CC BY
25
Рис. 1 Распределение векторов максимального главного напряжения по К
П. ГОРбаОбр&оание
7фв
шосных
1>ТАТ
:ечениям модели откоса
оползня в уступе карьера
В
\
суглинок л
песок крупно зернистый 1 і ■ 5
п (і
песок глинистый ■ 10
"'Vi X, —^ 15
глина
песок
глина ■20
уголь • 25
глина 1/х \\ч \ ' ■ 30
Г \ \ I
песок \ \ 35
М1:200 ■ 40
L . 5 10 15 20 25 I 35 40
I I а основании разработанной новой концепции исследования природных процессов (1), предполагающей наличие в горном массиве ядер деформаций - аккумуляторов потенциальной энергии, с разрядкой которых связывается потеря устойчивости, анализируются результаты ранее выполненных модельных и натурных исследований.
Напряженное состояние приоткосного массива исследовалось на моделях из игданина методом тензометрической сетки (2). По определенным опытным путем деформациям ячеек сетки рассчитывались напряжения. Распределение векторов максимального главного напряжения по горизонтальным сечениям в модели откоса приведено на рис. 1.
Видно, что взаимное расположение векторов напряжений носит волнообразный характер с возрастанием амплитуд вблизи поверхностей обнажения у верхней и нижней бровок уступа. Однако это не волны распространения деформаций, каковыми являются упругие волны, это пока лишь векторы максимального главного напряжения, которые составляют различные углы с вертикалью. Поскольку
*Работа выполняется при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 01 -0564141).
вектор можно переносить вдоль его направляющей, продолжим направляющие векторов, которые пересекутся в нескольких точках. Это и будут места расположения ядер деформаций, обозначенные буквами на рис. 1. Вдоль вертикальной границы, отделяющей зону покоя от напряженной зоны, расположены приповерхностное ядро П и приграничное ядро Г. Эта граница, согласно полученного при моделировании на оптически-активных средах соотношения (3), составляет от 0,9 до 1,1 высоты уступа. В нашем случае граница расположена от верхней бровки уступа на расстоянии равном высоте уступа. Корневое ядро К расположено в подошве уступа на глубине, равной высоте уступа, а мнимое ядро М является зеркальным отображением корневого ядра деформаций. Ядро деформаций В называется привершинным. Таким образом, модельные исследования показали, что при отсутствии внешних и внутренних воздействий на массив, в зоне влияния откоса возникают деформации тензометрической сетки под действием силы тяжести, величина которой является функцией высоты. Распределение напряжений в приоткосной зоне однородного уступа в этом случае определяется формой откоса, выраженной высотой уступа и углом наклона откоса.
Понятие устойчивости приоткосного массива предполагает наличие в нем способности противостоять усилиям, стремящимся вывести его из исходного состояния статического равновесия. Апроксимация откоса уступа телом треугольного сечения, расположенного внутри приоткосного массива, позволяет определять его устойчивость через устойчивое положение его центра инерции, расположенного в точке пересечения медиан треугольника. Медианы и их продолжение будут играть роль упругих связей с точками опоры, расположенными на границах зоны влияния откоса. В этих точках сосредоточены силы противодействия массива, в них же находятся и ядра деформаций, определенные ранее как области вокруг точек пересечения векторов направленности главного максимального напряжения. Местоположение ядер деформаций определится теперь как точки пересечения продолжения медиан с вертикальными границами приот-косной зоны.
Ядра деформаций, аккумулируя энергию, являются гарантами устойчивости до тех пор, пока количество запасенной энергии не превысит предела упругости. Разрядка ядер деформации происходит под теми же углами, под которыми были наклонены вектора максимальных напряжений, исходящих из ядер (рис. 2).
С разрядкой ядер деформации связано нарушение устойчивости и образование оползня, как это показано на рис. 2, где изображен профиль оползня уступа, отснятый маркшейдерской съемкой. С разрядкой корневого К и мнимого М ядер деформаций связаны вертикальные восходящие и нисходящие подвиж-
ки оползня. С приграничным ядром Г связаны в основном сдвиговые подвижки. С разрядкой приповерхностного ядра П и привершинного ядра В связаны деформационные процессы в верхней бровке уступа и прилегающей части массива. Наряду с основными ядрами деформаций, могут образовываться дополнительные ядра, связанные с гидрогеологическими особенностями месторождения. Дополнительные ядра обозначены на рис.2 светлыми кружочками и расположены в обводненных слоях водоносных горизонтов. Наблюдаемые трехметровые колебания уровня подземных вод, имеющих напорный характер, закачали энергию в дополнительные ядра деформаций. С разрядкой этих ядер связаны горизонтальные подвижки оползня, как это показано на рис.2, где тонкими линиями продолже-
ны горизонтальные участки оползня до соответствующих дополнительных ядер, расположенных вдоль вертикальной границы зоны влияния откоса. Из приведенного анализа экспериментальных исследований на модели и в натуре, можно сделать следующие выводы.
Выводы
1. В приоткосной зоне массива образуются пять основных ядер деформаций.
2. Распределение ядер в зоне влияния откоса связано с его формообразованием и обусловлено обеспечением его устойчивости.
Нарушение устойчивости и образование оползня - результат разрядки ядер деформаций
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Морозов В.Д., Байков Б.Н., Ковтун А.А. Изучение напряженного состояния пород бортов карьеров поляризационнооптическим методом - Ташкент: Фан, 1970. -25 с.
1. Демин А.М., Горбачева Н.П. Новая концепция исследования природных процессов на примере оползневых явлений в карьерах // Наукоемкие технологии добычи и переработки полезных ископаемых: Тез.
докл. очно-заочной науч. конф. 23-26 октября, 2001. - С. 64-66.
2. Демин А. М., Шушкина О.И. Напряженное состояние и устойчивость отвалов в карьерах. - М.: Недра, 1978. - 159 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Демин А.М., Горбачева Н.П., Рулев А.Б. - ИПКОН РАН.
