¶ Определение
Механизмы обрушения откосов представляют собой процессы, приводящие к потере устойчивости природных и искусственных склонов, сложенных скальными или полускальными породами.
¶ Основные типы обрушения
В международной практике существуют четыре основных механизма обрушения скальных откосов:
- Плоский сдвиг (Planar)
- Клиновидный вывал (Wedge)
- Опрокидывание блоков (Toppling)
- Круговое обрушение (Circular)
- Kамнепад (Rockfall)
¶ Плоское обрушение
Плоское обрушение происходит вдоль единичной плоской геологической структуры (трещины, разлома, слоистости), которая наклонена под углом меньшим, чем угол наклона поверхности откоса. Для возникновения плоского скольжения должны выполняться следующие условия:
- Плоскость, по которой происходит скольжение, должна простираться параллельно или почти параллельно (с отклонением не более нескольких градусов) относительно поверхности откоса.
- Плоскость обрушения должна "выходить" на поверхность откоса, то есть её угол падения должен быть меньше угла наклона откоса.
- Угол падения плоскости обрушения должен быть круче угла внутреннего трения породы на этой плоскости, если не существует избыточного давления грунтовых вод.
- В массиве должны присутствовать поверхности отрыва, которые оказывают незначительное сопротивление скольжению и определяют боковые границы обрушения.
¶ Клиновое обрушение
Клиновое обрушение представляет собой скольжение по линии пересечения двух геологических структур, где линия пересечения погружается под углом меньшим, чем угол наклона поверхности откоса. Условия для возникновения клинового обрушения:
- Две плоскости разрывных нарушений должны простираться косо относительно поверхности откоса.
- Линия пересечения должна "выходить" на поверхность откоса, то есть видимый угол падения откоса должен быть больше угла погружения линии пересечения.
- Угол погружения линии пересечения должен быть значительно больше угла трения, если не существует избыточного давления грунтовых вод.
¶ Опрокидывание
Опрокидывание включает вращение блоков или колонн породы вокруг некоторой фиксированной базы. Необходимым условием для опрокидывания является наличие тесно расположенных, круто падающих систем трещин, которые падают в направлении от поверхности откоса. Существуют различные типы опрокидывания, включая:
- Изгибное опрокидывание
- Блоковое опрокидывание
- Блоково-изгибное опрокидывание
¶ Круговое обрушение
Круговое обрушение обычно происходит в мягких материалах, таких как почвенный покров, сильно выветрелые породы или дробленые отходы. Обрушение происходит вдоль поверхности, форма которой приближается к круговой. В случае сильно выветрелых пород, почв или дробленых отходов четко выраженная структурна отсутсвует, и поверхность обрушения свободно находит линию наименьшего сопротивления через откос.
Круговое обрушение возникает, когда отдельные частицы в грунте или массиве горных пород очень малы по сравнению с размером откоса, и когда эти частицы не заблокированы в результате их формы. Таким образом, дробленая порода в большой отвальной насыпи будет вести себя как "грунт", и большие обрушения будут происходить по круговому механизму.
¶ Типы обрушений по ФНиП
В Российской практике используют нумерацию для тип обрушений в соотвествии с расчетными схемами в Таблице 2 Приложения 3 в ФНиП 439 - "Правила обеспечения устойчивости бортов и уступов карьеров, разрезов и откосов отвалов"
| № | Расчетная схема | Краткое описание | Условия применения |
|---|---|---|---|
| 1 |  |
Для реального откоса расчет должен выполняться путем последовательных приближений с использованием методов, приведенных в пунктах 7-9 настоящего Приложения. Допускается определять предельную высоту откоса при заданном угле погашения а по формуле: |
Отсутствие неблагоприятных поверхностей ослабления, либо поверхности ослабления направлены под углами: |
| 2 |  |
Расчет выполняется путем последовательных приближений с использованием методов, приведенных в пунктах 10-12 настоящего Приложения. | Отсутствие неблагоприятных поверхностей ослабления, породы с низкой несущей способностью |
| 3 |  |
Высота вертикального уступа: Ширина призмы возможного обрушения |
Отсутствие неблагоприятных поверхностей ослабления, либо поверхности ослабления направлены под углами: |
| 4 |  |
Высота вертикального уступа Ширина призмы возможного обрушения |
Неблагоприятное залегание поверхностей ослабления, направленных в сторону выработанного пространства при . Схема применяется при условии и |
| 5 |  |
Высота уступа Ширина призмы возможного обрушения |
Неблагоприятное залегание поверхностей ослабления, направленных в сторону выработанного пространства при и угле откоса |
| 6 |  |
Высота уступа Ширина призмы возможного обрушения |
Уступ сложен сильнотрещиноваты ми породами. Неблагоприятное залегание поверхностей ослабления, направленных в сторону выработанного пространства при и угле откоса |
| 7 |  |
Высота уступа Ширина призмы возможного обрушения |
Уступ, подсеченный двумя поверхностями ослабления |
| 8 |  |
Заоткоска по наслоению. Высота уступа: или Ширина призмы возможного обрушения \varepsilon = 45^\circ - \frac{\varphi'_n} |
Неблагоприятное залегание поверхностей ослабления, направленных в сторону выработанного пространства при и угле откоса |
| 9 |  |
Расчет выполняется путем последовательных приближений с использованием методов, приведенных в пунктах 10-12 настоящего Приложения. Частным случаем является откос, подсеченный нарушением. В этом случае поверхность скольжения в верхней части совпадает с нарушением. |
Наклонное и крутое залегание слоев с падением в сторону выработанного пространства при и |
| 10 |  |
Расчет выполняется путем последовательных приближений с использованием методов, приведенных в пунктах 10-12 настоящего Приложения. | Пологое залегание поверхностей ослабления при , |
| 11 |  |
Расчет выполняется путем последовательных приближений с использованием методов, приведенных в пунктах 10-12 настоящего Приложения. | Наличие слабого слоя, общее сопротивление сдвигу которого ниже, чем у вышезалегающих пород |
| 12 |  |
Расчет выполняется путем последовательных приближений с использованием методов, приведенных в пунктах 10-12 настоящего Приложения. | Мульдообразное залегание пород. |
| 13 |  |
Деформирование откоса путем изгиба слоев В качестве приближенного и грубого подхода допустимо введения в угол изотропного откоса () поправок () на основании графика (рисунок 4): Для более точной оценки необходимо проводить физическое или численное моделирование. |
Наличие крутопадающих поверхностей ослабления, направленных в массив (обратное падение) при . |
| 14 | Комбинация различных видов деформирования |
Расчет выполняется путем последовательных приближений с использованием методов, приведенных в пунктах 10-12 настоящего Приложения и/или с применением физического или численного моделирования | Г еолого-структурное строение отличается от схем 1-13 или представляет их комбинацию |
¶
- высота, м. и угол наклона, град, борта, уступа; - высота вертикального откоса; - глубина трещины отрыва, м; - сцепление в массиве, МПа (т/м2 ); - сцепление по поверхности ослабления, МПа (т/м2 ); - угол внутреннего трения массива; (- угол трения по поверхности ослабления, град.; - плотность горных пород, мН/м3 (т/м3 ); - угол сдвига по контакту слоев, град., - средняя интенсивность нормального напряжения по наиболее напряженному контакту; - прочность на одноосное растяжение, МПа (т/м2 ); - ширина призмы возможного обрушения; - угол наклона поверхности ослабления, град.; и - углы наклона поверхностей ослабления, град.; и - углы между поверхностями ослабления и простиранием уступа, град.; - угол наклона линии скрещения поверхностей ослабления, град.; - угол наклона линии скрещения поверхностей ослабления в плоскости, перпендикулярной плоскости откоса, град.; - угол излома поверхности скольжения в основании откоса, град.; - угол откоса в слоистом массиве, град; - угол откоса в изотропном массиве, град; - поправка к углу откоса, град. Знак минус при углах падения поверхностей ослабления () означает направление в сторону массива, без знака минус - в сторону выработанного пространства. Схемы 4-6, 8-9, 13 применимы при условии, если простирание поверхностей ослабления отличается от простирания поверхностей бортов и уступов карьеров, разрезов не более чем на 20 град.