Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

5.1. МЕТОДЫ РАСЧЕТА УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСОВ ГОРНЫХ ПОРОД

5.1.1. Существующие методы расчета устойчивости откосов базируются на теории предельного равновесия "сыпучей среды", включающей также и предельное равновесие связной среды с трением, к которой относится массив горных пород [3, 10, 11, 12, 13, 14].

Основное условие предельного равновесия по любой площадке в откосах горных пород имеет вид:

,                                                               (5.1)

где и - касательные и нормальные напряжения по заданной площадке.

В однородном откосе элементарные площадки скольжения возникают с глубины

.                                         (5.2)

В неоднородном откосе они возникают при напряжениях

,                                           (5.3)

где - прочность пород на одноосное сжатие; - сцепление породы; - угол внутреннего трения породы; - вес единицы объема горных пород (объемный вес).

5.1.2. По принципу определения параметров устойчивого откоса можно выделить [3]:

а. Методы, предусматривающие построение контура откоса, являющегося внешней границей зоны, во всех точках которой удовлетворяется условие предельного равновесия;

б. Методы, предусматривающие построение в массиве откоса поверхности скольжения, вдоль которой удовлетворяется условие предельного равновесия.

Для практического использования в расчетах устойчивости откосов применяют методы, основанные на том, что предельное напряженное состояние в откосе удовлетворяется по внутренней наиболее напряженной поверхности.

5.1.3. Прочность и условия залегания пород, ориентировка крупных естественных поверхностей ослабления в массиве горных пород относительно простирания откоса предопределяют характер деформирования бортов карьеров и, следовательно, форму потенциальной поверхности скольжения и выбор схем расчета их устойчивости.

5.1.4. Положение наиболее напряженной поверхности скольжения в откосе определяется, как правило, расчетом, основанным на сопоставлении удерживающих и сдвигающих усилий, возникающих по потенциальным поверхностям скольжения под действием сил веса вышележащих пород, сопротивления их срезу (сдвигу), сил гидростатического взвешивания и гидродинамического давления.

Та из нескольких (не менее трех) рассматриваемых потенциальных поверхностей скольжения, по которой отношение удерживающих и сдвигающих усилий минимально, и является наиболее напряженной потенциальной поверхностью скольжения.

5.1.5. Для оценки условий равновесия массив, оконтуренный потенциальной поверхностью скольжения, разбивается на расчетные блоки, размеры которых определяются из условия, что участки поверхности скольжения их основания могут быть представлены прямолинейными отрезками.

Для каждого из выделенных блоков составляется уравнение баланса сил, принимаемых в расчет.

Методы расчетов, основанные на теории предельного равновесия, различаются в зависимости от ориентировки боковых граней расчетных блоков, принимаемых в расчет сил и способа их суммирования.

5.1.6. Метод алгебраического сложения сил основан на алгебраическом сложении удерживающих и сдвигающих сил по потенциальной поверхности скольжения (рис.5.1.1).

Рис.5.1.1

При этом в расчет принимаются следующие силы:

, - соответственно нормальная и касательная составляющие веса расчетного блока: