Розробка методів прогнозування і попередження зсувів в укосах на підроблюваних територіях

пружного в початковій стадії утворення тріщин усадки і розтягнення;

в'язкопластичного на початковій стадії зрушення, коли істотно позначається структурна міцність і початковий опір зсуву;

в'язкого в потоках, що сформувалися у великих схилах, коли величиною початкового опору зсуву можна нехтувати.

Проведено експериментально-теоретичні дослідження по визначенню фізико-механічних властивостей елементів укосу, де докритичні значення механічних характеристик порід при заданих граничних умовах є основними параметрами, що забезпечують стійкість укосу. Критичним величинам механічних характеристик відповідає стан ґрунту нормальної щільності, для якого

  (1)

де: re, rt, rs – безвимірні параметри механічного стану породи; gd – питома вага скелету; gkr – критична питома вага ґрунту; si – напруження; skr -критичне напруження; tij, tkr, ij – дотичні і критичні дотичні компоненти напружень.

М'які породи вважаються недоущільненими при re < 1, rs < 1,

rt < 1, та переущільненими при re > 1, rs > 1, rt > 1.

Запропоновано методи визначення компонентів напружень в реальних шаруватих масивах, що відрізняються міцнісною, деформаційною і фільтраційною анізотропією. Для визначення напружень укіс розбитий на прямокутні елементи, кожний з яких умовно позначається індексами вертикального і горизонтального ряду.

Відношення між горизонтальним (spz) і вертикальним (spn) тиском кожного елемента (якщо вважати, що spz = const і міра вологості Sr = const) потрібно визначати як активний тиск за формулою:

  (2)

Для елементів укосу, які розташовані за межами нижньої брівки, співвідношення між горизонтальним і вертикальним напруженнями необхідно визначати значенням коефіцієнта пасивного бічного тиску:

 

Для першого елемента укосу отримаємо:

  (3)

де: spn = gh – вертикальний тиск ґрунту, g – питома вага ґрунту,

h – висота шару, j – кут внутрішнього тертя,   – коефіцієнт активного бічного тиску, m0 – коефіцієнт Пуассона.

Враховуючи, що між суміжними елементами, що знаходяться в одному ряду за межами верхньої брівки укосу, горизонтальний тиск врівноважує один одного, а в межах укосу між ними з'являється приріст горизонтального тиску, направленого у бік укосу, то після фіксації цих приростів повний горизонтальний тиск на кожний елемент потрібно визначати за формулами:

 

 

  (4)

Прирощення горизонтальних напружень між суміжними елементами укосу від дії власної ваги визначаються за формулами:

 

  (5)

Для випадку, коли в укосі С № 0 и j № 0:

 

  (6)

Горизонтальне утримуюче зусилля визначається при С № 0 і j № 0

 . (7)

Зсувні горизонтальні зусилля в елементах укосу визначаються за формулою:

  (8)

де: Apz. i – площа, на яку у виділеному елементі породного масиву діє горизонтальне зсувне зусилля.

Стійкість кожного елемента в укосі визначається за формулою:

  (9)

Визначення коефіцієнта стійкості hij для кожного виділеного елемента дозволяє виявити область нестійкого ґрунту в укосі і виділити зони рівної міри втрати стійкості.

Приводяться результати досліджень по визначенню стійкості укосів, що складаються з піщаних, глинистих і супіщаних порід. З метою вдосконалення класичних методів розрахунку стійкості укосів запропоновано застосування варіаційного методу Рітца. Цей метод дозволяє більш точно визначити поверхню ковзання в ході рішення задачі, а не шляхом завдання її, як при циліндричній формі зсуву. Розрахунок стійкості укосів варіаційними методами виконується шляхом мінімізації різних функціоналів. У роботі застосовані функціонали гіпотетичного (з постійними механічними властивостями) ґрунту Н. М. Герсеванова і функціонал Ю. І. Соловйова, що описує довільний контур вільної поверхні при шаруватому заляганні масиву м'яких гірських порід. Ці функціонали включені у варіаційні рівняння для рішення задачі втрати стійкості укосу. При цьому вирішені числові приклади з урахуванням негативного впливу сейсмічних імпульсів, викликаних гірськими ударами, і зіставлені з результатами розрахунків без урахування їх впливу. З схилу виділений елементарний стовпчик, в якому діє сейсмічний імпульс внаслідок гірського удару (Рис. 2).

Сейсмічний імпульс має прискорення as, направлений до горизонту під

кутом ws. При розрахунку укосу на стійкість потрібно враховувати діючі на нього прискорення:

- горизонтальні  

- вертикальні  

Величина інерційних складових сил буде дорівнювати:

- горизонтальна  

- вертикальна   (10)

 

де Qs. pz = gpzЧ (y-yn) ; g – прискорення сили тяжіння; gpz = gdЧ (1+0, 01ЧW)

- питома вага водонасиченого ґрунту; gd – питома вага скелета ґрунту; W – вологість; у і уn – верхня і нижня відмітки стовпчика, їх різниця є висотою виділеного стовпчика з масиву м'якої гірської породи.

(a=wс)

Напрям сейсмічної сили приймається таким, який негативно позначиться на стійкості елементарного стовпчика. Тому в коефіцієнті стійкості укосу роботу утримуючих сил, що входить в функціонал Q (у), потрібно записати у вигляді:

утримуючі сили

  (11)

зсувні сили