CC BY
34
----------------------------------------- © П.С.Шпаков, В.Н. Долгоносов,
О.В. Старостина, М. В. Шпакова,
2010
УДК 622.1:622.271
П. С.Шпаков, В.Н. Долгоносов, О.В. Старостина,
М.В. Шпакова
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СПОСОБОВ РАСЧЕТА ПРЕДЕЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ОТКОСА НА СЛАБОМ НАКЛОННОМ ОСНОВАНИИ
На примере условий конкретного месторождения бокситов выполнены расчеты предельной высоты откоса на слабом наклонном основании при переменных прочностных характеристиках массива, углах наклона и мощности слабого слоя, полученные авторами аналитические зависимости позволяют вести планирование опережающими темпами.
Ключевые слова: Тургайское месторождение бокситов, параметры предельных откосов.
Семинар № 10
Для решения практических задач, возникающих при отработке месторождений полезных ископаемых открытым способом, оперативного планирования и надежного обеспечения устойчивости откосов необходимо проводить исследования взаимосвязей между прочностными характеристиками массива, геометрическими параметрами призмы возможного обрушения и предельными параметрами откоса.
На примере условий Тургайского месторождения бокситов выполнены расчеты предельной высоты откоса на слабом наклонном основании при переменных прочностных характеристиках мас-
сива, углах наклона и мощности слабого слоя.
Результаты расчетов, выполненных численно-аналитическим способом для двух значений мощности слабого основания (т=0 и т=1 м), приведены в табл. 1 и 2; а соответствующие графики - на рис. 1 и 2.
Для угла наклона слабого слоя в=4° выполнена линейная аппроксимация расчетных данных. Коэффициент корреляции равен единице, что свидетельствует о наличии функциональной зависимости н = Дк) .
пр
Таблица 1
Предельная высота откоса при переменных к и в, для т =0
к, т/м2 Нпр, м
в=0° Р=2° Р=4° р=6° Р=8° р=10°
2,50 31,75 24,83 19,47 15,41 12,38 10,11
2,75 34,42 26,82 20,93 16,48 13,14 10,62
3,00 37,08 28,80 22,39 17,55 13,9 11,12
3,25 39,75 30,78 23,85 18,61 14,65 11,62
3,50 42,4 32,76 25,31 19,67 15,4 12,11
3,75 45,06 34,74 26,76 20,73 16,15 12,58
4,00 47,72 36,71 28,22 21,78 16,89 13,06
4,25 50,37 38,69 29,67 22,84 17,63 13,52
4,50 53,03 40,66 31,12 23,89 18,37 13,98
4,75 55,68 42,63 32,57 24,94 19,11 14,44
а = 34° ;р = 28° ;т = 0;к' = 0,5т/м2 (0,005МПа) ;у = 2,0т/м3
Рис. 1. Графики зависимостей высоты предельного откоса от сцепления массива (Тургайское месторождение), т=0
Таблица 2
Предельная высота откоса при переменных к и в, для т =1м
к, т/м2 Нпр, м
р=0" Р=2" Р=4" р=6" Р=8" р=10"
1 2 3 4 5 6 7
2,5 27,62 20,91 15,63 11,51 8,18 4,96
2,75 30,25 22,84 17,04 12,51 8,82 5,02
3 32,88 24,78 18,45 13,51 9,47 4,97
3,25 35,51 26,73 19,87 14,51 10,13 -
3,5 38,14 28,68 21,29 15,52 10,8 -
3,75 40,77 30,63 22,71 16,53 11,46 -
4 43,41 32,58 24,13 17,55 12,14 -
4,25 46,04 34,53 25,56 18,57 12,81 -
4,5 48,68 36,49 26,99 19,59 13,49 -
4,75 51,32 38,44 28,42 20,61 14,17 -
При мощности слабого слоя т=0: При мощности слабого слоя т=1 м:
Н = 5,82 • к + 4,92 , м; Н = 5,69 • к + 1,40 , м.
пр пр
Использование таких графиков и полученных аналитических зависимостей
позволяет вести планирование опере- геометрических параметров, как осно-жающими темпами, при изменении вания, так и самого откоса,
в = 0 в = 2 в = 4 в = 6 в = 8 в = 10
Сцепление массива, т/м2
а = 34°; р = 28° ;т = 1;к' = 0,5т/м2 (0,005 МПа) ;у = 2,0 т/м3
Рис. 2. Графики зависимостей высоты предельного откоса от сцепления массива (Тургайское месторождение), т=1 м
Угол наклона слабого слоя, град
а = 34°; р = 28° ;т = 0 ^ 1;к' = 0,5т/м2 (0,005 МПа) ;у = 2,0 т/м3
Ряды 1, 2 - метод многоугольника сил, т = 0 м и т = 1 м; ряды 3, 4 - численно-аналитический метод, т = 0 м и т = 1 м; ряды 5, 6 -аналитический метод, т = 0 м и т = 1 м.
Рис. 3. Сравнительный анализ методов расчета
а) H = f(£)
пР
ГО О О
н о го н о о .0 m
СЦ
го
X _0 ф ф IZ
Угол наклона слабого слоя, град
б) r = f(S)
где: а = 34°;р = 28°;m = 0;k' = 0,5т/м2 (0,005 МПа);у = 2,0т/м3;
Ряд 1 - Шпаков П.С., метод многоугольника сил; ряд 2 - Мочалов А.М. ВНИМИ сборник № 92 1974 г; ряд 3 - Окатов Р. П. ФТПРПИ № 3 1979 г; ряд 4 - аналитический способ;
ряд 5 - численно - аналитический способ Шпакова П.С.
Рис. 4. Графики функций н = f (р) и г = ^0)
пр
а также учитывать сезонные изменения прочностных свойств массива и слабого основания.
Расчеты зависимостей предельной высоты откоса от угла наклона слабого основания для двух значений мощности (т=0 и т=1 м) выполнены тремя различными способами. На рис. 3 приведен сравнительный анализ трех способов расчета: параметров предельного откоса методом многоугольника сил, [1] численно-аналитическим и аналитическим методами для различных значений угла наклона и мощности слабого слоя.
На рисунке 4 приведены графики зависимостей предельной высоты откоса и ширины призмы возможного обрушения от угла наклона слабого слоя, полученные с использованием пяти различных способов расчета.
Сравнивая полученные результаты, можно сделать следующие выводы:
1) аналитический и численноаналитический способы дают близкие результаты по предельным параметрам, максимальное расхождение составляет 7%, причем в результате аналитического решения получены наименьшие значения предельной высоты откоса;
2) при малых значения угла наклона слабого слоя методы Мочалова А.М. и многоугольника сил дают существенно завышенные результаты, использование которых при проектировании может
привести к ошибочным решениям, рые повлекут за собой развитие опол деформаций. Параметры, полученные на основе численно-аналитического способа, более надежны. Они нашли хорошее практическое подтверждение при анализе устойчивости откосов на месторождениях Казахстана, в частности, на Качарском месторождении и Тургайских карьерах.
3) Ширина призмы возможного обрушения по А.М. Мочалову существенно превышает полученные другими методами результаты, в условиях рассмотренной задачи она составляет около 10 м;
4) Анализ графиков показывает, что при прочих равных условиях при изменении угла наклона слабого слоя от 0 до 4° метод многоугольника сил дает значительно большую высоту, чем численноаналитический метод; в пределах от 4° до 10° (наиболее часто встречаемые на практике геометрические параметры слабого слоя) рассмотренные методы дают близкие результаты. Расчеты показывают, что при дальнейшем увеличении угла наклона слабого основания (более 10°) метод многоугольника сил дает меньшую высоту, чем численно-аналити-ческий и аналитический методы.
В связи с этим для каждого месторождения необходимо делать детальный анализ условий перед назначением параметров предельных откосов.
------------------------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Попов И.И., Шпаков П.С., Поклад Г.Г. Устойчивость породных отвалов. - Алма-Ата: Наука, 1987.-224 с.ЕШ
— Коротко об авторах --------------------------------------------------------------------
Шпаков П.С.- профессор, доктор технических наук, Муромский институт Владимирского государственного университета, SPSP01@mail.ru
Шпакова М.В.- Горный инженер маркшейдер, Муромский институт Владимирского государственного университета, spsp01@rambler.ru
Долгоносов В.Н - доцент, кандидат технических наук, заведующий кафедрой маркшейдерского дела и геоднезии,
Старостина О.В. - доцент, кандидат технических наук,
Карагандинский государственный технический университет
307
