Абельсеитова С.К. Совершенствование методов расчета устойчивости карьерных откосов в анизотропном массиве

Подождите немного. Документ загружается.

Разработанная нами методика автоматизированного расчета «Расчет ус-

тойчивости откосов» [80, ] является компьютерной технологией моделиро-

вания массива горных пород и его напряженно-деформированного состояния

и используется как оперативное средство по оценке устойчивости карьерных

откосов в анизотропной среде. За основу взяты типовые расчетные схемы ус-

тойчивости откосов Р.П. Окатова [72] для трещиноватого массива и Ни-

заметдинова [52] для откосов, имеющих пликативную нарушенность.

Комплекс реализован с помощью пакета версии 5.0.

Выбор пакета Delphi продиктован несколькими причинами:

- программное обеспечение должно работать под управлением операци-

онной системы фирмы Microsoft: Windows 95/98, Windows NT и Windows

2000 поскольку на текущий момент - это самые популярные и доступные

операционные системы, используемые на рабочих станциях;

- приложение должно иметь современный графический интерфейс;

- разработка приложения должна быть максимально простой и вестись в

терминах прикладной области.

Всем этим требованиям удовлетворяет пакет который спроекти-

рован для разработки приложений под семейство операционной системы

генерирует оконные графические приложения, имеет богатую биб-

лиотеку готовых компонентов, а разработка ведется на объектно-

ориентированном расширении языка Pascal - Объектный Pascal.

Программа снабжена контекстно-чувствительным меню, изменяющимся

в зависимости от положения курсора. Результаты расчета могут быть распе-

чатаны непосредственно из программы или сохранены на диске в предлагае-

мом формате для дальнейшего использования. Принципиальная блок-схема

программы представлена на рисунке 5. Описание программы приведено в

приложении А.

Редактор, описывающий свойства откоса, расположен в левой части ре-

дактора задачи. Внешний вид редактора приведен на рисунке 6. В редактор

свойств откоса входит шесть полей куда вводятся следующие исходные дан-

ные:

- азимут простирания откоса (от 0 до 359°);

- угол наклона откоса (от 0 до 90°);

- высота откоса (от 0 до

- сцепление породы (от 20 до 60

- внутреннее трение в массиве (от 20 до 40°);

- плотность породы (от 1,5 до 3,5 т/м ).

Редактор, описывающий характер тектонических нарушений, является

намного более сложной компонентой, чем редактор свойств откоса. Это пре-

жде всего связанно с более сложной внутренней структурой понятия «текто-

ническое нарушение» откоса. Поскольку в задаче имеется два вида наруше-

ний, на экране пользователь видит два сорта страниц - страницы с описанием

трещин и страницы с описанием слоев. Редактор тектонических

нарушений расположен в правой части редактора данных (рисунок 6).

исходных

устойчивости

откосов

Обработка расчетных

Рисунок 5 - Принципиальная блок-схема программы.

Редактор

свойств

откоса

Светлана

тектонических

нарушений

Редактор

общих

свойств

задачи

Рисунок 6 - Внешний вид редактора задачи.

При редактировании пользователю доступны команды с

помощью которых он может:

- добавить трещину;

- добавить слой;

- удалить нарушение.

Переход и редактирование необходимого нарушения осуществляется с

помощью соответствующей закладки в верхней части редактора.

редактор трещин реализован в виде отдельных страниц, каждая из

которых представляет собой описание прочностных свойств одной трещины:

сцепление пород по трещине (от 1 до угол внутреннего трения (от

до

30°);

элементов залегания: азимут простирания трещины (от 0 до 359°),

угол наклона трещины (от 0 до 90°).

Редактор точек пликативного слоя служит для интерактивного измене-

ния описания кривой пликативного слоя. Исходными данными являются:

азимут простирания (от 0 до 359°); сцепление (от 1 до 18 угол внут-

реннего трения (от 10 до 30°), и координаты точек пликативной складки (пря-

моугольные или полярные), определяемые по данным съемки нарушения или

графически с геологических разрезов.

Редактор общих свойств задачи (рисунок 6) вызывается для редактиро-

вания данных не связанных напрямую с понятием откоса или его компонент,

в него вводятся данные оператора, производящего расчет, а также название

карьера, борта, горизонта и.т.д. устойчивость которого оценивается. Здесь же

указывается коэффициент запаса устойчивости, который необходимо ввести

в физико-механические свойства пород (глава таблица 2).

Далее в автоматическом режиме производится:

ориентирование нарушений по азимуту простирания трещины отно-

сительно простирания откоса уступа (в основу положена круговая диаграм-

ма);

выбор из общего количества нарушений наиболее опасно ориенти-

рованных к откосу нарушений и определение расчетных схем, согласно вы-

явленных границ их работоспособности;

построение кривой пликативного слоя, этом определяются его

характеристики: амплитуда, длина, средняя глубина и количество складок,

среднее отклонение изгиба от среднего угла наклона поверхности ослабле-

ния, генеральный угол наклона поверхности ослабления. По этим данным

производится оценка поверхности ослабления согласно разработанной

Ф.К. [74] классификации неровностей (шероховатостей) по-

верхностей ослабления горного массива таблица 10);

расчет устойчивости откоса уступа с веденными геометрическими

параметрами тектонических нарушений. В ходе оценки параметров устойчи-

вости откоса ведется текстовый содержащий подробную информа-

цию о ходе расчета и полученных результатах (рисунок 7);

выдается заключение о состоянии устойчивости данного откоса, ли-

бо о необходимости уточнения исходных данных.

Карьер С-В зор.544-556м

последнего 2001

Коэффициент

Свойства

наклона 75

откоса 30

породы б массиве : 54

Угол прения 27

Плотность породы В массиве 2,6

не включены в

Свойства пликаиивных складок:

Складка Сцепление

Складка 1 5 5 18

с запаса:

Сцепление породы

трения

породы в

22.5

2,6

складок

Складка Наклон Падение Направленность

Складка 1 пологий согласный продольный 15 0 4

Сл: 1 матрица применимости

ПЗ Сл: 1 матрица применимости

4 _

Схема

П1 Сл: 1

Высота

0,77 0,37 13,39

Делали

условие 1

складки)

Список схем

Схема

П1 Сл:

0.77

Высота

0,37

Рисунок 7 - Внешний вид редактора журнала расчета.

Журнал расчета сохраняется вместе с задачей и обновляется всякий раз,

при новом расчете устойчивости.

После завершения расчета пользователь может либо работать с

текстовой представленной в журнале либо с

интерактивной формой представления этого результата рисунок 8.

Результат представлен тремя компонентами - навигатором, списком

свойств и трехмерным Навигатор находится слева в окне

результата и служит для навигации по различным компонентам результата

(см. рисунок 8). Для удобства навигация выполняется с помощью иерархии -

дерева. Все данные компонуются в следующие описанные в таблице

15.

ид

Трехмерный

Рисунок 8 - Интерактивная форма результата.

Список свойств находится справа вверху (см. рисунок 8) и содержит

свойства выбранного объекта в навигаторе. Свойства динамически

изменяются в зависимости от типа выбранного объекта. Трехмерный

визуализатор находится под списком свойств (рисунок 8) и строит

визуальную модель выбранного в навигаторе объекта.

Таблица - Описание пиктограмм.

Наименова-

ние

Описание

Откос

Свойства откоса, заключение об устойчивости. В

случае если откос неустойчив или потенциально

неустойчив. Компонента содержит поддеревья

«Неустойчивые схемы» и «Потенциально

неустойчивые схемы».

Неустойчи-

вый откос

Список расчетных схем, значение коэффициента

устойчивости которых лежит в пределах от 0 до

Потенциаль-

но неустой-

чивый откос

Список расчетных схем, оценка коэффициента

устойчивости для которых программно, либо не-

возможна из-за арифметических исключений,

либо невозможна из-за отсутствия однозначного

алгоритма. Расчетные схемы, попавшие в эту ка-

тегорию должны анализироваться человеком.

Причина, по которой не был произведен одно-

значный расчет, указана в свойствах.

ные расчет-

ные схемы

Список расчетных схем, для которых расчет па-

раметров устойчивости был выполнен в соответ-

ствии с заложенным алгоритмом. В данный спи-

сок включаются как устойчивые расчетные

так и неустойчивые.

Отклоненные

расчетные

схемы

Список расчетных схем, которые были отклоне-

ны по тем или иным причинам. Это могло про-

изойти в результате несоответствия расчетной

схемы матрице применимости, либо из-за ариф-

метического исключения, возникшего в резуль-

тате расчета, либо по другим причинам. Причи-

на, по которой расчет был отклонен, указывается

в свойствах.

Обработан-

ные наруше-

ния

Список дефектов, включенный в расчет. Компо-

нента содержит подкомпоненты - «Трещины» и

слои».

Отклоненные

нарушения

Список дефектов, которые были исключены из

расчета. Причина, по которой дефект исключает-

ся из расчета, указана в свойствах. Компонента

содержит подкомпоненты - «Трещины» и «Пли-

кативные слои».

Трещина

Листовой компонент, описывающий нарушение

«Трещина»

Продолжение таблицы

Ал

слой

Расчетная

схема

Листовой компонент, описывающий нарушение

«Пликативный слой».

Листовой компонент, описывающий свойства

расчетной схемы.

3.3 Установление зависимостей коэффициента запаса устойчивости

от физико-механических свойств породных контактов

Целью данного анализа являлось установление зависимостей между ко-

эффициентом запаса устойчивости и прочностными характеристиками

родных контактов и горных пород, а также определение граничных интерва-

лов наибольшего их влияния на механизм деформирования горного массива

сложенного трещиноватыми и слоистыми породами.

3.3.1 коэффициента запаса устойчивости

трещиноватого откоса от прочностных характеристик

породных контактов и горных пород

Проведем исследования влияния величин прочностных характеристик

породных контактов на степень устойчивости карьерных откосов при обру-

шении их в виде породных блоков или призм. Величины прочностных харак-

теристик породных контактов, изменялись в пределах: сцепление k =

угол трения горных пород: сцепление k =20-60 , угол

внутреннего трения плотность 2,0-3,5 т/м , что согласуется с

раннее проведенными исследованиями (главы 1-2). Геометрические парамет-

ры карьерных откосов изменялись дифференцированно, исходя из условий

той или иной расчетной схемы [82].

При определении влияния значений сцепления по контактам пород на

устойчивость анизотропных откосов

условиях всех расчетных

схем выявлено закономерное повышение коэффициента устойчивости с уве-

личением значений сцепления (рисунок 9). Для всех расчетных схем, кроме

схемы II, характерным является линейный тип аппроксимирующей кривой,

при этом надежность определения сцепления по контактам пород должна

быть в пределах от 10 для схемы II до 1 для схемы 1, что соот-

ветствует предельному отклонению коэффициента устойчивости откоса

см. таблицу 16.

Влияние значений сцепления горных пород на устойчивость анизотроп-

ных

откосов

k для

расчетных схем

II, III и VI, где по-

родная призма обрушается как по трещине, так и по массиву. При этом надо

1 4 5 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6

схема

3 4

схема

1 2

схема

6 6

Рисунок 9 - Графики зависимости коэффициента запаса устойчивости от значений сцепления по трещине.

Таблица - Зависимость коэффициента запаса устойчивости откоса от прочностных характеристик трещин и пород.

Номер

схемы

Схема

Тип обрушения

Откос обрушается

в виде породного

клина по наклон-

ной или пологой

согласнопадающей

поверхности ос-

лабления

Откос обрушается

в виде породной

призмы в верхней

части по крутопа-

дающей поверхно-

сти скольжения

продольного

гласнопадающего

залегания и в ниж-

ней части по мас-

сиву

Исследуемая

величина

Сцепление

по трещине

Угол внутреннего

трения по трещине

градус

Плотность породы

т/м

Сцепление

по трещине

Сцепление

по массиву

Угол внутреннего

трения по трещине

, градус

Угол внутреннего

трения по массиву р,

градус

Уравнение функции

0,004

0,008

Величи-

на

дос-

товер-

ности

аппрок-

симации

0,977

0,979

1,000

0,998

0,999

Тип аппрокси-

мирующей кри-

вой

линейная

степенная

линейная

полиномиаль-

ная

2 степени

полиномиаль-

ная

2 степени

Измене-

ние

при изме-

нении ве-

личины

на 1

зна-

чение, %

8,8

1,3

1,7

3,2

12,0

2,8

0,5