Stroi-doska.ru

Строй Доска
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое откосы геология

Устойчивость откосов и склонов

Устойчивость откосов и склонов

Откосом называется искусственно созданная поверхность, ограничивающая природный грунтовый массив, выемку или насыпь. Откосы образуются при возведении различного рода насыпей (дорожное полотно, дамбы, земляные плотины и. т.д.), выемок (котлованы, траншеи, каналы, карьеры и .п.) или при перепрофилировании территорий.

Склоном называется откос, образованный природным путем и ограничивающий массив грунта естественного сложения.

При неблагоприятном сочетании разнообразных факторов массив грунтов, ограниченный откосом или склоном, может перейти в неравновесное состояние и потерять устойчивость.

Основными причинами потери устойчивости откосов и склонов являются:

устройство недопустимо крутого откоса или подрезка склона, находящегося в состоянии, близком к предельному;

увеличение внешней нагрузки (возведение сооружений, складирование материалов на откосе или вблизи его бровки);

изменение внутренних сил (увеличение удельного веса грунта при возрастании его влажности или, напротив, влияние взвешивающего давления воды на грунты);

неправильное назначение расчетных характеристик прочности грунта или снижение его сопротивления сдвигу за счет, например повышения влажности;

проявление гидродинамического давления, сейсмических сил, различного рода динамических воздействий (движение транспорта, забивка свай и. т.п.).

Инженерные методы расчета устойчивости откосов и склонов

В проектной практике применяются инженерные методы расчета устойчивости, содержащие различного рода упрощающие предположения. Наиболее распространенный из них – метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения, относящий к схеме плоской задачи.

Рис. 1. Схема к расчету устойчивости откосов методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения: а) – расчетная схема; б) – определение положения наиболее опасной поверхности скольжения; 1, 2, … — номера элементов.

Этот метод был впервые применен К. Петерсоном в 1916 г. для расчета устойчивости откосов (тогда и долгое время назывался методом шведского геотехнического общества).

Рассмотрим широко используемую модификацию этого метода. Предположим, что потеря устойчивости откоса или склона, представленного на рис. 1, а, может произойти в результате вращения отсека грунтового массива относительно некоторого центра . Поверхность скольжения в этом случае будет представлена дугой окружности с радиусом r и центром в точке . Смещающийся массив рассматривается как недеформируемый отсек, все точки которого участвуют в общем движении. Коэффициент устойчивости принимается в виде

, (1)

где и — моменты относительно центра вращения всех сил, соответственно удерживающих и смещающих отсек.

Для определения входящих в формулу (1) моментов отсек грунтового массива разбивается вертикальными линиями на отдельные элементы. Характер разбивки назначается с учетом неоднородности грунта отсека и профиля склона так, чтобы в пределах отрезка дуги скольжения основания каждого i -го элемента прочностные характеристики грунта  и с были постоянными. Вычисляются силы, действующие на каждый элемент: вес грунта в объеме элемента и равнодействующая нагрузки на его поверхность . При необходимости могут быть также учтены и другие воздействия (фильтрационные, сейсмические силы и т.д.). Равнодействующие сил считаются приложенными к основанию элемента и раскладываются на нормальную и касательную составляющие к дуге скольжения в точке их приложения. Тогда

; (2)

Соответственно момент сил, вращающих отсек вокруг 0, определился как

(3)

где п – число элементов в отсеке.

Принимается, что удерживающие силы в пределах основания каждого элемента обусловливаются сопротивлением сдвигу за счет внутреннего трения и сцепления грунта. Тогда с учетом выражения для закона кулона можно записать

, (4)

где — длина дуги основания i -го элемента, определяемая как . Здесь — ширина элемента)

Отсюда момент сил, удерживающих отсек, будет иметь вид

. (5)

Учитывая формулу (1), окончательно получим

. (6)

При устойчивость отсека массива грунта относительно выбранного центра вращения 0 считается обеспеченной. Основная сложность при практических расчетах заключается в том, что положение центра вращения 0 и выбор радиуса r , соответствующие наиболее опасному случаю, неизвестны. Поэтому обычно проводится серия таких расчетов при различных положениях центров вращения и значениях r . Чаще всего наиболее опасная поверхность скольжения проходит через нижнюю точку откоса или склона. Однако если в основании залегают слабые грунты с относительно низкими значениями прочностных характеристик  и с, то это условие может не выполняться.

