие предельной устойчивости:

Ф + G sin α = F , где G=γ_взв, Ф= γ_в∙I, F= G cosα ∙tg φ или

γ_в sinα+ γ_взв sinα= γ_взв cosα ∙tg φ, (13.3.2)

откуда tgα= tg φ 0,5 tg у, (13.3.3)

т.е. уклон устойчивого водонасыщенного откоса в точке высачи­вания вдвое меньше естественного уклона песчаного откоса. Влия­ние гидродинамических сил стекающей по откосу воды нередко приводит к значительному (в несколько раз) его выполаживанию, причем известны случаи, когда размеры «языка» оплыва­ния достигают нескольких десятков метров и имеющего ук­лон значительно меньший, чем вычисленный по формуле (13.3.3).

42. Фильтрационный выпор дна котлована происходит в днищах карьеров и кот­лованов, в гор выр, особенно при наличии в их осно­вании слабопроницаемого слоя, экранирующего выход фильтра­ционного потока, имеющего избыточный напор (рис. 13.8).

Рис. 13.8. Схема для оценки расчета возможного фильтраци­онного выпора в днище карьера или котлована

Разрушение слабопроницаемого экранирующего слоя происхо­дит различно в зависимости от соотношения глуб/шир гор.выр. Если шир котлована суще­ственно больше глубины, то экрани­рующий слой начнет разрушаться («всплывать») при напоре, рав­ном его весу. В этом случае усл. равновесия элемента породы единичной площади и мощностью m запишется в виде:

γ_влm = γ_вmI (13.3.4)

где I = — градиент напора, γ_вл — объемный вес влажного грунта, γ_в 1 — объемный вес воды. Отсюда

γ_влm = γ_в(Н-Н₀). (13.3.5)

Обычно возможность разрушения (всплывания) экранирующего слоя выражается с помощью коэффициента устойчивости на всплывание:

K_в= . (13.3.6)

Если карьер узкий и его шир знач-но < глуб или, в случае разрушения подошвы горной выработки, необх при оценке выпора блока экранирующего слоя учитывать сопротивление вдоль возможных поверхностей среза, при составлении усл. равновесия необходимо к силе веса прибавить силы, препятствующие перемещению по бок. пов-ям взвешиваемого блока шириной b. Если учитывать только сцепление, то ур-е равновесия примет вид:

γ_влmb + 2cm = γ_в(H-H₀)b=γ_вImb, (13.3.6)

а взвешивающий градиент будет равен:

I= + . (13.3.8)

Эти соотношения позволяют оценить условия разрушения днища карьера или основания горной выработки, если известны прочностные свойства экранирующего слоя и градиент напора восходящего фильтрационного потока.