Don-stroitel.ru

Все о ремонте
11 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Угол естественного откоса отвала

Угол естественного откоса — Angle of repose

Файл: Sandpile Matemateca 22.webm

Воспроизвести медиа

Угол естественного откоса , или критический углом естественного откоса , из гранулированного материала является крутым углом спуска или погружений по отношению к горизонтальной плоскости , в которой материал может быть свалил растекание. Под этим углом материал на грани откоса находится на грани скольжения. Угол естественного откоса может составлять от 0 ° до 90 °. Морфология материала влияет на угол естественного откоса; гладкие округлые песчинки не могут быть сложены так круто, как грубые, взаимосвязанные пески. На угол естественного откоса также могут повлиять добавки растворителей. Если небольшое количество воды способно заполнить промежутки между частицами, электростатическое притяжение воды к минеральным поверхностям увеличит угол естественного откоса и связанные с этим величины, такие как прочность почвы .

Когда сыпучие сыпучие материалы насыпают на горизонтальную поверхность, образуется коническая куча. Внутренний угол между поверхностью сваи и горизонтальной поверхностью известен как угол естественного откоса и связан с плотностью , площадью поверхности и формой частиц, а также коэффициентом трения материала. Материал с низким углом естественного откоса образует более плоские груды, чем материал с большим углом естественного откоса.

Этот термин также используется в механике , где он относится к максимальному углу, под которым объект может упираться в наклонную плоскость без скольжения вниз. Этот угол равен арктангенс от коэффициента статического трения μ s между поверхностями.

СОДЕРЖАНИЕ

  • 2.1 Методы определения угла естественного откоса

Применение теории

Угол естественного откоса иногда используется при проектировании оборудования для обработки твердых частиц. Например, его можно использовать для проектирования подходящего бункера или силоса для хранения материала или для определения размера конвейерной ленты для транспортировки материала. Его также можно использовать для определения вероятности обрушения откоса (например, отвала или насыпи неуплотненного гравия); осыпи склона происходит от угла естественного откоса и представляет собой крутой склон куча сыпучего материала будет принимать. Этот угол естественного откоса также имеет решающее значение для правильного расчета устойчивости сосудов.

Он также часто используется альпинистами как фактор при анализе лавинной опасности в горных районах.

Измерение

Существует множество методов измерения угла естественного откоса, каждый из которых дает несколько разные результаты. Результаты также чувствительны к точной методологии экспериментатора. В результате данные из разных лабораторий не всегда сопоставимы. Один метод — это испытание на трехосный сдвиг , другой — испытание на прямой сдвиг .

Если коэффициент статического трения материала известен, то хорошее приближение угла естественного откоса можно получить с помощью следующей функции. Эта функция в некоторой степени точна для стопок, в которых отдельные объекты в стопке крохотные и сложены в случайном порядке.

где μ s — коэффициент статического трения, θ — угол естественного откоса.

Методы определения угла естественного откоса

Измеренный угол естественного откоса может варьироваться в зависимости от используемого метода.

Метод опрокидывания коробки

Этот метод подходит для мелкозернистых несвязных материалов с индивидуальным размером частиц менее 10 мм. Материал помещают в коробку с прозрачной стороной для наблюдения за гранулированным исследуемым материалом. Изначально он должен быть ровным и параллельным основанию коробки. Ящик медленно наклоняют до тех пор, пока материал не начнет сдвигаться в большом количестве, и измеряют угол наклона.

Метод фиксированной воронки

Материал переливается через воронку, образуя конус. Кончик воронки следует держать близко к растущему конусу и медленно поднимать по мере роста ворса, чтобы свести к минимуму воздействие падающих частиц. Прекратите заливку материала, когда ворс достигнет заданной высоты, а основание — заданной ширины. Вместо того, чтобы пытаться измерить угол полученного конуса напрямую, разделите высоту на половину ширины основания конуса. Обратный тангенс этого отношения — угол естественного откоса.

Метод вращающегося цилиндра

Материал помещается в цилиндр, по крайней мере, с одним прозрачным концом. Цилиндр вращается с фиксированной скоростью, и наблюдатель наблюдает за движением материала внутри вращающегося цилиндра. Эффект похож на наблюдение за тем, как одежда перекатывается в медленно вращающейся сушилке для белья. Гранулированный материал будет принимать определенный угол, когда он течет во вращающемся цилиндре. Этот метод рекомендуется для получения динамического угла естественного откоса и может отличаться от статического угла естественного откоса, измеренного другими методами.

Из различных материалов

Вот список различных материалов и их угол естественного откоса. Все размеры приблизительны.

Материал (состояние)Угол естественного откоса (градусы)
Пепел40 °
Асфальт (дробленый)30–45 °
Кора (древесные отходы)45 °
Отруби30–45 °
Мел45 °
Глина (сухой ком)25–40 °
Глина (мокрая выемка)15 °
Семена клевера28 °
Кокосовый орех (тертый)45 °
Кофе в зернах (свежий)35–45 °
Земля30–45 °
Мука (кукуруза)30–40 °
Мука (пшеничная)45 °
Гранит35–40 °
Гравий ( щебень )45 °
Гравий (натуральный с песком)25–30 °
Солод30–45 °
Песок (сухой)34 °
Песок (заполненный водой)15–30 °
Песок (мокрый)45 °
Снег38 °
Мочевина (гранулированная)27 °
Пшеница27 °
Читайте так же:
Откос траншеи это отношение

С разными опорами

Различные опоры изменят форму сваи (на рисунках ниже кучи песка), хотя углы естественного откоса остаются прежними.

Файл: Sandpile Matemateca (1) .webm

Воспроизвести медиа

Файл: Sandpile Matemateca (2) .webm

Воспроизвести медиа

Файл: Sandpile Matemateca (4) .webm

Воспроизвести медиа

Файл: Sandpile Matemateca (5) .webm

Воспроизвести медиа

Песчаная куча Математека 06.jpg

Песчаная куча Matemateca 11.jpg

Эксплуатация личинками муравьиных львов и червоточин (Vermileonidae)

Личинки муравьиных львов и неродственных червоточин Vermileonidae ловят мелких насекомых, таких как муравьи, выкапывая конические ямы в рыхлом песке, так что наклон стен фактически составляет критический угол естественного откоса для песка. Они достигают этого, выбрасывая рыхлый песок из ямы и позволяя песку осесть под критическим углом естественного откоса, когда он падает обратно. Таким образом, когда маленькое насекомое, обычно муравей, совершает грубую ошибку в яме, его вес заставляет песок осыпаться под ним, притягивая жертву к центру, где хищник, выкопавший яму, поджидает под тонким слоем рыхлого песка. Личинка помогает этому процессу, энергично выбивая песок из центра ямы, когда обнаруживает нарушение. Это подрывает стенки ямы и заставляет их обрушиться к центру. Песок, который бросает личинка, также забрасывает добычу таким количеством рыхлого катящегося материала, что она не может закрепиться на более легких склонах, которые возникли при первоначальном обрушении склона. Комбинированный эффект заключается в том, что добыча оказывается в пределах досягаемости личинки, которая затем может вводить яд и пищеварительную жидкость.

Смотрите также

Угол естественного откоса играет важную роль в нескольких областях техники и науки, в том числе:

Статьи

Наиболее распространенным видом техногенных массивов в горнодобывающей промышленности являются отвалы вскрышных пород. Отвалы являются типичным продуктом техногенеза в горном деле, и их породы претерпевают изменения, подобные природным геологическим процессам литогенеза. Однако отличительной их особенностью от природных процессов является мгновенная (с геологических позиций) скорость протекания.

Основными требованиями, предъявляемыми к отвалам, являются: достаточная вместимость при незначительных размерах занимаемых земельных площадей, минимальное расстояние от мест погрузки породы (вскрышных забоев), расположение на безрудных (безугольных) площадях для постоянных отвалов, отсутствие помех развитию горных работ при обязательном обеспечении производственной и экологической безопасности.

К наиболее характерным инженерно-геологическим особенностям пород отвалов и их оснований относятся: нарушенность структуры пород в теле отвала, обусловливающим снижение прочности (по сравнению с естественным залеганием); фракционирование пород и самовыполаживание отвальных откосов; существенное изменение прочности отвальных пород во времени (сопротивление сдвигу увеличивается в связи с уплотнением или снижается при увлажнении пород насыпи и основания); возникновение в водонасыщенных глинистых породах отвалов и их оснований порового давления, являющегося существенным фактором развития оползней различных типов.

В процессе отвалообразования основную угрозу для безопасности работ представляет деформация отвалов, которая обусловливается свойствами пород вскрыши, и поэтому отвальные работы принято разделять на две группы:

• отвалообразование с обеспечением устойчивости отвальных ярусов на всех этапах формирования массива;

• отвалообразование в условиях управляемого деформирования.

В последнем случае оборудование должно располагаться вне призмы возможного обрушения или обладать достаточной мобильностью для вывода его за пределы призмы до начала деформаций, допускаемая скорость протекания которых J250 мм/сут. [1, 2]. В общем случае на отвальных массивах различают два основных вида деформации: затухающее во времени оседание (за счет уплотнения пород) и возрастающее, часто переходящее в обрушение, сдвижение.

Негативное воздействие отвальных массивов выражается в следующем: занятие значительных площадей и переоформление рельефа местности; нарушение гидродинамического режима поверхностного стока в месте расположения отвала; возможное перекрытие рек и ручьев вследствие оползания уложенных пород; возможное перекрытие подземного стока из-за оседания основания отвала; аккумуляция воды и заболачивание прилегающих территорий; неравномерные осадки поверхности, появление мульд оседания с последующим образованием болот на территории отвала; интенсивное пыление поверхности отвалов вследствие ветровой эрозии; изменение химического состава подземных вод за счет растворения минеральных составляющих отвальных отложений инфильтрующими водами; изменение физических полей.

Основные геометрические параметры внешних отвалов определяются из условий обеспечения устойчивости техногенного массива. Естественно, чем выше отвал и круче угол его откоса, тем меньше он занимает земель, больше вмещает породы и, в конечном итоге, экономически выгоднее и экологически безопаснее. Геомеханические ограничения влияют на форму откоса: в зависимости от литологического состава отсыпаемых пород отвалы бывают одноярусные, отсыпаемые под углами естественного откоса и имеющие высоту до 90 м, и многоярусные – высотой до 150 м и результирующими углами откоса до 36°. Важным фактором, определяющим параметры внешних отвалов, является рельеф основания и тип породы, залегающей в подошве отвального массива [2, 3]. Устойчивость отвалов, размещаемых на прочном основании, определяется прежде всего сопротивлением сдвигу слагающих их пород.

Читайте так же:
Кирпич для наружных стен с мокрым режимом

После отсыпки отвал сжимается постепенно под действием собственного веса, причем уплотнение отвала идет наиболее интенсивно в первый период за счет заполнения воздушных пустот. По мере перехода в двухкомпонентную среду (порода + вода) в нижней части отвала развивается поровое давление. Интенсивность осадки снижается, и дальнейшее ее прохождение происходит за счет рассеивания порового давления в течение нескольких месяцев. В результате более интенсивного оттока воды из приоткосной зоны верхняя бровка отвала имеет большую осадку по сравнению с основной [4]. Наличие в основании водонасыщенных слабоструктурных связных пород также провоцирует возникновение в них порового давления, которое возникает практически сразу после приложения нагрузки Р от отвального массива. При этом внешняя нагрузка частично воспринимается поровой водой, а частично – минеральным скелетом:

где Рэ – давление в скелете грунта или эффективное давление, действующее на минеральные частицы, уплотняя и упрочняя породу); Ри – поровое или нейтральное давление, которое создает напор в воде, вызывающий ее фильтрацию.

В нестабилизированном состоянии порода плохо сопротивляется сдвигу, но по мере уплотнения и оттока поровой воды к зонам с пониженным давлением или дренажем сопротивление сдвигу возрастает. Сопротивление сдвигу t по любой площадке может быть принято равным (рис. 1):

где s – полное нормальное напряжение; Ри – поровое давление; j’ и С’ – угол внутреннего трения и сцепление, определенные для консолидированных образцов (по эффективным напряжениям).

Поровое давление возникает при коэффициенте водонасыщения глинистых пород G I 0.8–0.6 (в зависимости от плотности), когда воздух в поровой воде находится в виде защемленных пузырьков, расположенных в межконтактных областях пор. Если же водные оболочки частиц в этих областях не смыкаются (воздух остается незащемленным), то поровое давление не возникает [2]. Деформации отвалов свидетельствуют, что поровое давление является одной из основных причин возникновения оползней различных типов.

Прочность глинистых пород уменьшается также и при увеличении их влажности. В частности, у пестроцветных пластичных глин Никопольского марганцевого бассейна при увеличении их влажности до 0.5 (против естественной Wе = 0.4) происходило снижение сопротивления сдвигу в 3–4 раза [2]. В процессе отсыпки рыхлых пород на обводненное основание происходит переувлажнение тела отвала за счет капиллярного поднятия воды, что также приводит к снижению прочности отвальных масс и образованию просадок и оползней.

Исследования ИГД Минчермета (Екатеринбург), проведенные на Качарском ГОКе, показали, что высота капиллярного поднятия всего на 1.5–2.0 м не достигает верхней границы отвала как на первом, так и втором ярусах (рис. 2). Влажность в теле отвала начинает резко расти с глубины 1.5 м от верхней границы отвала и достигает величины Wе = 0.38, что лишь на 0.04 доли единиц менее, чем в неогеновых глинах основания [5].

По различным данным до 15% оползней на отвалах вызвано возникновением порового давления в основании техногенного массива [2, 3, 4, 6]. На внешних экскаваторных и бульдозерных отвалах Лебединского и Михайловского ГОКов деформации откосов проявлялись в виде простых оползней и оползней оплывания (рис. 3). На Михайловском карьере экскаваторные отвалы №1, 3 а и 7, расположенные в пойменных участках рек Чернь, Рясник и Речица, деформировались в результате выдавливания оснований, представленных илистыми суглинками, торфами и песками аллювиального происхождения (рис. 3 в). На отвале №7 пришлось оборудовать другой участок вне зоны деформаций (рис. 3б).

По данным к.т.н. А.В.Киянца (ФГУП ВИОГЕМ) средние деформации отвала №7 достигали 200 мм/сут. Инструментальные наблюдения ВИОГЕМ (1998–2000 гг.) на южном и юго-западном флангах отвала №7 показали, что по глубине отвального массива деформации имели дифференцированный характер (рис. 4 б). Причем наибольшие значения деформаций приурочены к основанию отвала, представленному слабыми породами. Произошедший оползень в южной части отвала сопровождался формированием вала выпирания слабых грунтов пойменной части р.Речица и грозит перекрытием перенесенного русла этой реки (рис. 3в). В настоящее время для прекращения деформаций планируется отсыпка упорной призмы в пределах нижней бровки техногенного отвального массива.

Читайте так же:
Как приклеить утеплитель к металлу

На большинстве разрезов Кузбасса основания внешних отвалов представлены песчано-глинистыми и суглинистыми отложениями четвертичного возраста. Возникновение порового давления при их нагружении отвальными насыпями из полускальной вскрыши привело к деформациям отвалов на разрезах «Новосергеевский», «Краснобродский», «Сибиргинский» (объем оползня более 0.5 млн.м3), «Бачатский» (им. 50-летия Октября) и т.д. На разрезах Южного Кузбасса при проходке разрезных траншей с укладкой обводненных пород вскрыши на нерабочем борту происходят оплывины. Экскавируемые водонасыщенные породы, попадая на наклонное основание, текут в виде потоков, повторяя рельеф местности. Подобные деформации наблюдались на разрезах «Ольжерасский», «Моховский», «Талдинский», «Сибиргинский» и др.

Рельефом местности определяется также характер поверхностного стока. В случае скопления атмосферных вод у нижней бровки отвалов, подтапливания дождевыми и паводковыми водами или размещения отвалов во впадинах, не имеющих стока, происходит увлажнение пород отвалов и их оснований, снижение сопротивления пород сдвигу, уменьшение высоты и угла откоса устойчивых отвальных откосов.

Из климатических факторов на устойчивость отвалов наибольшее влияние оказывают атмосферные осадки и колебания температуры воздуха.

Гидрогеологические условия определяют возможность возникновения деформаций откосов и оснований отвалов в связи с гидродинамическим или гидростатическим давлением подземных вод. Эти воды могут вызвать гидростатическое взвешивание пород или создание в них ослабленных поверхностей. Давление подземных вод на глинистые породы основания отвалов уменьшает эффективные напряжения в них или может вызвать гидравлический разрыв глинистого слоя с прорывами напорных вод или плывунов [2, 4].

Из технологических факторов, влияющих на устойчивость отвалов важнейшими являются высота и конфигурация отвальных откосов, длина и скорость подвигания отвального фронта, темп отсыпки отвала. Схемами отсыпки (фронтальной или блоковой) предопределяется характер процессов уплотнения породных масс отвалов и их прочностные свойства.

Проектирование отвалообразования необходимо осуществлять с учетом всех возможных факторов и особенностей вскрышного массива месторождения, состояния основания, которые могут оказать влияние на устойчивость отвала, степень его воздействия на окружающую среду. Например, для исключения капиллярного поднятия в теле отвала необходимо изолировать контакт обводненного основания с укладываемыми в отвал глинистыми породами, дренирующим слоем скальной или полускальной вскрыши, который также осушает тело отвала в процессе консолидации глинистых грунтов. Варьируя мощностью дренирующего слоя можно регулировать высоту отвального яруса, а также планировать развитие многоярусных отвалов. Отсыпку дренажного слоя при дефиците скальной горной массы можно вести не по всему фронту отвального яруса, а на участках повышенной обводненности. При отсыпке отвалов на слабых основаниях целесообразно создание предотвала (упорной призмы), предупреждающего оползневые деформации и выдавливание пород основания из-под техногенного массива.

Учет скорости подвигания отвального фронта, через которую выражается продолжительность периода консолидации пород, позволяет обосновывать расчетные режимы отвалообразования. Устойчивость откосов (зависящую от времени стояния отвала) необходимо обеспечивать варьированием величины производительности отвального оборудования, высоты и длины фронта отвала, создания предотвала и т.п.

Формирование отвала должно осуществляться с учетом его последующей рекультивации при непрерывном геомеханическом контроле за устойчивостью, несущей способностью и осадками техногенного массива.

Отвалообразование. Классификация отвалов. Отвалообразование драглайнами. Устойчивость отвалов.

Часть горного отвода, где размещаются вскрышные породы или некондиционные полезные ископаемые, называется отвалом.

Технологический процесс укладки вскрышных пород или некондиционных полезных ископаемых с помощью средств механизации называется отвалообразованием.

Отвалы в комплексе с техническими устройствами, средствами механизации и автоматизации производственных процессов отвалообразования составляют отвальное хозяйство горного или промышленного предприятия.

В общем комплексе горных работ отвальное хозяйство является одним из важных факторов в обеспечении бесперебойной работы горного и транспортного оборудования.

В настоящее время расходы на отвалообразование составляют до 15% себестоимости одной тонны полезного ископаемого. Отвальные работы характеризуются значительной трудоемкостью и относительно высокой стоимостью работ. Поэтому правильно выбранный способ отвалообразования имеет, как и другие технологические процессы (отбойка, экскавация, транспорт), существенное значение для организации высокопроизводительной и бесперебойной работы предприятия.

Экономичность и трудоемкость вскрышных работ в значительной степени зависят от способа перемещения пород в отвалы, а также от их расположения. При соответствующих горногеологических условиях отвалы могут быть расположены в выработанном пространстве или за пределами его. При расположении отвалов в выработанном пространстве перемещение вскрышных пород производиться непосредственно экскаваторами и транспортными средствами, которые могут быть представлены железнодорожным, автомобильным транспортом, специальным конвейерными установками или средствами гидромеханизации.

В настоящее время принята следующая классификация отвалов.

Читайте так же:
Максимальный уклон откоса с георешеткой

По территориальному расположению:

Внешние отвалы, внутренние отвалы (расположенные внутри карьерной выработки), смешанные отвалы.

По способу механизации отвальных работ:

Плужные отвалы, экскаваторные отвалы, бульдозерные отвалы, гидромеханизированные отвалы.

Отвал может организовываться как на новом месте, так и с помощью увеличения количества ярусов действующего отвала

Многоярусные отвалы, состоящие из нескольких отвальных горизонтов, создают в гористой местности, а также при отсутствии резервных площадей. Переход на многоярусные отвалы в равнинной местности сопровождается уменьшением расстояния транспортирования вскрышных пород на отвалы с одновременным увеличением уклона транспортных коммуникаций. Поэтому при выборе высоты и ярусности отвалов необходимо производить технико-экономический анализ и определять оптимальную высоту отвала (а не максимальную, допустимую по условию устойчивости) с учетом расстояния транспортирования, уклона отвальных путей, шага переукладки, стоимости земельного отвода и других факторов.

Отвалообразование пустых пород драглайнами осуществляют при разработке горизонтальных и пологопадающих пластообразных и россыпных месторождений. Драглайн, объединяя в себе функции выемочной и отвалообразующей машины, перемещает горные породы и укладывает их во внутренний отвал полосой, равной ширине заходки. При большой мощности вскрыши и достаточной устойчивости пород в отвале применяют отвалообразование с переэкскавацией драглайном части перемещённых первоначально в отвал пород во 2-й ярус.

Отвалообразование с помощью консольного отвалообразователя в выработанное пространство производится полосами шириной, равной ширине заходки экскаватора. Выполняется в процессе цикличного перемещения отвалообразователя по фронту вслед за экскаватором и отсыпки отвала внутри заходки по радиусу. Отвалообразование мягких и крепких горных пород на внешних отвалах этими же машинами производится 2 ярусами (сначала в нижнем, затем в верхнем) при перемещении вдоль отвального конвейера.

Отвалообразование с помощью транспортно-отвального моста осуществляется в выработанное пространство при разработке горизонтальных пластообразных залежей. Породу в отвал укладывают параллельными фронту работ полосами шириной, равной шагу передвижки транспортно-отвального моста вкрест простирания фронта работ. При неустойчивых горных породах предусматривается отвалообразование с предотвалом, а при большой длине моста — с предотвалом, уплотнённым специальным устройством для расположения на нём отвальной опоры моста.

Отвалообразование абзетцерами (многоковшовые цепные экскаваторы), которые экскавируют разгруженную в траншею породу и укладывают её сначала в нижний ярус, затем в верхний, применяется при перевозке мягкой вскрыши железнодорожным транспортом на внутренние и внешние отвалы.

При использовании для разработки горных пород средств гидромеханизации отвалообразование пустых пород производится на внешних, расположенных в пониженных местах и ограждённых дамбой, гидроотвалах. При доставке горных пород на гидроотвал колёсным транспортом отвалообразование осуществляется смывом её с откоса из специальной накопительной ёмкости или насыщением породы водой на откосе с последующим стеканием пульпы в гидроотвал.

Отвалообразование крепких горных пород одноковшовыми экскаваторами при разработке горизонтальных и пологопадающих залежей производится в выработанное пространство (аналогично отвалообразование мягких горных пород), а при разработке наклонных и крутопадающих залежей — на внешние отвалы. При этом порода, доставляемая железнодорожным транспортом, разгружается в специально подготовленное самим экскаватором углубление, откуда экскаватор перемещает её сначала в нижний, а затем в верхний ярус. Развитие отвала при доставке вскрыши железнодорожным транспортом может быть веерным, параллельным или криволинейным. Отвалообразование отвальным плугом и бульдозером осуществляется сталкиванием под откос отвала доставленной и разгруженной породы.

Расходы на отвалообразование составляют 12-15% себестоимости вскрыши на угольных разрезах, до 15% себестоимости 1 т полезных ископаемых на железорудных карьерах.

Для уменьшения площади отчуждаемых земель отвалообразование ведётся до максимально возможных высот отвалов. Технология отвалообразования обычно предусматривает возможность и эффективность последующей рекультивации поверхности, нарушенной горными работами.

Расчёт устойчивости отвалов.

Устойчивость отвала во многом зависит от основания, на котором он расположен. Различают основания прочные (устойчивые), слабые и слоистые.

Отвалы крепких (скальных и полускальных) пород, не размокающих под влиянием воды, расположенные на прочном горизонтальном или пологом основании, могут достигать практически любой высоты. Углы естественного откоса в этих отвалах принимают равными в среднем 34—36°. При этом опыт показывает, что отвалы крепких пород с остроугольными кусками сохраняют устойчивость и при углах откосов 40—45°.

Отвалы рыхлых пород (глин, суглинков, глинистых песков и др.) допускают углы откоса, равные углам естественного откоса, только до определенной высоты. С увеличением высоты отвалов возрастает давление на отдельные куски породы, наиболее слабые из которых разрушаются и заполняют макропоры, приводя к уплотнению отвалов и их оседанию. Этот процесс длится до тех пор, пока массив отвала не достигает состояния, близкого к двухфазному (породы—вода), при котором дальнейшее уплотнение может происходить лишь за счет отжима воды из области высоких напряжений в область более низких напряжений. Развивающееся при этом поровое давление снижает силы трения, что в определенных условиях (как правило, при достижении напоров по наиболее слабой поверхности, равных 4—5% от значений нормальных напряжений) приводит к возникновению оползня.

Читайте так же:
Какой стороной к утеплителю укладывается пароизоляция изоспан

Поскольку рыхлые породы в отвалах не могут характеризоваться постоянными значениями j и tо, сопротивление сдвигу этих пород необходимо определять в лабораторных условиях при различных нагрузках и естественной влажности, не допуская отжима воды. По результатам этих испытаний строят паспорта прочности пород, которые используют при расчете оптимального профиля отвала.

В основе расчетов устойчивости отвалов положены те же принципы, которые используются при оценке устойчивости уступов и бортов карьеров, также сравнивают величины удерживающих и сдвигающих нагрузок по потенциальным поверхностям скольжения, определяют коэффициенты запаса по каждой из поверхностей скольжения. Исходя из этих расчётов выбирают высоту отдельных ярусов отвала, общую высоту отвала и угол наклона его откосов.

Ориентировочные значения углов наклона откосов отвалов и ярусов, полученные на основании обобщения опыта отсыпки отвалов в различных условиях приведены в табл. 22.2.

Ориентировочные значения углов наклона откоса отвалов и ярусов.

Углы наклона откосов, градус.

Высоту отвалов твёрдых пород, отсыпаемых на наклонном слоистом основании принципиально определяют также, как и в предыдущих случаях, но при этом дополнительно учитывают углы наклона слоёв основания отвала.

Особую проблему представляет устойчивость отвалов на крутых склонах. Такие отвалы создают при разработке нагорных карьеров. Крутизна склонов, на которых размещают отвалы пород, достигает иногда 70—80°, т. е. значительно превышает угол естественного откоса пород. Высота же таких отвалов достигает подчас сотен метров, поскольку в условиях гористого рельефа достаточные площадки для размещения отвалов находить весьма сложно. В подобных случаях устойчивость отвалов рассчитывают по специальным методикам с учётом специфики конкретных условий, а отсыпку отвалов ведут под контролем постоянных инструментальных и визуальных наблюдений за деформациями отвалов и смещениями площадок для определения критических скоростей их деформирования.

Угол естественного откоса

Угол естественного откоса — это наибольший угол, который может быть образован откосом свободно насыпанного грунта в состоянии равновесия с горизонтальной плоскостью.

Угол естественного откоса зависит от гранулометрического состава и формы частиц. С уменьшением размера зерен угол естественного откоса становится положе.
В воздушно-сухом состоянии угол естественного откоса песчаного грунта равен 30—40°, под водой — 24—33°. Для грунтов, не обладающих сцеплением (сыпучих), угол естественного откоса не превышает угла внутреннего трения

Для определения угла естественного откоса песчаного грунта в воздушно-сухом состоянии используют прибор УВТ ( рис. 9.11, 9.12 ), под водой — ВИА ( рис. 9.13 ).

Согласно рис. 9.12 при наклоне ящика песок осыпается и, разрыхляясь, образует откос с углом, который можно определить транспортиром или по формуле

Понятие об угле естественного откоса относится только к сухим сыпучим грунтам, а для связных глинистых оно теряет всякий смысл, так как у последних он зависит от влажности, высоты откоса и величины пригрузки на откос и может изменяться от 0 до 90°.

Рис. 9.11. Прибор УВТ-2: 1 — шкала; 2 — резервуар; 3 — мерительный столик; 4 — обойма; 5 — опора; 6 — образец песка

Рис. 9.12. Определение угла естественного откоса вращением емкости (а) и медленным снятием пластинки (б): А — ось вращения емкости

Рис. 9.13. Прибор ВИА: 1 — ящик ВИА; 2 — образец песка; 3 — емкость с водой; 4 — транспортир; 5 — ось вращения; 6— пьезометр; 7— штатив

При разработке и усадке разрыхленного грунта выемки и насыпи образуют естественные откосы различной крутизны. Наибольшую крутизну плоских откосов земляных сооружений, траншей и котлованов, устраиваемых без креплений, следует принимать согласно табл. 9.2. При обеспечении естественной крутизны откосов обеспечивается устойчивость земляных насыпей и выемок.

Таблица 9.2. Наибольшая крутизна откосов траншей и котлованов, град.

ГрунтыКрутизна откосов при глубине выемки, м (отношение высоты к заложению)
1,53,05,0
Насыпные неуплотненные56(1:0,67)45(1:1)38(1:1,25)
Песчаные и гравийные влажные63(1:0,5)45(1:1)45(1:1)
Глинистые:
супесь76(1:0,25)56(1:0,67)50(1:0,85)
суглинок90(1:0)63(1:0,5)53 (1:0,75)
глина90(1:0)76(1:0,25)63(1:0,5)
Лессы и лессовидные сухие90(1:0)63(1:0,5)63(1:0,6)
Моренные:
песчаные, супесчаные76(1:0,25)60(1:0,57)53 (1:0,75)
суглинистые78(1:0,2)63(1:0,5)57(1:0,65)

Откосы насыпей постоянных сооружений выполняют более пологими, чем откосы выемок.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию