автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Оценка напряженно-деформированного состояния слоистых откосов

- ;; Caí

АКАДЕМИЯ НАУК КЫРГЫЗСКОЙ РЕСПУБЛИКИ ИНСТИТУТ ФИЗИКИ И МР.ХАНИКИ ГОРНЫХ ПОРОД

На правах рукописи

АБДЫЛДАЕВ КУРМАНБЕК КЫЯНОВИЧ

ОЦЕНКА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ СЛОИСТЫХ ОТКОСОВ

Специальность 05.15.11 «Физические процессы горного производства»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени Кандидата технических наук

Бишкек — 1993

Работа выполнена в Институте физики и механики горных пород Академии наук Кыргызской Республики и Иссык-Кульском государственной университете им. К. Тыныстанова.

Научные руководители: доктор технических наук

Кожогулов Камчибек Чонмурунович,

■ кандидат технических наук

Джороев Тургунбай Джороевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Чормонов Мелис Бакасовнч, кандидат технических наук Таштаналиев Курама Бейшебаевич.

Ведущая организация: Научно-нроизводствешше объединение

' «Кыргызтрансдортехника».

Защита диссертации состоится « ^ £¿0?Л года

в ¿5 час £> О мин на заседании специализированного Совета

Д009.09.01 при Институте физики и механики горных пород АН Кыргызской Республики по адресу: 720815, г. Бишкек, ул. Медерова, 98.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан « » £(?~/-А¥~£¿¡})$ 1г-

Ученый, секретарь специализированного Совета докт. техн. наук

К. Ч. КОЖОГУЛОВ

А,*“Ь7,<гчу'»*? ¡ноет. Одной из главных годач при добыче. по- . ло:‘;!НХ'1чп''.';1.'-!м;)>: '."гкр:лнм ц е-р'^толим-пе автомобильных •

'л'“гту » Торной МбчЛГ.ГЛ.’!!? 'Г'1.1‘Н'У •' »•>«(”•{! н (.•'>■’’'.ЧОТ’Г'ЧЧЧ уо'!>'.й’>М>|!(’Г .мрэг п-р-.и ^¿»чсч, гтлтп«««« попзметрон ¡шип-рукии!* е>Ор-

ТОВ И От^С02,П''Ггч-.-,' ;• ¡.;ъ-} • ' яя^иьчФь

¡^1,1 {;'■!'! !Д;м: Ы \ }>"!.•''•-1’, у"Ш?ОВПТЬ У'Г.м; н';,к :Ч'Ч'>

сив. В СИ:'" -;,-;■{>;<и > Н'Ч.ш-И'!» ’.'•Ь^п^щг^'гь В©Д«НИ*

.-•ПК{!Г№ Г''ГТГ!*Г ря(10Т И анонсу и I '-.I 'П1:|"1Гм'ГИ1' рчч >;1'МЦ( Ч’О |№ч1ч -

¡;о.п->;;'-шп:;, -■ ;

Строительство аи'г^-'' .'.¡-м1 ч - .ими«;2 рчнШХ ,

»■и*ч.х на к^ьорях по добнче строительных наъщ&'ЛО! р !'р;1’-:;. уоЛиЬ5ЙХ ГЛ7Г»,-",ч^на ССПрГ»*"««» о с::р'”’»И':тны?.'Ц трудностями по Обеспечению УСТОЙЧИВОСТИ откосе* И »мркмроП.

кие иоследовччия т состояния иокязяли, что факи.уом

устойчивости бортов кчрьерш, г>тргизттеэдцйх ?•:<}сторождвния ¡со сложным геологические строеж'рм и откосо» дорог в горних условиях является прекдв всего нагтряшпю-деформированиое .оостояоие приот-косного массива. .Диализ изучения нянряжонно-де^юршрованнйго ООСТО!!Н«Ч ОТКССОН в скальных породах позвпжл установить, что !до ЯасТОЯ!'!>;>’С' п« дппттго'гоп ¡^инп рСШ“НН РОПрОСЫ, СЙЯ88ИЯЫ8

С ОПрвДеЛОН№М (ШПрЯШЮ'. -Д^рЧИрОЦЧШГ-Гг. СООГ.'ЯШЧ слоистого ЛрйОТКОСЯОГС '•■.0:,С!’НП И ОПЧИЯ'в V* !Т; ’• т;* ОТКОСОВ я слоиг/ш

ИГ'рпднТ. при ЭТОМ рЧЯНО’>?('*)!'>'''м (II :,1(» ^ЧО .]'ОМЛОГ’И7С',КИ^ И гтру!'-Т У pH О - Т н К С Т У р1 Ч1 (■' ^ПКТОР'Ч }П> В1->‘ГЛЧ у!Г,|>>';-Ч!М!?1'1 <!Я «Л*»Г1ГВ«*»{*И1П>

§ср?дулн рчсчеа-ов. РОЧ’ГОМУ Попр'-'Г» ■■|1"ПЬТ У'.-Т'-Л'ГИР'.и-ТИ ОТК'^^В Р СЛОИ стах породах И горн» < УСУЮРИ.Ч > рК'ПК’ЛИТЩ ЙРЛЯИ 'ОЯ В Ш^Т'-Я-щео время актуальными. '

- Работа выполнена в соотьотстепн с плашчч^и этдшшями достй-тута Адеики ’л млшпяп» гпрнщ. пород _ Академий наук Киргизской Госщчл’Ч'кя П'> т‘-*м°: "Ь'г’пм^лмнмч!^’ няшв'.)ми{*к,гим,Й Армирования напряженно-деформированны’о соет- -чтя ччсеш-.оп ^¡ртп рород «од влиянием природных и техногенных Факторов при • глдри X еХ1ШЧе<; ч -^•*чом (угроительстве в горнчх условиях” ( Н государственной р|М'Ч/,Тр.’-!Ч!!1‘ п !3_’'1У' >'' ).

Целью Счпч-'^гьучуьуатА р^-ггь’ и^то-! ■ •11р*>Л".,’Ч'г>'1 -плггрянген-^кф'.'риг'/'Кччного г'^’Рпатя нводаируд!!-Ч’':- <-ч-яп

устоЯчичч'.М’И г''гиц.'г.и ■]1)Ч'(т.,'м'|Ич! ы|-< ,7'р'Ч' (' л^ртпп1 карьерой. 1

слоистых, горних породах.

, Основная идея работы состой!1 в использовании для оценки устойчивости откосов установленных закономерностей формирования напряжений в слоистых склонах. . ■ •.

Задачи исследований: 1

1. Обосновать применение упруго-пластической модели среды для ’определения напряженно-деформированного состояния слоистого массива.

2. Установить особенности распределения напряжений в неоднб-родном прибортовом массиве пород с различной мощностью и ориентацией слоев и определить устойчивые параметры откосов.

3. Разработать методику оценки устойчивости откосов и бортов карьерой с учетом слоистости массива горных пород.

4. Апробировать методику для конкретных натурных объектов.

Методы, исследований.

Решение поставленных задач осуществлено применением комплекса методов, включающих обзор и анализ литературных источников, математические моделирование на ЭВМ, лабораторные исследования и шяюриывнтилышэ наблюдении в натурных условиях. '

Научные положения, быносилые ни защиту:

- мощность слоев является основной характеристикой, определяющей степень неоднородности массива. При этом слоистый массив можно рассматривать ка'к квазиоднородный, если выполняется условие" НЛ1=Ы, при 2>Ы>10 (Н - высота отко- са, И - мощность слоев). . ’'

- нанрякенно-дефо]*шрованное состояние слоистых откосов определяется геометрией склонов, падением слоев и их мощностью, а также физико-механическими свойствами пород. Основными напряже ниями, влияющими на устойчивость'таких откосов являются касательные, имеющие повышенные значения вдоль контакта слоев;

Достоверность тучных положений, выводов и рекомендаций обеспе'рваотся: применением теоретически обоснованных и апробированных методов механики горных пород, сопоставлением результатов расчетов с экспериментальными данными и натурными наблюдениями, промышленной апробацией результатов выполненных исследований для конкретного карьера Бультеке. '' •

Научная нобиана работ:

- обосновано применение расчетной модели упруго-пластической среды для определения, нзпряжешо-деформированного состояния слоистого откоса;

. I , I

- определено условие, при которых слоистый массив можно

рассматривать квазиоднородным; • ■

- установлена зависимость напряженного состояния и устойчивости о-коса от мощности и наклона слоев; 1

- установлена зависимость между высотой откоса и количеством

слоев, выходящих на его поверхность; 1 I

' ' - разработана методика оценки устойчивости слоистого откосч

на основе изучение его нацряжашю-деформировенного состояния. |

Личный вклад автора состоит: в обосновании методики исследований; в участии к проведении лабораторных исследований; в обосновании и применений модпл!. упруго-пластической среды для расчета напряженно-деформированного состояния прибортоеого массива | в слоистых порода*.; в анализ результатов натурных и лабораторных исследований; в оценке устойчивости борта карьера Бультеке и внедрении результатов исследований в практику.

; Практическая ценность. Установленная связь напряженно- де-фор»ироввнного состояния и устойчивости слоистых откосов с геометрическими параметрами массива (мощности слоев) позволяет ¿ыб-рать оптимальную схему расчета на стадии проектирования и учесть особенности формирования слоистых откосов в зависимости от-, залегания слоев и расстояния между ними. Применение модели упругопластической среды для решения задач .устойчивости слои стих откосов. обеспечивает надежность рчгччтов козЭДициенщ устойчивости бортов карьеров и откосов автомобильных дорог.

Реоливацт результатов работы в щомшенпосш.

Основные положения исследований использованы при составлении рекомендаций по выбору безопасных геометрических параметров откосов, уступов и бортов карьеров и внедрены Аламеданским строительным управлением горно-проходческих работ. Использование дэнг ных рекомендаций при строительстве дорог и карьеров строительных материалов позволили получить экономический аффект й размере 2,4 млн рублей (доля автора 720 тыс. рублей).

Апробация работы. Основные результаты .работы докладывались и одобрены на IX Всесоюзной конференции по механике горних.: ’ПЬрод (19Я9 г.. Фрунзе), всесоюзном семинаре "Проблемы разработки полезных ископаемых 1< условия? высокогорья" (ФруНзе, 1Ч37г.), -VII Международном симпозиуме по реологии грунтов и горных пород <Риш-кек, 1992г.), секции Ученого совета "Механика горных пород и массивов" ИФиМГП АН Кыргызской республики (1993г.).

| Публикации. По .vômo дисс^рч'ьцш! опубликовано 8 печатных работ.' ^ ,

| 0бЪй4 и Ciyytiint/fxi ¡uôuluЫ., Дйоонртацйй СОСТОИТ ИЗ ’Внедошш, щирьх глав и аакдшвнчн, общим ро'-юмом ¡15 страниц, .2 таблиц, .24 рисунков, списка литература ма 75 налмс-нойатШ а 1 приложений.

, Автор выракает глубокую признательность научным . руководителям д.т.н. К.Ч.Кожогулсау и к.т.н. Т.Дк.Джорсену за постановку задачи и постоянной шаманив к рабою, 'к.т.н. 0.В.Никольской за помощь при пронкдинии иес,м:идош!кЯ и их инти^ротации.

■ ; ■ ОСНОВНОЙ СОДШШШЕ РАБОТЫ _

В парной глано приведен обзор и анализ Методов изучения напряг »еЦНО-ДС^рЩлмаННОГО СОСТОЯНИЯ 1! оценки УСТОЙЧИВОСТИ откосов и бортоь карьерой. 1

■ Напряженно- деформированное состояние массивы горних пород определяется гршитйциошша силами, гнодогичеокилм факторами/, фиьйкочюхашгшекама оюйетними пород. Аныш литератур пока-'.' заа, что на состояния откосов сущеетненное влияние оказывает неоднородность массива, в частности, ого слоистость. ■

Для оценки наиряивнно-дефоржровашюго состояния откосов обычно истюльзуююя иоделироьашю, расчетные и натурные метода. ' Метод фотоупругооти является одним ид наиболее распристра-' HOHUUX методов £‘,ШЧвСКОГО ОШЯМЯ. НрИНШШТОЛЬНО.'К изуче-

нию ыаирнденного состояния откосов зтот метод риаработаи й получил развитие в’работах Н.А.Фииатона, В.Д.Норозона, Н.Карагулоьа, â.М.Демина, О.В.Никсльской и других. .

Этот метод моделирования позволяет получить на только качбо-•евенну» картину распределения напряжения и массиве и изучать масоинн пород сложного теологического отриття, но и установить KOJitiHtjtreitoilHHU ЗНаЧеНИ>1 ДОЙиТИуИаЧХ Ь- НГИОТИОСНоГ! касс-ине напряжений -

Аналитик«I-расчетные нитоди, рчоьптне Ь.К.Цьо1!кимым, й.Б.Фа-деоым, Ш.М.A;i‘iалиенчм, В.В.0><коловоким, b.Я.Отанаиоьнм, U.В.Чор-монету, Б.К.Хунм'гни-им, 8.к.дб1шпаи*ш» и др. позволяют получать Приближенное pvifc-iiiie yprjbH-Hli?. ТеорИП упругости и пластичности, отра^аедш состояние счшшк-В сродн и успешно лртзонявп'оя для расчета устойчивости откосов уотунои и бортон карьйроь. Iipu атом иаучшше напряженного состояния откосов ус.туноь и бортов карг-ofon

' ' . л ' * позволило установить картину напряженного состояния приоткёсных

массивов преимущественна однородного сложения в платформенных областях. . | _

' Основой расчетных методов оценки устойчивости откосов и бортов карьеров служит сооташогою» олвигводих и удерживающих усшшй, действующи?, по плоскости слтгшш и откосах. При' работе, устойчивости откосов важно выяснить характер действия сил, опро ■ деляаяих рашоцрсие горжи пород и тенденцию бочмокипго разрушения. Недостатком существующих схем расчету являотс» то, <ж>! они не П03В0.ПЯеТ УЧЙТНВЯГЬ ОТрО^НИС массива, в частности слоистость.

Обзор методов оценки .^аиря^нно!*'; состояния я устойчивости огкосов поупрал, что в настоящее время недостаточно ряор'-^атанн метода раепотч у^гой’пгссг’и массивов пород с учетом их строения, особенно для горно-складчатых областей.

Во второй главе приводится методика проведения исследований методом фотоупругости и обоснована расчетная модели упруго-плвстической среды для анализа напряженно-деформированного ¡состояния слоистого прибортового массива. '

Методика моделирования методом фотомеханики усовершенствована для решения задач определения напряжешю-деформированного СОСТОЯНИЯ В СЛ0ИСТ1IX моделях. Определяющим критерием подЬбия принят критерий динамического подобия Ньютона.

’ь&’-ъг п)

Известно, что если обеспечить подобие напряжений, деформаций элементарных объемов модели и натуры, то в целом модель будет подобна исследуемому объекту и принятый критерий для основных параметров, Гдределящих процессы изменения в массиве, достаточен для использования при моделирований. ' ‘ .' ' • ,

Моделирование механических процессов в слоистых откосах.1 проводили на плоской модели, отражавшей вертикальное сечение. Моделирование слоистости и условий на контакте слоев осуществляли! при помощи перфорированных пластин, где частотой перфорации по слоям задавали оцепление но контакту слоев. Оценку напряженного состояния проводили по значениям максимальных'касательных напряжений и траекториям главных напряжений..

Второй метод, применяемый в работе, базируется на использовании модели упруго-пластической среды для анализа напряженно-

• 5 .

деформированного состояния прибортового массива с учетом слоистости пород. Данная модель является обобщением упругой и жестко-пластической среды с внутренним трением.■ Реализация модели в деформационной постановке гарантирует единственность- получаемых решений, соосность напряжений и деформаций. Рассматриваемая модель показана на рис. 1. Здесь выделены две характерные зоны; отвечающие различным состоянием пород: упругому и упруга пластическому. Условием упругого состояния среды (область I) является:, ■ ' /

, ; . Г^сХО, Га(£)<0 (2) .

[ . '

где Г (е) и Г (е) - функции напряжений.

Для определения деформаций сд использовали выражение

а ~ио

1 р 1 3 ч

— - [‘Г —*------------]>

(3)

а для определения напряжений о3 •

' [Е(ез+ХЕ))+8(У-Х)]

оэ=

(4)

где Х=^а , а - угол наклона аэ к оси £3 . . .

= (1+з1п5>)/(1-81щ)); <р - угол внутреннего трения ’

Б = 2Ссгд(п/4 - р/2); С - сцепление пород.

' Границы упругого и упруго-пластического состояния определили согласно уравнений:' ■

ыг

, (Ее,-

г,. Г—!---------------------------------<■£] /е

3 I1 - у) 1

(5)

где Т - прочность пород на растяжение

Таким образом, если деформации расположены нике линии описываемых уравнениями (5), то имеет место пластическое состояние среды (область - II).

3

Рис. 1. Модель уітруго-ялзсиічуский ср°ЛЧ

; Условии на контакт сдоив определяются качеством заполнителя и ого свойствами, которые изменяются под действием сил тяжести и сдвигающих сил. Сцепление и угол внутреннего трения задавали соотношениями: •

С(1,)=Со-‘' (6)-

гд8 ¿(11) и {КМ - соответственно сцепление и угол внутреннего тренйя саполниталн на контакте слоев; •

С и <р ~ сцшишаио и угол внутреннего трения на контакте слоев;

а - коэффициент аппроксимации;

■ Ь - расстояние между слоями.

Состояние предельного равновесия пород но контакту слоев определяли но соотношению:

1и,Г‘ 0п[1б<р(Л)]+С(й) (7)

Для оценки устойчивости слоистого массива определяли запас устойчивости по разности предельных и расчетных значений напряжений: • ,

(8)

Слоистый откос бу.цет устойчив, если выполняется условие №>0, при И=0, откос находится в состоянии предельного равновесия, и если №<0, откос неустойчив. Оценку устойчивости слоистых откосов проводили по напряженному состоянию. Для расчета коэффициента . устойчивости слоистого массива использована формула: .

1Ё'{1®р,[«г11(1+81п|11)+а31{1-в1п?1)]+2С1|

к=------1--------------------------------------------(9)

1Е1(ап-аэ!)со8Р!

где ш - количество элементов, через которые проходит изолиния с нулевым запасом устойчивости; ,

С и д> - значение сцепления и угла внутреннего трения, I -разновидность пород. 1 * '

Если найденные но (9) значение к>1, то откос, устойчив, в противном случае (к<1) - неустойчив.

Дли численной реализации этой модели использовал! МКЭ. Программа позволяет решать задачи объемом до 600 узлов, 1200 элементов о различными физико-механическими свойствами.

э третьей главе изложены результаты исследований иаищшиио деформировйнного СОСТОЯНИЯ и оценки УСТОЙЧИВОСТИ СЛОИСТ!«'ОТНОСОВ методом фотомеханики и о применением мидели упруго-пластичной среди в сочетании о методом конечных елиментов.

Напряженное состояние откосов в слоистах массииах'- перед формируется в зависимости от геометрических параметров склона ,i откоса, геологического строения склонов и его структурных особен -ноотнй. В приоткосном массиве происходит перераонреде-тиацу дей ствукщш. напряжезгай, нраиодадих не «шлсо к уменьшению > запаса УСТОЙЧИВОСТИ, но И К разрушению откосив. ПрК НОЛИЧМи НЫШСТГ’Р“-ний, что особенно характерно для сланцевых откосов разрушение происходит внутри слоев, а смещение пород по контакту слоев. Поэтому важно определить границу разрушения откоса, низке которой откос будет устойчив. . ;

Исследование проводили для массивов сложенных глинистыми сланцами. ' ■ •

утопия моделирортгея: ' ■

1. Крутизна c'kjk'Hh *, откоси р и иадешм» слоен a' i¡ мснуиж равны нутурнпм данным (>-<-15^.. ct\ ... ,4Г*°,

t? =60°........80°).

,?. Геомнтричеаьмй масштаб моц^лир'^акил Д__-*1СяП 3. Относительньн дчОДияции в натур'- и в модели [--ьны, ". *.

С ~f

М H

■4. Коэффициент Пуассона в модели ранен коэффициент/ Пуассона в натуре 1>м=!>н. -

5. Объемная масса игдактина ?*1,4 г/см3.

6. Коэффициент подобия составляет 183.

