Геотехнологии. Безопасность жизнедеятельности Әож 622. 271 СӘбденбекұлы ө
жүктеу/скачать 5.8 Mb.
|
Рисунок 3 – Объединение объемной модели карьера с результатами расчета в программном комплексе «БОРТ» СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Фисенко Г.Л. Устойчивость бортов карьеров и отвалов. М.: Недра, 1965. 378 с. 2. Методические указания по определению углов наклона бортов, откосов уступов и отвалов строящихся и эксплуатируемых карьеров. Л.: ВНИМИ, 1972. 165 с. 3 Временные методические указания по управлению устойчивостью бортов карьеров цветной металлургии. М.: МЦМ СССР, 1989. 128 с. 4. Попов И.И., Шпаков П.С., Поклад Г.Г. Устойчивость породных отвалов. Алма-Ата: Наука, 1987. 225 с.
Надежность конечных результатов при решении задач устойчивости карьерных откосов зависит от достоверности исходных данных, используемых в расчетах. Такими исходными данными являются, прежде всего, физико-механические характеристики пород, слагающих прибортовые массивы карьеров, и прочностные характеристики поверхностей ослабления. Прочностные (механические) свойства горных пород определяются посредством лабораторных испытаний образцов на временное сопротивление одноосному сжатию и растяжению, на предел прочности на срез. Статистическая обработка результатов лабораторных испытаний горных пород на прочностные свойства производится по ГОСТ 20522 – 96, который не позволяет оценить степень надежности получаемых результатов, так как не учитывает коррелированности прочностных характеристик горных пород (k и tgρ) [1]. Расчету устойчивости карьерных откосов предшествует обоснование расчетных прочностных характеристик горных пород, слагающих прибортовой массив. Учитывая вероятностный характер информации о свойствах горного массива, предлагается статистико-вероятностная методика обоснования расчетных прочностных характеристик пород. Прочностные характеристики (угол внутреннего трения ρ и сцепление k) определяются на основании регрессионного анализа данных лабораторных (натурных) испытаний на срез. Данная методика позволяет построить как паспорт прочности τ = f (Р), так и доверительные границы для неизвестной истинной зависимости при доверительной вероятности α = 0,95. Ниже приведены результаты обработки данных лабораторных испытаний туфов андезит-базальтовых пород месторождения Нурказган. В табл. 1 представлены результаты для 16 пар испытаний на срез, в табл. 2 – для 30 пар испытаний. На рисунке 1 показан график = f (Р) регрессионного анализа для туфов андезит-базальтовых пород при количестве испытаний на срез – 30 пар. Углы внутреннего трения пород в образце и массиве для одного и того же типа пород отличаются несущественно, поэтому их значения можно принять равными: ρобр ≈ ρмас. Сцепление же пород, полученное по лабораторным испытаниям, может быть в десятки раз больше, чем для той же породы в массиве. Согласно исследованиям ВНИМИ, эти величины связаны между собой коэффициентом структурного ослабления λ0, который может быть определен по формуле  (1)
где a – коэффициент, зависящий от прочности породы в монолитном образце и характера трещиноватости; H/l – отношение глубины залегания пород к среднему размеру элементарных блоков. Таблица 1 – Результаты для 16 пар испытаний на срез
Таблица 2 – Результаты для 30 пар испытаний на срез
Для нашего примера λ0 = 0,04127. Поэтому расчетное сцепление горных пород в массиве по методике ВНИМИ, при использовании коэффициента структурного ослабления, вычисляется по формуле kм =kобр0. (2) Это равнозначно переносу регрессионной кривой вниз на соответствующую величину. График такой зависимости показан на рис. 2 (для 30 пар значений срезов). Уравнение предельного равновесия для массива с учетом коэффициента структурного ослабления λ0 примет вид
а его погрешность определится как  (4)
где  – среднее нормальное давление;
k и tgρ – прочностные характеристики прибортового массива; λ0 – коэффициент структурного ослабления; σk и σtgρ – погрешности определения сцепления и угла внутреннего трения; rk, tgρ – корреляционный момент для значений k, tgρ. 
Рисунок 1 – График регрессионного анализа для туфов андезит-базальтовых пород месторождения Нурказган 
Рисунок 2 – Графики регрессионного анализа для массива и эмпирических данных Среднее нормальное давление в блоке может быть определено из выражения 
откуда Для нахождения расчетных прочностных характеристик горных пород, согласно исследованиям ВНИМИ, в найденные их значения в массиве вводится коэффициент запаса n3, равный 1,3.
