7. Проявление горных процессов при открытых горных работах
Основными формами проявления горных процессов при открытых работах является сползание откосов и давление пород на подпорные стенки.
7.1. Устойчивость откоса при наличии вероятной поверхности скольжения
Возможны два случая:
фильтрационный поток отсутствует;
фильтрационный поток имеет место.
При отсутствии фильтрационного потока (рис. 32) условие равновесия на плоскости скольжения I–I имеет вид:
;
;
;
,
где:
Тсопр – сопротивление сдвигу откоса;
Тcg – сдвигающее усилие;
Р – общий вес пород выше плоскости I–I;
α – угол наклона плоскости сдвига к горизонту;
С – сцепление по I–I;
φ – угол трения пород по I–I.
Расчет ведется на полоску шириной в плане 1 м и длиной L.
Определяют коэффициент устойчивости откоса по формуле:
.
Рис. 32. Сухой откос с вероятной плоскостью скольжения:
I–I – вероятная плоскость скольжения; 1 – земная поверхность
Устойчивость откоса обеспечивается при η > 1.
При наличии фильтрационного потока (рис. 33) расчет устойчивости откоса ведется по блокам шириной 1 м и длиной аi.
Вес блоков:
,
.
Здесь:
V1, V2, ... – объем блока над депрессионной кривой;
,
,
... – то же под депрессионной кривой;
γ – объемный вес породы над депрессионной кривой;
γ1 – то же под депрессионной кривой;
;
n – коэффициент пористости породы n = 0,01ρ;
ρ – пористость породы в %.
Коэффициент устойчивости откоса определяется с учетом действия гидродинамического давления DГдi:
,
где:
γВ – плотность воды;
wi – площадь основания расчетного блока:
.
Рис. 33. Обводненный откос с вероятной поверхностью скольжения:
АЕ – поверхность откоса; АС – поверхность водного потока
(депрессионная кривая); АВ – вероятная поверхность скольжения
Коэффициент устойчивости откоса:
,
где:
f – коэффициент трения породы по поверхности скольжения;
Устойчивость откоса обеспечивается при η > 1.
7.2. Устойчивость откоса при однородных слабых породах
Сдвижение откоса принимается по цилиндрической кривой. Расчетная схема приведена на рис. 34.
Расчет ведется по полоскам шириной 1 м. Каждая полоска разделяется на блоки.
Момент удерживающих сил для полоски
,
где :
С – сцепление по дуге AD;
L – длина дуги AD
R – радиc дуги AD
f – коэффициент трения в породе.
Рис. 34. Расчетная схема сдвижения откоса:
AD – вероятная поверхность сдвижения
Момент сдвигающих сил для полоски
Коэффициент устойчивости полоски
.
Устойчивость откоса обеспечивается при η > 1.
7.3.Устойчивость откоса в неоднородных породах
Приводим описание метода Н.Н. Маслова (рис. 35).
Рис. 35. Расчетная схема к методу Н.Н. Маслова
Равно-устойчивым считается откос, у которого в любом горизонтальном сечении соблюдается соотношение
,
где
η – коэффициент устойчивости породы;
αi – угол наклона откоса к горизонту;
βi – угол сопротивления пород сдвигу при соответствующем напряжении в данном слое пород.
Из выражения для паспорта породы:
,
находим
,
где:
Сi – величина сцепления породы;
φi – угол внутреннего трения породы;
σi – нормальное уплотняющее напряжение.
Так,
;
;
;
Критерий устойчивости откоса имеет вид:
или
На рис.35 пунктирной линией AD показано очертание равно-устойчивого откоса. Так как реальный откос положе предельно устойчивого (расположен правее), то он устойчив.
Критическая (наибольшая) высота вертикального уступа для пород со сцеплением
,
где:
С – сцепление породы;
γ – объемный вес порода;
φ – угол внутреннего трения породы.