7. Модуль упругости 3,7 МПа; мощность слоев h :-плавали

1____,15 м, заполнитель по трещинам принять глинистым, трении но

контакту слоав п,ь5*Юя Ша, сцепление по слоям (10-13,5) (0е МПа, ширина выемки принят ю,...,20 м. •

Исходные параметры модели приннтн н соотвотстши с наиболее характерными натурными дошигми

Зар_'!члстр1':;ованнан картина изохром и иростат позволила установить, что напластование вносит существенное изменение и напряженное состояние приоткосного массива! Здесь отсутствует явно

выраженная зона концентрации максимальных касательных напряжет« в углу откоса и на его бровке. Эти напряжения имеют повышенные в .1,5 раза значения на контакте слоев по сравнению с напряжениями внутри слоев и изменяют свои значения в зависимости от сцепления и трения по слоям. Установлено, что напряженно-деформированное состояние приоткосного массива существенно зависит от мощности слоев. При мощности слоев 1...2 м й от 10 м и выше картина распределения максимальных касательных напряжений совпадает с картиной напряженного состояния однородного массива. Выявленная закономерность изменения напряжений в зависимости от мощности слоев позволила обосновать показатель однородности массива N. который определяется отношением ВЫСОТЫ откоса Ни мощности слоев 11, т.е.

№=Н/1г (10) '

Причем напряженное состояние откоса можно рассматривать как для квазиоднородного, если выполняется условие

"2>И>10 (11)

. Изучение картины изостат- траекторий главных напряжений о и

а2 позволило не только установить характер распределения этих напряжений в приоткосном массиве, но и выявить области зарождения разрушения пород, при этом плоскость напластования является одновременно плоскостью скольжения потерявшего устойчивость пласта. Анализ картины распределения главных напряжений позволил установить последовательность разрушения приоткосного массив по слоям и. определить окончательную форму откоса в зависимости от их мощное •ги. В целях обоснования достоверности полученных данных о напряженно-деформированном состоянии и устойчивости слоистого откоса рассмотренные выше задачи были решены с использованием модели упруго-пластической среды для слоистых массивов в сочетании с методом конечных элементов. Общая блок-схема программы показана на рис.2. В результате расчета устойчивости слоистых откосов при мощности слоев 2 м и 5 м выявлены области, где все значения наг. ряжений, согласно модели, описанной во второй главе выходят в область пластичности и установлены границы значений коэффициента устойчивости больше единицы, Т.е. границы где (?„д-

сдвигащие усилия, Ру„- удерживающие усичия). По" изолиниям ко эф

'1С

гшцшп

ГШОЖ Д ЬШТАХ-- —і

Г~К0НТР0Л£1>1НЖ)ТЖШШ<Т7~ДЖ~11ЕГ^РН07~ТСГ7" I

С зпшгз^

■’Г077110

;ЖУШ13ШЕШЖ 'БНЧігаЕШШЗЖ^^

М НАПРЯЖЕНИЙ (tí } --------------

Иііі ¿juV

(a® }-(о í-íü

-2U¡L.....У................'íiX.

І2ШРЯШИГ

ШЖСЖИЕГТЛШВГ1№РШЖ

ТГ~~77

НАПРЯЖЕНИЙ (а* ?) И ИХ НАПРАВЛЕНИЙ ß, «

ВМСЖНІЖТПВЙНГТЕОРЕТИЧЕСКйХ НАПРЯЖЕНИЙ jV ), СООТВЕТСТВУЮЩИХ {е1<д}

И-J'1 л.^гНІч!і !■:• -={о 3 О , ~ )

i Г-1Г' !І.Г’Г ■ ^l^Rl'і F-;IThlZ ^TTATTAjiblí і x ' j

l.„ _lU_JL<y 1 ^ . J .. li/- z' ... . . !

]

j Лг "('■ 'I ІЛ!\ґ!і ' * і .4 '- ^7‘ H' і J.;. Tvn ir ТлКМ’Ы Í

L ^ y... . _. j

ЇМ ЛОиАМ£Ні-іЕ ■> 'j'.'iùd-'i Ьг.К’К'РУ K:>;J.v;Km j І Г-^пжїїГТ^ЖНШТЖ

:'(•

ppT™fiPA I,y |>ft

тктаг^водагатшиш^й■

. ------------—

фициента устойчивости больше единицы построены профили слоистых откосов (рис.3,4) с указанием их геометрических параметров. Сопоставление результатов физического и математического моделирования показало хорошую сходимость результатов, при этом погрешность не превышает 5%. Это позволило обоснованно применять модель -упруго-пластической среды для решения задач напряженно-деформированного состояния и устойчивости слоистого откоса.

В качестве примера использования модели упруго-пластической среды решена задача оценки устойчивости откоса с вертикальной слоистостью. В результате расчета установлено, что вертикальные слои устойчивы и нарушение устойчивости происходит только при внешних воздействиях на контакте слоев, а это возможно при выполнении условиия, что расстояние между слоями соизмеримы с размерами заполнителя по контактам.

В четвертой главе приведены данные расчета устойчивости Оорта карьера Бультеке с использованием модели упругопластической среда для слоистого массива.

Месторождение строительных материалов Бультеке сложено' глинистыми сланцами с явно выраженной слоистостью, падение слоев в сторону отработки под углом 55° на западном участке, 77° - на центральном и 50° - на восточном. Горные работы ведутся выемкой грунтов на проектируемую глубину 167 м. Выделены три горизонта пород с различным сцеплением сланцев: в верхней части карьера сцепление на контакте слоев составляет 5 МПа, в средней - 6 МПа и в основании карьера,- 7 МПа. Расчет устойчивости проводили для проектного профиля борта карьера по данным напряженно-деформированного состояния ¡юрод. Согласно проектным данным угол откоса уступа равен 65°, угол борта карьера 55°, глубина карьера составляет 150 м. Задачу решали согласно расчетной схеме, при этом первоначально определяли поле напряжений нетронутого массива, а затем, с последовательным углублением на 60 м, до глубины 150 м. Анализ напряженного состояния прибортового маассива позволил выявить три характерные зоны напряженного состояния: вокруг угловой точки подошвы карьера, угловой точки уступа и верхний угловой точки (рис.5). Расчет устойчивости борта карьера показ-].!, что проектный профиль борта карьера не обеспечивает устойчивого состояния при исходных параметрах.

Устойчивость борта карьера оценивали но коэффициенту устойчивости, определяемому из условия предельного равновесия:

п

\ \ \ \ 'ч \ ч

\

\ 4

ч

up -I'lVíb !'чК(К*.й V. OiüíiCtljM ЇА'ЛООИ.Ь-0 , ....... і'* *’г>ЧгЛіі H j

Рис.4. Профиль откоса в слоистом мэссзиве (расстояние между слоями 5 м)

'/4

Напряженно« СОСТОЯНИИ НрИі?прТОЕОГО mw.iwj -<рі "'р'! hii'Jiv ':“-i|J ■¡ - r^pí^f>HTHJibHMtí На:ір>і'К-‘.Н!іИ.

О - иОр'ГУКЧЛгЧ'К-“ Hí¡fl¡).4K'JHH¡l

•й - касательные напряжения

,¿^0080^ +,¿*,0,1, к=---------------------------. (12)

где Р - вес элементарных блоков; ~

' Ь - площадь основания элементарных блоков;

р - угол наклона основания элементарных блоков; '

С - сцепление пород." " ■’ ' .

Коэффициент устойчивости проектного борта карьера составляет

0,98. На основании оценкиіустойчивости борта определен расчетный профиль борта, при этом угол борта составляет 44°, угол откоса уступа - 50°. 8 этом случае обеспечивается коэффициент устойчив пости 1,16. , :

. Значение коэффициента устойчивости Оорта карьера проектного и расчетного, вычисленные по изолинии запаса устойчивости (9) и условию предельного равновесия (12) приведен в таблице.' ,

Рекомендуемые геометрические :

• параметры карьера Бультеке ■

профиль! угол ! высота і угол Сорта ¡глубина! коэффициент, устойчивости карьера!усту-1 уступа (карьера !отработало изолиниям!ііо условию ' !па ^,! И, м 1«, ‘град. !ки мест! и=0 • Іпред.равн.

! ! ! ! Н, м ! ! ;

проект. 65 30 55 ' 150 . 0,99

реко- '

мендуем.-бО 30 44 Г(0 1,20

■ ' . . ' ' ЗАКЛЮЧЕН!® • .

В работе дано новое решение актуальной задачи геомеханики, состоящее в оценке папряжешю-деформировашгаго состояния и обосновании устойчивых параметров откосов автомобильных дорог и бортов карьеров в слоистых массивах.

Основные выводы работы раключамтея в_ следующем:

0,98

-1,16

1. Обосновано применение уируго-ндястической среды дли определения НаПрЯ»Ч1НОГ'> Г<Н'ТОЯН!»Ч СЛ’ 41'-'1Ш Ч9е',ЧВПЯ, КО^ОрэЯ ЯВЛЯЕТСЯ • >'''Х>П?’!Й,*,М упругой И «"Л'""--!»ПйСЧ’йЧ^С^ОЙ Сред« и ПО',"Г~ рсчжч нм ^нон» --¡'и,му;.ч\ рр'»','.»1 сч‘| .'Ч :-‘К?п<'р!«м«нтальных. испытаний горных пород.

2. Установлено влияние слоистости массива на напряженно-

деформированное состояние и устойчивость откосов. Выявлено, что оирод^тед*« рлиячи« пп устойчивость откосов оказываю'’’ касатель ные напряжения, им'-и'.^“ ¡»яячщтя вдоль контакта слоев.

3. Выявлено, что направляй;’“, угол падение напластования и МОЩНОСТЬ слоев определят"' устойчивость откосов. При мощности слоев меньше 2 м ¡1 Сс'П'м». ¡0 ?л »««»имвнпео ^стояния откоса можно рассматривать однородным.

Установлено, что откосы с вертикальной слоистостью более устойчивы, чем с наклонной в сторону борта карьера, однако при нарушении контакта между слоями возможно опрокидывание отдельных слоев в сторону выработанного пространства.

5. Разработана методика оценки устойчивости слоистых откосов но данным наряженного состояния, основанная на использовании модели упруго-^ яфетической сррдн г о-датянт» о методом конечных элементов.

6. Рп«р»<1отянная «»»годика опенки устойчивости от кор использована при расчете р?ам*":*рнч1'ект параметров ч устойчивости Оорта карьера Вультвке. Определено, что максимальная глубина разработки не должна превышать 150 м, при этом контур борта ка рьера должен иметь угол 44°, я угол откоса уступов 50°.

7. Рекомендации расчета устойчивости слоистых откосив и бортов карьера внедрены Аламединским строительным управлением горнопроходческих работ. Экономический эффект от реализации научных результатов диссертационной работы составил 2',4 млзт рублей • (доля автора 720 тыс. рублей).

основные положения диссертации • опубликованы в ■ следующих работах: ' _ . ' > . ;

1. Применение огц^го интегрального уравнения для одной Лада-’ чк геомеханики//"Фигика и механчка разрушения горных пород"’. Фрунз“, йлим, 198’"'', о.ь?- 59 (соавтор Э.К.Абдыдда^у) •

2. йгрут’о-алястаческий анчлис нанрякеннс-де'Гор-'ировзнного состояния откосов методом конечных, алем^ятов//"Проблемы разработки полезных ископаемых в условиях высокогорья ”. Фрунзе, 1967,

* •/? ’

с.35-36 (иоангир Т. Дж./уки| . .

2. Анализ н?л1])якмцчпсостоянии слоистого откоса//"Механика горнил склонов, откосов и подъемных сооружений освоение подземного пространства". Бишкек, Илим, 1990, с.144-149 (соавтор Э.К.Абдшщаев).

4. Дорожные откоси и неогеновых ‘ слоистых конгломератах//-ИНТИ, 1983 (соавтор Т.Д.Джорпев).

5. Оперативные ТаХО(>МнТрйЧеОкИ>‘ (МКЧЧ^Н определении геомет рических параметров высоких нриродннх и тсхногенвнх откосон//Кыр ИНТИ, 1983, (соавторы Т.Д.Джороев, Э.А.Ким).

6. Формирование углов наклон бортов и откосов уступов карьера в слоистых изйестковнх горних породах//КнрйНТМ, 1993 (совторы К.Ч.Кожогулов, Т.Д.ДкороегЛ.

7. Формирование откосов в структурную иьмдниродных склонах-//КирИНТМ, 1993 (соавтори К.Ч.ЬЧ«когул'>и,' 0.Б.Никольская).

8. Устойчивость откосон ь слоистых нородчх//КмрМНТИ, 1993

(соавторы К. Ч. Кокору лов, Т.д.Дкороен).