Для нашего случая эти значения будут равны  ,  
При нормативных значениях   
Значение вводимого в расчеты коэффициента запаса n = 1,3 носит эмпирический характер и не имеет строгого научного обоснования. Предлагаемая методика, основанная на статистико-вероятностной обработке результатов исследований прочностных характеристик горных пород, позволяет судить о надежности полученных результатов расчета. На рисунке 3 приведены совмещенные результаты расчетов по определению параметров прочности при количестве испытаний N=16 и N=30. Анализ показывает, что ширина доверительных интервалов зависит от степени надежности получаемых результатов и, в том числе, от количества испытаний. При оценке устойчивости реального борта карьера c применением численно-аналитического способа проф. П.С. Шпакова коэффициент запаса устойчивости определяется по следующему алгоритму [2]: 1) Расчетный откос приводится в предельное состояние методом последовательных приближений путем пропорционального изменения прочностных характеристик до предельных значений, т. е.
где k и tg – прочностные характеристики прибортового массива; pi – вес i-го блока, Н; n – коэффициент запаса устойчивости. Перенос коэффициента n в формуле (6) в правую часть допустим только при достижении тождества, когда реальный откос с приведенными прочностными характеристиками достигает предельного состояния, так как изменение k и tg влечет за собой и изменение местоположения поверхности скольжения, в связи с чем величины, стоящие под знаками суммирования в формуле (6), изменяются при каждой итерации. 2) Используя уравнение (6), определяем численное значение коэффициента запаса устойчивости как отношение фактических прочностных характеристик к расчетным значениям;
Как видно из формулы (7), она принципиально отличается от определения коэффициента запаса как отношения удерживающих сил к сдвигающим силам, действующим в реальном откосе, хотя для приведенной к предельному состоянию схемы такая трактовка остается справедливой. Фактически в формуле (6) числитель представляет собой сумму удерживающих, а знаменатель – сумму сдвигающих сил, действующих по некоторой условной поверхности скольжения. Знаменатель уравнения (6) зависит только от конфигурации и параметров откоса, а числитель является функцией характеристик k и tg. Решим задачу определения погрешности коэффициента запаса устойчивости как функции двух случайных взаимозависимых аргументов k и tg, так как их значения определяются опытным путем и содержат в себе погрешности. Уравнение (6) запишем в виде
Рисунок 3 – Совмещенные результаты прочностных свойств пород при количестве испытаний N=16 и N=30 или в предельном случае,  (8)
Погрешность (дисперсия) коэффициента запаса устойчивости  (9)
где А – коэффициент, зависящий от геометрии откоса, величина постоянная для конкретного рассматриваемого откоса;  – среднее сдвигающее напряжение, действующее по поверхности скольжения в откосе, приведенном в предельное состояние;
 – среднее удерживающее напряжение, действующее по поверхности скольжения в откосе, приведенном в предельное состояние.
Входящая в формулу (9) погрешность 3) Зная погрешность Если нижняя граница доверительного интервала окажется меньше единицы, то откос будет находиться в неустойчивом состоянии. Устойчивому состоянию откоса будет соответствовать нижняя граница доверительного интервала, равная единице  (11)
Произведем оценку реального борта карьера «Нурказган» при приведенных выше прочностных характеристиках и заданной высоте борта карьера Н = 600 м. Расчет выполнен по усовершенствованной методике проф. П.С. Шпакова. Расчет по этой методике позволяет определить не только численное значение коэффициента запаса устойчивости, но также и вычислить значения, входящие в формулы (4), (9), (10). По приведенному алгоритму составлена программа. Результаты оценки устойчивости борта карьера «Нурказган» при количестве испытаний горных пород на срез N = 16 и N = 30 приведены в таблице 3. Расчетные данные для предельного откоса, т.е. значения, соответствующие нижней границе коэффициента запаса устойчивости Учитывая то, что для всех приведенных расчетов нижняя граница коэффициента запаса устойчивости равна единице, т.е. Это значит, что величину n, вычисленную по формуле (12), можно принимать как необходимый коэффициент запаса устойчивости, который в зависимости от принимаемого уровня риска r компенсирует ошибку исходных данных. Значение На основании проведенных исследований можно заключить: коэффициент запаса устойчивости должен определяться, исходя из надежности определения прочностных свойств массива, учитывающей вероятностный характер закона распределения и коррелируемость этих показателей. Предельное значение коэффициента запаса устойчивости борта карьера должно соответствовать нижней границе доверительного интервала, определенного при заданной вероятности и заданном количестве испытаний прочностных свойств [4].
Таблица 3 – Результаты оценки реального борта карьера «Нурказган»
Таблица 4 – Расчетные данные для предельного откоса
жүктеу/скачать 5.8 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|
(3)
(5)
(6)
(7)
определяется из результатов испытаний прочностных свойств пород по формуле (4). Два других элемента А или 
, определив коэффициент Стьюдента 
при заданной доверительной вероятности α = 0,95 и заданном количестве испытаний, определяем доверительные границы, которые с заданной доверительной вероятностью содержат истинный коэффициент запаса устойчивости
(10)
при р = 0,95, сведены в табл. 4.
то
(12)
) при норм. значениях прочн. характеристик (N = 16)