автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Теоретические и методические основы прогнозирования и обеспечения проходимости тяжелого горного оборудования на открытых работах

1 П. ± :

российская лкадыия НАУК институт проблш комплексного освоения НВДР

На правах рукописи

удк 622.271:624.131.524/326

загэруйко леонвд Павлович

теоретические и методические.основы прогнозирования и обеспечения проходимости тяжелого горного оборудования на открытых работах

Специальность 05.15.11 -"Физические процессы горного производства"

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени доктора технических наук в виде научного доклада

Москва, 10Ё2 г.

Работа выполнена в Государственном научно-исследовательском, проектно-конструкторском и проектном институте угольной промышленности "УкрНШпроект"

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Демин A.M., доктор технических наук профессор Норель Б.К., доктор технических наук профессор Подэрни Р.Ю.

Ведущая организация - Институт горного дела им.А.А.Скочинского

Зашита диссертации состоится " £cüce¿\iM> IS92 г. Ll г в /<>; час на заседании специализированного совета Д 003.20.01 в Институте проблем комплексного освоения недр Российской академии наук по адресу: III020, Москва, Е-20, Крюковский тупик.4.

О диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института проблем комплексного освоения недр Российской академии наук.

Диссертация' разослана '' /(? " IS92•г.

Ученый секретарь ____„ —г)

специализированного совета__~—

канд. техн. наук Г.ИДБогдэнов

ОС, .,."¡4. Т.:' . ' ' _

ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее вромя иа открытых работах используется крупное горнотранспортноа оборудование - экскаваторы. отвалообразовагели, транспортно-отвальныв мосты, вао которых достигает II тис.тонн, удельныо давления на грунт до 0,3 Ша,площадь опор - до 600 м2.

На многих месторождениях, разрабатываемых открытым способом, • в основаниях машин по трассам и на рабочих уступах 'залегают мягко-пластичные глинистые породы, несущая способность которых моньио удельных давлений, что приводит к просадкам ходовых устройств п снижению эффективности использования оборудования. Почти половина экскаваторного парка установлена иа отвалах, где потори полезного времени от просадок достигают 20 %, Иногда на ликвидацию аварийных просадок крупных машин тратят по &-б месяцев. Убытки.от простоя только одной машины составляют 300-500 руб. в час и больпэ; потери от одной просадки могут превысить I млн.руб. (в ценах до 1390 г.).

прогнозирование осадок и носуаей способности грунтов методами строительной механики, но учитывавшей специфических условий формирования прочности грунтов в бортах и отвалах карьеров, приводит к ошибкам, достигающим 100-150 %, а следовательно - к неправильным Еыводам по использованию тяжелого оборудования и выборе технологии.

В связи с этим возникла необходимость повысить точность прогнозирования проходимости'машин на основе известных положений механики грунтов и новой концепция формирования прочности грунтов з отвалах, с учетом особых условий их работы в нагруженном массиве и.индивидуальных особенностей машин, • ■

Кроме разработки углубленных теоретических основ прогнозирования потребовались методические разработки, обеспечивающие получелна надежных расчетных характеристик и новых технологий подготовки трасс для обеспечения эффективной и безопасной эксплуатации тяжелого оборудования в сложных- инженерно-геологических условиях открытых работ, в том числе - разработка более совершенных методов и средств исследования напряженно-деформированного состояния (НДС) массива, способов закрепления слабых грунтовых оснований, инженерных методов расчета деформаций и несушай способности.

• Необходимость создания теоретических и методических основ прогнозирования и обеспечения проходимости тяжелых горнотранспорт-

ных машин вызвана возросшими объемами и темпами вскрнпшых работ, слоеными инжеиорно-гвологическими условиями, увеличенными параметрами открытых горных выработок, значительными размерами и весом горного оборудования, требованиями высокоэффективной и безопасной его оксплуатащш.

Исследования выполнены по плановым темам института "УкрНШ -проект" Минут да прома СССР, согласно осноеным направлениям развития угольной промышленности 1960-1990 гг., а также работам из плана повышения технического уровня производственных объединений, в которых автор являлся научным руководителем и исполнителем разделов.

Поль работы - разработка теоретических основ прогнозирования деформаций нагруженного массива в условиях сложного напряженно-деформированного состояния, способов и средств исследования и технологий укрепления грунтовых оснований для повышения эффективности использования тяжелого горного оборудования на открытых работах.

Основная идея тзаботы заклинается в повышении точности прогнозирования осадок и несушей способности грунтов на открытых работах и обеспечении эффективной и безопасной работы тяжелого оборудования на слабых грунтах, при этом точность прогнозирования обеспечивается путем разработки и реализации в расчетах осадок единой математической модели грунта, полстаний теории распределения фазовых напряжений в водонасытенных грунтах при сложном НДС и новой исследовательской аппаратуры, а обеспечение проходимости - за счет новых технологий укрепления слабых грунтов, учитывающих взаимодействие системы "грунт-машина".

Методы исследований. Б работе использован комплекс методов, включавший: теоретические исследования с применением методов теории предельного равновесия и теории фильтрационной консолидации, аналитические и графоаналитические исследования, статистическио методы обработки фактических данных, экспериментальные, включающие физическое моделирование работы грунта в ячейках массива и натурные исследования ВДС массива на карьерах.

Научные положения, защищаемые автором

I. Прочность и деформативность грунтового основания, определяющие проходимость оборудования, формируются в перемещающихся откосах горных выработок, в отвалах-и лод машинами в условиях сложного напряженно-деформированного .состояния под действием нормальных-и касательных, статических и динамических напряжений по наклонным площадкам. в результате объемных и сдвиговых деформаций. При этом плотность и прочность породы за счет дилатансии в отвалах существенно увеличивается, в бортах - уменьшается; порода в разных точках ;..асс:'~

ва находится на разной стадии уплотнения по только в продольно.", но главным образов, и допредельном состоянии; прсцосе формирования прочности в ячейках массива непрерывный или скачкообразный б зависимости от тохнологшг отвалообразования /6,7.0,37,44/.

2. Известные прочностные и деформативныо характеристики Кулона и Торцаги представляют лишь предельное состояние грунтов и не выражают допредельного состояния в процоссо уплотнения подавлявшего объома породы в отвалах, поэтому они но могут являться исход-1шми данными для определения фактической плотности - прочности массива под машинами, о в случае их использования п расчетах осадок приводят к ошибкам, достигающим Ю0-1Ё0 % /1,35,36,45/.

3. Для определения напряженно-деформированного состояния в разных ячейках массива в процесса отЕалообразования, вместо двух упомянутых характеристик предложена единая математическая модель грунта, представлявшая пространственную доформативно-прочностнуга характеристику, которая описывает процесс деформирования во всем диапазоне нагрузок,.включая предалыше, и в которой сопротивление трению учитывается кок в.допредельном, так и в предельном состояниях, причем прочностные п доформатпвные характеристики связан» мавду собой. Модель позволяет болео точно (до 10 %) прогнозировать осадки оборудования с учетом действительной (допредельной) плотности отвалов /I, 27. 37, 45/.

4. Расчетные характеристики для определения осадок и несущей способности водонасыгаенных оснований должны выражать непрерывный процесс перераспределения напряжений, медду тпордоЯ и жидкой фазами грунта, происходящий в результата объемных.и сдвиговых деформаций, в соответствии с разработанными теоретическими положениями, учитывающими возможность как увеличения прочности, так и ее падения по мере развития деформаций. Использование получению: многофакторных характеристик повышает точность прогнозирования несущей способности оснований при мгновенном приложении нагрузок ходовыми устройствами .уаоин /5, 8, 9, 10/.

5. Реализация единой модели грунта и учет перераспределения «газовых напряжений осуществляется путем Физического моделирования работы грунта е ячейках отвалов, с помоиью новой исследовательской аппаратуры, рлботавиой на принципа простого сдвига и обеспочяваг,-

одновременное испытание образцов на компрессия н. сдвиг в условиях плсстсоИ и ооъамноГ1 деформации /2, 3, 14. 15/.

С. Пркоор:: и экспвоЕ**вятэл1!ше установки, разработанное на тсс^тп-гесксго аналкса и ахслврпусктаяхкол проверки сксто-

мы "грунт-прибор", удовлетворяют 15 требований, приближающих условия работы модели к оригиналу, в том числе обеспечивают автоматическую стабилизацию образца в рабочей камера, наличие регулируемой системы водного режима, программное управление нагрузками,, изменение направлений касательных напряжений и др. Предложенные тесть моделей прибороЕ и устройств, взаимно дополняя друг друга, реализуют различные условия работы грунта в натуре /4,12,13,16,17.18/.

7, Закономерности распределения напряжений в массиве от веса грунта и оборудования определявдся с учетом статических и динамических нагрузок, а также (»оставляющих их нормальных и касательных компонентов, опытным путем, с помощью трех новых способов на основе статического зондирования массива и применения ноеых приборов, при этом для выражения сложного комплекса статических и циклических нагрузок предложено понятие эквивалентного, статического давления, равного по аффекту уплотнения грунта суммарному действию статических и" динамических, нормальных и касательных напряжений; для выражения комплекса знакопеременных циклических касательных напряжений - предложено понятие приведенных касательных напряжений, действующих в массиве по горизонтальным площадкам на разных глубинах /27,28,29,30/.

8; Проверка достоверности теоретических положений, контроль надежности аналитических расчетов, а также получение исходных'данных достигается комплексом натурных исследований НДС и свойств грунтов с помошью новых способов, приборов и устройств, позволяющих определять эпюры распределения в массиве напряжений, деформэ-тивных свойств и плотности пород; использование этих данных в расчетах осадок оборудования на отвалах действующих карьеров дает наиболее точные прогнозы с ошибками не более 7-10 % /19.20,21,22,27

9. Прогнозирование осадок машин на невскрытых месторождениях, без натурных исследований, но с аналогичной точностью, достигается на базе новой концепции формирования прочности пород в отвалах, основанной на единой модела грунта и положениях о распределении фазовых напряжений. При »том учитываются изменения НДС массива в пространстве и времени, в зависимости от технологии отвалообразовэния. что позволяет повысить точность прогнозов и определять средства активного воздействия на массив с целью управления ВДС /10. 35. 37. 38. 45. 46/. "

•10. Улучшение проходимости тяжелых машин на слабых водонасы-щенных грунтах достигается осушением, естественным замораживанием, частичным или полным замещением слабых грунтов более прочными ма-

терналами в пределах зоны активного скатия по специальной технологии, при этом предложенные расчетные модели' технологических схем учитывают типоразмеры маиин, свойства и состояния грунта и материалов и устанавливают опткиалышо их сочетания на основе взаимодействия ходовых устройств с грунтовым основанием.

Обеспечение проходимости машин по отвалам достигается повышением плотности-прочности верхнего слоя рабочих площадок путем уплотнения статическими и динамическими нагрузками от машин и породы, стсыпки более прочных пород, применения рациональных технологических схем отЕалообразования. Расчетные модели технологических параметров учитывают взаимосвязь параметров^машин, свойств и состояния отвалов и формируемого верхнего слоя-пород. Разработанные мероприятия позволяют в 2-3 раза увеличить насушую способность или уменьшить деформации грунтовых оснований /35,39,48,45,51,52/.

Достоверность и обоснованность научных положений и выводов, сформулированных в работе, подтверждена сходимостью' результатов моделирования процессов формирования прочности и разрушения пород с принятыми теоретическими положениями, сходимостью результатов аналитических и экспериментальных исследований и прогнозов проходимости конкретных мапан с натурными' наблюдениями за напряяения-ми и деформациями в- различных природных условиях, использованием апробированных методов математической обработки опытных данных. . использованием результатсз работа при проектировании и в производстве.

Научная новизна заключается в следующем:-

1. Впервые предлояена," теоретически обоснована и практически получена единая математическая модель грунта, представляющая пространственную деформативно-прочностную характеристику в координатах: напряжения нормальные ( 6 ) - касательные ( Т ) - относительные осадки ( 9 - объемная деформация), которая позволяет более точно прогнозировать просадки оборудования, с учетом действительной (допредельной) степени консолидации массива и процесса развитая

во в пространств^.

2. Разработаны реологические модели трехфазных грунтов и основные положения теории перераспределения напряжений модцу твердой и кйдкой фазами при слоимом НДС в процессе объемных и сдвиго-рых деформаций; теория учитывает возможность как повышения плотности-прочности, так и резкое ео падения (до 2-3 раз) при мгновенном приложении нагрузок ходозкми устройствами масан.

3. На основа положений о перераспределении фазовых напряжений дано обоснование многофакторным характеристикам, выражающим связь состояния грунта по плотности и влажности с напряжениями как тотальными, так и в их отдельных фазах (твердой, газово-жидкостной), а также с общими объемными и сдвиговыми деформациями на разных стадиях их развития. Характеристики, получаемые в результате физического моделирования в предложенных приборах и установках, позволяют определять действительную прочность водонасышонного грунта на разных этапах деформирования; они наглядно показывают какио параметры трехфазной системы (означающие физическое и напряженно-деформированное состояние) ив какой степени следует изменить, чтобы вывести систему из предельного неустойчивого в допредельное устойчивое состояние, повысив этим несущую способность основания или устойчивость откоса. Установленная связь между указанными и технологическими параметрами позволяет посредством многофакторных характеристик определять средства управления НДС отвалов в процессе их формирования.

4. Разработана концепция формирования прочности отвалов на основе единой модели грунта и положений о перераспределении фазовых напряжений, учитывающая изменение НДС и прочности элементов . массива во времени и проотранвтвв, в зависимости от параметров откосов, свойств пород и технологии отвалообразования. Реализация концепции в расчётах^ осадок, носуяей способности и устойчивости отвалов позволяет повысить точность прогнозирования, определять способы и средства воздействия на НДС массива для повышения его устойчивости.

5. Разработаны способы определения напряжений в натурных условиях в откосах и под машинами и введены понятия "эквивалентные сжимавшие" и ''приведенные касательные", напряжения для условий сложного НДС. учитывающих комплексно обшие статические и динамические нагрузки, нормальные и касательные их компоненты, которые могут действовать постоянно в одном или попеременно в разных направлениях. Эквивалентные сжимающие напряжения мо1ут превышать вычисленные по формулам теории упругости до 8 раз, при этом использование их в расчетах осадок дает наибольшее приближение! к фактическим, с разницей

до 10 %. .

6. Разработана расчетные модели осадок грунтов на основе пространственных деформативно-лрочностных характеристик (единой модели грунта), эквивалентных сжимающих и приведенных касательных напряжений позволивших приблизить расчетные осадки к фактически'/ с разницей до

10 %, вместо известных методов, результаты расчетов которых отличаются от фактических на 100-150 %:

7. Разработаны новые способы и сродства'испытания грунтов на образцах и в массиве, а также способы выражения полученных результатов. Лабораторные приборы и установки <4 основные модели) обеспечивающие болсо высокую точность испытания ооразцов на простой сдвиг в условиях плоской и объемной деформации, позволяют моделировать работу грунта в ячейках массива л реализовать основные теоретические положении о перераспределении фазовых напряжений, дофор-ыативно-прочностные и многофакторныо характеристики.грунта. Полевые приборы (3 модоли) и способы обеспечивают исследование свойстп и НДС массива, получение расчетных параметров и данных о достоверности теоретических положений.

8. Предложены новые перспективные технологии укрепления слабых грунтовых оснований под машинами и уплотнения отвалов; даны теоретические обоснования и расчетные модели, учитывающие взаимодействие ходовых устройств машин с массивом. Предложение способы укрепления позволяют повысить несуиую способность водонаеншенных глинистых грунтов в 2-3 раза и обеспечить проходимость тяжелых машин по обводненным недоступным участкам, а на отвалах - соответст- ■ венно уменьшить просадки ходовых устройств в допустимых пределах,

Личный вклад автора состоит:

- в выборе задач, путей их решения и формулировке рабочих гипотез;

- в разработке единой математической модоли грунта;

- в разработке основных положений теории перераспределения фазовых напряжений водснасышенных грунтов при слопном НДС;

- в разработке концепции формирования прочности грунта в отвалах; -

- в теоретическом обосновании, проектировании, изготовлении и испытаниях образцов новых приборов и устройств;

- в разработке методик, постановке лабораторных, и натурных экспериментов, непосредственном участии в'исследованиях, обрббот-ке опытных дгнных и их обобщении;

- в разработки методов расчета осадок и несущей способности грунтовых оснований, с учетом новых теоретических и методических решений;

- в разработке, обосновании и реализации новых технологий ук-реплоння елчбнх грунтов и уплотнения отвалов, на рабочих площадках и трассах;

ч

- Ео внедрении в практику открытых работ методов прогнозирования и обеспечения проходимости тяжелого горнотранспортного оборудования.

