The methods for analysis of strain-stress state of rocks on slip slope as well as the methods of study of engineering and geological properties of rocks that compose the slip slope are considered.


Область наук:

  • Науки про Землю та суміжні екологічні науки

  • Рік видавництва: 2010


    Журнал: Автомобільний транспорт


    Наукова стаття на тему 'Аналіз існуючих методів дослідження напружено-деформованого стану порід зсувного схилу'

    Текст наукової роботи на тему «Аналіз існуючих методів дослідження напружено-деформованого стану порід зсувного схилу»

    ?ЗАГАЛЬНІ ПИТАННЯ АВТОМОБІЛЬНОГО ТРАНСПОРТУ

    УДК 625.72

    АНАЛІЗ ІСНУЮЧИХ МЕТОДІВ ДОСЛІДЖЕННЯ НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ ПОРОД зсувного схилу

    Є.Б. Угненко, професор, д.т.н., О.Н. Тимченко, аспірант, ХНАДУ

    Розглянуто методи дослідження напружено-деформованого стану порід зсувного схилу, а також методи дослідження інженерно-геологічних властивостей порід, що складають зсувний схил.

    Ключові слова: напружено-деформований стан, зсувний схил, міцності і деформаційні властивості, геологічні властивості порід.

    АНАЛІЗ ІСНУЮЧІХ МЕТОДІВ ДОСЛІДЖЕННЯ напружено-ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ порід зсувонебезпечних Схили

    Є.Б. Угненко, професор, д.т.н., О.М. Тимченко, аспірант, ХНАДУ

    Анотація. Розглянуто методи дослідження напружено-деформованого стану порід зсувонебезпечних Схили, а такоже методи дослідження інженерно-геологічніх властівостей порід, Які складають зсувонебезпечних Схили.

    Ключові слова: напружено-деформованій стан, зсувонебезпечних Схили, міцні та деформаційні Властивості, геологічні властивості порід.

    ANALYSIS OF EXISTING METHODS OF STUDY OF STRAIN-STRESS STATE OF

    ROCKS ON SLIP SLOPE

    Ye. Ugnenko, Professor, Doctor of Technical Science, O. Tymchenko, Postgraduate

    student, KhNAHU

    Abstract. The methods for analysis of strain-stress state of rocks on slip slope as well as the methods of study of engineering and geological properties of rocks that compose the slip slope are considered.

    Key words: strain-stress state, slip slope, strength and deformational properties, geological properties of rocks.

    Вступ

    В даний час у зв'язку з інтенсивним народногосподарським освоєнням значних територій все більшого значення набувають інженерно-геологічні дослідження екзогенних геологічних процесів, серед яких особливе місце займають зсувні. Зсувні процеси є найпоширенішими і в той же час найбільш складними, тривалими і багатофакторним, що заподіюють народному

    господарству величезних збитків.

    В останні роки нагромаджено значний досвід проведення стаціонарних режимних досліджень зсувів. У той же час стаціонарне вивчення режиму зсувів залишається однією з найбільш важливих і важких проблем.

    аналіз публікацій

    Дослідження динаміки зсувів нерозривно пов'язане з вивченням напруженого стану порід зсувного схилу [1]. Характер розподілу напружень в масі-

    вах гірських порід повинен враховуватися і при характеристиці їх міцності і деформаційних властивостей. В даний час встановлено, що взаємовідношення напруг і зсувів залежить від геологічних властивостей порід [2]. Великий досвід вивчення природних напруг в скельних породах накопичений в гірничій справі як в нашій країні, так і за кордоном. Серед зарубіжних досліджень великий інтерес представляють роботи Н. Хаста (Швеція), А.Е. Шайдег-гера (США), А.В. Скеіптона (Англія), Л. Мюллера (Німеччина), П.М. Панюкова, Г.С. Золотарьова, Г.І. Тер-Степаняна, В.Д. Лом-Тадзіо (Росія).

    Мета і постановка задачі

    Мета роботи - проведення аналізу існуючих методів дослідження напружено-деформованого стану порід зсувного схилу, а також методів дослідження інженерно-геологічних властивостей порід, що складають зсувній схил. Отримані в результаті спостережень кількісні характеристики необхідні для обґрунтування та вибору рентабельних протизсувних заходів, а також для прогнозування зсувів. Такими характеристиками є дані про механізм і динаміку процесу, про інженерно-геологічних властивостей порід, що складають зсув, і зміні цих властивостей в залежності від впливу різних чинників, дані про зміну напруженого стану всередині зсувного масиву. Аналіз перерахованого вище разом з вивченням оползнеобразующіх факторів дозволяє зрозуміти сутність зсувного процесу, з'ясувати основні геологічні закономірності його розвитку.

