Ядра деформаций и их роль при образовании оползней в карьерах Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

ральной продукции; существенное повышение его социальной безопасности.

Особенно высокая эффективность производства минеральной продукции может быть достигнута

при освоении данным способом различных россыпеминеральных объектов.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Секисов Геннадий Валентинович - доктор технических наук, профессор, Институт горного дела ДВО РАН, г. Хабаровск. Литвинцев В. С. - ИГД ДВО РАН.

Гуревич В.И. - АС «Бальджа», ЧитГТУ.

Аблезов А.В. - ИГД ДВО РАН.

© Аёмин А.М., Н.П. Горбачева, А.Б. Рулев, 2003

УАК 624.131.543:622.271.2

Аёмин А.М., Н.П. Горбачева, А.Б. Рулев

Я АРА АЕФОРМАЦИЙ И ИХ РОАЬ

ПРИ ОБРАЗОВАНИИ ОПОАЗНЕЙ В КАРЬЕРАХ*

На основе новой концепции исследования природных процессов[1] рассматриваются особенности проявления оползней на карьерах. Основные положения новой концепции сводятся к следующему. Каждому физическому телу присущи ядра деформаций - накопители потенциальной энергии, распределение которых связано с формообразованием физического тела. Любые изменения формы тела приводят к внутренней перестройке его энергетического баланса. Разрядка ядер, ведущая к потере устойчиво-

сти горных выработок, происходит как за счет природных, так и за счет техногенных факторов. Формоизменения идут на границах переходов, определяемых экстремальными значениями основных параметров. Поэтому этот метод исследования природных и техногенных процессов назван графоаналитическим методом экстремумов или сокращенно методом ГАМЭ.

Анализ ранее проведенных модельных [2, 3] и натурных наблюдений, выполненный в свете новых представлений, позволил выявить и показать ядра 0, и, Б,

Т с конусами деформаций, а также распределение векторов максимального главного напряжения. Таким образом, можно проследить за процессом формообразования оползня, поскольку форма оползня на модели (рис. 1) и в натуре (рис. 2) одинакова.

В изображенной на рис.1 модели уступа, находящегося в устойчивом состоянии, показан откос уступа в виде прямой под углом 37 градусов к горизонту, и хорошо прослеживается форма уступа, которую он примет после оползня (пунктирная линия). Наметившаяся форма будущего оползня очень похожа на форму реального оползня, представленного на рис. 2.. Это позволяет с помощью модели проследить распределение в уступе главных максимальных напряжений, выделить ядра и оценить их вклад в подготовку оползня. Напряжения в модели определялись методом

27 22 17 14 11 8 6 3 U

Рис.1. Распределение главных максимальных напряжений в модели уступа

^Работа выполняется при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, грант № 01-05-64141

9G

тензометрической сетки, сущность которого состоит в том, что на поверхность модели наносится квадратная сетка, затем модель нагружают, и по относительным деформациям ячеек сетки рассчитывают напряжения [2]. На модели уступа показаны главные максимальные напряжения только по трем, самым представительным горизонтальным профилям, по которым удалось выделить ядра и зоны повышенных напряжений вокруг них, изображенные в виде окружностей. Ядра деформаций, расположенные на границе зоны влияния уступа, вдоль вертикальной линии, обозначаются буквой Б. Величина приоткосной зоны, измеряемая от верхней бровки уступа вглубь массива, на исследуемом месторождении пластового типа повсеместно оказалась равной 17 м. Вдоль вертикальной границы раздела может находиться еще несколько дополнительных ядер, связанных с влиянием напорных водоносных горизонтов. На модели, по максимальным значениям напряжений около верхней площадки уступа, можно видеть, что в образовании плоскости отрыва, определяющей ширину захвата - расстояние от верхней бровки уступа до поверх-

Рис. З. Модель уступа из оптически активного материала

ности отрыва, принимает участие ядро и, связанное с явлением растя-вающих напряжений. Деформации сдвига образуются под действием тангенциальных напряжений, которые аккумулируются в ядре Т. На модели (см. рис. 1), исследуемой тодом тензометрической сетки, в окрестности местоположения ядра Т наблюдается развитие мак-мально больших по величине ных напряжений. Наиболее глядно формирование ядра Т слеживается при моделировании поляризационно-оптическим тодом. Сложная конфигурация ра Т видна на рис. 3, где приве-ны результаты модельных ис-дований, заимствованные из ты [3], с выделенными нами ми деформаций 0, и, Т.

На линии подошвы уступа расположено ядро деформаций сжатия 0. Основное ядро 0 образуется по мере формирования уступа и, находясь под действием силы тяжести всей приоткосной части массива, концентрирует в себе наибольшую часть потенциальной энергии, по сравнению с другими ядрами деформаций. Ядро 0 связано со всеми ядрами деформаций и принимает активное участие как на стадии полготовки, так и на стадии реализации оползня. Каждому динамическому процессу соответствует свое, вполне определенное значение раствора конуса деформаций. Все величины связаны между собой углами наклона,

которые отражают характер разрушения и называются волновыми. Профиль уступа, после завершения развития оползневого процесса, представляет собой, как правило, ломаную линию. Эта ломаная линия состоит из трех и более частей. В условиях пластового месторождения бурого угля, разработка которого проводилась в песчано-глинистых породах осадочного комплекса, деформирующиеся части контура откоса разделялись не более чем на двенадцать частей и не менее чем на три. Выполненные на рис. 1, 2 построения позволяют проследить образование блочности при формировании оползня.

Выводы

1. В уступе под воздействием гравитационных сил образуются ядра деформаций - накопители потенциальной энергии. Роль ядер заключается в сохранении формы уступа, следовательно, его устойчивого положения.

2. Внешние воздействия, в том числе и синоптического характера, и внутренние изменения напряженного состояния массива, в том числе за счет разгрузки водонапорных горизонтов подземных вод и тектонических напряжений, увеличивают внутреннюю энергию ядер, что приводит к формированию вокруг них концентрических зон напряжений.

3. По мере накопления энергии количество зон напряжений увеличивается. При этом в зависимости от направления перечисленных выше внешних и внутренних воздействий на массив, любое из ядер может оказаться наиболее развитым и станет ведущим в формировании оползневого процесса. Этим объясняется многообразие форм проявления оползней.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Дгмпн A.M., Горбачева Н.П. Новая концепция исследования природных процессов на примере оползневых явлений в карьерах. //Наукоемкие технологии добычи и переработки полезных ископаемых.- Тезисы докл. очно-заочной научной конференции 23-26 октября 2001 г. Новосибирск, 2001.- С. 64-66.

2. Дёмин А.М., Шушкина О.И. Способ определения размеров приоткосной зоны на основе анализа напряженного состояния. // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1977-№3. С.140-142.

3. Морозов ВД, Байков Б.Н, Ковтун А.А. Изучение напряженного состояния пород бортов карьеров поляризационно-оптическим методом. Ташкент: Фан. 1970. - 125 с.

КОРОТКО ОБ ABTОРAX

Дёмин A.M, Горбачева Н.П, Рулев A.Б. - ИПКОН PAH.

9l