Один из приемов нахождения наиболее опасного положения поверхности скольжения заключается в следующем. Задавясь координатами центров вращения 0 1 , 0 2 , …, 0 n на некоторой прямой, определяют коэффициенты устойчивости для соответствующих поверхностей скольжения и строят эпюру значений этих коэффициентов (рис.1,б). Через точку 0 min , соответствующую минимальному коэффициенту устойчивости, проводят по нормали второй отрезок прямой и, располагая на нем новые центры вращения , , …, вновь оценивают минимальное значение коэффициента устойчивости. Тогда и определит положение наиболее опасной поверхности скольжения. При устойчивость откоса или склона будет обеспечена.

Читать еще:  Пластик для откосов сертификат

Мероприятия по повышению устойчивости откосов и склонов.

Одним из наиболее эффективных способов повышения устойчивости откосов и склонов является их выполаживание или создание уступчатого профиля с образованием горизонтальных площадок (берм) по высоте откоса. Однако это всегда связано с увеличением объемов земляных работ. При относительно небольшой высоте откосов может оказаться эффективной пригрузка подошвы в его низовой части или устройство подпорной стенки, поддерживающей откос. Положительную роль также играют закрепление поверхности откоса одерновкой, мощением камнем, укладкой бетонных или железобетонных плит.

Важнейшим мероприятием является регулирование гидрогеологического режима откоса или склона. С этой целью сток поверхностных вод перехватывается устройством нагорных канав, отведением воды с берм. Подземные воды, высачивающиеся на поверхности откоса или склона, перехватываются дренажными устройствами с отведением вод в специальную ливнесточную сеть.

При необходимости разрабатываются сложные конструктивные мероприятия типа прорезания потенциально неустойчивого массива грунтов системой забивных или набивных свай, вертикальных шахт и горизонтальных штолен, заполненных бетоном и входящих в подстилающие неподвижные части массива. Используется также анкерное закрепление неустойчивых объемов грунта, часто во взаимодействии с подпорными стенками или свайными конструкциями.

Что такое откосы геология

Теория расчета устойчивости откосов и оснований. Общая теория расчета устойчивости однородных откосов

Статья является второй частью публикуемой работы по созданию единой теории расчета устойчивости откосов. Такой теории в произвольных горно-геологических условиях и даже в однородных массивах горных пород не существует. Те отдельные расчетные способы, которые уже есть, обладают рядом существенных недостатков. Поэтому целью работы является создание строгого способа оценки устойчивости однородных откосов и его дальнейшая модификация под более сложные условия. В работе приводится и предлагается к использованию принципиально новая теория расчета устойчивости откосов и оснований, разработанная автором и основанная на фундаментальных теоремах и принципах механики, таких как принцип возможных перемещений Лагранжа, принцип наименьшего принуждения Гаусса, теореме наименьшей потерянной работы Остроградского и т. д. Основой математического аппарата предлагаемой теории являются вариационное, дифференциальное и интегральное исчисления. С опорой на теорию разработаны методики рас- чета устойчивости однородных откосов. Используя принцип возможных перемещений, автор выводит условие устойчивости призмы смещения в общем виде. На основе закона о наименьшей потерянной работе получено уравнение, позволяющее преодолеть статическую не- определенность задачи по оценке равновесия элементарного отсека (блока). Изучены законы распределения межблоковых реакций вдоль поверхности скольжения, с соответствующим доказательством получаемых результатов. Выведены формулы для построения наиболее слабых поверхностей скольжения в однородных изотропных откосах. Построены поверхности скольжения для наиболее часто используемых значений углов откоса и внутреннего трения. Произведена оценка устойчивости и определены предельные геометрические параметры плоских однородных откосов. Получена номограмма устойчивости плоских однородных откосов. Приводится график для определения ширины призмы возможного обрушения.

Ключевые слова: откос; однородный откос; угол откоса; угол внутреннего трения; сцепление; высота откоса; метод предельного равновесия; условие равновесия; устойчивость; экстремум функционала; дифференциальное уравнение; поверхность скольжения.

ЛИТЕРАТУРА

Тарг С. М. Краткий курс теоретической механики: учеб. для втузов. 12-е изд. М.: Высш. шк., 2002. 416 с.

Лаврентьев М. А., Люстерник Л. А. Курс вариационного исчисления. 2-е изд. М.: Гос. изд-во техн.-теор. лит., 1950. 296 с.

Маркеев А. П. О принципе наименьшего принуждения // Соросовский образовательный журнал. 1998. № 1. С. 113–121.

Сопротивление материалов / Г. С. Писаренко [и др.]. Киев: гос. изд. техн. лит., 1963. 791 с.

Жабко А. В. Исследование закономерностей, определяющих геометрию поверхности скольжения в откосах и расчетные характеристики, в изотропных горных массивах: дис. … канд. техн. наук. Екатеринбург, 2009. 152 с.

Фисенко Г. Л. Устойчивость бортов карьеров и отвалов. М.: Недра, 1965. 378 с.

Соловьев Ю. И. Устойчивость откосов из гипотетического грунта // Тр. НИИЖТ. Вопросы инженерной геологии, оснований и фундаментов. 1962. Вып. 28. С. 83–97.

Дорфман А. Г. Вариационный метод исследования устойчивости откосов // Сб. ДИИТ. Вопросы геотехники. 1965. Вып. 9. С. 17–25.

Дорфман А. Г., Дудинцева И. Л. Расчет давления на подпорные стены при выпоре грунта по линии минимального сопротивления сдвигу // Сб. ДИИТ. Вопросы геотехники. 1972. Вып. 20. С. 68–75.

Читать еще:  Как сделать откосы технология

Строй-справка.ру

Отопление, водоснабжение, канализация

Навигация:
Главная → Все категории → Реконструкция автомобильных дорог

Во II дорожно-климатической зоне на дорогах, проложенных в условиях сильно пересеченного рельефа, часто возникают сплывы откосов глубоких выемок из-за выклинивания грунтовой воды или водонасыщения грунта при промерзании и оттаивании.

Радикальные меры, полностью гарантирующие устойчивость откосов, в сложных случаях требуют выполнения инженерно-геологической съемки и последующей разработки соответствующего проекта.

Однако во многих случаях, как показал многолетний опыт эксплуатации дорог, при реконструкции колено с успехом ограничиться повышением устойчивости откосов путем проведения сравнительно несложных инженерных мероприятий.

Если поверхностные деформации на откосах не распространяются на большую глубину, то их засыпают грунтом земляного полотна.

Предварительно бульдозером нарезают на откосе борозды с учетом глубины сплыва и укладывают грунт горизонтальными слоями, тщательно уплотняя вибротрамбовкой.

В местах выхода на откосы выклинивающихся родников откос снизу подрезают, устраивая, в зависимости от глубины выемки полку шириной 1—3 м, и укладывают трубчатую дрену диаметром 0,15 м с обратным фильтром из чистого морозостойкого щебня или гравия. Перфорированную трубу целесообразно предварительно обернуть синтетическим нетканым материалом или стеклотканью.

Место вырезки грунта засыпают морозо- и водоустойчивыми материалами; гравием, камнем, щебнем, металлургическим шлаком и др. Из трубы делают вывод в понижения местности.

В последние годы успешно применяют новые конструкции перехватывающих дренажей из сплошных гофрированных пластмассовых или алюминиевых вертикальных водопроницаемых листов, в нижней части которых расположена дренажная труба. Они могут обеспечить осушение массива грунта на высоту до 3 м. В этом случае отсутствует необходимость в устройстве с низовой стороны водонепроницаемого экрана, что значительно снижает стоимость устройства дренажа.

Применение пластмассовых листов существенно усиливает процесс осушения земляного полотна.

Производительность работ повышается при этом не менее чем в 2,5—3 раза из-за отсутствия необходимости в устройстве обратных фильтров.

Повышению устойчивости верхней части откоса глубокой выемки обычно способствует устройство перехватывающего дренажа глубиной до 3 м на расстоянии не менее 5 м от ее бровки.

В случаях полного нарушения устойчивости откосов выемок со сплывом грунта в боковые канавы и даже на обочины рекомендации по их укреплению разрабатывают индивидуально после обстоятельных инженерно-геологических обследований.

Откосы насыпей высотой более 6 м, возведенных из иловатых грунтов, аргиллитовых или глинисто-сланцевых обломков, мергелей и других аналогичных горных пород, очень часто деформируются. Особенно часто деформации наблюдаются с низовой стороны земляного полотна по отношению к склону местности.

Основной причиной нарушения устойчивости откосов насыпей являются низкая водо- и морозостойкость, а также высокая дробимость горных пород, из которых они возведены.

Чтобы повысить устойчивость откосов, сложенных нз легко выветривающихся горных пород, с низовой стороны устраивают упорные призмы из галечника, гравия или гравелистого песка.

Повышению устойчивости способствует и уширение насыпи в низовую сторону.

Для предупреждения заиливания упорной призмы грунтом уширяемой насыпи желательно между ней п призмой закладывать противозапливающую прокладку из стеклоткани, полимерного материала типа «бидим» и т. п.

Крутизна наружного откоса призм, отсыпаемых из каменных материалов, не должна превышать 1 : 1,3.

Рис. 1. Схема повышения устойчивости откоса выемки при выклинивании грунтовых вод:
1 — гравий или щебень; 2 — травяной покров; 3 —трубчатая дрена; 4 — направление движения выклинивающихся вод

Рис. 2. Дренаж с сердечником в виде водопроводящих «каналов», соединенных с трубчатой дреной:
а — дренаж с сердечником из тонкого (0,5— I мм) гофрированного материала; б —разрез гофрированного сердечника с прямоугольными или треугольными ребрами; в — разрез дрены с просечно-вытяжным пластмассовым или металлическим сердечником; г — вид сверху на сердечник; 1 — сердечник с водопроводящими каналами; 2 — минерально-волокнистый фильтрующий материал; 3 — трубчатая дрена; 4 — водоприемные отверстия; 5—вода, стекающая по дренажной трубе, (стрелки указывают направление движения воды)

Рис. 3. Схема перехватывающего глубокого дренажа для повышения устойчивости верхней части откоса:
1 — нагорный дренаж; 2 — трубчатая дрена; 3 — обваловка откоса; 4 — место возможного сползания грунта; 5—травяной покров; 6 — подлотковый дренаж

Рис. 4. Пример повышения устойчивости низового откоса высоких насыпей устройством упорных призм:
а — из крупноскелетных материалов; б — из глинистых практически непроницаемых грунтов; 1 — упорная призма; 2—противозаиливающий слой; 3 — искусственный травяной покров; 4 — врезка в косогор

Иногда в целях снижения стоимости строительства призмы отсыпают из непылеватых глинистых грунтов. Наружный откос призмы, отсыпаемой из глинистых грунтов, должен быть не круче 1 : 2,5.

Читать еще:  Откосы пластиковые с уголком или без

Для стока просачивающейся через насыпь воды подошву призмы планируют в сторону падения косогора, придавая ей уклон 10—20%.

Но если грунт насыпи за период эксплуатации стал водонепроницаемым и призму также осыпают из практически водонепроницаемых грунтов, то ее врезают уступами в косогор с уклоном до 100%о в сторону оси насыпи.

Размеры упорных призм определяют расчетом. Повышение устойчивости низовых откосов упорными призмами или контрбанкетами широко применяют в СССР, особенно в северных районах страны.

На откосах упорных призм и насыпей, устроенных из крупнообломочных горных пород, укладывают защитный слой водонепроницаемого грунта толщиной не менее 0,6 м. При использовании грунтов, обработанных вяжущими материалами, в том числе и местными малоактивными, толщину защитного слоя можно уменьшить до 0,15—0,2 м.

Навигация:
Главная → Все категории → Реконструкция автомобильных дорог

Науковий вісник НГУ

  • Главная
  • Авторам и читателям
  • рубрики журнала
  • требования к авторам
  • условия подписки
  • гостевая книга
  • концепция журнала
  • редакционная коллегия
  • адрес редакции
  • по выпускам
  • по разделам
  • Геологические науки
  • Разработка месторождений
  • Обогащение полезных ископаемых
  • Физические процессы
  • Горная механика
  • Электротехника
  • Экология
  • IT-технологии
  • Экономика
  • Партнеры
  • Приглашение к сотрудничеству
  • Skip to content

Современные подходы к оценке устойчивости откосов при открытой разработке месторождений полезных ископаемых

Рейтинг: / 0
Подробности Категория: Горная механика Обновлено 11.11.2014 21:38 Опубликовано 11.11.2014 21:38 Просмотров: 2812

Aвторы:

K. Сейтулы, Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпаева, ассистент кафедры открытых горных работ, г.Алматы, Республика Казахстан

А.Н. Шашенко, доктор технических наук, профессор, Государственное высшее учебное заведение „Национальный горный университет“, заведующий кафедрой строительства, геотехники и геомеханики, г.Днепропетровск, Украина

А.С. Ковров, кандидат технических наук, доцент, Государственное высшее учебное заведение „Национальный горный университет“, доцент кафедры экологии, г.Днепропетровск, Украина

Реферат:

Управление состоянием массива горных пород и прогнозирование устойчивости откосов и бортов карьеров является одной из важнейших инженерных задач по обеспечению безопасности и эффективности работ при открытом способе разработки месторождений полезных ископаемых. В настоящее время разработано около 300 методов, позволяющих изучать геомеханические процессы в откосах карьеров и прогнозировать их устойчивость с учетом влияния естественных и техногенных факторов.

Цель. Разработка нового методического подхода к комплексной оценке устойчивости прибортовых и насыпных массивов пород.

Методика. В работе использован анализ существующих методик расчета устойчивости откосов, хорошо апробированных на практике. Приведены основные аналитические решения задачи устойчивого откоса, основанные на гипотезах плоской и круглоцилиндрической поверхности скольжения. Детально рассмотрено применение номограмм устойчивости откосов, базирующихся на интегрированном подходе к оценке состояния склонов с учетом горно-геологических условий и геометрических параметров.

Результаты. Полученные в результате численного моделирования номограммы устойчивости откосов с безразмерными величинами позволяют с высокой степенью надежности определять устойчивые геометрические параметры прибортового массива пород с учетом геологических, гидрогеологических и технологических факторов.

Научная новизна. В результате многократных этапов численного моделирования геомеханических процессов в оползневом склоне определены значения коэффициента запаса устойчивости применительно к бортам карьера и отвалам разреза Майкубенский (Республика Казахстан), что позволило разработать номограмму устойчивости откосов для изменчивых горно-геологических и горнотехнических условий данного месторождения.

Практическая значимость. Разработка и применение номограмм устойчивости откосов является полезным инженерным инструментом, позволяющим оперативно определять рациональные геометрические параметры уступов применительно к конкретным горно-геологическим условиям месторождения и управлять состоянием прибортового массива горных пород на карьере.

Списоклитературы/ References:

1. Mokritskaya, T.P. (2013), “Some possibilities of description of loess massif properties variability in conditions of weak technogenetic disturbance”, Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universutetu, no. 2, pp. 5–10.

Мокрицкая Т.П. Некоторые возможности описания изменчивости свойств лессового массива в условиях слабой техногенной нарушенности / Т.П. Мокрицкая // Наук. вісн. Нац. гірн. ун-ту. –2013. –№ 2. –С. 5–10.

2. Shahshenko, A.N. & Pustovoitenko, V.P. (2004), Mekhanika gornykh porod [Rock Mechanics], Novyi druk, Kyiv, Ukraine.

Шашенко А.Н. Механика горных пород / А.Н. Ша-шенко, В.П. Пустовойтенко. – К.: Новий друк, 2004. – 400 с.

3. Duncan C. Wyllie & Christopher W. Mah (2005), Rock Slope Engineering: Civil and Mining, Taylor & Francis e-Library, London and New York..

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector