Совершенствование расчетной схемы
устойчивости откосов на слабом основании неограниченной мощности
Хмырова
Елена Николаевна,
Низаметдинов
Фарит Камалович,
Омарова
Асель Куандыковна,
Карагандинский государственный
технический университет, кафедра маркшейдерского дела и геодезии.
На основании
аналитического расчета устойчивости откоса на слабом основании большой мощности
приведены расчетные параметры отвала и мощность подошвенной оползни с выпором
основания. Фактические деформации распространены на отвалах № 4 и 7 Качарского
карьера. Основными причинами нарушений устойчивости являются низкая несущая
способность переувлажненных пород основания отвалов, низкая прочность глинистых
пород, складируемых в отвалы, которые зачастую замачиваются
(нижняя часть первого яруса) паводковыми водами, превышение предельной
высоты нижних ярусов и несоблюдение технологического режима отсыпки.
При
разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом часто возникает
необходимость определения параметров откосов, расположенных на слабом основании
большой мощности. Такие задачи возникают, в частности, при складировании
вскрышных пород на территориях пересыхающих водоемов (отвалы Качарского
карьера), либо в случаях,
когда в нижней части стратиграфического разреза борта карьера присутствуют
мощные горизонты слабых песчано-глинистых пород, отличающихся более низкими
прочностными характеристиками по сравнению с породами вышележащих горизонтов
(южный и юго-западный борт Качарского карьера).
В случае залегания в
основании откоса слабого слоя большой (неограниченной) мощности поверхность
скольжения представляет собой сложную линию переменной кривизны, состоящую из
трех участков – дуг окружностей. Данная расчетная схема и её аналитическое
решение детально рассмотрена в работе [2].
Исследуем зависимости параметров предельного откоса от сцепления пород
слабого основания. Результаты расчетов приведены в таблице 1.
Таблица 1.
Значения параметров предельного откоса.
Параметры |
Сцепление основания k', кПа |
||||
15,0 |
12,5 |
10,0 |
7,5 |
5,0 |
|
Предельная высота Нпр, м |
14,6 |
13,6 |
12,5 |
11,3 |
10,0 |
Выпор L, м |
3,9 |
4,5 |
4,7 |
4,8 |
4,9 |
Заглубление h, м |
4,3 |
4,2 |
4,1 |
4,0 |
3,8 |
Ширина призмы обрушения r,
м |
6,2 |
5,8 |
5,4 |
5,0 |
4,1 |
График зависимости параметров предельного откоса от
сцепления пород слабого основания приведен на рисунке 1.
Полученная зависимость
описывается уравнением
, м
(1)
Приведенное линейное соотношение позволяет
определить предельную высоту первого яруса по известному сцеплению, а также
решать обратную задачу, связанную с оценкой фактической величины сцепления
пород основания.
Аналогично построим графики зависимостей ширины
выпора основания, максимального заглубления поверхности скольжения и ширины
призмы возможного обрушения (рисунок 2).
Зависимости параметров предельного откоса описываются уравнениями
, м;
, м; (2)
, м.
Профиль
предельного откоса первого яруса приведен на рисунке 3.
Выполним оценку
проектного контура многоярусного отвала № 4 в соответствии с проектными
значениями, приведенными на рисунке 3.
Параметры
предельного откоса при высоте пятиярусного отвала 58 м:
- предельный
генеральный угол отвала 12º;
- ширина призмы обрушения r
=
- ширина выпора у основания
L =
Рис. 1. График зависимости предельной высоты откоса от сцепления пород
слабого основания.
Рис. 2. Графики зависимостей параметров предельного откоса от сцепления
пород слабого основания: 1 - ; 2 - ; 3 - .
Рис. 3. Профиль откоса первого яруса отвала
№ 4.
Исходя из
полученного значения генерального угла, назначаем рекомендуемые конструктивные
параметры профиля отвала. Ширина площадки между первым и вторым ярусами для
исключения выдавливания пород слабого основания должна составлять не менее
Выполненные
расчеты свидетельствуют о том, что проектные параметры отвала № 4 на слабом основании
являются предельными, что влечет за собой развитие деформаций и нарушения
устойчивости отвала.
Литература
1. Попов И.И., Шпаков П.С., Поклад Г.Г. Устойчивость породных отвалов. -
Алма-Ата: Наука, 1987. - 224 с.
2. Долгоносов В.Н. Расчет предельной высоты откоса на слабом основании
для Качарского месторождения // Вестник КазНТУ. Казахский национальный
технический университет им. К.И. Сатпаева № 3(73), 2009. - С 84-87.
3. Мероприятия по
обеспечению устойчивости отвалов карьера Качарского ГОКа в рабочей зоне до
подхода к приоткосной зоне. - Санкт-Петербург: Гипроруда, 1997.
Поступила в
редакцию 27.09.2010 г.