Розробка методів прогнозування і попередження зсувів в укосах на підроблюваних територіях

Об'єктом досліджень є ґрунтові масиви в схилах і відкосові процеси в умовах впливу техногенних чинників; предметом досліджень є способи і засоби прогнозування і попередження зсувних процесів в схилах і укосах в

межах мульди осідання поверхні на підроблюваних територіях, які піддані деформаціям та сейсмічним впливам.

Наукова новизна отриманих результатів, що виносяться на захист. Вперше встановлені механізми виникнення і розвитку зсувів-потоків в укосах в зоні активного формування мульди осідання на територіях, що підробляються, з урахуванням фізико-механічних властивостей ґрунтів, впливу гірських ударів на основі рішення комплексної задачі по прогнозуванню деформаційних процесів в рамках теорії пружно-пластичних станів і схеми жорстко-пластичного тіла із застосуванням варіаційних рівнянь; встановлено рівень негативних впливів сейсмічних імпульсів, викликаних гірськими ударами, на стійкість укосів; застосовано варіаційний метод розрахунку стійкості укосів з передумовою руйнування грунту у вигляді зміщення частини масиву як жорского елементу відносно іншого по поверхні ковзання з урахуванням анізотропії шарів грунтового масиву; вперше змодельовано гідродинамічні процеси в лоткових умовах для отримання початкових розрахункових даних, на основі яких з урахуванням зміщень і деформацій земної поверхні при підземному підробітку отримані параметри руху зсувів-потоків в межах мульди осідання.

Практичне значення отриманих результатів. Вперше розроблено інженерні методи розрахунку стійкості укосів з урахуванням анізотропії міцнісних, деформаційних і фільтраційних властивостей; розроблено методи визначення необхідних параметрів для прогнозування величини переміщень і деформації, а також осідання земної поверхні в шахтах; обґрунтовано механізм виникнення і розвитку зсувів-потоків в укосах під впливом зміщень і деформацій земної поверхні при підземній розробці під впливом природних і техногенних чинників; вперше розроблено методику і виконані дослідження з моделювання гідродинамічних процесів на лотках для визначення зміщення ґрунтового масиву в укосах; вперше вирішено числові приклади із застосуванням варіаційного методу для виявлення міри впливу сейсмічних імпульсів, що викликаються гірськими ударами, чим вдосконалені методи розрахунку на стійкість укосів; розроблено метод розрахунку ефективних протизсувних інженерних споруд.

Особистий внесок здобувача полягає в постановці і рішенні задач по визначенню напружено-деформованого стану ґрунтового масиву в умовах втрати стійкості природного укосу [3] і утворення зсуву-потоку під впливом природних чинників в поєднанні з антропогенними впливами у вигляді деформацій поверхні на територіях, що підробляються [5], сейсмічного ефекту гірських ударів [7, 9], порушення природних умов при проходці відкритих і підземних виробок тощо [1, 2]. На основі отриманих

результатів запропоновано методи розрахунку стійкості укосів та ефективних протизсувних заходів, що попереджають формування зсувів-потоків [4, 6, 8].

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій дисертаційної роботи підтверджується коректним використанням положень теорії розрахунку стійкості зсувного масиву і зміцнюючих його інженерних конструкцій, математичною обґрунтованістю використаних моделей і критеріїв, узгодженістю з класичними подібними задачами, перевіреністю числовими даними і лабораторними експериментами, моделюванням геомеханічних процесів і натурними спостереженнями.

Апробація роботи. Основні прийняті положення та отримані нові результати докладалися і схвалені на об'єднаних наукових семінарах відділу прикладної геодинаміки вибуху ІГМ НАН України і кафедри геотехнології Київського політехнічного інституту, на семінарі кафедри геомеханіки, підземного будівництва і охорони поверхні Сілезького технічного університету, на міжнародних конференціях «Геотехніка 99» (Глівіце-Устронь, 1999), на міжнародній конференції «Видобувна промисловість – сучасність і майбутність» (Краків, 1999), на міжнародній конференції «Інженерний захист територій і об'єктів у зв'язку з розвитком небезпечних геологічних процесів» (Ялта 2000р), та на IX міжнародному симпозіумі «Геотехніка 2000» (Глівіце-Устронь, 2000).

Публікації. За результатами виконаних досліджень опубліковано 9 наукових робіт, в т. ч. 4 в фахових виданнях.

Структура та об'єм роботи. Дисертація складається з вступу, 5 розділів, заключення та додатків, викладена на 196 сторінках машинопису, включаючи 38 рисунків, 5 таблиць, перелік посилань із 108 найменувань і 4 додатки.

 

 

У роботі виконано аналіз існуючих теоретичних і експериментальних досліджень по прогнозуванню і забезпеченню стійкості укосів в масивах, що складаються з піщаних, глинистих і змішаних гірських порід, огляд і оцінка чинників, що впливають на втрату стійкості укосів і призводять до зсувних процесів.

Теоретичне обґрунтування методів розрахунку укосів, схилів і оголень виконувалось видатними вченими, такими як Н. М. Герсеванов, Ю. І. Соловйов, В. В. Соколовський, Г. А. Генієв, Л. М. Качанов, А. Casagrande, H. Ford, W. Johnson, P. B. Mellor, Z. Marciniak, W. Szczepinski, E. G. Thomson, C. T. Jang, S. Kobayashi, J. Larmor, T. W. Lambe, A. W. Scempton, D. Allirot,

J. P. Bochier, A. Sawczuk, та іншими.

Критичний аналіз показує, що існуючі методи визначення стійкості укосів вимагають вдосконалення в зв'язку з необхідністю урахування зсувів і деформацій поверхні землі в процесі підробітку масиву гірськими роботами, а також негативних впливів сейсмічних імпульсів, що викликаються гірськими ударами.

У дисертації розглядається вплив осідання земної поверхні внаслідок підземного підробітку на виникнення зсувів в укосах. Встановлено, що зміщення і деформація земної поверхні від підземної розробки, впливаючи негативний чином на стан масивів гірських порід і укосів, прискорює процес їх вивітрювання при перемінному зволоженні і висиханні, внаслідок періодичних коливань температури і вологості. При оголенні і розпушенні внаслідок зміщення і деформації масиву укосу, що складається з глинистих сланців, вони зазнають активного вивітрювання.

Імпульсом, що викликає початок зрушення в укосі, може бути поява статичного тиску водонасиченного