Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Обзор методов изображения топоповерхностей и выбор оптимального метода графического моделирования оползневых тел .
1. Предварительные сведения 9
2. Выбор метода интерполяции 14
3. Построение цифровой модели поверхности. 35
4. Визуализация топоповерхностей. 37
Выводы 40
Глава II. Графическое моделирование оползневых тел на примере карьера МГОК .
1. Краткая характеристика гидрогеологических и инженерно- геологических условий Михайловского и Старо-Оскольского железорудных районов КМА 41
2. Построение планов поверхностей 53
3. Построение поперечных сечений и вычисление мощностей, объемов и площадей 57
4. Построение трехмерных изображений поверхностей и сглаживание сплайнами 60
Выводы 64
Глава III. Определение прочностных характеристик пород бортового массива и его деформаций во времени.
1. Применение зависимостей структурной механики грунтов для описания реологических процессов в бортовых массивах 65
2. Характеристика используемых методов расчетов устойчивости откосов 73
3. Анализ материалов инструментальных наблюдений за оползнями и точности съемок оползней 78
Выводы. 88
Глава IV. Разработка рекомендаций по обеспечению долговременной устойчивости откосов глинистых пород .
1. Определение зависимостей сопротивления пород сдвигу от времени и скорости смещений приоткосного массива по данным натурных наблюдений 89
2. Мероприятия по управлению долговременной устойчивостью откосов 108
Выводы 126
Заключение 128
Список используемых источников 130
Приложения
- Выбор метода интерполяции
- Построение планов поверхностей
- Характеристика используемых методов расчетов устойчивости откосов
- Мероприятия по управлению долговременной устойчивостью откосов
Введение к работе
Длительное влияние крупных карьеров на состояние массива определяет необходимость исследования процессов развития деформаций и изменения во времени прочности пород, окружающих открытые горные выработки. При освоении обводненных месторождений интенсивность этих процессов в сложенных песчано-глинистыми и полускальными породами откосах возрастает.
Массивы горных пород являются средой производства горных работ и, соответственно, конструкционными элементами открытых горных выработок. Положение карьерных откосов изменяется в пространстве и во времени за период отработки месторождений. Установление масштаба и характера протекающих в бортовых массивах геомеханических процессов с учетом структурно-механических особенностей массивов и динамики формирования карьерных откосов обеспечивает получение надежных данных о геометрических параметрах откосов на любой момент времени, и на этой основе разработку мер по управлению состоянием массива для обеспечения экономичности, экологической и промышленной безопасности горных работ.
Исследованиям геомеханических процессов развития во времени деформаций и изменения прочности пород в карьерных откосах посвящены труды В.В. Ржевского, Г.Л. Фисенко, В.А. Мироненко, И.И. Попова, И.П. Иванова, A.M. Гальперина, В.И. Стрельцова, В.А. Падукова, Ю.И. Кутепова, А.Н. Могилко, A.M. Мочалова, В.И. Веселкова, В. Ферстера, Р.А. Халачева, П. Стефанова и др. [59-61, 75-78, 54, 74, 6-9, 43, 89, 42, 69, 70, 93, 88]. Реологические проблемы геомеханики в строительстве рассматривались в трудах Н.А. Цытовича, Н.Н. Маслова, М.Н. Гольдштейна, С.С. Вялова, Г.И. Тер-Степаняна, Ю.К. Зарецкого, СР. Месчана, З.Г. Тер-Мартиросяна, А. Скемптона, А. Шукле и др. [81, 82, 29, 30, 12, 13, 5, 23, 71-73, 63, 85].
В связи с тем, что представителями научной школы МГИ (A.M. Гальперин, В.И. Стрельцов, С.А. Перера) пространственное положение поверхностей ослабления в массивах песчано-глинистых пород учитывалось лишь с применением плоских задач:устойчивости откосов, необходим учет пространственного положения! ослабленных зон прибортового массива.. Поэтому при наличии; гравитационно-экзогенных нарушений вскрышной толщи (древних оползней ложбин і стока), которые определяют возникновение оползней;при вскрытии нарушенных зон открытыми горными выработками, необходимо применять решения объемных (квазиобъемных) задач устойчивости откосов. С учетом вышеизложенного тема диссертации! представляется актуальной.
