книги / Сдвижение горных пород.-1

может быть определено из условия предельного равновесия блока породы между двумя сваями, сдвигаемого по основанию силой F и удерживаемого боковыми поверхностями клина, образующегося перед сваями

дел ползучести пород, принимаемый для различных пород рав­ ным 0,45—0,85['С ] (допустимые касательные напряжения при сдвиге).

При отсутствии сцепления между частицами или малых его значениях возможно образование осыпей между сваями. В этом случае эффективность свайной крепи можно повысить, преду­ смотрев дополнительные мероприятия по увеличению сцепления

впородах верхнего слоя откоса (цементация или смолизация). Некоторые разновидности пород (типа аргиллитов, алевроли­

тов, глин) при обнажении склонны к интенсивному выветриванию под воздействием внешних факторов. Укрепление таких пород сваями также должно производиться в сочетании с дополнитель­ ными мероприятиями, в данном случае, преследующими цель изолировать поверхность откоса (торкретирование, битумизация, смолизация) и предупредить возникновение осыпей.

Глубина заделки концов свай в ненарушенный массив ниже потенциальной поверхности -скольжения зависит от прочности по­ род в замке свай и величины и характера нагрузки на сваю. Для определения оптимальной глубины заделки замка свай в мас­ сив исследовалось взаимодействие свай со средой на объемных моделях из оптически активных материалов (эпоксидная смола ЭД-6М).

Результаты исследований показали, что:

—максимальные по величине напряжения возникают у поверх­ ности скольжения;

—величина максимальных напряжений не зависит от глубины заделки замка сваи;

—при малой длине замка сваи огибающая эпюра отпора сре­ ды имеет кривизну близкую к параболе; с увеличением глубины кривизна сглаживается;

—эффективно работает только часть замка сваи.

Интересно сопоставить полученную эпюру отпора среды с результатами исследований работы сваи на горизонтальную на­ грузку, полученными рядом исследователей (рис. 3). Если рас­ сматривать только ту часть сваи, которая расположена ниже по­ верхности скольжения, т. е. замковую ее часть, а давление приз­ мы обрушения заменить сосредоточенной силой (равнодействую-

е — автора

щей давления), то получим схему, аналогичную изображенным на рис. За—г. Некоторое отличие от схем д и е заключается в том, что у первых отпор среды возрастает, начиная от поверхности земли, от 0 до некоторого максимального значения на глубине h, а у вторых максимум напряжений совпадает с поверхностью скольжения. Это объясняется тем, что у поверхности полупростран­ ства, в которое погружены забивные сваи, сопротивление среды сдвигу равно 0. В замкнутом же пространстве внутри откоса сре­ да оказывает сопротивление деформации сдвига, во всяком случае до тех пор, пока эти деформации носят упругий характер. Общим для всех схем (за исключением в) является возрастание отпора (кроме схемы д, где отпор постоянен), затем уменьшение его зна­ чения до нуля и вновь возрастание, но с противоположным зна­ ком.

полупространства до нулевой точки эпюры отпора среды. Увели­ чение длины замка сваи заметного влияния н а‘ее устойчивость не оказывает. Это подтверждают и эксперименты с забивными сваями.

Положение нулевой точки можно определить из выражения

[4]

мы, соответствующий средней осадке штампа на упругом полу­

где Е — модуль упругости материала сваи, г/ж2; J — момент инер­ ции сечения сваи, ж4.

На практике обычно длина замка свай изменяется в пределах 1—5 ж.

ЛИТЕРАТУРА

1. Г а л у с т ь я н Э.Л. Расчет устойчивости укрепленных уступов. Сборник трудов ВНИМИ № 86, Ленинград, 1972.

2.Руководство по проектированию железобетонных конструкций. Стройиздат, Москва, 1968.

3.Методическое руководство по искусственному укреплению откосе® скальных и полускальных пород на карьерах. Изд. ВНИМИ, Ленинград, 1967.

4. Ш а г а л о в С.Е., Г а л у с т ь я н Э.Л. Результаты исследований взаимодействия свай со средой при сдвиге грунтов. Сборник трудов ВНИМИ № 86, Ленинград, 1972.

5. В ы р в о В.М. и др. Опыт проектирования жилых домов со свай­ ными фундаментами на подрабатываемых территориях. «Проектирование и ^строительство угольных предприятий», 1970, № 9— 10.

ТРУДЫ ВСЕСОЮЗНОГО НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ИНСТИТУТА

ГОРНОЙ ГЕОМЕХАНИКИ И МАРКШЕЙДЕРСКОГО ДЕЛА (ВНИМИ)

Докт. техн. наук, проф. Г.Л. Фисенко, канб. техн. наук A M . Мочалов, канд. геол.-мин. наук В. И. Веселков

ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФОРМАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ОЦЕНКЕ УСТОЙЧИВОСТИ БОРТОВ КАРЬЕРОВ

Основным требованием к исследованиям прочностных и де­ формационных характеристик горных пород является обеспечение подобия напряженного состояния и деформирования испытывае­ мого образца и массива горных пород.

Натурными наблюдениями за деформациями бортов карьеров и исследованиями деформаций откосов на моделях из эквивалент­ ных материалов установлено, что прибортовой массив претерпе­ вает деформации сдвига (скашивания) [1,2,3], в связи с чем при изучении деформационных свойств пород возникает необхо­ димость в проведении испытаний пород на сдвиг.

В настоящее время наиболее распространенным видом испы­ таний горных пород в лабораторных условиях является одноос­ ное и трехосное (в стабилометрах) сжатие цилиндрических об­ разцов пород, а также испытания на срез в одноплоскостных срез­ ных и клиновых приборах; в полевых условиях распространены испытания больших призм на срез по схемам подобным лабора­ торным, а для определения несущей способности грунтов — ис­ пытания штампом. Такое положение объясняется тем, что условия работы, например, цилиндрического образца, испытываемого на сжатие, весьма близки условиям работы колонны в строительной конструкции или целика в горной выработке. Таким образом, испытывая на сжатие цилиндрические или призматические образ­ цы пород и соблюдая при этом геометрическое подобие, можно получить весьма надежные прочностные и деформационные ха­ рактеристики пород и использовать их в расчетах.

Исследованиями установлено, что при испытании пород в срезных и клиновых приборах деформация образцов до разру­ шения развивается в виде сдвига. Деформации сдвига наблю­ даются и при испытаниях образцов пород на одноосное и

P

Рис. 1. Схема испытания образцов пород на сдвиг

трехосное сжатие, однако в этих условиях деформации сдвига раз­ виваются не по одному, а по ряду направлений. Отсюда возни­ кает неопределенность критических величин деформаций сдвига. Поэтому в лабораторных исследованиях деформаций сдвига на­ ми использовались срезные и клиновые приборы.

Для испытаний на сдвиг в условиях одноосного и трехосного сжатия сконструированы специальные матрицы, в которые поме­ щается образец. Матрицы представляют собой цилиндры с внут­ ренним диаметром 5,2 см, которые с одного торца являются глу­ хими, а с другого — срезаны под углом 60 (рис. 1). Поверхность образца между матрицами (зона сдвига) при испытаниях в стабилометре покрывалась клеем № 88 или БФ-6, для предотвра­ щения проникновения в образец жидкости — воды или веретен­ ного масла. В качестве камеры использовался стабилометр ВНИМИ для испытаний песчано-глинистых пород, развивающий боковое давление до 30 кг/см2, а осевое— до 80 кг!см2. Подача вертикальной нагрузки осуществлялась через винт и фиксирова­ лась динамометром ДС-1; деформация сдвига определялась ин­ дикатором часового типа. Нагрузочный винт перемещался с по­ стоянной скоростью порядка 0,25 мм/мин; продолжительность опытов составляла 25—30 мин.

Ранее [4] при испытаниях на срез в одноплоскостных срезных приборах было установлено, что деформации сдвига подвергается значительная зона, равная 2/3 высоты образца. В условиях все­ стороннего сжатия в матрицах также определена зона сдвига. С этой целью проведена серия опытов на сдвиг образцов пород Кимовского угольного разреза при различных значениях зазора между матрицами и обжимающей нагрузки 63 (табл. I).

Предполагая, что распределение зоны деформирования в мат­ рицах не зависит от величины зазора, в соответствии со схемой испытаний (см. рис. 1) составим соотношения

гдеД^Д^АЬд— деформации образца по вертикали; h7,h2,h3 — за­ зор между матрицами по нормали, мм.

Решением этих уравнений относительно Ah установлено, что зона деформирования распространяется от зазора в обе матрицы по нормали к направлению сдвига в среднем на 6 мм. Вследствие

рис. 4 изображен график развития деформаций сдвига в одной из испытанных призм. •

Сравнение величин сдвига (см. табл. 1 и 2) пород, определен­ ных лабораторными испытаниями образцов и натурными испы­ таниями призм, показало, что предельные величины сдвига по лабораторным и натурным испытаниям отдельных разновидно­ стей пород существенно (в 4—10 раз) отличаются друг от друга, а именно величина критического сдвига по лабораторным испы­ таниям пород всегда больше критического сдвига, определенного натурными испытаниями. Процесс же развития деформаций сдвига в образце и в призме развивается подобно (рис. 5). Лабо­ раторные и натурные испытания горных пород показали, что де­ формации сдвига трещиноватого массива значительно меньше величины сдвига монолитного образца.