Практическое значение работы состоит в том, что вб научные положенияг метода, исследовательская аппаратура и технологические решения- позволяют:

- более точно и обоснованно определять места (горизонты) установки машин на рабочих уступах и отвалах, где бы они могли быть использованы наиболее эффективно в данных природных условиях;

- обоснованно выбирать оптимальные режимы отвалообразования и параметры отвалов, при которых были бы обеспечены наиболее благоприятные условия формирования прочности пород,, а следовательно устойчивость отвалов и проходимость машин;

- разрабатывать проектные и технические решения по строительству наиболее надежных трасс перегона тяже-лого оборудования в сложных природных условиях;

- устанавливать способы, средства и технологию укрепления-слабых водонасышенных грунтов на рабочих уступах и уплотнения рабочих плоаадок на отвалах;

- разрабатывать технологию ликвидации аварийных просадок (подъем) тяжелого оборудования на обводненных участках:

- повышать точность и функциональную возможность способов и средств исследо^ния грунтов.

. Реализация табот. Результаты выполненных автором в институте "УкрКИИпроект" 20-ти поисковых научно-исследовательских работ (InS2-I990 кг.) послужили теоретической основой для разработки методов прогнозирования и обеспечения проходимости машин и устойчивости отвалов. Практические рекомендации, содержатся в 35-ти прикладных HIÎP» выполненных по заказам производственных объединений Минуглепрома и Минчермета для конкретных карьеров. Они без исключения использоезйы б проектах институтами "УкрНЛ'проект", "Сибгипрошахт". "Востсйбгипрошахт", "Гипрошахт" или непосредственно в производстве на 22 карьерах ПО "Красноярскуголь","Алек-сандрияуголь", "Востсибуголь", "ХемероЕоуголь". По некоторым из них имеются акты, подтверждающие получение народно-хозяйственного экономического эффекта на общую сумму IS27 тыс.руб.

Примерами успешной реализации сложнш: технических рёшений являются: I) рекомендации по перегону сворхкошного эг.скпватора ЭШ-100/100 (вес II тыс.тонн) по обводненным трассам протяженностью 2500 м (1977 г.) и 8500 м (1985 г.). а тахг.е последуюо-

го строительства и эксплуатации нового карьера (уч."Чулымский" ПО "Красноярскуголь", IS8G-S8 гг.) с размещением экскаватора на водонзсышенкых суглинках; 2) рекомендации по укреплении обводненных иллстьис отложений и извлечении из просадки ч речной пойме экскаватора ЗШ-ЮО/ЮО методом толевых прорезей (там :хе, 1985г.); 3) рекомендации по обеспечению проходимости опоры транспортно- . отвального моста "Скадо" (вес 4,5 тыс.тонн) U0 "Алоксандрняуголь" по свежеотсыпанным песчаноглинисткм отвалам (1984г.); -4) новая технология укрепления рабочей площадки предотвала для обеспечения ■ проходимости транопортио-отвэльного моста "Бермингофф" (вес 3,0,' тыс.тонн, там же 1278 г.) и др.

Разработанные автором приборы для испытания грунтов и НЦС массива, изготовленные на опытно-экспорпмвнтальисм заводе института "УкрШ'Ппрсект", распространены на 6£ предприятиях и научно-произЕодстненни.;; организациях. Приборы демонтировались на ВДНХ ССОР и на международной выставке (ПНР, г.Познань, 1975г.).

По материалам исследований автором разработан ОСТ - руководящий документ по Минуглепрому СССР. РД. 12.16.125-83 "Методические указания по определении условий проходимости тяжолых горных машин на разрезах!'

Атюбация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались па м' адународных, всесоюзных, республиканских, региональ-, ных и,отраслевых совещаниях, конференциях и семинарах, в том числе: па 20-м заспдЕнии научно-технического совета СЭВ (ПНР.1973г.), на чсосс^зных и республиканских конференциях по механике горных пород-и инженерной геологии в институтах ЛГИ (Ленинград,I96i>), МГИ (л'Оекзэ, 1967), Е"01Л; (Белгород, 1938 ,1969). Б ПИ (Минск. 1969), Географическое общество СССР (Ленинград, IS6S), 1'ТГД им.А.А.Ско-чинского (Люберцы, 1969. I9P8), УкрИТИпроект (Киев, 1964.4 1968.

1975, 1979, 1985), ВНИПКСЕРА (Львов, 1980), КА'ГЭККИИуголь (Красноярск, 1989), на Межвузовской научно-методической конфер•нции

в киевском инженерно-строительном институте (1990), в Минуглепро-ме СССР (Москва. 1£Ь2, 1985, 1988) в производственных объединениях "Александрляуголь" (1961, 1977, 1982, IS83), "Красноярск-уголь" (с 1970г. по 1980г. - ежегодно), "Зостспбуголь" (Иркутск,

1976, 1989, 1990). "Дальпостуголь" (Райчихинск, 1976), "Тулэуголь"-(1976), "Коморозоуголь" (1970,1976), 0рд?.он::':;5дзевский ГОК (1Э65. J97S, 1978).

Публикапии.' Список научных трудов автора содержит 145 наименований» в том число 55 отчетов по НИР. По теме диссертации опубликовано 78 научных работ, включая монографии, брошюры, статьи и 20 изобретений. г

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение

Изучением вопросов проходимости самоходных машин занимались многие отечественные и зарубежные ученые, в связи с проблемой эффективного"использования по бездорожью автомобилей, тракторов и военной техники. На основе исследований взаимодействия машин с грунтовой поверхностью при движении рассматривались две группы вопросов - улучшение грунтовых (дорожных) условий и коютруирова-, ние машин высокой проходимости. Большинство известных публикаций посвящено последней группе, часто без достаточной увязки с первой.

В последние 50-60 лет развитие теории колееобразования характеризуется попытками приложения к ней закономерностей механики грунтов. Успешно занимались изучением колесных машин (с пневматическими тинами) ученые: Я.С.Агейкин, В.Ф.Бабков. А.К.Бируля, Г.Б.Безбо-родова, В.И.Гребенщиков, Н.Н.Иванов', В.И.Кнороз, Н.В.Орнатский, Г.И.Покровский, Н.А.Пузаков; В.М.Свденко, И.С.Рокас; гусеничных машин - М.Г.Баккер, В.Б.Гантман,'И.М.Гомозов, Г.К.Крагвльский, А.С.Львов. В.ИЛ1ол|ков, Н.И.Рябинин, А.П.Софиян, С.И.Яржемский; тяжелыми горными машинаии с шагающими ходовыми устройствами -Н.З.Гармаш, Ю.И.Бережной, Ю.С'.Козлов.

.Анализ трудов указанных ученых показал весьма ограниченные возможности трансформирования богатого опыта в изучении проходимости автомобилей и тракторов к тяжелым горным машинам, оборудованным Еагаютими, рельсовыми и многогусеничными ходовыми устройст- -ваии. Условия использования упомянутых транспортных и сельскохозяйственных машин и их конструктивные особенности значительно от-■ личаются от условий'горного производства, поэтому теоретические основы и методы решения прикладных задач не отвечают требованиям к пр'онозированию и решению круга сопутствующих вопросов по проходимости тяжелого горного оборудования.

Прикладная механика грунтов также не располагает методами определения несушей способности и осадок грунтов, учитывающих специфику работы грунта под горнотранспортными машинами, в том числе -мгновенное приложение'нагрузок, сложное напряженное состояние, цикличность и знакопеременность нагрузок, гидравлическую замкну-

■гость и др. Учет указанных особенностей потребовал пересмотра традиционного подхода к решению геотехнических задач на осново научного поиска.

Проблема проходимости тяжелых машин в изложенной постановке . вопросов в литература освещена недостаточно. Отсутствуют обобшаюзл-з труды; встречаются научные статьи посвяшенные отдельным вопросам. Поэтому, в связи с началом использования сверхмощных экскаваторов весом до II тыс.тонн, в институте "УкрНИИпроект", по заданию Ми;*-углепрсма СССР в 1970 г. автором была создана лаборатория проходимости тяжелых горнотранспортних машин, с соответствующим цоло-внм назначением.

Поисковые исследования и решение многих практических задач на конкретных объектах за период 1962-1990 гг. позволили накопить достаточно сведений по теории и практике решения вопросов проходимости машин и создать единый комплекс способов и средств испытания грунтов, а также расчетных моделей прогнозирующих и обеспечивавших проходимость машин с разными'ходовыми устройствами на открытых'работах в сложных природных условиях.

Предложенные теоретические и методические разработки оснозч-ны на фундаментальных работах по инженерной гоологии и механике грунтов известных ученых - 1.{.Н.Гольдктойна. Н.Н.Маслова, В.В.Соколовского. К.Торцаги, Н.А.Цытовича и др., а также ип поисковых ■ и прикладных работах по проходимости горнотранспортных машин и устойчивости отеэлов, выполнявшихся в институте "УкрНИИпроект" с участием автора.

I. Основные положения прогнозирования проходимости горнотранспортного оборудования на открытых работах

Проходимость горнотранспортных машин рассматривается как возможность выполнения ими функционального' назначония и самостоятельного передвижения по грунтам вне дорог, включая мягкие деформируемые и твердые неровные поверхности. Понятие проходимости машин сводится к определению взаимодействия ходовых устройств с грунтовым основанием, что требует сведения с одной стороны о ходовых устройствах машин и характере передаваемых ими давлений, а с-другой - о свойствах и состоянии грунтового основания. В результате прогнозирования устанавливаются на месторождении или нэ трассе плопздл (горизонты), где машина способна без значительных просадок нормально работать и передвигаться. В тех же местах, где по прогнозу проходимость машин не обеспечивается, а использование их по техниче-

ским условиям необходимо, разрабатывается и применяются вспомогательные мероприятия, способствующие повышению несушей способности слабых оснований'д плотности отвалов.

. К тяжелому горнотранспортному оборудованию отнесены выемочно-погрузочные (экскаваторы) и отЕалообразуюшие машины (отвалообразо-натолп, перегружатели, транспортно-отвальные мосты), вас которых составляет от 200 до 11000 тонн, снабженные рельсовыми, шагающими или гусеничными ходовыми устройствами.

Условия проходимости машин определяются:.

конструктивными особенностями, габаритами и весом оборудования, инжонорно-тгеологическим строением месторождения, деформативно-проч-ностными свойствами грунтов, ВДС массива, способами укрепления слабых оснований к уплотнения насыпей.

Нестабильность распределения давлений на грунт во времени и по месту наблюдается в период работы и передвижения махшы. Поэтому в оценке проходимости определяющую роль играют но столько средние удельные нагрузки, сколько максимальные пиковые (превышающие статические в 5 и более раз) нагрузки, равномерность их распределения по площади и по глубине, длительность и"'характер проявления в отдельны:: местах опорной поверхности. Поэтому каждая позиция технической характеристики прямо или косвенно определявт взаимодействие машины о грунтом, а' следовательно - ее проходимость.

Размеры ходовых'устройств в плане, достигающие 30-40 м в длину и 3-5 м по ширине (лыжи, гусеницы) определяют глубину акти-ной зоны сжатия (до 15 м) и контуры массива, подлежащие детальному исследованию, так как вследствие изменчивости свойств и неоднородности пород в пределах рабочих плошадок (трасс) могут возникать неравномерные осадки опор, перекосы оборудования, перераспределение напряжений в отдельных ¡элементах и разрушение металлоконструкций в целом. .

Горнотранспортные машины устанавливаются на вскрышных и добычных уступах, отвалах или на дневной поверхности. Грунты в основании машин отличаются разнообразием состава, изменчивостью свойств и состояния во времени и в аространстве, в зависимости от колебания напоров и уровней грунтовых и подземных еод. количества атмосферных осадков, погодных условий, эффективности догнанных мероприятий. Прочность на сДеиг может уменьшаться в два-три раза за счет увлажнения' и увеличивается в 10 раз при закорашшанад. .Дефораатив-но-прочностнле свойства массива определяются лйтологичесним составом, геологическим строением, плотнсстью-влаулссткэ и ЦдС.

Особые требования предъявляются к изучению свойств.и состояния пород нарушенной структуры при установке машин на отгалах, так как кроме указанных факторов они определяются технологией отсыпки.■ напряженным состоянием в прпоткосной зоне, длительностью выстаивания, саособами и средствами искусственного уплотнения.Совокупность факторов, влиявших на распределение плотности пород в отвалах, в конечном итого опроделяет просадки машин и долина учитываться при прогнозировании проходимости.

Взаимодсйствио ходоеых устройств с грунтовым основанием выражается зо-парвых условиями формирования напряжений в. массиве при работе я передвижении машшш, а во-вторых - ответни.'Д реакциями (отзывом) массива. Известные в геомеханике теоретические роптания о распределении напряжений исходят из предпосылок весьма далеких от фактического состояния массива, нагруженного работавшей магсиной, так как предполагается равномерное и постоянное распределение нагрузок по поверхности массива. Поэтому рекомендованные уравнения снимающих напряжений (СНиП 2.02.01-83) для определения осадок зданий могут использоваться в расчетах проходимости машин лишь-в первом приближении, с условиям последующей корректировки напряжений новыми экспериментальными методами.

Извастпнэ в строительной практике методы измерения напряжений с помошью датчиков давленая дают неполную информацию, так как' кроме 'нормальных давлений, необходимы сведения о касательных напряжениях и о характере тех и других. Нормальнее циклические нагрузки под машинами вызывают большие осадки, чем равноценные статические. Поэтому для селения вопросов проходимости машин требуются принципиально другие методы, учитывавшие еось комплекс и характер действующих в массиве напряжений, с учетом деформативкых свойств грунтов.

Соответственно напряжениям изменяются в массиве деформатив-ные и прочностные показатели грунтов. Как расчетные характеристики, они могут быть определены достаточно надежно лишь путем моделирования в таких присорах и экспериментальных установках, которые позволяют воспроизводить, контролировать и управлять процессами иощ.я .шнил, деформаций, отжзткя воды и воздуха из пор.

Для соблюдения подобия работы элементарных объемов грунта з маг- иве необходимо, в приборах собл; цать условия,. определяемые рядом параметров, зависимых от приречных и технологических факторов, в ч-ом "исле: интенсивности и характера изменения напряже-нчй, поросого дпвлйш'я, фильтрационных свойств, объемной и сдви-

говой деформации л сопротивления с.ДЕИгу. Нагружаиие грунтового массива машиной происходит практически мгновенно при этом вода из пор не успевает отлшматься. Это требует соблюдения в приборах герметизации образца (закрытой системы). Строительная же методика указанных требоЕани" к сдвиговым и компрессионным_приборам-не соблюдает, поэтому получаемые результаты.не отражают ту прочность, которую проявляют грунты под горнотранспортными машинами.

Прогнозирование проходимости машин производится по двум предельным состояниям - по несушей способности и деформациям (осадкам). Если производить расчеты по известным методам механики грунтов, без учета моделирования НДС, то ошибки в определен™ осадок и несущей способности могут достигать 100-150 %, что явится следствием неправильных решений по использованию оборудования. Для получения же боне точных прогнозов требуются ноЕые расчетные модели, учитывавшие действие статических и динамических нахоузок, работу грунта в условиях закрытой системы и изменяющейся прочности во времени и в пространстве.

Для труднопроходимых участков.(отвалы, заболоченные и пойменные места) должны разрабатываться мероприятия по укрепяпию рабочих плошадок трасс на основе детальных инженерно-геологических, исследований и инзкенераых расчетов. Выбор мероприятий определяется типом оборудования, местом аго установки, временем применения в течение годичного или технологического циклов, а также ико-' комической целесообразностью. Такие цероприятия, как укрепление пли замещение слабых грунтов, стабилизация состояния, локольное улучшение состава п повышение плотности отеэдое требуют поиска оптимальных реиешгй, без лишнего запаса прочности'-На основе совершенных инженерных методов расчета и технико-экономического обоснования .

