Приложение 12. "Инструкция по наблюдениям за деформациями бортов, откосов уступов и отвалов на карьерах и разработке мероприятий по обеспечению их устойчивости" (утв. Госгортехнадзором СССР 21.07.1970)

Изменение напряженного состояния горных пород после проходки горных выработок приводит к тому, что практически при любых коэффициентах запаса устойчивости бортов они деформируются.

При напряжениях вдоль наиболее напряженной поверхности (поверхности скольжения), не превышающих предела ползучести горных пород, борта карьера испытывают лишь затухающие пластические деформации, которые активизируются при отработке каждого нового горизонта, а затем постепенно затухают, подобно тому, как затухают деформации с течением времени после приложения новой ступени касательной нагрузки при лабораторных испытаниях пород на сдвиг и срез.

При напряжениях для всех слоев пород более предела ползучести затухающие деформации бортов с течением времени могут смениться деформацией с постоянной скоростью, которая со временем может перейти в деформацию с возрастающей скоростью, заканчивающуюся обрушением или оползанием борта.

Завершение активной стадии деформирования зависит главным образом от геологического строения борта и механических и деформационных свойств пород, слагающих борт.

В однородных откосах, сложенных слабопластичными породами с прочными структурными связями, активная стадия заканчивается, как правило, обрушением откоса. В откосах, сложенных пластичными породами, активная стадия деформирования растянута во времени и протекает относительно более спокойно.

По мере того как оползневое тело при скольжении по криволинейной поверхности перемещается на более пологую ее часть, скорости смещения затухают (затухающая стадия), а затем наступает и полное прекращение деформаций.

На основе результатов наблюдений за деформациями бортов карьеров и моделирования откосов эквивалентными материалами установлена схема развития оползневого процесса в однородном откосе, сущность которой состоит в следующем.

Поверхность скольжения формируется в области максимальных деформаций сдвига - в прибортовом массиве горных пород.

Абсолютная величина относительно сдвига, достигая максимального значения вблизи потенциальной поверхности скольжения, плавно уменьшается с удалением от поверхности откоса в глубь массива.

Ширина зоны сдвига в направлении от земной поверхности к основанию откоса сокращается, однако концентрация изолиний смещения в зоне формирования потенциальной поверхности скольжения происходит таким образом, что величина максимального сдвига, предшествующая обрушению, вдоль поверхности скольжения остается постоянной. Зона деформаций распространяется на значительное расстояние от верхней бровки откоса, равное 1,2 - 1,5 H (H - высота откоса).

В основании откоса зона деформаций распространяется на расстояние, примерно равное 0,3 H, от нижней бровки откоса (рис. 1).

Рис. 1. Схема развития деформаций в однородном откосе
(по результатам моделирования)

1 - потенциальная поверхность скольжения; 2 - изолинии смещения

При наличии в откосе крупных тектонических нарушений, слабых прослойков и других поверхностей ослабления, а также пластичных слоев характер развития деформаций изменяется и в каждом конкретном случае будет зависеть от положения плоскости ослабления либо слабого слоя в откосе.

Характер деформирования откоса при наличии крутопадающей и горизонтальной поверхностей ослабления представлен на рис. 2.

Рис. 2. Развитие деформаций в откосе:
а) при наличии крутопадающей поверхности ослабления;
б) при наличии горизонтальной поверхности ослабления
в основании откоса 1 - графики смешений;
2 - графики сдвигов

Развитие оползней надвига и выпирания при наличии в основании откоса горизонтального слабого контакта или слабого пластичного слоя отличается рядом особенностей. Исследованиями установлено:

1) уже в период развития микроподвижек формируется клин активного давления, а в основании откоса, при наличии недобора, - вал выпирания;

2) в процессе деформирования клин активного давления, внедряясь в массив, сдвигает призму упора по контакту; клин активного давления и призма упора перемещаются поступательно; на границе призмы упора и клина активного давления проявляется семейство поверхностей скольжения;

3) призма, пригружающая контакт в основании откоса (недобор), при его деформировании испытывает сжатие, вследствие чего поверхность скольжения выходит в подошву откоса под углом 48° - /2;

4) угол наклона боковых поверхностей скольжения клина активного давления составляет = 45° + /2 при = 0°; при 0 поверхности скольжения клина активного давления в нижней части имеют криволинейную форму; угол встречи поверхности скольжения клина активного давления со слабым контактом следует вычислять по формуле:

,

где - угол внутреннего трения породы, слагающей откос, град;

k - сцепление породы, т/м2;

- угол трения по контакту, град;

- сцепление по контакту, т/м2;

- нормальное напряжение на поверхности скольжения в месте встречи ее с контактом, т/м2;

5) ширина зоны деформирования откоса по поверхности в 2,0 - 2,5 раза превышает высоту откоса.

Исследованиями характера деформирования откоса с мощным пластичным слоем в основании установлено, что поверхность скольжения перед срывом оползня четко проявляется на всем протяжении, в том числе и на участке, где она проходит по пластичному слою. На контакте с пластичным слоем происходит излом поверхности скольжения (рис. 3); угол излома равен . Поверхность скольжения в пластичном слое имеет плавную криволинейную форму, а призма упора смещается с вращением по этой поверхности, поэтому клин активного давления при развитии оползней выпирания при этих условиях проявляется менее четко.

Рис. 3. Схема оползня выпирания