    Методи вивчення напружено-деформованого стану порід зсувних схилів

    Метод повторної тріщиною зйомки є непрямим методом вивчення напружено-деформованого стану гірських порід на зсувній схилі. Характер і тип зсувних тріщин дозволяє говорити про розвиток різного роду напруг - стиснення, розтягування і зсуву. При повторному вивченні тріщин представляється можливим судити про розподіл напружень в схилі в часі на різних стадіях його розвитку.

    Електророзвідувальні методи засновані на залежності електричних властивостей порід від зміни напруженого стану масиву гірських порід. Основними факторами, що впливають на електропровідність зсувних порід, є склад, структурно-текстурні особливості та вологість. Гідрологічні умови повинні бути стабільними в часі, щоб можна було виявити вплив деформацій на електропровідність [1].

    Використання параметрів анізотропії дозволяє уникнути впливу гідрогеологічного фактора і розглядати величину і напрямок великої осі еліпса анізотропії з переважним орієнтуванням трещиноватости, т. Е. З розвитком зсувного процесу. При цьому можуть бути два варіанти дослідження: 1) визначення напряму зсувного процесу і оконтурювання зон стиснення і розтягування, 2) режимні спостереження за розвитком зсувного процесу.

    Е ^ Еу = f (Ф),

    де

    E = ^ Ф • Ф ШФ;

    AUу

    EY = ------- у-

    Ш,,

    (1)

    (2)

    Еф і Еу - азимутальная і радіальна складові напруженості електричного поля; ДЦ і ДЦ - різниці потенціалів, виміряні за допомогою прийомних ліній МИф і MN1; ф - азимут спостереження.

    Величина ступеня анізотропії К і коефіцієнт анізотропії X визначається за методикою Н.М. Варламова. Результати вимірювань величини К, середньоарифметичні значення рК, отримані в кожній точці, наносяться на план і будуються карти ізоом і параметра До.

    У другому випадку вимірювання виконуються за тією ж методикою в закріплених точках щодня або з певним інтервалом. У кожній точці режимних спостережень визначається середньоарифметична величина рк, ступінь анізотропії К і напрямок головних осей анізотропії.

    Результати режимних спостережень пропонується оформляти у вигляді наступних залежностей:

    Сірка / РКН = У ({); Ка / Кн = У ({) або

    ика / кн) = у (0 (3)

    де РКН і Кн - початкові значення вимірюваних параметрів; Сірка і Ка - поточні значення параметрів; t - календарне час в днях.

    Перевагою розглянутого методу електророзвідки є можливість фіксувати зміни, що відбуваються в породах на стадії підготовки до зміщення, а також виділити і оконтурити найбільш зсувонебезпечні ділянки, що неможливо зробити традиційними методами. Обмеження застосування методу пов'язано з тим, що результати спотворюються при пересіченому рельєф земної поверхні, при наявності неоднорідних за складом гірських порід, зім'ятих в складки, і через технічні перешкод, що збуджують електричні струми як на поверхні, так і в глибині.

    Методи дослідження інженерногеологіческіх властивостей порід, що складають зсувній схил

    При дослідженнях зсувів особлива увага приділяється породам, що складають зсувній схил, властивості яких є найважливішим фактором освіти зсувів. Методів дослідження інженерно-геологічних властивостей порід надається велике значення як нашими, так і зарубіжними вченими [2].

    Останнім часом широко застосовуються польові методи випробування порід. У горноскладчатих областях (Крим, Карпати) велика кількість великоуламкових включень в зсувних відкладеннях у багатьох випадках виключає застосування звичайних лабораторних методів для вивчення характеристик міцності і деформаційних властивостей порід. Стандартні лабораторні прилади використовуються тут для дослідження піщано-глинисті заповнювач, а при випробуваннях порід застосовуються великогабаритні прилади та спеціальні методики.

    Випробування методом випирання

    Метод заснований на Випирання призматичного блоку породи під дією горизонтального навантаження, прикладеної до його бічної вертикальній стінці, відокремленої від масиву прямокутної виїмкою і прорізами.

    Розмір вертикальної ступені 0,35-0,5 м, ширина призми 1,0-1,5 м. Висота стінки призми повинна не менше, ніж в 5 разів перевищувати розмір найбільш великих включень. Висота випирає масиву 0,8-1,0 м. Ширина прорізів, заповнених перемятих грунтом, 0,05-0,1 м.

    Після проходки шурфу і підготовки призми вертикально (по схилу) встановлюються нерухома і рухома стінки, між якими суворо горизонтально встановлюються домкрати з динамометрами. Горизонтальний тиск передається до тих пір, поки не відбудеться зрушення. Цей момент відповідає зсувних зусиль Qmax. Далі випробування триває до випирання призми по поверхні ковзання на величину 0,08-0,1 ширини призми, після чого фіксується зусилля Qmln.

    Після закінчення випробувань оголюється поверхню ковзання, в трьох площинах заміряються її координати і обчислюються середні значення. У разі, коли координати поверхні ковзання не вдається заміряти, форма її приймається як круглоціліндріческіх. На міліметрівці в обраному масштабі будується перетин зрушеною призми, яке розбивається на ряд блоків в залежності від розмірів і форми поверхні ковзання.

    Масу блоків g обчислюють за формулою

    & =

    Y 0 • f 1000

    (4)

    де у0 - середня щільність породи, кг / см3; f-площа блоку, см2.

    Умова граничної рівноваги має такий вигляд:

    р П П

    77 ZSn | cosan-ZSn | sina "=

    G i i

    РП

    = * §Ф (77 Z gn | sina n +

    G i

    П П

    + Z Sn | C0S an) + CZ ln, 1 + 1

    (5)

    де Р - зусилля зсуву, віднесене до даного Q • 1 см

    блоку і рівне тах -------; S - ширина приз-

    ми; G = g1 + g2 + ... + gn; г§ф - коефіцієнт

    внутрішнього тертя; С - питоме зчеплення; 1п - довжина дуги поверхні ковзання в межах блоку; а - кут нахилу блоку в градусах.

    Питоме зчеплення визначають за різницею зусиль зсуву Р і переміщення Р1

    П

    YO1п

    1

    (6)

    де Р =

    бШш ~ 1см 5

    АП1 = + С |

    Ат; = &Ф ^ Вт; + З | Рг,

    (8)

    де

    Ащ = Е ТЩ = (р1 + я1) • 8т а1 + (Р1 + Яі1) • 8т АП 1

    п п

    Вщ = Е Кх = (Р1 + Яі) • С08 а1 + ..................... (Рп1 + яп1) • С08 ап

    1

    Р1 і? 2 - площі поверхонь ковзання першого і другого ціликів; Рх - вертикальний тиск, що припадає на кожен відсік; gn - маса кожного відсіку.

    Шляхом підстановки знайденого значення С в рівняння рівноваги знаходять ґ? Ф.

    Випробування методом обвалення ціликів порід

    Метод заснований на послідовному обваленні декількох ціликів породи вертикально прикладеної навантаженням. Цілики є призми зі ставленням підстави призми до висоти не менше 1,5. Зазвичай застосовуються розміри призми

    0,4х0,4х0,8 м.

    На призму встановлюють штамп, потім домкрат, що впирається в горизонтальну раму. Обвалення кожної призми виробляють з фіксацією руйнівного навантаження. Після обвалення призми оголюється поверхню ковзання, координується і будується крива, призма розбивається на блоки і складається рівняння рівноваги [3].

    Для виділених перетинів першої і другої призм обвалення рівняння рівноваги мають такий вигляд:

    Е ТЩ = tgФЁ N1 + Е Т ";

    1 1 + 1

    т т т

    Е Т "= ЯФЁ ^ 2 + Е Т";.

    1 1 1 2

    (7)

    де п і т2 - відповідно число відсіків в 1-й і 2-й призмах обвалення; tgф - коефіцієнт внутрішнього тертя.

    Після підстановки діючих при обваленні зусиль умови граничної рівноваги кожної з призм представляється наступними рівняннями:

    Вирішуючи систему двох рівнянь, представлених умовами граничної рівноваги кожного обвалення циклу, отримують показники зсуву С і ф.

    висновки

    Вивчення геологічних властивостей порід становить великий інтерес для оцінки стійкості схилу і прогнозування зсувного процесу. Напружено-деформований стан порід, залучених в зсувний процес, змінюється під тривалим впливом напружень. Основними показниками механічних властивостей порід є значення деформаційних і міцнісних характеристик. Дані лабораторних досліджень геологічних властивостей порід екстраполюються на терміни, у багато разів перевищують тривалість випробувань.

    література

    1. Рудько Г. І. Інженерна геодинаміка За-

    падной України і Молдови: моногр. / Г. Рудько, В. Осіюк. - Львів :

    «МАКЛАУТ», 2007. - 808 с.

    2. Гулакян К.А. Інженерно-геологічне

    прогнозування екзогенних геологічних процесів / К.А. Гулакян, В.В. Зуєв // гідрогеолого., Інж. геологія: Огляд МГП «Геоінформмарк». - 1992. - Вип. 3. - С. 9-11.

    3. Золотарьов Г.С. Методика інженерно-гео-

    логічних досліджень / Г.С. Золотарьов. - М.: МГУ, 1990. - 384 с.

    Рецензент: В.І. Клименко, професор, к.т.н., ХНАДУ.

    Стаття надійшла до редакції 29 березня 2010 р.


    Ключові слова: напружено-деформований стан /зсувний схил /міцності і деформаційні властивості /геологічні властивості порід /напружено-деформованій стан /зсувонебезпечних Схили /міцні та деформаційні Властивості /геологічні властивості порід /strain-stress state /slip slope /strength and deformational properties /geological properties of rocks

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити