RU2684543C1 - Способ определения устойчивости бортов карьеров, отвалов и сооружений из мёрзлых пород - Google Patents
Способ определения устойчивости бортов карьеров, отвалов и сооружений из мёрзлых пород Download PDFInfo
- Publication number
- RU2684543C1 RU2684543C1 RU2018100815A RU2018100815A RU2684543C1 RU 2684543 C1 RU2684543 C1 RU 2684543C1 RU 2018100815 A RU2018100815 A RU 2018100815A RU 2018100815 A RU2018100815 A RU 2018100815A RU 2684543 C1 RU2684543 C1 RU 2684543C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rocks
- stability
- changes
- properties
- observation
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000010276 construction Methods 0.000 title description 4
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims abstract description 34
- 238000009533 lab test Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims abstract 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 4
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 claims description 2
- 238000005065 mining Methods 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 5
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 244000309464 bull Species 0.000 description 2
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000518 rheometry Methods 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
- E02D1/00—Investigation of foundation soil in situ
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Soil Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Paleontology (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Pit Excavations, Shoring, Fill Or Stabilisation Of Slopes (AREA)
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для контроля устойчивости бортов карьеров, отвалов и различных насыпных сооружений из мерзлых пород. Способ оценки устойчивости бортов карьеров, отвалов и насыпных сооружений из мерзлых пород включает разбивку наблюдаемого объекта на блоки, расчет его устойчивости с определением зоны возможного обрушения, отбор образцов слагающих объект наблюдения горных пород и их лабораторные испытания, наблюдение за изменениями свойств этих пород в местах наиболее вероятного обрушения при помощи датчиков и сравнение их с заданными критическими величинами, определенными по результатам испытаний. Проводят непрерывные измерения температуры горных пород внутри объекта наблюдения в тех же точках, где производился отбор образцов для испытаний, и осуществляют расчет текущего коэффициента запаса устойчивости с учетом изменения свойств горных пород, слагающих наблюдаемый объект, в зависимости от их температуры на основании данных, полученных ранее в ходе лабораторных испытаний данных образцов. Технический результат состоит в повышении надежности оценки устойчивости данных объектов, обеспечении прогнозирования изменения их состояния и долговечности, что является актуальной задачей, особенно в районах распространения вечной мерзлоты. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для контроля устойчивости бортов карьеров, отвалов и различных насыпных сооружений из мерзлых пород, например, дамб.
Известно, что контроль состояния насыпных сооружений, особенно в гидротехнике является очень важной задачей. Фиксация изменений, происходящих внутри массивов позволяет предотвратить их разрушение и другие негативные последствия.
Известен «Способ мониторинга безопасности грунтовых плотин» (RU 2393290, Опубликовано: 27.06.2010 Бюл. №18), который включает установку базовых свай и регистрацию смещений грунта. Для этого между сваями натягивают трос и заключают его в хрупкую известково-цементную облицовку-шлейф, тесно связанную с поверхностью грунта откоса плотины. Регистрацию смещений грунта проводят по изменению длины троса с помощью светозвуковой сигнализации, причем место смещений грунта устанавливают по трещинам, возникающим на облицовке. Изобретение позволяет вести непрерывный мониторинг безопасности грунтовых плотин откосов карьеров.
Недостатком данного способа является, то что он регистрирует уже произошедшие изменения, когда процессы, происходящие в теле насыпного сооружения, привели к изменению его геометрии.
Известен так же «Способ контроля устойчивости бортов карьера» (SU 1209858, опубликовано 07.02.1986 г., Бюл. №5), при котором в крест простирания борта устанавливают рабочие репера. При помощи светодальномера и теодолита определяют смещения рабочих реперов относительно опорного репера, который привязывают к геодезической сети. По ним определяют деформации борта карьера. Лабораторными испытаниями образцов горных пород, слагающих борт карьера, определяют критические деформации. Деформации борта карьера сравнивают с заданными критическими деформациями. Одновременно специальным акселерометром измеряют ускорения деформаций, определяют знаки ускорений. Сопоставляют знаки ускорений с величиной деформации борта. При этом, если деформации превысили или сравнялись с критическими, а ускорение положительно, то борт пришел в неустойчивое состояние, грозящее разрушением. В противном случае борт устойчив.
Данный способ прост и универсален для любых объектов, но в случае если для создания насыпного сооружения используются мерзлые породы он не пригоден, так как с изменениями температуры внутри массива меняются свойства пород, а, следовательно, устойчивость сооружения или борта карьера. (Цитович Н.А., Механика мерзлых грунтов, Учебное пособие, М. Высшая школа, 1973 г., стр. 161-168).
Кроме того, он позволяет фиксировать изменения происходящие в массиве сооружения только после того, как они достигли его поверхности и процесс разрушения уже начался. Даже если процесс разрушения массива обнаружен в самом его начале, не всегда удается избежать обрушений бортов карьера или полного разрушения насыпей. Особенно это опасно в случае гидротехнических сооружений.
Для случая использования для строительства насыпных сооружений мерзлых пород или на карьерах, расположенных в северных районах применим «Метод обследования состояния геомассивов, например, склонов и откосов, подверженных оползневым явлениям» (RU 2130527, опубликовано: 20.05.1999). Сущность данного способа заключается в зондировании массивов горных пород на заданных глубинах, определении прочности, порового давления и однородности инженерно-геологических элементов, в том числе ослабленных зон, с последующим выбором поверхности скольжения и расчетом коэффициента запаса устойчивости, при этом обследование массива проводят циклами, для каждого цикла дополнительно измеряют температуру обследуемого массива, по результатам измерений циклов выполняют построение геополей, используя принцип суперпозиции, определяют поверхности скольжения и рассчитывают статистические оценки прочности, порового давления однородности и температуры.
Учет температуры внутренних зон сооружения позволяет более точно определять состояние наблюдаемого массива и прогнозировать возможные изменения его устойчивости. Данное техническое решение рассматривается авторами в качестве аналога.
Недостатками данного технического решения является необходимость регулярных обследований и связанные с этим большие объемы буровых работ, испытаний отобранных образцов и расчетов, что весьма затратно. Кроме того, регулярные обследования не гарантируют, что происходящие в массиве процессы будут обнаружены вовремя и не приведут к возникновению аварийной ситуации.
Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому результату является метод гидрогеомеханического обеспечения формирования отвальных сооружений из водонасыщенных пород («Гидрогеомеханическое обеспечение формирования отвальных сооружений из водонасыщенных пород», И.В. Пелагеин, аспирант кафедры геологии МГГУ, журнал «Горная промышленность», №1 (95) 2011, стр. 58).
Согласно данному методу состояние откосных сооружений непрерывно контролируется комплексным зондированием при откосных зонах и данными стационарных датчиков-пьезодинамометров, заложенных по расчетным профилям в теле и основании дамбы на различных этапах формирования массива (сооружения). Текущий коэффициент запаса устойчивости дамб определяют в зависимости от площади эпюры давления воды путем снятия с пьезодинамометров показаний, приводимых к вероятной поверхности скольжения. Данное техническое решение рассматривается авторами в качестве прототипа.
Данный метод позволяет постоянно отслеживать изменения состояния насыпного сооружения в зонах наиболее вероятного развития обрушения, что позволяет оперативно принимать решения относительно его эксплуатации, например, повышении высоты отсыпаемой дамбы.
Недостатком данного метода является невозможность его использования в условиях вечной мерзлоты или при отсыпке сооружений или отвалов из мерзлых пород, так как в данном случае поровое давление воды отсутствует.
Технический результат предлагаемого изобретения состоит в повышении надежности оценки устойчивости насыпных сооружений, бортов карьеров и отвалов из мерзлых пород, прогнозировании изменения их состояния и долговечности.
Технический результат достигается за счет того, что после формирования борта карьера, отсыпки отвала или другого сооружения из мерзлых пород производят разбивку наблюдаемого объекта на блоки, расчет его устойчивости с определением зоны возможного обрушения, отбор образцов слагающих объект наблюдения горных пород и их лабораторные испытания, наблюдение за изменениями свойств этих пород в местах наиболее вероятного обрушения при помощи датчиков и сравнением их с заданными критическими величинами определенными по результатам испытаний, так же проводят непрерывные измерения температуры горных пород внутри объекта наблюдения в тех же точках где производился отбор образцов для испытаний и осуществляют расчет текущего коэффициента запаса устойчивости с учетом изменения свойств горных пород слагающих наблюдаемый объект в зависимости от их температуры на основании данных полученных ранее в ходе лабораторных испытаний данных образцов.
Кроме того, наблюдения за изменениями их свойств производят в нескольких точках зоны возможного обрушения одного сечения для каждого блока, выше, ниже и на уровне вероятной поверхности скольжения, с последующим их усреднением, а решение об устойчивости объекта принимают на основании динамики изменения получаемых данных.
Осуществление предлагаемого способа показано на Фиг. 1 и Фиг. 2.
После формирования борта карьера в условиях вечной мерзлоты, отсыпки отвала или другого насыпного сооружения, например, дамбы, из мерзлых пород 1 производят теоретический расчет зоны наиболее вероятного обрушения 2. Определение ее границ может быть осуществлено различными способами, например, методом касательных напряжений (метод Г.Л. Фисенко).
Для каждого из блоков 3 по которым производился расчет строят разрез и определяют места установки датчиков 4. В данных местах осуществляют отбор проб и их последующие лабораторные испытания.
Отбор проб производят путем колонкового бурения с целью получения максимально представительного материала. Попутно уточняется положение поверхности скольжения 5. Кроме того на основании проведенных испытаний отобранных образцов строятся графики зависимости между высотой плоского откоса и его углом, а так же графики определения ширины призмы возможного обрушения (по ВНИМИ) (A.M. Гальперин, "Геомеханика открытых горных работ", М, издательство Московского государственного горного университета, 2003 г., стр. 183-184) позволяющие определить безопасные параметры откосов и насыпей в зависимости от утла внутреннего трения ϕв, который для мерзлых пород напрямую зависит от температуры (Цитович Н.А., Механика мерзлых грунтов, учебное пособие, М, "Высшая школа", 1973 стр. 161-168, 177-185).
Для того чтобы повысить достоверность измерений датчики устанавливают группами не меньше 3-х штук, выше, ниже и на расчетном профиле поверхности скольжения 5. Каждую группу датчиков соединяют со станцией сбора и передачи информации 6. Станции могут быть связаны с центрами обработки и хранения информации (не показаны) как по проводной, так и по беспроводным каналам связи.
Так как наблюдение за состоянием породного массива ведется непрерывно, то получаемые данные дают не только возможность сравнения фактических и полученных при отборе образцов данных о состоянии горных пород, но и отражают динамику изменения их свойств, что позволяет строить прогнозы относительно прогнозировании изменения их состояния и долговечности. Так же возможно использование полученных данных для их реконструкции (увеличении высоты сооружения или изменении углов его откоса) или принятия решений при возникновении аварийных ситуаций.
Возможность осуществление предлагаемого способа подтверждается экспериментальными исследованиями свойств различных горных пород в мерзлом и не мерзлом состоянии.
Так, например, свойства покровной глины при различных температурах приведены в работе Цитович Н.А., Механика мерзлых грунтов, учебное пособие, М, "Высшая школа", стр. 163, таб. 17. Так при ее рассмотрении видно, что при прочих равных условиях угол внутреннего трения ϕв растет при уменьшении температуры.
Так же в работе Вялов С.С. Реология мерзлых грунтов / Под редакцией В.Н. Разбегина. М.; Стройиздат 2000, Стр. 415, указано, что для мерзлой супеси при t - 10 С° величина угла ϕв составила 40,5°, а для того же грунта в талом состоянии, значение ϕв примерно равно 30°.
Используя графики зависимости параметров борта карьера, отвала или другого насыпного сооружения от значения угла ϕв при заданном значении коэффициента запаса устойчивости можно предсказать возникновении аварийной ситуации и принять меры к ее недопущению. Примером таких графиков является график зависимости между высотой плоского откоса 7 и его углом 8 для различных значений расчетных характеристик (по ВНИМИ) приведенный в работе A.M. Гальперин, "Геомеханика открытых горных работ", М, издательство Московского государственного горного университета, 2003 г., стр. 183 (Фиг. 3)
Из анализа данного графика очевидно, что безопасная высота сооружения при одинаковых углах его откоса, но разной температуре слагающих его горных пород будет различна. Сопоставляя данные лабораторных испытаний образцов горных пород полученных перед установкой датчиков с их показаниями, можно вести расчет текущего коэффициента запаса устойчивости в режиме реального времени и принять решение об изменении параметров сооружения или иных мер предотвращения аварийной ситуации.
Таким образом, все признаки, характеризующие предлагаемый способ, необходимы и достаточны для его осуществления и достижения заявляемого технического результата.
Claims (2)
1. Способ оценки устойчивости бортов карьеров, отвалов и насыпных сооружений из мерзлых пород, включающий разбивку наблюдаемого объекта на блоки, расчет его устойчивости с определением зоны возможного обрушения, отбор образцов слагающих объект наблюдения горных пород и их лабораторные испытания, наблюдение за изменениями свойств этих пород в местах наиболее вероятного обрушения при помощи датчиков и сравнение их с заданными критическими величинами, определенными по результатам испытаний, отличающийся тем, что проводят непрерывные измерения температуры горных пород внутри объекта наблюдения в тех же точках, где производился отбор образцов для испытаний, и осуществляют расчет текущего коэффициента запаса устойчивости с учетом изменения свойств горных пород, слагающих наблюдаемый объект, в зависимости от их температуры на основании данных, полученных ранее в ходе лабораторных испытаний данных образцов.
2. Способ по п. 1 отличающийся тем, что наблюдения за изменениями их свойств производят в нескольких точках зоны возможного обрушения одного сечения для каждого блока - выше, ниже и на уровне вероятной поверхности скольжения - с последующим их усреднением, а решение об устойчивости объекта принимают на основании динамики изменения получаемых данных.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018100815A RU2684543C1 (ru) | 2018-01-11 | 2018-01-11 | Способ определения устойчивости бортов карьеров, отвалов и сооружений из мёрзлых пород |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018100815A RU2684543C1 (ru) | 2018-01-11 | 2018-01-11 | Способ определения устойчивости бортов карьеров, отвалов и сооружений из мёрзлых пород |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2684543C1 true RU2684543C1 (ru) | 2019-04-09 |
Family
ID=66089883
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018100815A RU2684543C1 (ru) | 2018-01-11 | 2018-01-11 | Способ определения устойчивости бортов карьеров, отвалов и сооружений из мёрзлых пород |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2684543C1 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1209858A1 (ru) * | 1983-09-13 | 1986-02-07 | Московский Ордена Трудового Красного Знамени Горный Институт | Способ контрол устойчивости бортов карьера |
SU1671770A1 (ru) * | 1989-03-21 | 1991-08-23 | Государственный научно-исследовательский институт горнохимического сырья | Способ натурного определени параметров сопротивлени сдвигу пород в массиве |
RU2130527C1 (ru) * | 1998-10-20 | 1999-05-20 | Беда Владимир Иванович | Способ обследования геомассивов, подверженных оползневым явлениям |
RU2271002C1 (ru) * | 2004-08-13 | 2006-02-27 | ГОУ ВПО Дальневосточный государственный университет путей сообщения МПС России (ДВГУПС) | Способ диагностики несущей способности грунтов |
RU2348930C1 (ru) * | 2007-06-05 | 2009-03-10 | ГОУ ВПО Дальневосточный государственный университет путей сообщения (ДВГУПС) | Способ диагностики несущей способности грунтов технической системы |
RU2361208C1 (ru) * | 2007-12-17 | 2009-07-10 | ГОУ ВПО Дальневосточный государственный университет путей сообщения (ДВГУПС) | Способ диагностики несущей способности грунтов |
-
2018
- 2018-01-11 RU RU2018100815A patent/RU2684543C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1209858A1 (ru) * | 1983-09-13 | 1986-02-07 | Московский Ордена Трудового Красного Знамени Горный Институт | Способ контрол устойчивости бортов карьера |
SU1671770A1 (ru) * | 1989-03-21 | 1991-08-23 | Государственный научно-исследовательский институт горнохимического сырья | Способ натурного определени параметров сопротивлени сдвигу пород в массиве |
RU2130527C1 (ru) * | 1998-10-20 | 1999-05-20 | Беда Владимир Иванович | Способ обследования геомассивов, подверженных оползневым явлениям |
RU2271002C1 (ru) * | 2004-08-13 | 2006-02-27 | ГОУ ВПО Дальневосточный государственный университет путей сообщения МПС России (ДВГУПС) | Способ диагностики несущей способности грунтов |
RU2348930C1 (ru) * | 2007-06-05 | 2009-03-10 | ГОУ ВПО Дальневосточный государственный университет путей сообщения (ДВГУПС) | Способ диагностики несущей способности грунтов технической системы |
RU2361208C1 (ru) * | 2007-12-17 | 2009-07-10 | ГОУ ВПО Дальневосточный государственный университет путей сообщения (ДВГУПС) | Способ диагностики несущей способности грунтов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9829352B2 (en) | Distribution measurement system for pressure, temperature, strain of material, monitoring method for carbon dioxide geological sequestration, assessing method for impact of carbon dioxide injection on integrity of strata, and monitoring method for freezing using same | |
Troncone et al. | Prediction of rainfall-induced landslide movements in the presence of stabilizing piles | |
Armand et al. | Short-and long-term behaviors of drifts in the Callovo-Oxfordian claystone at the Meuse/Haute-Marne Underground Research Laboratory | |
Cheung et al. | Field monitoring and research on performance of the Confederation Bridge | |
RU2580316C1 (ru) | Способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах | |
RU2378457C1 (ru) | Способ мониторинга здания, находящегося под действием возмущений от смещения его фундамента | |
Mohamad et al. | Characterizing anomalies in distributed strain measurements of cast-in-situ bored piles | |
Choo et al. | Application of the dilatometer test for estimating undrained shear strength of Busan New Port clay | |
Hatami et al. | Laboratory performance of reduced-scale reinforced embankments at different moisture contents | |
JP2015145592A (ja) | 地盤状態監視システムおよび地盤状態監視方法 | |
RU2743547C1 (ru) | Способ мониторинга состояния многолетнемерзлых грунтов, служащих основанием для зданий и сооружений, и устройство для его осуществления | |
RU2684543C1 (ru) | Способ определения устойчивости бортов карьеров, отвалов и сооружений из мёрзлых пород | |
Rabaiotti et al. | In situ testing of barrette foundations for a high retaining wall in molasse rock | |
CN106436785B (zh) | 边坡抢险反压逆作施工方法及其结构 | |
Tamate et al. | Monitoring shear strain in shallow subsurface using mini pipe strain meter for detecting potential threat of slope failure | |
Putra et al. | Development of slope deformation monitoring system based on tilt sensors with low-power wide area network technology and its application | |
RU2130527C1 (ru) | Способ обследования геомассивов, подверженных оползневым явлениям | |
Smith et al. | Listening for landslides: method, measurements and the Peace River case study | |
Mathur et al. | Instrumentation of concrete dams | |
Guilloteau et al. | Long-term behaviour of EDF dams regarding concrete swelling structures | |
Saplachidi et al. | Comparison Of Actual Ground Settlements In Tunnelling Excavation To Model Predictions | |
Geirnaert et al. | Innovative free fall sediment profiler for preparing and evaluating dredging works and determining the nautical depth | |
Kudruavtsev et al. | Monitoring and protection of the foundations of buildings of dangerous production plants on seasonally heaving ground | |
Abu-Farsakh et al. | Evaluating deformation modulus of cohesive soils from piezocone penetration test for consolidation settlement | |
Bo et al. | Analyses and Performance Assessment |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200112 |