Теоретическое обоснование проходимости машин является основой проектирования и строительства разрезов. Оно включает: анализ ишкеперно-^.'солс^ических условий месторождений (участка, трассы), геологоразведочные работы, гидрогеологические и креологиче-ские наблюдения, лабораторные испытания пород (моделирование), изучение особенностей машин (в том числе измерспи . напряжений в массиве), анализ технологических схем горно-вст:рншн:/х работ,прогнозирование проходимости, включающее расчеты осадок и несушей способности грунтов на разных горизонтах (участках) и расчеты мероприятий улучшающих проходимость. Для его реаллзмии требуют-.ся разработка теоретических основ ин;;сонернмх методов прогнозиро-

вания и обеспечения проходимости, методов .и средств моделирования работы грунта под машинами, комплекса методов и средств для полевых исследований свойств грунтов и Щ.С массива.

2. Теоретические исследования процессов Формирования прочности грунтов в откосах горных выработок

2.1. Определение критериев проходимости машин - осадок и несущей способности грунтовых оснований включает,правде всего,изучение прочностных характеристик грунтов. В условиях открытых работ они отличаются нестабильным состоянием. Поэтому автором предложена новая концепция формирования прочности грунтов в откосах горных выработок на примере насыпай (отвалов), где создаются наиболее сложные условия эксплуатации.машин. В основе концепции находятся на только конечные показатели прочности грунтов в момент разрушения образцов, но и текущие значения в ьроцосса ее формирования я массиве, в связи с технологией огвалообразования и изменениями НДС массива.

На-основе указанных принципов предложены решения осноених задач по осадкам и насушей-способности, с учетом изменения прочноетп пород во времени и в пространстве. Это позволяет не только повысить точность прогнозирования состояния грунтовых оснований (примерно в дна раза), но и определять сродства управления НДС массива, повышая при этом устойчивость откосов и проходимость машин.

В таблино дано сравнение с одной стороны известных в геомеханике, а с другой - предложенных автором положений о напряженно-деформированном состоянии п прочностных характеристиках грунтов в отвалах при определении надежности оснований машин и устойчивости откосов, составляющих основу указанной концепции.

Известные положения Предложенные положения

геомеханикп автора

I. Отвал рассматривается как сформированный массив с завершившейся консолидацией пород, обладающий определенными геометрическими параметрами с известным лито-? логическим составом в отдель-

Отвал рассматривается в процоссе формирования при перемещении его откосов, наращивании или переэкскавации отдельных блоков; порода в разных точках находится на разных стадиях консолидации; с изменением положения откоса в прост-

Известные положения геомаханики

Предложенные положения автора ~

ных ого блоках и стабильным па прянеино-доформпро ванным состоянием.

ранствз и геометрических параметров непрерывно измоняется напря-жеино-деформируемое состояние в каждой физической точке.

ионр.0 породы происходит в условиях сложного напряженного состояния под действием нормальных а касательных, статических и динамических напряжений по наклонным площадкам, в результате объемных и сдвиговых деформаций в при-откосной зоне массива; объемные деформации и плотность породы существенно увеличиваются за счет дилагансии и действия динамических нагрузок от машин и падающей при отсыпке породы.

Режимы изменения нормальных: и ка-сатолышх няпряузшм! ржание для разных с ."о он и отдильшзх фпзича-оких точек массива и зависят от места расположении слоя, геомот-ричоских параметров отвала и технологии его образования, а таккэ-от индивидуального характера напряжений, создаваемых конкретной машиной в пределах активной зоны сжатия; плотность пород определяется с -учетом указанных факторов методом физического моделирования.

2. Уплотнение породы в отвале (объемные деформации) и вертикзлышо ооадки происходят в условиях простого напряженного состояния под нормальными статическими нагрузками от веса пород пли маши, дойстБ;гащими по горизонтальным слоям, бее учета сдвиго-}-чх деформаций в массиве; эффект дополнительного уплотнения за счет дилатангши (пере-упакош ж частиц при сдвига) но учитывается.,Г '

3. Режим нагруяения олемен-•тарных объемов' пород в отвале и продолжительность действия нагрузок (т.е.история нагру-жения) не учитывается при определении плотности-прочности пород,

Известный положения гвомсханики

Предложенные положения ■ автора

4. Основными расчетными характеристиками при определении уплотнения (осадок) породы язлявгся компрессионные графики = ^ (С) - зависимости модуля осадки £> от нормальных напряжений 3.

5. В расчетах несущей способности учитываются угол внутреннего трения и сцепление С грунта, определяемые с помощью сдвиговой характеристики

Т-у('э). выражающей предельное состояние.

6. Условие' предельного равновесия _в откосе удовлетворяется по некоторой внутренней границе (плоскости скольжения); деформируемая часть массива рассматривается как жястккй клин,

За расчетные характеристики уплотнения принимаются проекции пространственных деформативно-прочностных характеристик на плоскость <Э-£д (гдо Т- касательные напряжения, действующие равномерно ео всем объеме образца).

Расчетными прочностными характеристиками являются пространственные характеристики €) на плоскость Т- о .выражающих как предельное, так и допредельное состояние пород.

Условия предельного равновесия . в массиве удовлетворяются не во всех точках прлоткосной зоны, а лишь по некоторой части впутрнн-ней границы с возможностью ее расширения при последующем перераспределении напряжений в процессе сдвиговых деформаций. В приот-косной части массива объемные и сдвиговые деформации происходят одновременно по разным плоскостям скольжения, которые меняют свою ориентировку по мере перемещения откоса, при этом в каздой точке грунт находится в разных постоян-' но изменяющихся промежуточных состояниях допредельного равновесия (вплоть до разрушения), что

Известные положения геомеханики

Предложенные положения автора

7. В каждом условном горизонтальном слое массива наибольшая плотность отвечает наибольшей высоте столба породы, создающего наибольшие нормальные ' напряжения .

8. Влияние перераспределения фазовых напряжений в процессе уплотнения на прочностные показатели не учитывается.

должно учитываться при определении устойчивости откосов и формировании прочности массива.

Наибольшая плотность в любой точка горизонтального слоя определяется не высотой столба породы, а некоторым сочетанием касательных и нормальных напряжений (по наклонным площадкам).

Расчетные параметры для определения осадок и несущей способности оснований учитывают непрерывный процесс перераспределения фазовых напряжений за счет объемных и сдвиговых деформаций." При этом учитывается возможность как увеличения прочности так и ее падения в процессе деформаций,

9. Расчеты надежности основания и устойчивости откосов производятся, как статические, с учетом прочностных характеристик предельного состояния пород, установленных опытами, без учета перераспределения фазовых напряжений.

Расчеты производятся с учетом изменения прочности пород в массиве во времени и пространстве, в зависимости от параметров откосов, свойств пород и технологии отвало-образования. При этом учитывается прочность отдельных элементов не только в продельном, но и в допредельном состоянии ,

Для реализации указанных предложений при решении практических задач по проходимости машин и устойчивости откосов автором выполнен ряд теоретических исследований, методических разработок, созданы способы и средства для физического моделирования в лабораторных условиях и исследования отвального массива в натуро.

Теоретические исследования'сложного НДС включают:

- анализ и теоретическое обоснование единой математической модели грунта, представляющей пространственную доформативно-проч-ностную характеристику впервыо предложенную автором, как средство выражения процесса деформирования во всем диапазоне' нагрузок, включая допредельное и предельное состояние, и взаимосвязи прочностных

и деформативннх характеристик;

- основные теоретические положения о распределении фазовых напряжений в процессе объемных и сдвиговых деформаций трехфазных систем;

- анализ многофакторных характеристик, выражающих взаимозависимости напряжений, деформаций и физических свойств массива;

- обоснование метода прочностных испытаний на основа анализа • систем "грунт-прибор", раскрывающих механизм объемных и сдвиговых деформаций в различных испытательных устройствах.

2.2. Единая математическая модель грунта представляет пространственную характеристику F(e,@,V)=0 зависимости мояду модулем ■ осадки е , нормальными б и касательными Т" напряжениями. Предложенные способ и средства их получения изложены в работах 11, 2, 3,4/.

Способ /I/ представляет совмещенные испытания образцов на компрессию и сдшг ( в скашивающем приборе), учитывающий взаимное злкя-ние объемных и сдвиговых деформаций и эффекта дилзтаисии, в отлично от известных способов независимых сдвиговых и компрессионных испытаний. в разных приборах, позволяющих получать лишь несогласованные между собой показатели прочности и дсфориативности пород.

При определении осадок машин, а также касательных напряжений в массиве используются проекции указанной характеристики на плоскости Q-6 . представляющую зависимость Q=j(&,rC) (рис.la). Они содержат в ссбо данныо двух характеристик: компрессионной криво!' Q=l((5) (шгашя обертывающая кривая) и сдвиговой характеристики T=_f (G), которой может, быть построена в соответствии с данными верхней oÓGDTHRñHMKíí! кринок.

Нижнею кризу» строят по точка«, координаты которых получены вначале, опытов в приборах простого сдвига при постоянном статиче-

Проекции пространственной дейормативно-прочнооткои характеристики песчаной сие

прочноотной характеристики песчаной смеси а.о. 887718

а)

ОМ

о.гг

иео

№

ом

6 ч 4 о- о -

/ ч Л ч -

&

ч /

-МПа

а)

1 -

2 -3 -4. -

5 -

6 -

7 -

8 -9 -

Г

Т

Т

Г

г

г

т-

г

= 0,01 МПа = 0,02 МПа =0,03 МПа = 0,04 МПа =0,05 МПа = 0,07 МПа =0,09 МПа =0,11 МПа =0,13 МПа

. I - е = о,2о 2 - е = 0,21 а - е = о,22 4 - е = 0,23

Рис Л

ежом давлении (без сдвига). Верхняя кривая характеризует установившийся сдвиг при стабилизировавшихся осадках и критической плотности породы. Каждая точка расположенная на обертывающих кривых или между ними отвечает определенным значениям объемных деформаций, сдвигающих и нормальных напряжений. Они используются для построения кривых равных касательных напряжений "йзс-Т ", обозначенных на рис.1а пунктирными линиями. Точки, расположенные между обертывающими кривыми несут информацию о допредельной прочности и объемных деформациях в разные периоды сдвига.

При определении прочности массива на сдвиг в основании мааэн или в откосах горных выработок используется проекция пространственной деформатьвно-прочкостной харпктеристики на плоскость <:'У (рис.16), представляющая зависимость ^(<5, О) . Для этой плоскости дано теоретическое обоснование линий равных объемных деформаций "изо— ", которые в конечном итоге определяют общее положение в пространстве плоскости Р (€.€>, Т)=-О .

Анализ и теоретическое обоснование характеристик (&.Т), условия ее получония и использования изложены в работах /5. 6, 7/. Ключевыми вопросами являются: обшое представление о положении поверх ности 1Р6,1^ = 0 в пространстве; положение контурных линий при разном ВДС,-изменение их в пространстве, в случае перехода положи- • тельной дилатансии в отрицательную, с учетом влияния критической, плотности; положение контурных линий при предельных состояниях грунта; определенна порового давления без инструментальных измерений /8/; кинетика процессов нагружения и деформаций /9/, включающая вопросы влияния скорбсти сдвига на. деформативно-прочност-ныо показатели при простом сдвиге; установление режима и характера приложения сдвиговых нагрузок в процессе физического моделирования работы грунта в массиве, нагруженном работающими машинами.

• 2.3. Для оценки прочности водонасышенных грунтов на разных стадиях деформации при сложном напряженно-деформированном состоянии автор разработал основные теоретические положения о распределении фазовых напряжений в процессе объемных-и сдвиговых деформаций. При этом, на основе анализа механических моделей, построены логически обоснованные гипотетические зависимости, характеризующие связь состояния грунта по плотности и влажности с напряжения- ■ ми как тотальными, так и их отдельными фазами (твердой, газово-жидкостной), а также с общими объемными и сдвиговыми деформациями.

Основные теоретические положения о распределении фазовых напряжений в процесса объемных и сдвиговых деформаций в условиях прос-. того объемного сдвига состоят в следуюшом: -

2.3.1. Нормальное давление на влажный грунт распределяется

в определенной пропорции между фазами (скелетом, водой, воздухом) в зависимости от количественного соотношения фаз в рассматриваемом объеме. По мере уплотнения и развития пластических деформаций в скелете происходит уменьшение (релаксация) эффективных напряжений и передача этой части нагрузки на водно-газовую фазу. Последнее вызывает дополнительное сжатие порового раствора, а это, в свою очередь - обратную передачу нагрузки на скелет и его допол- • нительную деформацию. Повторение- указанных стадий происходит постоянно и непрерывно до стабилизации осадок. В закрытой системе устанавливается определенный уровень эффективных и пассивных напряжений. Указанные положения согласуются с известной теорией фильтрационной консолидации К.Терцаги (1961) для простого ЦЦС.

2.3.2. В условиях же сложного НДС процесс взаимообразного перераспределения фазовых напряжений при постоянном давлении возобновляется с началом сдвиговых деформаций под действием внешней сдвигающей нагрузки. В результате дилатансии происходит в рыхлых двухфазных грунтах уменьшение эффективных и увеличение пассивных напряжений. При этом прочность.на сдвиг может увеличиваться (за счет роста оцепления), уменьшаться (за счет подавлявшего уменьшения эффективных непряжений и внутреннего трения) или оставаться постоянной. Количественное соотношение фазовых напряжений на разных этапах деформации определяется соотношением воды, газа и твердых частиц, в единице объема., тоесть степвнью заполнения пор водой (объемной влажностью).

2.3.3. Сжатие водно-газовой ф>азы происходит только нормальным давлением. Уплотнение же скелета происходит под действием сфериче-' ского'тензора и усиливается девиаторным компонентом. Объем и объем-.ные деформации отдельных фаз не пропорциональны и в процессе сдвига могут происходить независимо друг от друга-. При некоторых условиях уплотнение жидкой фазы может прекратиться (в результате предельного сжатия), а в это же время сжатие скелета (за счет дилатансии) будет продолжаться, что вызовет резкое снижение эффективных и увеличение пассивных напряжений.

2.3.4. Прекращение или резкое снижение .сжимаемости паровой воды может произойти на любом этапе сдвиговых деформаций, в зависимости от степени ее предварительною сжатш: и упругости. Последнее прямо пропорционально объемной влажности и величине тотального давления. Если сжатие поровой воды прекратится в самом начале сдвиговых деформаций, то произойдет наиболее значительнее уменьшение

эффективных напряжений в течение сдвига. Данный эффект будет- уменьшаться по мере приближения этого момента к концу дилатантного уплотнения.

2.3.5. При достаточно высокой объемной влажности и тотальном давлении сопротивление установившемуся сдвигу монет оказаться ли-же. чом при меньшей ступени давления (что подтверждается экспериментами). Это объясняется том, что при меньшей ступени давления водно-газовая фаза в процессе сдвига еше обладает способностью сжиматься и передавать часть нагрузки на скелет, что компенсирует снижение эффективных напряжений. При большом же давлении (следующей ступени нагрузки) водно-газовая Фаза после компрессионного уплотнения становится болео жесткой (мало сжимаемой) и поэтому при сдвига принимает подавляющую часть тотального давления, в то время как скелет, благодаря дилатансии, уплотняется и разгружается, не получая при этом дополнительной нагрузки. В этом случае объемные деформации прекращаются вследствие того, что основную часть давления воспринимает практически несжимаемая жидкая фаза.

2.3.6. Разгрузка скелета и снижение эффективных напряжений начинается с того момента, когда ого объемные деформации начинают опережать деформации водно-газовой фазы. Чем продолжительнее этст процесс, том больше снижаются напряжения .в скелете и соответственно - сопротивление сдвигу. Благодаря упруго-пластическим деформациям скелета, его разгрузка происходит не мгновенно, а плавно. Ее-лй в результата релаксации напряжений в скелете, вызванной дилатан-сиеи, эффективные напряжения, снизившись, приблизятся к нулевому значению, то сопротивление сдвигу будет определяться лишь сцеплением грунта.

2.4. На основании рассмотренных положений'о перераспределении фазовых напряжений установлены /10/ такие гипотетические (графические) зависимости, как ?=£ ; Т= ¿(£,6, <?, V/, 6), Т={(£>;№); € = IV)'. Из этого следуот вывод о том, что но результатам испытаний одно- и трехфазного грунта, соответственно по открытой и закрытой системам имеется возможность получать сложные многофакторныз зависимости р ('£,б»£, СЗ, &', Р^, V/, С). представляющие сеть кривых па координатных плоскостях 'или Т - <3 . подчиняющиеся определенным закономерностям и выражающим взаимосвязь восьми параметров, в том числа: напряжений касательных Т , нормальных, (тотальных] б элективных 0' , пассивных (норового давления) Ру/ » деформаций сдвиговых <? и объемных , влажности весовой V-*' ■ и объемной (г

Каждая точка на таких графиках может нести информацию о любом из указанных параметров. С помощью упомянутых зависимостей можно определять не только предельное, но и допредельное (текущее) состояние грунта в отдельных физических точках массива (в пространстве), в конкретные моменты сдвиговых и объемных деформаций (во времени), а также изучать кинетику процессов нагруже-ния и деформации. Например, можно установить необходимую интенсивность дренирования воды или изменения влажности в условиях открытой системы с целью сохранения предельного уровня прочности грунта, обеспечивающего оптимальные параметры откосов отвалов ила безопасности работы горного'оборудования. В конечном итоге это позволяет определять средства активного воздействия на массив и управлять ВДС с помощью технологических средств горностроительного производства.

2.5. Указанные принципы прогнозирования потребовали более совершенных методов и средств моделирования работы грунта в ячейках массива. Выбор средств и обоснование конструктивных требований к ним выполнен на основе анализа различных систем "грунт-прибор", раскрывшего механизм объемных и сдвиговых деформаций в различных испытательных устройствах. Рассмотрены три основные виды испытания грунтов на сдвиг: последовательный (врашательный срез) - отличающийся неравномерным распределением нормальных и касательных сил по плоскости сдвига^ а также тем. что деформация среза происходит не одновременно по цилиндрической плоскости, а распространяется .последовательно от толкающей плоскости крыльчатки (в каждом секторе) в направлении действия сдвиговых сил /II/; одновременный сдвиг (простой сдвиг в скашивающих приборах), отличающийся наиболее равномерным распределением нормальных и касательных напряжений, объемных и сдвиговых деформаций не по какой-то фиксированной плоскости, а во всем объеме образца; одновременно-последовательный срез в приборах прямого среза (типа Маслова-Лурье), в которых пшюутствуют признаки, как последовательного, так одновременного сдвига г. пределах ограниченного объема образца.

Теоретический анализ' шполнен на основа предложенных механических моделей как для каждого вида сдвига отдельно, так и обобщенной модели, изменение конструктивных элементов которой приво- . дит к выражению любого из упомянутых видов сдвига. Аналогичные, но несколько отличающиеся модели были предложена для грунтов переуплотненных и разрыхланнкх (ниже критической плотно'?и).

Построенные гипотетические зависимости, подтвержденные специальными экспериментами, позволили раскрыть механизм каждого вида сдвига, установить их положительные и отрицательные особенности, зависимости от конструкции и размеров приборов и дать теоретическое обоснование одного из них - простого сдвига, который наиболее близко моделирует условия работы грунта в массиве, приняв его основным методом моделирования.

На основе указанного анализа выполнеш теоретические обоснования требований (в общем числа 15) к конструкции скашивающего прибора, работа которого наиболее близко отвечала бы теоретической схеме простого сдвига. Важнейшими вопросами потребовавшими дальнейших поисков новых конструктивных решений при разработке самих приборов (созданных в нескольких варианта^ являлись слёдуюгло:

а) теоретическое обоснование распроделения напряжений и деформаций в образце, в приборах принудительного и свободного скашивания, с учотом влияния пристенного трения между грунтом и стенками камеры;

б) стабилизация образца в рабочей камера, то-есть предотвращение его поворота под действием пары касательных сил, приложенных, к днищу и штампу;

в) обоснование размеров рабочей камеры; .

г) создание регулируемой системы горизонтальных и вертикаль-, них нагрузок, обеспечивающих тождественность режимов напряжения

в моделе и оригинале (физической точка массива);

д) обеспечение надежного сцепления штампа и днища рабочей камеры с образцом;

о) обеспечение двухстороннего перекашивания образца, с целью достижения критической плотности и окончательного среза;

ж) обоснование предельных напряжений в образце;

з) обеспечение регулируемой системы водного режима образца, в том числе - дренирование и учет воды в образце/ насыщение водой и регулирование интенсивности фильтрационных процессоз, переход от открытой системы к закрытой или полузакрытой, измерение перового давления.

Некоторые требования били выдвинуты и решены конструктивно впервые в связи с необходимостью моделирования различных ситуаций, встречающихся в процессе работы грунта в объеме физичоских точек массива. Таким образом дальнейшее конструирование приборов и устройств основывалось на теоретически обоснованных требованиях, вытекающих из необходимости получения пространственных доформатив-

но-прочностных характеристик, теоретических положений о распределении фазовых напряжений, многофакторных зависимостей, требований к способам испытаний и конструктивным элементам приборов и устройств.

3. Методы и средства моделирования работы грунта'в ячейках насыпей (отвалах) и под горнотианспортнтаи машинами

3.1. Для получения расчетных характеристик, изучения закономерностей и реализации указанных теоретических положений в различных природных и технологических условиях разработаны следующие моделирующие установки и приборы:

3.2. Экспериментальная установка для исследования механических свойств грунтов (рис.2), /12,13/, представляющая стабилсметр с размешенной внутри рабочей камеры миниатюрной крыльчаткой (чптырехло-пастннм наконечником). отличии от известных стабиломатров (Е.И. Медкова), такая конструкция обеспечивает независимость действия нормальных (сжимающих) и касательных (вращательных) напряжений. Установка автоматизирована и позволяет измерять и записывать самописцами одновременно восемь параметров: нормальные и касательные напряжения, объемные (вертикальные) деформации, боковой распор и боковые деформации, поровое давление, деформации среза к фактор времени. Система автоматического ыэгружания поршня воспроизводит напряжения адекватные тем, которые испытывает элементарны"; обьем породы л массиве при определенной интенсивности отвалосоргзораиия. зависящей от технологии и производительности машин. Установка позволяет определять состояние любой точки в моделируемом слон во времени и в пространстве. Система точек создает лрострзнстпанноо представление о массиво отвала в целом.

3.3. Приборы, работающие на принципе простого сдвига, сосаны в трех модификациях, из которых два отабилометра /14,15/, а также устройство для испытания грунта на компрессию и елсиг /2.3,4/. Наиболее отвечавшими требованиям к моделированию работы грунгу ? сложных напряженно-дб'^ормированннх .уолоккзх являются во-первых стагЗьло-метр /15/, работсю""'ий в комплексе с нагружающим устоо^отром /16/.

а во-вторых - устройство для испитанич грунта на ".огйрессав и сдвиг /4/.

3.5.1. Стабклоч'-тр /15/, ркс.З, 'лрвднпзначен для пепнтоню» пород нарушенной и нчяарушеьной структуры в условиях влос."о« счг.;то-деформации и трехосного сяэтия л1;-1 закрытой или скрытой сис?<,-

Установка для исследования механических свойств грунтов. A.c. 1070275, а.с. 1543003

Стабилометры

а)

а) A.c. 983184

jy

б) А.о. 897939

ме с двухсторонним перекашиванием образца. Кремо основных признаков присупих стабилометру Е.И.Модкова, с независимым приложением нормальных и боковых нагрузок, прибор /15/ снабжен приводом боковой нагрузки, действующим но нижнее основание рабочей каморы. Смешал последнее по его роликовой постело. приврд перекашивает образец, заключенный в резиновую оболочку, в пределах гидравлической камеры. При этом происходят сдвиговые и объемные деформации 'во всем объеме образца, одновременно с дилагантным уплотнением.

Установка снабжена гидравлической регулируемой системой приложения вертикальных и горизонтальных двухсторонних нагрузок /16/, -рис.4, каждая из которых способна увеличивать или уменьшать давление либо изменять направление горизонтального сдвига, в зависимости от моделируемой технологии отвалообразования или характера взагх-модействия машины с грунтом. При этом< на самописцах фиксируются одновременно большинство из десяти измеряемых параметров: напряжения -вертикальные, горизонтальные (сдвигающие) и боковые (распор), деформации - объемные, сдвигающие и боковые, поровое давление, количество поглотанной или отжимаемой воды, коэффициент фильтрации, временной фактор. Испытания могут производиться по закрытой, открытой или полузакрытой системе с произвольным пероходсм от одной системы к другой. Моделирование .отвалообразования производится по условным горизонтальным слоям, начиная от откоса и в глубь отвала на произвольное расстояние. Такая схема позволяет составить представление-о НДС всего массива и решЗть задачи бб устойчивости откосов и надежности основания для машин, с учета! времени и пространства (о расчетных моделях-- нижа).

3.3.2. Устройство для иепщания грунта на компрассшэ и сдвиг /4/, рис.5, предназначено для испытания крупногабаритных образцов на простой сдвиг путем двухстороннего перекашивания. Оно обеспечивает зарегулированное насыщение, сток и учет воды," переход от открытой к закрытой или полузакрытой системе, предельное уменьшение трения образца о стенки рабочей камеры (до 50-ти раз),-автоматическое уравновешивание возникающего в образца крутящего, момента (стабилизацию образца в рабочей камере) и равномерную осадку образца. В процессе испытания измеряются: осадка образца, сдвиговые деформации, нормальные и сдвигающие напряжения, поровое давление, количество отжимаемой или поглощаемой воды, а при необходимости - коэффициент фильтрации'на разных стадиях уплотнения. Данное устройство выполняет по существу функции стабилометра /15/.и преследует те же конечные цели использования результатов опытов, но в отличие от

Уотройотво лил создания регулируемых нагрузок. А.о, 1448210

Устройство для испытания грунта на'компрессию и сдвиг. A.c. 685759, а.с. 88ii95, а.с. 1060757

него, устройство /4/ более портативно и имеет объем рабочей камеры в 25 раз болыгэ, что позволяет испытывать в полевых условиях образцы естественного дробления и влажности отобранные непосредственно из отвалов (насыпей). Сохранение же естественной структуры при этом является одним из решающих факторов.

3.3.3. Одной из разновидностей приборов простого сдвига является прибор кручения полых образцов /17/, рис.6, отличающийся от известных г,юдолей портативностью, значительным объемом рабочей камеры (3000 см3), а также более равномерным распределением нормальных и касательных напряжений по высота образца, за счет уменьшения трения между кольцами прибора. В отличие от стабилометра /15/ и устройства /4/, имеющих ограниченное одностороннее перекашивание (до 15°), прибор кручения обладает возможностью неограниченной (круговой) деформацией скашивания, что позволяет доводить полый цилиндрический образец до полного сдвига, не меняя направления действия касательных сил. и при этом полностью реализуя ди-латантное уплотнение.

3.3.4. В комплексе приборы /4, 12, 13. 14, 15, 16, 17/ дополняя друг друга, позволяют, при необходимости, выполнять детальное изучение вопросов консолидации, кинематики процессов сдвига, а также фильтрационных' процессов в условиях сложного НДС при открытой. закрытой пли полузакрытой системах. В конечном итоге это позволяет строить надежные пространственные деформативно-проч-ностные характеристики и решать геотехнические задачи с учетом времени и пространства. Способ таких испытаний и -построение пространственных характеристик изложен'в работе /I/. О их теоретическом обосновании упомянуто выше.

3.4. Прибор для испытания грунтов вращательным' срезом /18/. рис.7. разработан для совмещенных испытаний крупногабаритных образцов насыпных грунтов естественной структуры и влажности в полевых условиях, отобранных непосредственно из отвалов (насыпей), на сжимаемость и врашательннй срез. В процессе испытаний определяют пять параметров: вертикальные снимающие нагрузки, осадку образца, боковое давление, сопротивление вращательному срезу и деформации при срезе (угол поворота крыльчатки). Последние два па-рэг/етра фиксируются на одном графика самописца при заданном напряженном состояний образца. Согласно ГОСТ 21718-80 метод вращательного среза "представляет испытание в условиях отсутствия дренирования". Поэтому прибор /18/ рекомендован для испытания водо-наск-шеннкх грунтов, с учетом того, что относительное количество

Прибор кручония полых образцов А.о. 11762U

Рис, 6

Прибор для испытания грунтов вращательным срезом. A.c. 903468

отжимаемой воды из крупногабаритных образцов (объем II685 см3) меньше, нем у стандартных (объем 150 см3). Сохранение естественной влажности приближает условия опыта к натуре и повышает точность испытаний. Срезные испытания в приборе /18/ проводят при разной плотности и разном напряженном состоянии.

3.5. Предложенная более совершенная исследовательская аппаратура, работавшая на принципе простого сдвига в условиях плоской и объемной доформации, приближает условия работы модели к оригиналу, отвечая ряду важных требований. Применение таких приборов позволило получить данные для разработки технологии укрепления отвалов под транспортно-отвальный мост "Скадо" ПО."Алоксандрияуголь" с экономическим эффектом 1,4 млн.руб.

4. Методы и средства исследования физических характеристик отвалов (насыпей) в натуре

4.1. Результаты моделирования в лабораторных установках, созданных с соблюдением.ряда новых требований, вызвали необходимость сопоставления их с состоянием пород непосредственно в отвалах (насыпях). К таким физическим свойствам относились, превда всего -плотность, деформативнос.'ь (модуль осадки), дитологический состав и прочность на сдвиг. Поскольку традиционные способы отличаются • трудоемкостью и недостаточной точностью при массовых испытаниях насыпных грунтов в массива, были разработаны новые способы и- средства. основанные на кзвестшД методах статического зондирования а вращательного среза в комбинации с компрессионными испытаниями крупногабаритных образцов. Исследования массива преследовали цель также оперативного контроля состояния грунта -на отдельных участках, отличающихся повышенным содержанием водонасышенных пылеватых или насыпных пород. \ V

Спосоо /19/ определения плотности, модуля осадки и диалогического состава грунта в отвалах включает два еидэ испытаний: статическое зондирование маЬиива с помощью прибора для'испытания грунта на смятие и срез в полевых условиях /20, 21/. рис.8 клп устройства для статического зондирования / 27/, a также гсомпрессионно-зондироЕочнгх испытаний крупно-габаритных образцов в приборе длч испытания грунтов / 22 /. рис.5. Сущность ист: 'лшй состоит в то*.', что по результатам статического (или динамического) зондирования «пссава строятся графики изкепеакя удельного

Прибор для испытания грунта на смятие и срез А.о. 203994, а.с. 8С8587

Прибор для испытания грунтов

сопротивления зондированию с^ по глубине 3 — ^^(/^О. Для расшифровки этих графиков и перевода значений , С^ в искомые величины плотности у3 или модуля осадки б (относительной осадки) проводят испытания образцов той же породы в приборе /22/ с построением "тарировочных" кривых и ' Способ, методика и условия опрояелония плотности, деформативных свойств, а таете диалогического состава подробно изложены в работах /19. 23, 24/. Кроме указанных характеристик, автором предложен комплекс ко^прессионно-зондировочных испытаний (в массиве и в приборе) для определения: деформативных (компрессионных) характеристик грунтов в отвалах /23/, осадок машин на отвалах (см;чиже) и распределения эквивалентных сжимающих напряжений по глубина /25/ (ниже).

Используемый при этом прибор /20, 21/ предназначен для определения в массива прочностных характеристик грунтов путем пенетра-ции, статического зондирования и вращательного среза. Испытания проводятся с поверхности или с забоя скважины (посредством удлинения штанг) до глубины 10-15 м на откосах отвалов и на горизонтальных площадках, в том.числе на труднодоступных заболоченных участках. В процессе испытаний самописцами фиксируются: удельное сопротивление при пенетрации и статическом зондировании, глубина погружения конусного наконечника, сопротивление крутящему моменту на лопастях крыльчатки, деформация при вращательном срезе (угол по-■ ворота лопастного наконечника) /26/. Прибор обеспечивает изменение пределов измерений при испытании грунтов различной прочности.

Для испытания грунтов требующих повышенных усилий зондирования (от 50 до 200 кг), когда усилия одного испытателя для внодре-ния зондировочпой штанги оказывается недостаточным, предложено устройство для статического зондирования /22/, с механическим (винтовым) приводом внедрения, анкерным устройством и стандартным динамометром.

Компрессионно-зондировочные испытания динамическим зондированием основаны на том же принципа, что и статическим. При этом аналогично реализуются все упомянутые выше методы определения свойств к напряжзнно-деформированного состояния пород в массива, с помппыо ударников типа ДорНИИ (вместо статических приборов) и устр"1стла /22/, в плотных с твердыми включениями грунтах, как рекомендовано и работе /27/.

На рис.. 10,11 приведены примеры графиков, полученных сгпсобим /т£/ и средствами /20,21,2?/ на реальных отгалах.

Опыт» на врашательшй срез в скважинах рокг«шлэы»а /27/ для оперативного контроля прочности грунта в от налах и на черву ¡лр-хнрц-

Зависимость сопротивления: зондированию ( су ) от снимающих напряжений ( плотности гру.та

( Р ), модуля осадки ( е ), глубина (Л)

а.с. 796306, а,с. 933075

а)

лп Ч

т/м3 ¡"нг ;

1 ! ^ ].

! ! Г И :

1 : аг\- . щ

И.

р л

(А\г

Кривая 2 ко эт. вар. ■ 0,05

кор.отн. 0,92

3,0 4.0 МПа

а) /- ; £-у^ср) . 5-

а-д//7а

м

«о

ь.о

V V ■ / 1 к*.

ц л 4

V

•

Кривив 1-4

коэф.вар. 0,12

кор.отн. 0,85

Ю у

1 - Уплотнение собств.весом пород

2 - .Уплотнение бульдозером

3 - Уплотнение лннами ЗШ-15/90

4 - Уплотненно базой ЭШ-15/90

Распределение плотности грунта ( р ) л модуля

осадая. ( в ) ко глубине отвага р-

а) п<г и м 13 г.о

' О I-чзт-[ у/

м

! !

ЫЧ1

1-«--г

1\ /

н

V

и

-Ц-

а) />=/(#)

лк

<Г)

М

О 2,0 ко 6.0 во

Щ о.г а.з ца а$

N > г

\/

V

-

6) е =/{-?)

1 - уплотнение собственным весом

2 - уплотнение бульдозером

3 - уплотнс-нио жздш ЭШ-15/90

4 - уплотнение базой 32-15/90

р'.'.С . 11

ных участках с.помощью прибора /20.21/ по методике изложенной в работах /26,27/. С целью расширения информации и повышения точности, .этот же вид испытаний на тех же породах рекомендуется проводить при разных нормальных давлениях на образцах, в приборах /18/. допуская гидростатическое распределение напряжений (доказанное опытами). По результатам испытаний строят график зависимости ((3) и определяют соответственно угол внутреннего трения 4 и сцепление С . Сравнение результатов натурных и лабораторных испытаний дает информацию о напряженном"состоянии массива.

Предложенные способы и средства исследования массива позволяют устанавливать достоверность теоретических положений, надежность аналитических решений и контролировать результаты лабораторных опытов. Использование результатов натурных исследований свойств и НДС массива в расчетах осадок отвалов дает наиболее точные прогнозы с ошибками не более 7-10 %.

5. Методы и средства исследования нэпряженно-дейормированного состояния массива

5.1. Расчеты осадок грунтов под опорными поверхностями ходовых устройств производятся с использованием эпюр распределения нормальных снимающих напряжений по глубине массива, в пределах активной зоны сжатия. Эпюры могут быть построены по результатам аналитических определений, согласно рекомендациям СНиП 2.02.01-83 или натурных измерений. Последние могут быть выполнены с помощью известных датчиков давлений (месдоз) или разработанных автором: комплекса компрессионно-зондировочных испытаний по способу /28/ либо путем измерений напряжений месдозами в комбинации со специальными компрессионными испытаниями обрэзиов способом /'¿2/.

Более совершенные расчетные модели требуют учета распределения в массиве не только нормальных (к горизонтальным площадкам), но и касательных напряжений, которые по предложению автора могут быть определены также экспериментально посредством комбинации методов статического зондирования, измерения нормальных напряжений месдозами и компрессионно-сдвиговыми испытаниями образцов в приборах простого сдвига /30/.

5.2. Расчетные статические напряжения, как правило,'в 3-5 роз меньше установленных экспериментально с помощью месдоз, поэтому аналитический метод можно использовать лишь при отсутствии более

точных опытных данных, в ориентировочных расчетах осадок или как вспомогательный при определении эквивалентных нормальных и приведенных касательных напряжений.

5.3. С помощью месдоз были проведены исследования напряжений в массиве и опорных давлений под ходовыми устройствами многих типов машин; методика измерений и результаты изложены в работах /34, 35, 36/.

Сравнение расчетов осадок отвалов, выполненных о использованием аналитических (по СНиПу) и экспериментальных эпюр распределения напряжений в массива показывает наиболее низкие результаты первых и более-высокие - вторых, при этом фактические осадки оказались в 2-3 раза больше вторых, так как в нштуре действуют сложные НДС, включавшие не только нормальные статические, но и касательные циклические напряжения, вызывающие дополнительное дила-тантное уплотнение грунта.

В поисках более точных методов автором разработан ряд новых способов и средств определения расчетных напряжений в массиве.нагруженном работающими или.передвигающимися машинами /28, 29, 30/ и введены понятия "эквивалентные сжимающие" и "приведенные касательные" напряжения.

5.4. Эквивалентные сжимающие напряжения равные по эффекту уплотнения породы в насыпях (отвалах) сложному комплексу статических и динамических, нормальных и касательных напряжений, действующих в откосах и под ходовыми устройствами машин в горизонтальных площадках и слоях породы, по которым ведется учет осадок послойным суммированием. Указанный комплекс напряжений приводит массив к гораздо большим осадкам, чем входящие в него отдельные компоненты, например, статические нормальные давления от веса пород и магаин, измеренные датчиками или найденные аналитически. Эквивалентные напряжений всегда значительно больше действующих нормалв-ных давлений и аналитическому•определению на подлежат.

Разработанный способ /28/ основан на испытаниях грунтов статическим или динамическим зондированием по глубине после прохода машин и комплекса компрессионно-зондировочных испытаний той же породы /24/. Получаомые экспериментально графики для

массива и . для образца в приборе /22/ используются

при построении эпюры распределения эквивалентных сжимающих напряжений под машиной • Порядок испытания пород и построение эпюр изложен в работах /34. 35/, иллюстрируется эпюрой, полученной ош-'тным путам и показанной, на рис. 12.

Эпюры распределений сжимающих напряжения под бульдозером , а.с. 796306

I - от веса породы % 2 - от веса нвподвижн.машины 3 - от .веса породы н машины \ 4 - эквивал. от веса Нороды и движущейся машины ; 5 -зкв. от веса породы; 6 - эквивал. от двикукейоя ыаппшы

Рио.12

Эпюра распределения сжимающих напряжений по глубине для транспорта.отвальн.моста

6--- МПа

5.5. Способ опрадаления эквивалентных напряжений при циклических нагрузках /29/ разработан для любых ходовых устройств, в случае, когда не представляется возможным выполнить указанный комплекс компрессионно-зондировочных испытаний в натуре (напр., ввиду'отсутствия отвалов, на невскрытом месторождении).

Способ основан на использовании результатов измерений напряжений под данной машиной масдозами (в любом массива) и компрессионных испытаний пород конкретного основания под действием циклических нагрузок в приборе /22/. Методика и результаты практического приманения способа изложены в работах /29. 36/. Периоде нагрузки-разгрузки определяются по данным месдоз и отражают индивидуальные особенности каждой машины. На рис.13 для сравнения показаны эпюры, полученные для транспортно-отвального моста, вышеупомянутыми способами и средствами.

5.6. Касательные напряжения, создаваемые в массива машинами

.или в откосах собственным весом пород являются исходными параметрами в наиболее совершенных расчетных-моделях осадок грунтов.позволяющих учитывать сложное НДС массива, на основа пространственных деформативно-прочностных характеристик -9 =j(5,cV). При этом требуется учитывать нормальные и касательные компоненты напряжений. действующие в активной зона сжатия по горизонтальным площадкам.

Способ определения касательных напряжений в литературе практически неизвестен. Поэтому для определения приведенных (усреднен ных) нормальных и касательных напряжений под машинами и в откосах разработан способ /29/, основанный на использовании результатов исследования: а) датчиками давления; б) компрессионно-зондировочных /28/ и компрессионно-сдвиговых /I/ испытаний. При этом получают зависимости . рис.14, кривая 1,по данным месдоз, закладываемых в массиве на разной глубина впереди по ходу машины, эпюры эквивалентных сжимающих напряжений (рис. 14,кривая 2), полученных способом /28/, и деформативно-прочностную зависимость (см.рис.1а), полученную способом /I/ в приборе /4/. Указанные характеристики используются для определения эпюры приведенного касательного напряжения Тп = > 0 Ч0М подробно изложено в работе /37/. Примером такой характеристики, полученной для транспортно-отЕального >/оста, является кривая 3 на рис.14.

Эпирк распределения нормальных и касательных напряжений по глубина под мостовой опорой , а. с .1576651

ОМ

Г —

ЦОЛ-

-»—МЛ а

о, ее йв&

а/

0,2

б-

--"-МП л

0.6 1',Н

Г /с

м

10

А

/¿V "Сё.

IIV ¡1 /1

1 - приведенные норы.напряг, по данным месдоз

2 - привел.норм.напряк. по данным стат.зондир.

3 - приведенные касательные напряжения

.. г Рис.14

Завноимооти действующих и допускаемых давлений от мощности мерзлого слоя

МПа

|

аз и

бел.

а

ч

ч ! д о N V : ;

л 1 1 I 1

— 1 1 и

/.о

к

2.0

¿.О АО М

сл--— ' ' /

Д 4-(э30п^(Ьсл)

5.7. Предложено определять эквивалентные напряжения также по результатам компрессионно-сдвиговых испытаний /I/ любых грунтов без дополнительных полевых -'исследований, если для данной машины известны эпюры приведенных нормальных л касательных напряжений. При этом сущность определения состоит в решении обратной задачи, изложенной выше (п.З).

Проведенный сравнительный анализ результатов исследований всеми вышеизложенными способами показал достоинства, недостатки и условия применения каждого из' них. Установлено, что наиболее точными, учитывающими сложное НДС массива и индивидуальность каждой машины являются способы /28, 29, 30/. Расчетные напряжения, определяемые указанными способами, могут превышать вычисленные по формулам теории упругости до 8 раз, при этом использование их в расчетах осадок дает наибольшее приближение к фактическим, с разницей до 10 %.

6. Прогнозирование осадок и несущей способности оснований'

6.1. Для ориентировочной оценки условий проходимости машин при выборе технологии с использованием опыта эксплуатации в определенных природных условиях разработана четнрехбальная пиала, разделяющая проходимость по степени трудности, скорости передвижения . дополнительным затратам труда и времени на вспомогательные работы. Рекомендации по использованию этой шкалы на основа инженерных расчетов изложены в работах /27, 38, 39/.

6.2. Надежность грунтового основания при оценке проходимости машин более точными инженерными методами предлагается оценивать по двум предельным состояниям, причем критерием расчета по первому предельному состоянию является несуша; способность, а критерием по второму - предельная деформация.

Условия проходимости по первому критерию определяются уравнением г* _ ^ ~

по второму критерию Бдоп > Зрасч'^ <6-2)

где бдоп и б^сп -допускаемые давления (МЬа) и осадки (м);

О-о - но су пая способность, МП;.-;

7 - коэффициент запаса (1.3;;

©mал - максимальные статические и динамические удельные нагрузки под опорными поверхностями (МПа):

Зрасч,- расчетные осадки (ы).

Из получаемых показателей проходимости- по двум критериям решавши является тот, значение которого ближе к его ограничивающему пределу. Для отвалов таковым является, как правило, второй критерий, для водонасыаенных целиков - первый. Исходными данными для расчетов проходимости по двум критериям являются: общий вес машины, размеры и форма опорных поверхностей, эпюры распределения сжимающих напряжений по глубине, плотность породы в целике и на поверхности отвала, деформативно-прочностшга характеристики пород, мощности однородных пластов в уступах и отвалах,вес планирующих машин, их опорная площадь и эпюры распределения напряжений, угол внутреннего трения и сцепления пород, поправочные коэффициенты, учитывающие сложное НДС грунтового массива под машинами.

6.Э. Расчеты оснований по несушей способности приняты в соответствии с известными теоретическими положениями о распределении напряжений от сосредоточенной силы, равномерно, распределенных по-лосообразкых нагрузок или осасимметрических задач (Прандыля, Тер-цаги. Соколовского, Цытовича, Маслова, Березанцева). В основе расчетов приняты канонические уравнения Терцаги (1961) для общего сдвига'

<}. = (6.3)'

и для местного сдвига

Cj.c + -§*СУс' + Cj/^1 (6.4)

где CJ,' - величина притрузки ( ífH), МПа; удельный вес грунта, т/м9;

С - сцепление, МПа;

б - ширина (диаметр) опорной плошади машины, м;

Jft, «Ve , Jfq i а также ffr , Jfc , Jf<¡, - безразмерные коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения *f . соответственно для обшего и местного сдвига (определяются по графикам Терцаги).

В некоторых случаях формулы корректировались в соответствии с технологическими условиями применения машин. Например, опускались третьи члены формул и вводились поправочные коэффициенты

на форму опорных поверхностей и на действие наклонной нагрузки, о чем подробно изложено в работе /27/.

Размеры ходовых устройств современного оборудования достигают в длину до 45 м, по ширине 4,5 м в диаметре - до 27 м. Поэтому активные напряжения соответственно распределяются на глубину до 15 м. пересекая породные слои разной прочности. Например -мерзлый слой, подстилаемый глинистым водонасышенным массивом или увлажненный атмосферными осадками слой, подстилаемый этими же породами твердой консистенции.

6.4. Разработанные инженерные методы расчета несущей способности многослойного основания исходят из основного уравнения предельного равновесия спстемы'машина - многослойное основание"/27.. 40, 41/. Математическая формулировка указанного условия рассмотрена на примере двухслойного грунтового основания, сложенного мерзлым слоем ограниченной мощности, подстилаемым массивом мягко-пластичного грунта, нагруженного тяжелым экскаватором /40/. Без учета' рассеивания напряжений с глубиной (в пределах мерзлого слоя) это условие определяется выражением:

+ У • hexS, с L вз»п- S, (6.5)

п, П4 ■ 9 сл л<

где G - общий вес экскаватора, т:

S)- плошадь опорной поверхности (лыжи, опорной рамы),м?*; П<- периметр опорных поверхностей, м: jf - удельный вес мерзлого грунта. т/мэ; hcjr мощность слоя мерзлого грунта, м; бдоп - допустимой давление на слабый грунт, на глубине

Ксл» МПа; •

Суд - длительное сцепление мерзлого грунта, МПа:

где См - мгновенное сцепление мерзлого грунта. МПа;

Kcyi- коэффициент длительной прочности ( ~5); ^ - коэффициент безопасности ("=2).

Из выражения (5) получена формула требуемой толщины мерзлого | _ G-JwS,

Ксл =

(6.7)

6.5. Уравнение (6.7), с учетом рассеивания напряжении с глубиной, может быть решено методом последовательных приближений трох членов (Эдоп.З) и П| что представляет трудоемкую задачу, поэтому предложен более простой и точный графоаналитический способ решения, изложенный в работе /40/. Основными уравнениями для определения сжимаюикх напряжений на контакте мерзлого и талого грунта являются:

ООшее уравнение:

6с« - + ЬслГ (6>0)

Производными от уравнения (6.8) для круглых плит:

&

для полосообразных плит (лыжи, гусеницы):

(6.9)

6сж.п= |>- + ксгГ

I. & 1

(6.10)

где /) - диаметр круглой плиты (опорной рамы), м: £ и В - длина и ширина лыж, гусениц, м.

Произведя расчеты по формулам (6.1), -.(6.4) и (6.8) для разных (произвольных) значений ■ Нел , строят на координатной плоскости

<5— ¡1са два графика ( Ьсл). и €>ш-У ( И с/>) (рис.15).

Абсцисса точки пересечения этих графиков означает равенстнобдоп и беж и соответствующее км искомое значение минимально-допустимой мощности мерзлого слоя '(г с л . Для шагаюиих экскаваторов задача решается попарно для лыж и опорной рамы; определяющим является большее значение Ксл •.

6.6. Расчеты деформаций оснований (второй критерии проходимости) по показателям сжимаемости производятся с целью определения абсолютных осадок, происходящих в результате уплотнения грунта под воздействием нагрузок от машины и собственного веса грунта. Разработаны пять методов расчета осадок применительно к тяжелому горному оборудованию, с учетом его конструктивных особенностей, специфики нагрузок, технологических а природных условий открытых работ.

6.6.1. Наиболее простым способом определения осадок, методом послойного суммирования, является способ изложенный в работах /35, 42/. Принципиальное отличив его от известных,в механике грунтов

и СНиП 2.02.01-83 состоит в том, что он учитывает кривизну функции . т.е. компрессионной кривой, являющейся основной расчетной характеристикой, а также уточняет распределение напряжений по глубине массива. Результаты расчетов более близки к натура и тем на менее дают опибки до 50-100 %, так как но учитывают динамического характера нагрузок. Для повышения точности расчетов установлен для некоторых типов шагающих экскаваторов поправочный коэффициент динамичности и разработана методика его определения /32/. В соответствии с этим способом расчета полная осадка массива под опорными поверхностями вычисляется как сумма осадок условию: слоев породы в пределах активной зоны сжатия по формуле

I I

= (6Л1)

где Ко- мощность услогного слоя, м: .

^ £эп- относительные-осадки пород от веса экскаватора, от веса породы, и от общего веса экскаватора и породы;

'(X - количество расчетных слоев.

Распределение напряжений в массиве определяется по формулам 01М1, поэтому результаты расчетов рекомендуется использовать' при прогнозировании проходимости машин лишь в первом приближении/ как орпонтнроЕ-очные.

6.6.2. Второй способ определения осадок машин на отвалах по натурным испытаниям массива основан на результатах статического зондирования отвалов я компроссионно-зсндировочных испытаниях /24, 27/. позволяющих строить'на плоскости £-¿1 две расчетные эпюры и •бэп-/(2) - представлявши о изменение модуля осадки по глубине - до и после прохода машины.

Сущность и порядок рас^вта изложены в работах /35, 43/. Сумма осадок всех условных слоев, являющейся общей осалкой расчетной толщи под маташой, определяется уравнением

5г= £ Л; = ксл У (6Л2)

. I ¿7- I ~ бзШ

где мощность условного слоя порода после уплотнения его

машиной - определяется по формуле

Ьсл= Ьо(-1- е*п) (6.13)

Данный способ расчета рекомендуется применять для действующих карьеров, где имеются отвалы, с целью обоснования и улучшония проходимости конкретных машин для разных технологических способов уплотнения породы. Получаемые результаты весьма точны (в пределах 5-7 %). Метод может быть использован (с большей точностью, чем первый) также для прогнозирования проходимости на невскрытых месторождениях путем сопоставления физико-механических свойств пород и отыскания аналогов среди известных зондировочных эпюр, полученных при эксплуатации соответствующих машин на отвалах, отсыпанных и уплотненных разными способами.

'6.6.3. Третий, принципиально отличающийся от других, точный прогнозирующий спосоЗ (для невскрытых месторождений) определения осадок основан на использовании пространственных деформативно-прочностных характеристик- /I, 6, 44/. Он отличается тем. что кривые на- графиках } (£) строят не по результатам полевых исследований отвалов (зондированном), а по результатам компрессионно-сдвиговых испытаний образцов /I/ с помощью характеристик е=^(б,Т) (рис.1а).

Исходными данными для расчета являются: геометрические параметры отгала и состав отсыпаемых пород; эпюра приведенных нормальных напряжений в массиве под машиной (измеренных мосдозами, рис.14 кривая I); эпюра приведенных касательных напряжений для данной машины (рис.14, кривая 3). построенная методом /30/; характеристика (см.рис.1а), полученная способом /I/, в устройства /4/.

Расчет ведется путем послойного суммирования осадок. Для этого поперечное сечение отвала (рис.16) условно разделяют на горизонтальные слои одинаковой мощности (1-2 м) и вертикальные призмы. В каждой образовавшейся ячейке (в плоской задаче) определяются условия уйлотнения грунта под действием нормальных и касательных напряжений от веса породы и веса машины, изменяющихся по море отсыпки отвала. Математическое описание и методика расчета приведены в работах/27, 37, 45/ на примере транспортно-отвального моста "Скадо',' роботешого на конкретных отвалах. Решение указанной практической

Схема к расчету осадок отвалов по двформативно-прочкостным характеристикам

К

i 2 3 4 5 6 76н

Р

Рис.16

Осадка отвалов под транспортно-отвальпым мостом ГлуЯима аои&г см« тип, М

V,:) _ й.О

пэ

3

о

ИЗ

<1_

N

---

X]

1-расчет осадок по СНиДу

2-по деформативно-прочностным характеристикам

3-по данным статичоокого зондирования отвала

4-фактичвскся осадка 0,0£М

' задачи (ПО "Александрияугсль". разрав "Верболозовский"), позволило обеспечить падежный прогноз проходимости моста по свежаотсыпан-нему отвалу и повысить отвал от 55 до 90 м, что принесло экономию в первый же год (1984) 735 тыс.руб.

Метод обеспечивает точность прогнозирования осадок отвалов в пределах 5-7 % и позволяет определять условия устойчивости, откосов на новой теоретической основе, о учетом влияния технологии и изменения прочности пород в пространстве.

6.6.4. Четвертый приближенный и более простой способ опрэде-' лония осадок машин на отвалах невскрытых месторождений основывается на использовании данных комплексных компрессионно-зондировоч-ных испытаний методом /19,28/, проведенных ранее в конкретных гор-ио-геологичоских условиях на определенных машинах, как аналогах, для прогнозирования осадок тех же машин, но на других подобных породах. Условием является допущение, что эквивалентные напряжения, определенные.для данной порода, не существенно зависят от свойств пород слагающих массив. Ограничением применения данного способа являются пылевато-гяинистые тиксотропные грунты со стенанью влажности & 0,85. Подробное изложение методики расчета данным способом приведено в работе'/27/.

6.6.5. Метод определения перекосов (крона) машин предусматривает учат неравномерного распределения: а) свойств и состояния пород по глубине и по площади основания; б) нагрузки по опорной площади или между отдельными опорами ходовых устройств. Принципы расчетов изложены в работе /27/ и основываются не определении' деформаций (осадок) одним ¡13 изломанных выше способов /37, 42, 43/. Кроне упомянутых исходных данных, в этих расчетах участвуют расстояния между крайними опорами или, например, диаметр опорной рамы экскаватора. Неравномерность осадок противоположных опор и расстояние мвзду ними определяет угол наклона к рабочей площадке или к горизонту. Для прогнозирования парекосов за счет неравномерности давления,при действии внецентренной нагрузки, требуются натурные измерения опорных давлений и распределение напряжений по глубине массива методами, изложенными в п.5 /28, 29, 30/.

6.£.6. На рис.17 показаны зависимости осадок транспортао-отвалыюго моста "Скгщо" от мощности расчетного слоя песчано-гли-нистого отвала, полученных разными способами расчетов (п.п.6.6.1, ' 6.6.2 и 6.6.3), а также измеренная в натуре осадка шпальной решетки отвальной опоры (0,1 м). Кривые 2 и 3, расчитанные способами 6.6.2 и 6.6.3, совпадают между собой и с фактической осадкой,при

мощности расчетного слоя 3,0 и. в то время как результаты расчета по СНпП (кривая I) отличается от них в 2 раза. Это подтверждает надежность расчетов пс натурным испытаниям отвалов (п.6.6.2) и по единой модела грунта (п.6.6.3). Реализация их в натуре выразилась в перемещении отвальной опоры с кровли угольного пласта на предотвал, что позволило повысить весь отвал с 55 м до 90 м и получать ежегодную экономию около 2 млн.руб.

7. Повышение несущей способности грунтовых оснований горнотранспортннх машин

7.1. В тех местах, где по прогнозу проходимость машин но обеспечивается, а использование их по техническим условиям необходимо, долены применяться вспомогательные мероприятия, способствующие повышению несущей способности оснований и плотности отвалов. Учитывая значительные объемы таких работ, способы должны быть с одной стороны экономичными, а с другой - достаточно эффективными. На основании этих принципов разработан ряд инженерных решений по обоснованию известных методов /38, 3S, 46, 47/ и предложены принципиально новые способы укрепления слабых водонасышешшх оснований /48, 49/.

7.2. Повышенно носушей способности достигается:

а) замещением слабых пород более прочными методами щолевых прорезей /50/ или сплошным покрытием при многослойной отсыпке по специальной схеме /52/;

б) образования.!ледогрунтового слоя в зимний период путам естественного замораживания поверхностного олоя, намораживание наледи поверх замерзшего грунтового слоя, увеличение мощности ледогрунтового слоя в глубину, с помощью щелевых прорезей,и отсыпке смягчавшей подушки из пластичных пород;

в) устройства балластных подушек.

7.3. Повышение плотности отезлов достигается путем:

а) использования'природных механических свойств вскрышных пород, в том число -. отсыпКа подуши из малосжшаемнх пород и Формирование мадос.ииаоких смесей в активной зоне сжатия;

б) механического уплотнения пород, в том число - транслортны-и вспомогательными маг:;нами с поверхности рабочих площадок и

на большую. глубину при многослойной отекпке пород; собственным весом пород с после пуашим образованием площадок на промежуточных, ус-

туяах после поре экскавации пород; энергией падающей при отсыпке в отвал породы (по специальным технологическим схемам):

в) применение рациональных технологических схем отвалообра-зовашш путам: расположения оборудования ::а более уплотненных породах, использования технологических пауз дле уплотнения пород собственным весом, временной консервации сезонно-мерзлого слоя. Технология применения и теоретические обоснования перечисленных четырнадцати способов обеспечения проходимости оборудования на конкретных примерах из практики приведены в работах /35, 51, 52, 53, 54/. Здеоь же представляются лишь краткие характеристики некоторых из них.

7.4. Укрепление основания методом шзлеЕЫХ прорезей /48, 50/ продставляет частичное замещение водснасышенных пылевато-глинис-тых грунтоввактивной зона сжатия более прочными песчано-галачнико-выми породами. Щелевые прорези располагаются поперек длинной оси опорной поверхности (лыжи, гусеницы) с равномерными интервалами между ними (рис.18); При этом сдвигающие напряжения направлены вдоль прорезей, а заполняющий их материал оказывает наиболее активное сопротивление сдвигу (выпору ), что способствует повышению несушей способности;массива.

•В работе /50/ решена задача о взаимодействии опорных поверхностей машины с системой шалевых прорезей и массивом в целом. Конечное уравнение, определяющее расстояние между шалями, во взаимосвязи с другими одиннадцатью параметрами, представляет выражение

М = П (-__. - Г

11 " /Г-ПХ А£ ^/Г.Ч-ГМ 1

(7.1)

бС^ + й)

«1

где ["] - ширина щелевой прорези, м;

5- ширина опорной поверхности (лыжи), м; (Э0- ожидаемое давление под опорной поверхностью, МПа; \ - коэффициент запаса (1,3); , С| - удельный вес (т/м3) и сцепление (МПа) слабого (укрепляемого) грунта; д~£,С2- удельный вес и сцепление заполнителя иели; «Лу коэффициенты несущей способности грунта и заполни-

' теля;

.^с.срг коэффициент несущей способности условно усредненного грунта (грунт - заполнитель).

Схема укрепления слабого грунтового основания щелевым способом,а. с. 1527374

aj

Л ы>ки

а) раслотояенаге щелевых пгорззвй в плане tí) пгпероч!г-'й ра?рез рабочей площадки по А-А

р:;с .13

5й

Задача решается в нескольких приближениях. Способ применяется для предварительного укрепления грунтового основания, если мощность слабых пород составляет не менее глубины активной зоны сжатия, и для извлечения шагающих экскаваторов из просадок. Пример практического применения способа, его теоретическое и методическое обоснование изложены в работе /50/, где описан первый опыт по извлечению-экскаватора ЭМ-ЮО/ЮО. Бесом 11,5 тыс.т из просадки в пойме реки, сложенной пылевато-глинистыми отложениями текущей консистенции. Схема расположения толевых прорезей показана на рис.18.

7.5. Способ повышения несущей способности гидроотвалов сложенными породами текучей консистенции, разработан /49/ для складирования на их плошади сухих отвалов и для обеспечения проходимости машин. Он состоит в том. что отсыпку сухих (скальных) пород на гадроотьал производят в начале в -виде взаимоперасекэюшихся опорных полос (погружающихся в тело гидроотвала), с последующей укладкой сухих пород в каждом образованном секторе последовательными слоями нарастающей мощности. При этом проходимость машин первоначально обеспечивается по опорным полосам, а затем по слоям оухоД породы. Для определения мощности слоев дано теоретическое обоснование технологической схемы и расчетные Формулы /49/.

Данный способ бвл использован на разрезе "Красногорский" ПО "КемероБоуголь" с экономическим эффектом только за первый год (1972) - 60 тыс.руб.

7.6. Повышение несущей способности оснований, сложенных слабыми водонзсышеиными грунтами, в зимний период достигается естественным промораживанием поверхностного слоя на достаточную глубину. Методика расчета требуемой минимальной мощности мерзлого слоя» а такие дополнительные мероприятия по ого увеличению изложены в работах /27. 40/.

Если в результате естественного замораживания мощность слоя окажется недостаточной, предложено наращивать мерзлоту сверху, путем образования искусственной наледи либо увеличивать ее мощность в глубь с помошыо промораживающих щелевых прорезей.

7:7. В расчетах мощности наледи исходят из совместной ее роботы с мерзлым грунтовым слоем и подстилающим массивом мягко-нластичного грунта, используя графо-аналитичоский метод /40/.При этом для определения давления на пластичный грунт предложена формула :

беж =

гдз Ьг и К/\ - мощность слоев мерзлого грунта и льда, м;

С г - сцепление (длительная прочность) мерзлого грунта, МПа, с коэффициентом безопасности 7 =2;

• I I О

Сл- сцепление льда, МПа, при температуре 1 с коэффициентом длительной прочности Р = 3-5; О - вас машины, т;

- периметр опорных поверхностей машины, м; ¿Гг, 2Гл ~ удельный вес мерзлого грунта и льда, т/м3;

От- сжимающее напряжение от веса машины на контакте мерзлого и талого грунта:

бт=

Го

где X - коэффициент изменения давления по глубине (см.СНиП 2.02.01-83); ро - плошадь опоры ходового устройства, м^.

Теоретическая часть способа применения наледи и практические рекомендации изложены в работах /27, 40/.•

7.8. Способ искусственного увеличения мощности мерзлого слоя вглубь с помощью щелевых прорезей состоит в том, что по трасса сооружают систему промораживающих прорезей на глубину требуемого расчетного слоя мерзлоты при расстоянии между ними 3-4 м. При этом щели обоспечигают проникновение холода не только в глубину но к со стороны их стенок. После промораживания грунта щели заполняют либо песчано-галечниковыми породами, либо послойно намораживаемым льдом /27/.

7.9. Отсыпка смягчающего слоя из глинистых пород поверх мерзлого слоя служит для снижения концентрации напряжений и создания более благоприятных условий работы ледогрунтового слоя. Это достигается благодаря рассеиванию напряжений сконцентрированных в отдельных местах, по площади, вследствие неровностей поверхности грунта, наличия выступов по опорной поверхности ходовых устройств I! др. Рекомендации по расчетам мощности таких полушек, с учетом

оо работ:: с друг:::.;:: слоями, а танке особенности ез реализации изложены в работе /27/.

7.10. Балластные гравийно-песчаные подушки отсыпаемые на незамороженные слабые породы в период осенне-весенних распутиц или заболоченные учаотки трасс, повышают несущую способность оснований и улучшают проходимость машин. Отсыпку балластного материала рекомендуется производить двумя-тремя слоями мощностью -по 1,0 м с повторяющейся планировкой и укаткой каждого слоя /27/. Графо-аналитический расчет мощности балластного слоя по допускаемым давлениям, как и метод /40/, основан на условии предельного равновесия сил по его подошва. Основные уравнения для построения двух взаимопересекаюшихся кривых на плоскости 6 - Ьсл следующие. Давление по подошве подушки от веса машины и балластного слоя:

беж =с£ -Т7- •+ Тг^сл (7.3)

г о

Допускаемые давления на слабый грунт основания для соответствующих опор машины:

(7.4)

где удельный вес балластного материала, т/м3;

Ь^д- толщина балластного слоя, м.

Методика расчетов толщины подушки по первому предельному состоянию изложена в работе /27, 41/.

Если балластная подушка отсыпается на отвалах, то ее мощность определяется по второму предельному состоянню-осадкам /27/.

- 7.11. Механическое уплотнение отвалов технологическими средствами но требует дополнительных расходов материалов или вспомогательных машин (кроме планирующих). Они чрезвычайно разнообразны. так как определяются условиями залегания и свойствами пород, пркмешмг.юй техникой и технологией вскрышных работ. Этим вопросам посвящены работы /35,39,51,52/, в которых описаны некоторые примеры из опыта угольных разрезов, где предложенные способы дали положительный эффект.

Основными действующими факторами являются статические и динамические нагрузки в отсыпаемых отвалах и прочностные свойства пород.

7.12. Одним из эффективных мероприятий является подготовка рабочей площадка на промежуточном уступе путем .пераокскаг-ацЕИ верхнего слоя породы /35/. В данном мероприятии используэтся эффект.уплотнения отвала под собственным весом пород, предшествующий установке экскаватора. Глубина заложения таких плоездок определяется расчетным путем, методами определения осадок машин /35.36.37.42.43/. ' '

7.13. Уплотнение отвалов падающей породой происходит при отсыпке как драглайнами, тан и конвейерным транспортом. Этот источник энергии может быть использован путем планомерного уплотнения породы по трасса впереди движения машин, особенно в местах их стоянок, отсыпкой породы о некоторой высоты на горизонтальные плошадки. Исследования напряжений (месдозами) /51/ и плотности массива методом /19/ показали, что локальное уплотнение отвалов пропорционально высота разгрузки (падения) породы. Однако, действующие в приоткосной зоне нормальные и касательные напряжения способствуют дилатантнему уплотнению рыхлых и п то же время разуплотнению локально переуплотненных пород, что приводит к выравниванию плотности в'массиве и приближению ее к критической.

В результате наблюдается общзо повышенно плотности маловлажных и уменьшение прочности на сдвиг влажных пород. Поэтому при ра- ." боте мощных драглайнов происходит активизация оползневых процессов, объясняемая разработанной тоори'ой распределения фазовых напряжений (см.п.2.3),

7.14.Использование технологии отвалообрззования для улучпо-ния проходимости маолн основано на многочисленных комбинациях технологических л природных факторов, которые приводят массив либо к большей плотности,, либо предотвращают снижение прочности, например вследствие увлажнения пли размораживания. Практические примеры таких мероприятий приведены э работах /35, 29, 46, 52/. Систематизация этих мероприятий и применяемых к над методов расчета, частично проведенная в работах /35, 54/, должна быть продолжена с перспективой разработки новых вариантов.

7.15. Сущность временной консервации сазонно-мерзлого слоя, апробированная в практика строительства нового участка рг,зраза "Назароззскпй" (ГО "Краснсярскуголь"). состояла в отсыпке зимой гряды конусных отвалов, пере экскавация которых была начала в

период весеннего таяния пород. При этом экскаватор 5Ш-100/100 пореэкскавировал впереди себя отвалы, вскрывая мерзлое основание, двигался по нему без просадок.

Каждое мероприятие может'применяться как самостоятельно, так и в комбинации с другими. При этом одно из них должно выполнять функции основного, а другие -вспомогательного, независимо от конечного эффекта. Выбор рациональной комбинации должен сопровождаться анализом природных условий и инженерными расчетами.

7.16. Технологии закрепления водонэсьшнных грунтов и уплотнения отвалов разрабатываются на обшей теоретической основе с методами прогнозирования проходимости, во взаимной увязке природного залегания, свойств и состояния грунтов с параметрами машин. технологией вскрышных работ и ВДС массива. При этом предлагаемые способы позволяют в 2-3 раза увеличить несущую способность слабых грунтов или уменьшить осадки машин на отвалах, обеспечивая нормальные условия работы на непроходимых трассах.

8. Основные лоло.гяния управления напрякенно-. деформированным состоянием отвалов с .. .помощью технологии открытых работ

8.1. Изложенная выше'концепция о напряженно-деформированном состоянии и о формирования прочности пород е отвалах относится не только к проходимости машин, но таким же образом и к решению задач по устойчивости отвалов. В работах /46, 55. 56. 37/ автор предложил програмцное управление отвалами, т.е. работу карьера по заранее составленной технологической программе,■в зависимости от изменения природных или климатических (погодных) условий (согласно состоянию породы в уступах и отвалах). При этом основными параметрами, опрсцедяшгами программу, являются: производительность отсыпки, ширина заходкн, длина фронта работ, порядок движения от-валообразуших машин, длительность технологических пауз. Установ-' лона взаимосвязь между указанными параметрам!! и устойчивостью отвалов. а следовательно возможность влияния ими на ВДС массива, т.е. определения оптимального их сочетания для обеспечения устойчивого состояния предельно высоких (для данного случая) отвалов. Установление наиболее оптимального режима отвалообрззонания состоит в определении положительного баланса между ростом прочности пород и.напряжениями - рост прочности пород должен опережать рост напряжений.

8.2. Задача нежат быть решена в двух вариантах: в более простом, когда учитывается лишь пространство, т.е. изменение прочности пород в массиве в разных точках (по месту) и второй вариант

с учетом пространства и времени, когда изменение прочности в каждой физической точке оценивается в связи с длительностью и характером действия определенных напряжений (режимом отвалообразоЕания).

Сущность расчетов по первому варианту, основанных на использовании пространственных деформативно-прочкостннх характеристик /I/, изложена в расчетах осадок методом /37/. Для определения плоскости скольжения и соотношения сил сдвигающих и сопротивляющихся сдвигу достаточно определить з каждом -/слоеном слое ячейку (точку), где сочетание компонентов напряжений Т к <3 наиболее близко подходят на графике Э - ((5, Т } (см.рис.1а) к верхней обертывающей кривой (кривой предельного равновесия), а затем все центральные точки таких ячеек соединить плавной кривой, представляющей плоскость скольжения (на рас.16 она обозначена пунктирной кривой). Если по этой линии во всех ячейках напряжения но достигают предельного равновесия - устойчивость откоса обеспечена,. если жо хотя бы п некоторых из них, порода находится в предельном равновесии, то это значит, что в результата дилатаншш б них (согласно тоороткческим положениям о распределении фазовых напряжений, см.п.2.3) может снизиться прочность и возникнуть сдвиговые дефор-т маиий.

В дальнейшем произойдет перераспределение напряжений в других (соседних) ячейках и соответствуйте распространение сдвиговых деформаций по указанной плоскости скольжения. В зависимости от общего соотношения сил, этот процесс-кожет затухнуть или распространиться на всю плоскость скольжения', вызвав оползание всего откоса. Для предотвращения оползня необходим попек средств укрепления грунта в зоне (ячейках), где начинают зарождаться оползневые деформации. В этом состоит сущность управления напря-яонно-деФормироваиным состоянием массива.

8.3. „зтороу вариант управления напряженно'-дефор;'проЕЗШ1ым состоянием, учитывающий пространство и время, изложен в работе /46/. 3 ¡то основа также лпяат доформптивно-прочностныо характеристики 6 = Сущность его состоит, во-первых, в определении режимов изменения шшряхсжиЯ в разных физических точках отвала в процесса его отсыпки (отдельно по каждому условному слою). Основное уравнение, яырелзюшоп взаимосвязь, технологических параметров и режимов изменения нормальных нагрузок.в любой точке призматического отвала представлено в следившем виде /46/

(х. _ 0.* t • \c\cL • к г- Т" /о т1

Оо~ р.^ --(8Л)

гдо <з0 - давление на горизонтальную площадку от -Евс-а столба пород, в любой точке массива, МПа;

0..- производительность отсыпки породы, м3/ч;

1 ~ вреда отсылки (нагружония), ч;

с4 - угол откоса, град.:

-мощность слоя породы над данной, площадкой, м; - полная высота. отвала над данным условным слоом, м;

Г - удельный вес породы в целике, т/м3;

Р - площадь поперечного сечения отсыпаемого блока отвала, м2.

С помощью данного уравнения и с учетом принятой технологии отвалообразования стролгся графики изменения нормальных напряжений во времени б отдельных точках условных с лоз и 6о = ^"(1) (двигаясь от поверхности откоса вглубь массива) /46/.

Пользуясь методом /37/ и результатами расчетов нормальных напряжений по формуле (8.1) можно построить татке графики изменения »о времени нормальных (5п = у ( "Ь) к касательных ( * ) компонентов.

После этого производят моделирование работы грунта е масси- • ве с помоыьа экспериментальных установок /12/, /15/ или /4/. При бтом характеристики' 60 (^) используются для .моделирования в установке /12/, а характеристики ('С ) и 'V~r(t) в стабаломотро /13,15/, либо в устройства /4/. позволявшем раздельно управлять режимами (согласно графикам) приложения нормальных к касательных напряжений в течение испытания образцов. Этот вид моделирования можно считать наиболее совершенным.

Упомянутые установки позволяют фиксировать одновременно до, 10 параметров и изучать процесс формирования прочности, но в данном случае основным является --получение характеристики впасшаюшейся в общую двформативно-прочностную характеристику, полученную в приборе /4/, .без учета временного фактора,способом/1/.

Произведя моделирование при разных режимах нагружения (отвечающим разним технологиям отвалообразоЕзния)•определяется оптимальная технология, исключающая образование в массиве зон продельного состояния и обеспечивающая, таким образом, устойчивость

откоса при продельной высоте отвала. В .развитии данного вопроса изучен ряд конкретных попутных задач, содержание которых изложено в работах /58, 59.60,61,62/.

Вопросы управления ВДС отвалов являются составной частью ■ прогнозирования и обеспечения проходимости тяжелого оборудования. устанавливаемого на рабочих площадках отвалов вблизи откосов. Вскрышные работы при оптимальном режиме отвалообразования, в сочетании с определенными параметрами отеолов, свойствами и состоянием .пород, позволяют во-первых, исключить, развитие оползневых процессов и обеспечить безопасность оборудования, а во-вторых - повысить плотность отвала и улучшить проходимость.

Теоретической и методической основой для решения задач по управлению ВДС отвалов являются единая модель грунта, теория распределения фазовых напряжений, моделирующая'аппаратура и концепция формирования прочности пород в отвалах. Изложенные основные положения управления НДС, совместно с указанными решениями, могут использоваться при разработке технологических параметров в' конкретных горно-гйологичесних условиях.

ЗАЮЖЯЕНИЕ

В диссертации дано решение научной проблемы, имеющей важное народнохозяйственное значение, заключающееся а разработка единой математической модзли грунта и положений теории распределения базовых напряжений в зодоезсыщонных грунтах при сложном напряженно-деформированном состоянии,новой исследовательской аппаратуры, создании технологий укрепления грунтовых оснований для машин, научно-технических основ прогнозирования проходимости, повыше- ■ ния эффективности и безопасности использования горного оборудова-«ш-ш на открытых работах.

В результате выполненных автором работ:

- дан анализ и теоретические обоснования пространственной деформативнс-прочпостной характеристики,представляющей единую математическую модель грунта и выражающей процесс изменения прочности в откосах горных выработок и под машинами /I, 4, 5/;

- разработаны тоорп'пческие положения о работе водонасыаен-ного грунта в условиях сложного напряженно-деформированного состояния /7, 8, 44/;

- дан анализ ьшогофакторным характеристикам на основе положений о перераспределении фазогых напряжений, выражающих взаимозависимости напряжений, деформаций и состояния водонасышенных грунтов /9, 10, 55/;

- разработана концепция формирования прочности грунтов в отвалах на основе единой модели грунта и положений о перераспределении фазовых напряжений /27/;

- разработаны методы и средства моделирования работы грунта ■в ячейках насыпей (отвалов) и под горнотранспортными машинами,

в томчасда: установка для исследования механических свойств грунта /12, 13/, стабилометр с системой автоматического управления напряжениями /15,' 16/, устройство для испытания грунта на компрессию и сдвиг /2, 3, 4/, прибор кручения полых образцов /17/, прибор для испытания грунтов вращательным срезом /18/, способ де-формативно-прочностных испытаний грунтов /I/;

- разработаны методы и средства исследования физико-механических свойств и напряженно-деформированного состояния грунтового массива, в том числе: способ определения плотности и модуля осадки /19/, прибор для.исследования грунта панзтрацней и враша-тельрым срезом /20,21/, устройство для статического зондирования /27/, прибор для компрессионно-зондировочных испытаний /22/, способ определения эквивалентных сжимающих напряжений / ,28/, способ определения расчетных напряжений при циклических нагрузках /29/; способ определения приведенных касательных напряжений /30/;

- разработаны методы прогнозирования осадок и несущей способности грунтовых оснований с учетом сложного НДС массива иод машинами, в том числа: способ расчета носушой способности многослойного основания и пять способов расчета осадок, применительно к разным исходным условиям /27, 37, 40,42, 43/;

- разработаны новые технологии укрепления слабых грунтовых оснований /50,51,52/, даны обоснования и разработаны методы расчета 14-ти способов повышения проходимости тяжелого оборудования по обводненным трассам и отЕалам /27,- 35, 41, 42, 48,. 49/;

- разработаны основные положения управлешу? НДС отвалов с помощью технологий отвалообразования, с учетом изменения прочности пород во времяни и пространстве /46, 55, 56/;

- выполнен обширный комплекс лабораторных и полевых исследований в разных природных условиях, для разных машин и вскрышных технологий, в программы которых входили: отработка методик и аппаратуры, получение расчетных характеристик, измерения напряжений

в массива, аналитические расчеты и прогнозирование проходимости машин, разработка и внедрение технологий закрепления грунтов,натурные наблюдения за деформациями, обобщение результатов оаытоз и проверка достоверности теоретических положений;

-разработан ОСТ - руководящий документ по Минутлапрому СССР РД 12.16.125-88 на основа теоретических и методических положений диссертации и опыта внедрения законченных работ /27/.

Основные научные выводы, полученные в результата перечисленных работ, состоят в том. что автором установлено следующее:

1. В отвалах, нагруженных работающим тяжелым оборудованием, прочность грунтов формируется в условиях сложного НДС под действием статических и динамических нагрузок, нормальных п касательных напряжений, сдвиговых и объемных деформаций и дилатаисип, при этом подавлявший объем породы находится но в предельном, а допредельном состоянии. Известные модели прочности и доформативности грунтов (Кулона и Терцаги) не обеспечивают в расчетах осадок достаточной точности, так как выражают лишь продельное состояние грунта ■ и поэтому для отвалов дают завышенные (на 100-150 %) расчетные осадки.

2. Более точные прогнозы осадок (до 10 %), с учетом действительной (допредельной) плотности, могут быть получены па основе предложенной единой математической модели грунта, представляющей пространственную деформативно-прочностную характеристику, которая описывает процесс деформирования ео всем диапазоне нагрузок, включая предельные, л в которой сопротивление трению учитывается как в допредельном, так и в продольном состоянии, причем прочностные и деформативные характеристики связаны между собой.

3. При взаимодействии ходовых устройств машин с водонасыпанными грунтовыми основаниями, в результате сдвиговых и объемных деформаций и дилатанспи, прочность грунта может увеличиваться,

до некоторого предала, а затем резко падать вследствие перераспределения напряжений между твердой и жидкой фазами. Этот процесс предложено описывать многофакторными зависимостями между плотностью-влажностью грунта, тотальными и фазовыми напряжениями, объемными и сдвиговыми деформациями; характеристики, получаемые и результате физического моделирования в предложенных приборах , и установках, позволяют определять действительную прочность зодо-насышенного грунта на разных этапах деформирования, а путем изменения отдельных параметров системы - управлять ее НДС и повышать прочность и плотность грунтового массива.

4. Известный способы аналитического и экспериментального определения напряжений у.чптывгпт не весь их сложный комплекс, а лишь нормальные компоненты, действующие но горизонтальным площадкам, что приводит к ошибкам в расчетах осадок 100 % и более. Для повышения точности необходимо применять предложенные "эквивалентные сжимающие" и "приведенные касательные" напряжения, учитывающие при сложном НДС комплексно общие статические и динамичоскИе нагрузки, нормальные и касательные компоненты. Эти расчетные напряжения, определяемые предложенными способами экспериментально для конкретных машин, могут провышеть вычисленные пс формулам .теории упругости до 8 раз, при этом использование их в расчетах осадок дает наибольшее приближенна к фактическим, с ранницой до 10 %.

5. Теоретические положения о процессах изменения НДС массива в условиях открытых работ, в тог.; числе - единая ыедель грунта и многофакторные характеристик-", трехфазных грунтов, могут быть роа-ли.зовакы при прогнозировании проходимости машин и устойчивости откосов только на основе данных, получаемых с помощью предлагаемой бол-зо совершенной исследовательской аппаратуры, работающей

на принципе простого сдвига в условиях плоской и объемной деформации и отвечающей ряду дополнительных требований, приближающих условия работы модели к оригиналу, в том числе: программное управление нагрузками, снижение пристенного трания, наличие регулируемой системы водного режима, автоматическая регистрация 8-10 параметров к др. Нрисензниа таких приборов позволило получить данные для разработки технологии укрепления отвалов под трзнспортно-отвальпый мост "Скгдо"'ГО "Алекоандрияуголь", с экономическим эффектом 1,4 млн.руб.

6. Достоверность теоретических положений, контроль надежности аналитических ранений и исходные расчетные данные можно устзнав- . ливать комплексными натуоньши исследованиями НДС массива и свойств грунтов с помощио предложенных способов, приборов и устройств,позволяющих получать эпюры распределения.в массиве напряжений, дофор-м.';тивных свойств и плотности пород, использование этих данных в расчетах осадок отвалов дает наиболее точные прогнозы с-ошибками

не более 7-10 %.

7. Прогнозирование проходимосг: машин на открытых работах может иметь реальную основу лишь при условии комплексного учета при-родныг свойств и условий залегания грунтов, особенностей оборудования и технологических процессов горного производства. Эти требования удовлетворяются разработанной концепцией формирования проч-

ности стЕалов, учитывавшей изменение НДС маосива во времени п пространстве, геомотрическио параметры откосов, сеойствз пород и технологию отвадообразования. Реализация концепции в предложенных расчетных моделях позволяет поеысять точность прогнозирования в 2-3 раза, а также определять способы и средства управления НДС массива.

8. Повышение проходамооти тяжелого оборудования по слабым водонасышзнным грунтам и отвалам можно обеспечить о помощью предложенных технологий укрепления и уплотнения грунтов,- увязанных о технологией горно-вскрышных работ, и разрабатываемых на обшей теоретической основе с методами прогнозирования. Расчетные модели таких технологических схем учитывают взаимосвязь параметров машин, сеойств и состояния грунтов и НДС массива. Созданные in этой основе технологии, предусматривающие частичное ила полное замещение слабых пород более прочными, осушение, замораживание и механическое уплотнение, позволяют в 2-3 раза увеличивать неоушую способность водонасышбнннх грунтов или уменьшать деформации (осадки) отвалов, обеспечивая при этом нормальные условия работы и передвижения тяжелых машин' на практически непроходимых трассах.

9.-Рекомендации по рациональному, использованию тяжелого оборудования и подготовке трасо. разработанные на ссн'озе теоретических и методических положений и еыеодов по диссертации, использованы в проектах'и в производство на 22 карьерах, при этом народнохозяйственный экономический эфТ-ект, подтвержденный документ составил около 2 млн.руб. Более широкому внедрению роботы а перспективе будет способствовать разработанный .ОСТ БД 12.16.125-80 "Методические указания по определении проходимости тяжелых горных машин на разрезах". • '

Основные положения диссертации в виде научного доклада опубликованы в следующих работах автора:

1. A.c. 887718 СССР. МКИ3 Е 02 Д 1/2. Способ испытания грунта на компрессионную сжимаемость / Опубл.07.12,81, Бил. № 45. - 3 с.: 3 ил.

2. A.c. 685759 СССР. ЖИ3 Е 02 Д 1/2. Устройство для испытания грунтов на компрессию и сдвиг в условиях плоской деформации '/ Опубл. I8.0S.7S, Бюл 34 - 3 с.: 2 ил.

3. A.c. 88II95 СССР. МКИ3 Е 02 Д 1/02. Уртройство для испытания грунтов на компрессию и сдвиг в условиях плоской деформации / Опубл. 15.И.81. Бюл.й 42 - 3 е.: I ил.

4. A.c. 1060797 СССР. МКИ3 Е 02 Д 1/02. Устройство для испытания грунта на компрессию и сдвиг (его варианты) / Опубл.15.12.83. Бюл. № 46 - б с.: 4 ил.

5. О сдвиге отвальной породы с одновременным ее уплотнением // Труды Московского горного института. -1967. - С.41-42.

6. Исследование прочностных характеристик разрыхленных пород, используемых при определении устойчивости-отвалов // Материалы совещания по вопросам изучения устойчивости откосов на' карьерах / Белгород: Ин-т ЕИОГЕМ. - 1968.-С.93-102.

7. Исследование процесса сдвига отвальной породы с одновременным ее уплотнением // Материалы совещания' /Белгород: Ин-т ВИОВД.. -1968. - С.103-109.

8. К вопросу определения порового давления воды в грунте без инструментальных измерений // Науч.сообш./ Ин-т горного дола

, им.А.А.Скочинского.- 1983. - Вып.221. - С.97-101.

9. Влияние режима нагружения на процесс уплотнения отвальной порода // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - АН СССР СО. - Новосибирск. : Наука. - 1969.- № 3.-С.28-34.

10. Основные задачи прикладной гидрогеомеханики на разрезах КАТЭКа. / Оборудование непрерывного действия и поточная технология на угольных разрезах : Сб.науч.тр.-Киев: УкрНШпроект.- 1988 (соавторы А.Н.Могилко, О.А.Спивак). - С.36-41.

11. Исследование механизма разрушения грунтов при вращатель-' ном срезе // Науч.сообш./Кн-т горного дала им.А.А.Скочинского. -1980. - Ешь 185.- С.I08-II3.

12. A.c. 1070275 СССР. МКИ3 Е 02 Д 1/02. Устройство для исследования механических свойств грунтов / Опубл. 30.01.84, Бюл. tö 4 -3 с.: 2 ил.

13. A.c. 1543003 СССР, МКИ3 Е 02 Д 1/02. Устройство для исследования механических свойств грунтов / Опубл. 15.02.90г. Бюл.Je 6 -

3 е.: 3 ил. (соавторы В.Т.Вовк, С.А.Краснослободцев. В.С.Калинович).

14. A.c. 897939 СССР. Ш13 Е 02 Д 1/02. Прибор для испытания грунта в условиях трехосного сжатия / Опубл. 15.01.82, Бюл. 124 с.: 2 ил.

15; A.c. 983184 СССР. МКИ3 Е 02 Д 1/00. Стабилометр / Опубл. 23.12.82. Бюл. Je 47. - 4 е.: 2 ил.

16. A.c. 1448240 СССР. MKH^GOI JS 3/24. Устройство для испытания грунтов на сдвиг / Оцубл. 30.12.88. Бюл. В 48. -4с.: I ил.

17. A.c. II762II СССР. МКИ4 G .01 J5 3/22. Прибор для испытания образцов грунта кручением/ Опубл. 30.08.85, Бюл. Го 32. - 3 е.:

4 ил.

68

18. A.c. 903468 СССР, МКИ3 Е 02 Д 1/02. Прибор для испытания грунтов вращательный срезом / Опубл.'07.02.82, Бюл. № 5 - 4 е.:

5 ил.

19. A.c. 933875 СССР, МКИ3 Е 02 Д Г/02. Способ исследования грунтового массива / Опубл. 07.06.82, Бюл. № 21. - 4 с.: 3 ил.

20. A.c. .203994 СССР, МКИ3 Е 02 Д 1/100. Прибор для испытания грунта на смятие и срез н полевых условиях / Опубл. 22.12.67, Бюл. й 21 - 3 с.: 2 ил.

21. A.c. 808587 СССР. МКИ3 Е 02 Д 1/100. Прибор для испытания- грунта на смятие и срез в полевых условиях /'Опубл. 28.02.81, Еюл.№ 8 - 3 с.: 2 ил.

22. А.с.897940 СССР. МКИ3 Е 02 Д Г/02. Прибор для испытания грунтов / Опубл. Г5.0Г.82, Бюл. № 2 - 4 е.: 2 ил;

23. Определение деформатившх характеристик грунтов в отвалах по результатам статического зондирования //.Науч.сообщ./ Ин-т горного дела им.А.А.Скочинского - Г977 - ВыпЛК.-СЛ7-2Г.

24. Метод компресснонно-зондпровочных испытаний грунтов для . изучения напряженно-деформированного состояния отвалов и прогнозирования проходимости горнотранспортпых машин // Науч.сообщ./ Ин-т горного дела им.А.А.Скочинского.. - IS79. - Внп.Г77. -С.4Г-47.

25. Определение эквивалентных сжимавших напряжений в массива под работающими горнотранспортными машинами // Уголь Украины 1978.- ß 9 ^ С.37-19.

26. Испытания грунтов прибором ПКЗ-1. - Киев: Реклама, 1972.20 с. '

27. Методические указания по определению условий проходимости тяжелых горных машин на разрезах / РД Г2.Г6.125-88, Минуглепром СССР. Ввод. 01.07.89. - М. -УкрШИпроокт. Г98'9. - 159 с.

28. A.c. 796306 СССР, МКИ3 Е'02 Д 1/00. Способ исследования напряженно-деформируемого состояния грунтового массива/ Опубл. ^ 15.0Г.81. Бюл. а 2 - Зс.: 3 ил.

29. A.c. 1596013 СССР, МКИ3 Е 02 Д Г/00. Способ окра деления, расчетных напряжений в грунтовом массиве от циклических нагрузок/ Опубл. 30,09.90. Еюл.й 36 - 3 с.: 2 ил.

30. A.c. 1576651 СССР..МКИ3 Е 02 Д Г/00. Способ- определения напряженного состояния грунтового массива / Опубл.7.07.90. Бюл.25-4 с. :4 ил.

31. Исследование опорных давлений и напряжений в грунте под. тяжелыми гусеничными экскаваторами //Науч.сообщ. / Ин-т горного де'г-ла им.А.А.Скочинского. - Г977. Вып.153 (соавтор В.Т.Воек).-С.65-68.

32. Распределение давлений под ходовыми устройствам экскаватора ЭШ 100/100 // Добыча угля открытым способом. -ЦНИЭИуголь.-1982, 2 (соавтор В.Т.Бовк). - С. 13-14.

33. Напряжения в массиве под транспортно-отвальными.мостами// Добыча угля открытым способом, - ЩШЭИуголь - 1982, 15 3 (соавторы В.С.Каяинович, И.И.Туручко). - С.38-40. '

34. Определение эквивалентных напряжений в грунтовом массиве под тяжелыми метинами / Науч.ооойш. 1 Ин-Т горного дела им.А.А.Ско-чинского. - 1881 - Вып. 194 (соавтор В,Т»Вош). - С.73-78.

35. Повышение эффективности использования тяжелых горнотранс-портшх машин на открытых разработках. / УкрНИИНТИ, Киев, -1980.76 о. '

36. Определение осадок горнотранспортных машин на насыпных грунтах: -Добыча угля открытым способом / ЦНИЭИуголь, 1281, $ I (соавтор В.Т.Вовк). - С. 14-18.

37. Прогнозирование' осадок отвалов под тяжелыми машинами по пространственным деформативно-прочностшм -характеристикам грунтов // Уголь Украины. - 1988. -' й 12 - С.16-17.

38. О Некоторых принципах оценки проходимости тяжелых горнотранспортных машин / Технология открытых горных работ: Сб.науч.тр.-Киев: УкрНИИпроект.- 1976. - С.58-62.

39. Обеспечение проходимости тяжелых горнотранспортных манит (обзор). - М.: ЩШЭИуголь.' 1974. - С.42 (соавтор Е.З.Шуберт).

" 40. Метод определения проходимости шагаюшего экскаватора по неоднородному массиву с учетом мерзлого слоя // Науч.сооби./ Ип-т горного дела им.А.А.Скочинского. - 1978. - Вып.164. - С.118-124.

41. Расчет' мощности балластного слоя под тяжелыми горнотранс-портшши машинами // Уголь Украины . -1980.-.К 4. -С.23-24.

42. Метод расчета осадок отвалов под тяжелыми экскаваторами // Уголь Украины. - 1977. - й 8. - С.32-33.

43. Метод определения осадок отвалов под тяжелыми горнотранспортными машинами по натурным испытаниям массива // Науч.сообш./ ■ Ин-т горного дела им.А.А.Скочинского. - 1977. - Вып.151. -С.14-19.

44. Исследование процесса уплотнения карьерных отвалов/ Сб. Географ.-обтества СССР. - Ленинград. - 1569. - Вып.2.- С. 119-125.

45. Определение просадок тяжелых машин на отвалах с учетом взаимодействия нормальных и касательных напряжений/Сб.нзуч.тр.-Киав:.УкрНИИпроект. - 1976. - С.48-53.

46. Повышение устойчивости отвалов с помощью технологии открытых работ / УкрНИИНТИ, Киев. - 1969 - С.76.

47. Оценка инженерно-геологических условий по трассе перегона экскаватора ЭШ 80/100 (Сб.науч.тр.- Киев: УкрНИИпроект.-1976 (соавтор В.Т.Вовк). - С.62-67.

48. А.с. 1527374 СССР, МКИ3 Е 02 Д 3/10. Способ укрепления слабого грунтового основания/ Опубл. 7.12.89, Еюл. й 45- • 5 с. 4 ил. (соавтор В.Т.Вовк).

49. А.с. 622976 СССР, МКИ3 Е 21 С 41/02. Способ отвалообразо-вания при открытой разработке месторождений полезных ископаемых/ Опубл. 20.07.78, Бюл. № 33 - 3 с.: 2 ил.

50. Укрепление слабого грунтового основания под горнотранспортными машинами // Уголь Украины. - 1989. - № 10, С.11-12 (соавтор В.Т.Вовк). • .

51. Повышение проходимости горногранопортных машин путом уплотнения отвалов // Уголь. - 1978. & I. - С.61-63.

52. Улучшение проходимости транспортно-отвального моста по отвалам // Уголь Украины - 1980.-.4 II. - С.22-23.

53. Перегон тяжелых экскаваторов в сложных инженерно-геолог > ческих'условиях // Сб.науч.тр.- Киев: УкрНИИпроект. - 1987. -

С.90-97. (соавтор В.Т.Вовк).

54. Условия проходимости тяжелых экскаваторов на слабых грунтах Назаровского мосторождония // Сб.науч.тр.- Каев: УкрНИИпроокт.- 1989. - С.34-39.,

'55. Определение устойчивости отвалов с учетом изменяющейся прочности пород // Сб.Формирование и изменение физкко-механи-ческих свойств горных пород / Ленинград: ЛГИ. - 1966. - С.465-472»

56. Определение условий устойчивости отвалов с учетом технологии и скорости отсыпки / Устойчивость' породных масс и осушение карьеров: Науч.записки - Киев: УкрНИИцроэкт. -1968. - С.20-42.

57. Метод учета технологии отЕалооЬразоЕания при определении устойчивости отвала // Сб.Марганец - Тбилиси. - 1969. -

№ (3) 16. - С.31-36.

58. Методика расчета и построения профилей породных отвалов / Устойчивость породных масс и осушение карьеров: Науч.записки. -Киев: УкрНИИпроект. - 1962. - Вып.10. - С.5-16.

59. Влияние состава породных смесей на устойчивость отваловУ Устойчивость породных масс и осушение карьеров: Науч.зап.-Киев: УкрНИИпроект. - 1962. - Вып.10.- С.18-24.

60. Определение среднего объемного веса и коэффициента разрыхления породных отвалов // Уголь Украины.' - 1967.- № 5.-С.31-34.

61. Исслодоешш напряжений в карьорних отвалах / Устойчивость фидьтруюащх откосов: Шаек. - БШ - 1269 (соавтор Т.Д.Устинова).-С. 53-50.-- ' .

62. Повышенно устойчивости отвалов нутам формирования рациональных смесей 1 Вопросы-маркшейдерского дела. - Белгород.: ВИ0ГЕЫ--1260. - часть 2. - С»129-205.

63. Оценка методов исследования прочностных свойств грунтов при определении проходимости тяжелых горных машин в карьерах /I

Сб.науч.тр. - Киев: УкрШИпроакт. - 1973. -Вып.4 (соавтор. К.В.Осин-цева). - С.114-118.

64. Влияние горно-геологических факторов на условий отработки Верхноднепровекого месторождания // Уголь Украины. - 1985. - 1? 7

(соавторы Н.С.Кошевой, В.Т.Еовк, С.В.Оловская). - 0.19-21.

65. Прибор ПКЗ-1 для ускоренного определения прочности грунта -П Горный журнал. - 1968.-В 9. - С.68-69.