Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

5.2. РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСОВ ПРИ ОТСУТСТВИИ НЕБЛАГОПРИЯТНО ОРИЕНТИРОВАННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ОСЛАБЛЕНИЯ

5.2.1. В однородном откосе в общем случае форму поверхности скольжения, по которой производится сравнение сдвигающих и удерживающих сил, принимают плавной криволинейной, близкой к круглоцилиндрической. Построение такой поверхности (рис.5.2.1, ) основано на том, что площадки скольжения возникают на глубине - по формуле (5.2) и наклонены при этом под углом к горизонту; на свободную поверхность откоса поверхность скольжения выходит под углом [3].

Рис.5.2.1. Построение поверхности скольжения в однородном откосе

В породах с углом внутреннего трения <13° и углом откоса (откос находится в предельном равновесии) поверхность скольжения выходит в основание откоса под углом на некотором расстоянии от нижней бровки откоса (см. рис.5.2.1, ).

Положение наиболее напряженной поверхности, по которой отношение удерживающих и сдвигающих усилий минимально, определяется расчетом, как минимум по трем поверхностям скольжения.

При построении поверхности скольжения в исходные характеристики прочности пород предварительно вводится коэффициент запаса.

Расчет устойчивости однородного откоса может быть произведен методом алгебраического сложения сил (рис.5.1.1) при <20° или методом многоугольника сил (рис.5.1.2). Пример расчета однородного обводненного откоса методом многоугольника сил приведен на рис.5.2.2.

Рис.5.2.2. Схема расчета обводненного изотропного откоса методом многоугольника сил

5.2.2. В реальных условиях полностью осушенные откосы встречаются редко. Чаще всего они обводнены, и подземные воды могут оказывать существенное влияние на устойчивость бортов, уступов и отвалов на разрезах [3, 4, 5, 15, 16].

Степень этого влияния зависит от уровней подземных вод, которые формируются при дренирующем воздействии разреза и должны определяться в каждом конкретном случае гидрогеологическими службами разрезов или специализированными организациями [4, 5].

Если в прибортовом массиве формируется единый безнапорный водоносный горизонт, то при оценке устойчивости откосов с небольшой погрешностью плавную поверхность уровней в пределах призмы возможного обрушения можно представить на разрезе ломаной линией, состоящей из двух прямых (линия на рис.5.2.2).

Параметры линии (, ) выбираются таким образом, чтобы значения сил гидростатического давления , действующих на призму возможного обрушения и вычисленных по формулам (5.4), (5.5), максимально соответствовали фактическим.

5.2.3. Определение максимальной высоты вертикального откоса , сложенного однородными породами, производится по формуле:

,                                       (5.11)

где - глубина трещины отрыва, м; - расчетная величина сцепления пород, т/м; - объемный вес пород в массиве, т/м; - расчетная величина угла внутреннего трения горных пород, (...°); - расчетная величина удельного сопротивления отрыву горных пород, т/м.

Расчетная ширина призмы обрушения вертикального откоса определяется по формуле:

.                                              (5.12)

5.2.4. Предельные параметры устойчивых бортов разрезов и уступов можно получить, пользуясь специально рассчитанными графиками. С этой целью для условий однородного откоса методом многоугольника сил ВНИМИ построены графики зависимости между высотой плоского откоса и углом его наклона для различных углов внутреннего трения и сцепления пород, по которым можно оценивать устойчивость борта с заданными параметрами или определять допустимые параметры борта при заданном коэффициенте запаса устойчивости (Прил.1).

Такие графики рассчитаны для различных условий обводнения откосов, характеризующихся коэффициентом :

,                                                             (5.13)