Аналитический способ расчета параметров устойчивого откоса на слабом основании большой мощности Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 622.271

АНАЛИТИЧЕСКИЙ СПОСОБ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ УСТОЙЧИВОГО ОТКОСА НА СЛАБОМ ОСНОВАНИИ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ

Виктор Николаевич Долгоносое

Карагандинский государственный технический университет, 100027, Республика Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, доктор технических наук, доцент кафедры маркшейдерского дела и геодезии, тел. (7212)56-26-27, e-mail: vdolgonosov@rambler.ru

Петр Сергеевич Шпаков

Муромский институт (филиал) Владимирского государственного университета, 602264, Россия, г. Муром, Владимирской области, ул. Орловская, 23, доктор технических наук, профессор кафедры автоматизированного проектирования машин и технологических процессов, тел. (49234)4-02-83, e-mail: spsp01@rambler.ru

Ольга Васильевна Старостина

Карагандинский государственный технический университет, 100027, Республика Казахстан, г. Караганда, Бульвар Мира, 56, кандидат технических наук, доцент кафедры маркшейдерского дела и геодезии, тел. (7212)-56-26-27, e-mail: o.starostina@kstu.kz

Мария Владимировна Шпакова

Сибирский федеральный университет, Институт горного дела, геологии и геотехнологий, 660025, Россия, г. Красноярск, пр. Красноярский рабочий, 95, кандидат технических наук, ассистент кафедры маркшейдерского дела, тел. (391)206-37-01, e-mail: spsp01@rambler.ru

При разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом часто возникает задача определения параметров откосов, расположенных на слабом основании большой мощности. Существующие способы решения зачастую графические, обладают рядом недостатков, которые устраняются в предложенном аналитическом способе. Потенциальная поверхность скольжения в откосах такого типа достаточно точно аппроксимируется дугами трех окружностей. Авторами предложен аналитический способ расчета, основанный на теории предельного равновесия. Компьютерная реализация решения значительно облегчает расчеты и анализ, что дает способу значительные преимущества.

Ключевые слова: отвал, основание откоса, коэффициент запаса устойчивости, предельная высота, предельный угол откоса, выпор основания.

ANALYTICAL METHOD OF PARAMETERS CALCULATION OF STABILITY SLOPES ON HIGH CAPACITY WEAK BASES

Viktor N. Dolgonosov

Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan Republic, Karaganda, 56 Mira avenue, Doctor of Technical Sciences, Doc. Department Survey and Geodesy, tel. (7212)-56-26-27, e-mail: vdolgonosov@rambler.ru

Petr S. Shpakov

Murom Institute (Division) Vladimir State University, 602264, Russia, Murom, 23 Orlovskaya str., Doctor of Technical Sciences, Professor Department Automated planning of machines and technological processes, tel. (49234)-4-02-83, e-mail: spsp01@rambler.ru

Olga V. Starostina

Karaganda state technical university, 100027, Kazakhstan Republic, Karaganda, 56 Mira avenue, Cand. of Technical Sciences, Docent Department Survey and Geodesy (Ph. D.), tel. (7212)-56-26-27, e-mail: o.starostina@kstu.kz

Marya V. Shpakova

Siberian Federal University, Institute of Mining, Geology and Geotechnology, 660025, Russia, Krasnoyarsk, 95 Krasnoyarsk worker str., Cand. of Technical Sciences (Ph. D.), Ass. Department Survey, tel. (391) 206-37-01, e-mail: spsp01@rambler.ru

In the development of mineral deposits by open pit and dumping overburden in the external and internal piles often arises the problem of determining the stability of slopes, located on low basis high power. The existing methods for solving this task, often graphic, have a number of disadvantages which are eliminated in the proposed analytical method of calculation. It is shown that the potential slip surface in slopes located on a weak base big capacity, can be described three arcs of circles. The analytical method of calculation, based on the theory of maximum equilibrium, offers authors. Computer realization of decision facilitates calculations and analysis considerably, that gives considerable advantages to the method.

Key words: dump, founding of slope, coefficient of stability supply, limit height of slope, limit corner of slope, sticking out of founding.

При разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом часто возникает задача определения параметров откосов, расположенных на слабом основании большой мощности. Так, например, при складировании вскрышных пород на территориях пересыхающих водоемов (отвалы Качарского карьера) либо при залегании в основании отвалов мощных линз слабых пластичных глин, а также в случаях, когда в нижней части стратиграфического разреза борта карьера присутствуют мощные горизонты слабых пес-чано-глинистых пород, которые отличаются более низкими прочностными характеристиками по сравнению с породами вышележащих горизонтов.

Существующие способы решения графические, обладают рядом недостатков, которые устраняются в предложенном аналитическом способе.

Результаты выполненных авторами наблюдений за деформациями карьерных откосов на месторождениях Казахстана (Качарский и Тургайские карьеры) позволили разработать модель деформирования откосов на слабом основании большой мощности и выявить форму и местоположение потенциальной поверхности скольжения [1, 2].

Характерной особенностью механизма деформирования прибортового массива в случае залегания в основании откоса слабого слоя большой мощности является наличие выпора - выдавливания пород слабого основания у подошвы откоса. Поверхность скольжения представляет собой сложную линию переменной кривизны, которая достаточно точно может быть аппроксимирована тремя сопряженными дугами окружностей (рис. 1).

Общая схема построения поверхности скольжения подробно изложена в работах [2, 3].

Рис. 1. Схема откоса на слабом основании большой мощности

Методика интегрирования сдвигающих, нормальных и удерживающих сил, действующих по линиям скольжения АЫЫО подробным образом описана в работах [2, 3].

Авторами разработан алгоритм и компьютерная программа для решения данной задачи, которая существенно облегчает расчеты и анализ при обосновании параметров устойчивых откосов. Для контроля корректности работы программы выполнены многочисленные поверочные расчеты с произвольными значениями прочностных характеристик массива и выполнено сравнение с графическими решениями по номограммам [4]. Сходимость результатов - в пределах 5 %.

Рассмотрим решение задачи на примере оползневого участка Тургайского бокситового рудника. Определим параметры предельного откоса на слабом основании большой мощности. Угол откоса а=28°, прочностные характеристики пород массива к = 0Д0 МПа, р=18° и слабого слоя = 0,035 МПа, р'=12°.

Объемный вес пород массива у = 2,0 тн/ м3 и основания у' —1,8 тн! м3 [2].

Схема откоса с радиусами предполагаемой поверхности скольжения представлена на рис. 2.

Рис. 2. Схема откоса к аналитическому решению

Сравним результаты решения аналитическим и численно-аналитическим способом проф. Шпакова П. С. (табл. 1).

Таблица 1

Результаты расчета предельных параметров откоса

Метод расчета Парамет ры предельных откосов, м

н пр Г Ь И К1 К2 КЗ

Аналитический 53,5 17,6 10,1 12,4 147,5 106,2 55,8

Численно-аналитический 56,4 17,6 9,0 12,6 157,8 107,9 56,5

Приведенные в таблице результаты свидетельствуют о достаточно высокой сходимости результатов расчета двумя способами.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Попов И. И., Шпаков П. С., Поклад Г. Г. Устойчивость породных отвалов: монография. - Алма-Ата: Наука, 1987. - 224 с.

2. Долгоносов В.Н., Шпаков П.С., Низаметдинов Ф.К. и др. Аналитические способы расчета устойчивости карьерных откосов: монография. - Караганда: Издательство «Санат-полиграфия», 2009. - 332 с.

3. Шпаков П.С., Долгоносов В.Н., Юнаков Ю.Л., Шпакова М.В. Аналитический способ расчета устойчивости откоса на слабом основании неограниченной мощности // Горный информационно-аналитический бюллетень (ГИАБ), Москва. - 2015. - № 8. - С. 92 - 99.

4. Методические указания по определению углов наклона бортов, откосов уступов и отвалов строящихся и эксплуатируемых карьеров. - Л.: ВНИМИ, 1972. - 165 с.

© В. Н. Долгоносов, П. С. Шпаков, О. В. Старостина, М. В. Шпакова, 2016