Цель работы заключается в установлении реологических характеристик глинистых пород и зависимостей геометрических параметров откосов от времени с учетом; структурного ослабления; массива на основе решения квазиобъемной І задачи устойчивости карьерных откосов, что позволяет получить достоверные характеристики сопротивления: сдвигу породы в массиве.
Идея работы состоит в учете пространственного положения поверхностей ослабления в приоткосном массиве- и изменчивости характеристик сопротивления сдвигу во времени:
Структура: диссертации? определяется следующим кругом задач, решаемых для достижения поставленной цели:
1) Выбор оптимального метода; графического моделирования: оползневых тел;
2) Графическое моделирование ложбин стока на примере карьера МГОК;
3) Определение прочностных характеристик пород бортового массива с учетом их изменчивости во времени (длительной прочности).
4) Определение зависимостей геометрических параметров откосов от времени p,H=f(t).
Научные положения и их новизна: 1) Учет пространственного положения фиксированных поверхностей оползания в пределах осадочной толщи бортовых массивов карьеров КМА обеспечивает получение надежных значений характеристик сопротивления сдвигу.
2) Сдвиговая ползучесть и длительная прочность глинистых и меловых пород описываются интегральной функцией смешанного вида и дробно-линейной функцией продолжительности периода существования откосов; при этом реологические показатели определяются преимущественно по натурным данным с учетом положения петрогенетических и экзогенно-гравитационных структурных элементов массива.
3) Зависимости некомпенсированного оползневого давления от времени позволяют регламентировать мероприятия по обеспечению долговременной устойчивости нерабочих откосов.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:
- теоретическим анализом геомеханических процессов в бортовых массивах с использованием методов теорий предельного равновесия сыпучих сред и структурной механики грунтов в сочетании с методом инженерно- геологических аналогий при оценке свойств массивов пород;
- хорошей сходимостью теоретических и экспериментальных значений сдвиговых деформаций глинистых пород, полученных с использованием установленных параметров сдвиговой ползучести (расхождения не превышают 5-10%);
- сопоставлением расчетных и фактических значений углов наклона откосов предельно-устойчивых уступов в глинистых породах Михайловского месторождения КМА при сроке службы откосов от 1 мес. до 5 лет. Обратные оползневые расчеты оползневых деформаций уступов глинистых пород позволили установить параметры длительной прочности для отдельных типов пород и получить на различные моменты времени не превышающее 10% отклонение расчетных значений углов откосов от фактических.
Объект исследования: оползневые процессы в карьерных откосах.
Предмет исследования: квазиобъемные задачи устойчивости откосов при фиксированных поверхностях скольжения применительно к обратным и прогнозным расчетам.
Методы исследований.
В работе применены методы теории предельного равновесия сыпучих сред, инженерно-геологической схематизации бортовых и отвальных массивов и инженерно-геологических аналогий.
Научное значение работы:
- установление влияния структурных особенностей массива на геомеханические процессы развития сдвиговых деформаций и изменения во времени прочности пород для прогнозирования устойчивости уступов и бортов карьеров;
- задача устойчивости откосов решается в объемной постановке с учетом изменения во времени напряженно-деформационного состояния массива.
Практическая ценность работы.
Обеспечивается возможность регламентирования динамики горных работ и соответственно срока службы откосов с использованием полученных зависимостей.
Реализация выводов и рекомендации работы.
Материалы выполненных исследований использованы при обосновании параметров (углов наклона) гидровскрышных уступов в глинистых отложениях на предельном контуре, что обеспечивает достижение экономического эффекта за счет снижения объемов работ.
Апробация работы. Отдельные положения работы докладывались и обсуждались: на конференции «Неделя горняка» (2004 г.), на научных семинарах кафедры геологии МГГУ, на международной конференции «Геотехника и охрана окружающей среды» (Греция, о.Милос, 2005г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений, содержит 6 таблиц, 38 рисунков, список литературы из 96 наименований.
Автор выражает глубокую признательность за помощь, оказанную в процессе исследований, и постоянное внимание к работе научному руководителю - доктору технических наук, профессору Гальперину A.M.
Выбор метода интерполяции
Рассмотрим методику решения задач контурного картографирования с использованием программного пакета Surfer. Математической составляющей пакета являются его алгоритмы интерполяции двумерных функций при переходе от нерегулярной сетки к регулярной (построение цифровой модели поверхности по значениям функции в отдельных произвольных точках). Surfer предлагает семь различных алгоритмов интерполяции: кригинг (Kriging), инверсные расстояния (Inverse Distance) и минимальная кривизна (Minimum Curvature), радиальные базовые функции (Radial Basis), полиномиальная регрессия (Polynomial Regression), метод Шепарда (Shepard s Method — представляет собой комбинацию метода Инверсных расстояний со сплайнами) и триангуляция (Triangulation) (Рис.1,1).
При этом обеспечена возможность более полного управления методами интерполяции. Расчет регулярной сетки теперь может выполняться для файлов наборов данных X,Y,Z любого размера, а сама сетка может иметь размеры 10000 10000 узлов. Кроме того, в новую версию входит встроенный графический редактор для ввода и коррекции значений данных сеточной области, при этом сразу видны результаты действий в виде изменения карты изолиний. Расчет поверхности может быть выполнен также с помощью уравнений, заданных в явном виде: пакет включает достаточно широкий набор функций — тригонометрических, Бесселя, экспоненциальных, статистических и некоторых других. Ввод данных выполняется из файлов форматов [.DAT] (Golden Software Data), [.SLK] (Microsoft SYLK), [.BNA] (Atlas Boundary) или простого текстового ASCII файла, а также из электронных таблиц Excel [.XLS] и Lotus [.WKl, .WKS].
Статистические расчеты и математические преобразования можно выполнить для любого подмножества данных, в том числе с использованием функций, задаваемых пользователем.
Цифровая поверхность графически может быть представлена в двух вариантах: в виде карты изолиний или трехмерного изображения поверхности. При этом в основе работы с изображениями используются следующие технологические средства: наложение нескольких прозрачных и непрозрачных графических слоев, импорт готовых изображений, использование специальных инструментов рисования, а также нанесение текстовой информации и формул.
Реализовано большое количество вспомогательных операций при обработке цифровой поверхности, с помощью которых дополнительно можно вычислять наклон, кривизну и линию горизонта обзора поверхности, а также первую и вторую производную для рядов Фурье и спектрального анализа. Включены дополнительные средства преобразования наборов сеточных данных и выборки их различных подмножеств. Тройной уровень вложенности позволяет получать свыше 500 комбинаций вариограмм. Выбор метода построения изолиний определяется результатами горногеометрического анализа и исследования изменчивости (по В.В. Ершову) [19]. Методы многогранника, инвариантных линий и скатов обычно используются для построения структурных планов при нерегулярной разведочной сети. Преобразование исходных данных на регулярную прямоугольную или квадратную сеть осуществляется с помощью аналитических моделей размещения показателей или методами сглаживания, включая методы оптимальной статистической интерполяции.
Независимо от того, какая используется сеть данных (треугольная или прямоугольная), определение координат изолиний на первом этапе осуществляется с помощью линейной интерполяции на «ребрах» сети по двум близлежащим узлам. После этого ломаные изолинии сглаживаются, т.е. осуществляется нелинейная аппроксимация изображаемой поверхности.
Вычерчивание плавных кривых — важный элемент алгоритма автоматизированной геометризации. Способ, обеспечивающий плавность кривой в узлах, называется сплайн - интерполяцией. Данный алгоритм используется для вычерчивания изолиний и требует построение индуцированных сетей, «ребра» которых являются интерполяционными интервалами для определения координат изолиний. Задача построения оптимальной сети непересекающихся треугольников из-за ее сложности до сих пор теоретически не решена. Среди известных алгоритмов наибольший интерес представляют алгоритмы, использующие методы «двигающегося фронта» и «стягивающего контура». Триангуляция области этими методами производится путем последовательного нахождения вершин треугольников с заданными ограничениями на их углы и пространственную ориентировку. Параметры ограничений определяются характером изменчивости геометризируемых показателей (направлением анизотропии и инвариантных -линий, интенсивностью изменчивости). 2.1.Кригинг
Кригинг является методом интерполяции, названным в честь Южноафриканского горного инженера D.G.Krige, который разработал эту методику в попытке более точно предсказать рудные запасы. За прошедшие годы кригинг стал фундаментальным инструментом в области геостатистики.
Кригинг основан на предположении, что интерполяционный параметр может быть представлен в качестве регионализированной переменной. Также как ив методе обратных расстояний при Кригинге узлам присваиваются веса в зависимости от окружающих данных. Однако одним из основных преимуществ Кригинга является то, что весовые значения вычисляются для того, чтобы минимизировать ошибку дисперсии.
Регионализированная переменная является промежуточной между действительно случайной переменной и полностью детерминированной переменной, в том смысле что она непрерывно изменяется при переходе от одной позиции к другой и поэтому точки, расположенные близко, имеют некоторую степень пространственной корреляции, в то время как удаленные друг от друга точки являются статистически независимыми (Davis, 1986). Кригинг включает ряд процедур линейной регрессии, которые минимизируют оценку дисперсии для некоторой предопределенной модели ковариации.
Построение планов поверхностей
Поперечные сечения строились с помощью встроенного программного модуля Slice [96]. Для этого на планах с помощью команды Digitize обозначались линии разрезов, по которым предполагалось строить поперечные профили. Информацию о линиях разрезов сохраняли как файл .BLN (записывались X и Y координаты двух крайних точек, ограничивающих линию). После выбора команды Slice нужно указать имена .GRD и .BLN файлов, затем производится расчет и конечный результат выводится в виде .DAT файла (код ASCII - X,Y,Z координаты). Визуализация поперечных сечений аналогична построению планов поверхностей (Puc.Il. 7-П. 9). Команда Residuals в меню Grid позволяют определить вертикальную разность между значением Z точки в XYZ данных [.DAT] файла и интерполированное значение Z в той же самой точке на поверхности. Формула, использованная для вычисления разности: Zres = Zdat - Zgrd где Zres - разность, Zdat - значение Z в файле данных, и Zgrd -интерполированное значение от файла сетки, положительная разность получается, когда точка данных в файле выше генерируемой поверхности. Отрицательные значения - наоборот. Когда данные разностей написаны в рабочем листе, можно использовать команду Statistics в меню Compute рабочего листа, чтобы генерировать среднее и среднеквадратичное отклонение всех вычислений мощностей.
Команда Volume от меню Grid вычисляет объемы и сечения, а также площади. Вычисления объема выполняются в твердом теле, ограниченном верхними и нижними поверхностями. Разрез по линии С-С. обеих поверхностей, сетки должны иметь тот же самый размер (чтобы использовалось такое же число строк и столбцов) и использовать те же самые X, Y пределы. Верхняя поверхность не обязательно должна быть везде выше более низкой поверхности. Кроме того, нижняя или верхняя поверхность может быть представлена в виде горизонтальной плоскости Z, которая может принимать любое значение. Результаты вычислений объема оползневого тела и площади поверхности скольжения приведены в приложении 2. 4. Построение трехмерных изображений поверхностей и сглаживание сплайнами.
Каркасные карты - трехмерные представления файла сетки. Каркасные карты, создаются, соединяя значения Z по строкам X и Y. В каждом пересечении координат (узле сетки), высота пропорциональна значению Z, назначенному на данный узел.
Каркасные карты могут показывать любую комбинацию строк X, Y или Z- горизонталей. На каркасной карте, X соответствует столбцам в файле сетки, a Y соответствует строкам в файле сетки. При отображении контуров на каркасной карте, горизонтали (строки одинакового значения Z на поверхности) выведены при соответствующем повышении на поверхности.
Создание трехмерных карт вызывает диалоговое окно Wireframe Properties. Оно состоит из нескольких вкладок, среди которых: общие настройки, управление Z уровнями и настройка цветовых зон. Графическое представление объемных моделей представлены на рисунках П.10-11.12.
При сплайновом сглаживании используется кубическая сплайн-интерполяция, чтобы вычислить новые узлы сетки (Рис.П. 13). Интерполяция моделирует методику, где сплайн используется, чтобы вывести плавную кривую между точками с данными. Сглаживание сплайнами не экстраполирует данные вне границ сетки.
Сплайн представляет собой набор графиков непрерывных кубических многочленов с теми же самыми наклонами в их конечных точках. Кубическое сглаживание сплайнами может увеличивать максимальное значение Z и уменьшать минимальное значение Z с входной сетки.
Имеются два способа сглаживания сплайнами: используя данные из оригинала или повторно рассчитывая сетку. Второе может или увеличивать или уменьшать число строк и столбцов в сглаженной карте относительно оригинальной. 1. В главе дана краткая характеристика гидрогеологических и инженерно-геологических условий Михайловского и Старо-Оскольского железорудных районов КМА, а также представлена карта специального инженерно-геологического районирования, показывающая, что большинство оползневых деформаций приурочено к древним ложбинам стока. 2. Основным недостатком картографического способа обобщения инженерно-геологической информации является трудоемкость. Зачастую даже небольшие изменения обстановки, влекущие за собой внесение исправлений или дополнительной информации, требуют почти таких же затрат квалифицированного труда, что и изготовление новых карт. Поэтому необходимо разрабатывать компьютерные картографические модели, рассчитанные на автоматическое воспроизведение, уточнение и оперативное преобразование ситуаций. 3. Построение планов поверхностей участка борта карьера и поверхности скольжения позволило, путем их вычитания, получить план изомощностей оползневой призмы. При создании объемной модели оползневого тела применен метод сглаживания сплайнами, а также произведен расчет его объема и площади поверхности скольжения. 4. Разработана методика подготовки исходных данных для решения квазиобъемной задачи устойчивости карьерных откосов.
Характеристика используемых методов расчетов устойчивости откосов
Методам расчетов устойчивости откосов посвящены многочисленные публикации российских и зарубежных авторов, детальный анализ которых выполнен в работах Г.Л. Фисенко, П.Н. Панюкова, Н.А. Цытовича, М.Е. Певзнераи др.[75-78, 50, 81, 82, 51]. При расчетах откосов по предельному состоянию определяется коэффициент запаса устойчивости, величина которого при возникновении оползневого смещения равна единице. В зависимости от области применения методы расчета устойчивости могут быть разделены на две группы: 1) для квазиоднородных массивов; 2) для неоднородных массивов. К первой группе преимущественно относятся известные методы, основанные на допущении круглоцилиндрической поверхности скольжения. При этом принимается, что ограниченный поверхностью скольжения массив представляет собой "жесткий клин", а ожидаемое смещение массива рассматривается как вращение "жесткого клина" вокруг оси, параллельной откосу и служащей осью кругового цилиндра. В плоской задаче круглоцилиндрическая поверхность скольжения превращается в дугу, а ось этой поверхности - в точку. В методах круглоцилиндрической поверхности удовлетворяется только одно условие статики - равенство нулю моментов, условия же равенства нулю проекций сил на координатные оси не всегда удовлетворяются, что является существенным недостатком этого метода. В качестве положительной черты данного метода отметим возможность осуществлять весьма простое алгебраическое сложение сдвигающих и удерживающих сил, возникающих в основании каждого элементарного блока породы. Опыт расчетов показывает, что метод круглоцилиндрической поверхности в условиях, когда в откосе нет поверхностей ослабления, падающих в сторону карьера, дает достаточную точность расчета. Положение поверхности скольжения в откосе определяется подбором. Так, для отыскания положения этой поверхности по способу Феллениуса необходимо выполнить от трех до пяти построений, причем часто построенные таким путем поверхности не являются наиболее слабыми.
Поверхность скольжения в однородном массиве проще и быстрее находится с помощью способа Г.Л. Фисенко, разработанного им на основе теории предельного равновесия сыпучей среды. К недостаткам методов круглоцилиндрической поверхности скольжения и алгебраического сложения сил по монотонной криволинейной поверхности можно отнести занижение величин нормальных напряжений в области призмы активного давления и завышение в области призмы упора вследствие неучета реакций между смежными блоками. Однако суммы нормальных напряжений по всей поверхности скольжения в однородных породах при расчетах по этим методам и методу предельного напряженного состояния отличаются на величины, не превышающие точности расчетов. Наиболее универсальным и в тоже время математически обоснованным является метод многоугольника сил, применяемый как в отечественной, так и в зарубежной практике. В этом методе используются сосредоточенные силы, действующие по площадкам, разграничивающим смежные блоки массива, заключенного между линией скольжения и контуром откоса. При правильной ориентировке площадок, разграничивающих смежные блоки, и реакций между ними точность метода многоугольника сил не отличается от точности метода предельного напряженного состояния.
В то же время метод многоугольника сил позволяет производить расчеты устойчивости откосов как в однородных, так и в слоистых трещиноватых породах при любой форме поверхности скольжения. В.К. Цветковым для определения Tya(s,t) применена линейная теория ползучести для однородных откосов. Представляется более целесообразным использовать аппарат структурной механики грунтов, т.к. его соотношения включают как частные случаи зависимости для линейной наследственной ползучести. При проектировании карьеров, разрабатывающих обводненные месторождения, начальные значения сопротивления сдвигу туд на момент формирования откосов следует определять с учетом эффекта депрессионного , уплотнения. Сопротивление сдвигу определяется через степень депрессионного уплотнения с использованием решений задач, полученных для пород различных инженерно-геологических классов (песков, глин различной естественной уплотненности, полускальных осадочных и метаморфических пород).
Расчет общей устойчивости обводненный откосов отличается от расчета устойчивости необводненных откосов необходимостью учета сил гидростатического взвешивания и гидродинамического давления. Суммарное влияние гидростатического взвешивания и гидродинамического давления на призму возможного обрушения проявляется как гидростатическое давление, распределенное по поверхности скольжения, нормальное к ней и изменяющее только нормальную составляющую. Уравнение равновесия с учетом давления воды, равного в каждой точке и высоты пьезометрического уровня над ней, приобретает вид. При расчете устойчивости без разделения сопротивления сдвигу на силы трения и сцепления в каждой точке поверхности скольжения величина удерживающего касательного напряжения принимается с паспорта прочности при нормальном напряжении, уменьшенном на величину гидростатического давления в этой точке.
Мероприятия по управлению долговременной устойчивостью откосов
Долгосрочное влияние современных карьеров на состояние массива определяет качественно новый облик задач по определению параметров карьеров для различных этапов освоения месторождений. Задача горной науки, по мнению акад. Н. В. Мельникова, заключается в создании методов управления сложными микротектоническими процессами: деформациями горных пород, режимом подземных вод и фильтрацией газов с тем, чтобы сделать разработку месторождений полезных ископаемых безопасной, производительной, экономичной и достигнуть наименьших потерь в недрах.
Обеспечение долговременной устойчивости бортов карьеров в песчано-глинистых и. полускальных породах должно базироваться на установлении взаимосвязей динамики горных работ и геомеханических процессов депрессионного уплотнения, снижения прочности и развития деформаций пород в карьерных откосах.
Разработка глубоких обводненных месторождений сопровождается формированием воронок депрессии с размерами, достигающими десятков километров. Влияние дренажа на улучшение условий устойчивости откосов принято оценивать по роли гидростатических и гидродинамических сил в общем балансе сил, действующих в пределах призмы оползания. При этом игнорируется механизм депрессионного уплотнения, характерной чертой которого является увеличение воспринимаемых минеральным скелетом напряжений (эффективных) за счет снижения исходного гидростатического давления при практически неизменной общей нагрузке.
Со снижением напоров водоносных горизонтов (на 50—100 м и более) связаны депрессионные осадки толщ песчано-глинистых и полускальных пород, достигавшие в ряде случаев нескольких метров. На процесс консолидации (упрочнения) бортовых массивов под действием депрессионных нагрузок «накладываются» реологические процессы снижения прочности и развития деформаций пород, влияние которых определяется сроком службы откосов. В соответствии с представлениями структурной механики грунтов деформирование глинистых пород обусловлено нарушением связей между минеральными частицами и переориентацией этих частиц в направлении сдвига. При действующем по вероятной поверхности скольжения сдвигающем напряжении, большем предельно длительного сопротивления сдвигу, происходит развитие микротрещин, снижается прочность пород и возникают незатухающие сдвиговые деформации (ползучесть). Структурно-механические представления могут быть использованы также при рассмотрении длительной прочности и сдвиговой ползучести мерзлых и полускальных пород.
Интенсивность перечисленных геомеханических процессов неразрывно связана с технологией открытых горных работ, которой и определяется динамика формирования бортов. Закономерности развития геомеханических процессов представляют интерес также для последующего использования нарушенных горными работами территорий с позиции оценки возможных деформаций бортов карьеров в конечных контурах.
При установлении конструкции и темпов формирования бортов карьеров следует использовать теоретические зависимости от времени t депрессионных осадок Sfl(t), степени депрессионного уплотнения породных слоев Ufl(t) при осушении карьерных полей, сопротивление сдвигу пород x(t) после формирования карьерных откосов.
Использование этих зависимостей позволяет: определять необходимое опережение во времени tn.B. водопонизительных работ и начальную прочность подвергающихся депрессионному уплотнению пород т = f[U(tnB.)]; - устанавливать допустимую скорость подвигания фронта горных работ г)ф =f[x(t)] при заданных геометрических параметрах рабочих уступов, исходя из уравнений длительной прочности и ползучести пород бортовых массивов; - принимать конструкцию нерабочих бортов с учетом зависимостей угла их наклона а от срока службы t„ откосов и глубины карьера Н (с помощью соотношений x=f(tH) U р = \/(а, Н, 8, гр); - определять параметры подпорных сооружений и искусственного упрочнения пород с учетом срока службы нерабочих бортов. Изменения во времени напряженно-деформированного состояния бортовых массивов определяются динамикой открытых горных работ, оцениваемой количественно через показатели скорости подвигания фронта щ и углубления горных работ иуг. Численные значения этих показателей изменяются в следующих примерных пределах:д)ф =100-800 м/год; г уг =5-50 м/год. Показатели щ и \ уг определяют срок службы рабочих уступов, момент постановки бортов в предельное положение и, соответственно, длительность стояния различных участков бортов (по глубине карьера).
Перспективным направлением повышения эффективности вскрышных работ на месторождениях с песчано-глинистыми и мело-мергельными покрывающими породами является максимальное использование сил гравитации в процессах отделения пород от массива. На карьерах силы гравитации в промышленном масштабе используются при отработке песчано-глинистых пород средствами гидромеханизации (при гидромониторном размыве). Определение прочности пород на сдвиг в массиве производится на момент достижения предельного равновесия по сформированной поверхности скольжения, а также путем расчета удерживающих и сдвигающих сил в пределах выделенных элементарных блоков и их разности по всей поверхности скольжения.
Оползневое тело разбивается на продольные и поперечные блоки с параметрами 1x1 м. Сдвигающие и удерживающие силы по блокам рассчитываются в программном пакете «UST», разработанном на кафедре геологии МГГУ, при этом вывод информации производится последовательно по блокам. В выводном файле представлены пять столбцов, в которых обозначаются соответственно: удерживающие и сдвигающие силы для каждого блока, разности этих сил для каждого блока, суммарное значение удерживающих и сдвигающих сил по всем блокам в профиле и разность этих значений. Общая площадь поверхности скольжения определяется по методике [46-48] в программном пакете Surfer.
Использование объемной задачи позволило уточнить значение Ст для нарушенных зон в суглинках МГОК, которое составило СорОД-ІО 1 МПа. Уточнено также значение угла внутреннего трения ф и установлено значительное его уменьшение по сравнению с его начальным значением для зон, нарушенных ложбинами стока (24 для ненарушенных зон и 12 для нарушенных).
