Расчет границ откосов котлована

Крутизна откосов котлована и траншей. Таблица

При возведении фундамента под частный дом большое значение имеет крутизна откосов котлована и траншей.

Устройство котлована

При выборе способа выполнения земляных работ учитывают:

• тип конструкции,
• глубину заложения,
• объем работ.

При сооружении ленточного и столбчатого мелкозаглубленного фундамента грунты могут разрабатываться вручную. При строительстве дома с подвалом или цокольным этажом работы должны быть механизированы.

Выемку основного объема грунта выполняет экскаватор с прямой или обратной лопатой. При этом котлован необходимо отрывать без нарушения плотности грунта в основании фундамента. Чтобы соблюсти данное требование, предусматривают недобор грунта в пределах 5-20 см. Зачистку откосов и выемку грунта с основания до проектной отметки выполняют вручную разнорабочие.

Выбираемый грунт должен сразу же вывозиться или размещаться на строительной площадке на расстоянии более 1 м от края котлована.

Выбор техники зависит от типа грунта, глубины котлована и объема работ. При строительстве частного дома шириной не более 15 м, можно задействовать экскаватор с обратной лопатой с объемом ковша до 1,4 м3 на колесном или гусеничном шасси.

Значение проектирования откосов

Любой грунт, ограниченный откосами, под действием силы тяжести стремится сдвинуться в сторону откоса, что может привести к неконтролируемому обрушению стенок котлована. Из-за обрушения грунтовых масс могут пострадать рабочие, находящиеся на дне котлована. К тому же это приведет к увеличению объема работ и несоблюдению календарного графика. Так как нужно будет восстанавливать проектный контур котлована, и выполнять обратную засыпку фундамента в большем объеме.

Чтобы избежать травм и не нести убытки, необходимо еще на этапе проектирования рассчитать крутизну откосов котлована и траншей, в соответствии со СНиП 111-4-80.

Нормативные данные для проектирования откосов

Устройство котлована с вертикальными без крепления стенками допускается, только при разработке:

• насыпных, песчаных или гравелистых грунтов на глубину не более 1м,
• супесчаных и суглинистых – не более чем на 1,25м,
• глинистых – на 1,5 м,
• особо плотных – на 2 м.

Если же требуется устройство котлована большей глубины, необходимо принять крутизну откосов, рекомендуемую СНиП с учетом типа грунта и глубины заложения. При этом если глубина котлована или траншеи превышает 5 м, то для определения устойчивости земляных масс выполняют расчет.

Крепление стенок котлована глубиной 2-3 м должно выполняться строго по типовому проекту.

В нормативной литературе крутизна откосов котлована и траншей измеряется как угол откоса (ɑ) или отношение высоты откоса к заложению (1:m). В СНиП эти данные приводятся в табличной форме отдельно для каждого типа грунта с учетом глубины выемки.

Если на участке присутствует несколько видов грунта, то крутизну откосов принимают, ориентируясь на самые неустойчивые слои.

В связи с тем, что даже при разработке котлована с откосами не исключена вероятность обрушения грунта под тяжестью машин, необходимо соблюдать требуемое в СНиП расстояние от подошвы откоса до места стояния техники.

Рассчитывая объем земляных работ, учитывают величину откосов, которые увеличивают ширину котлована на b=m*h.

Крутизна откосов котлована и траншей
Крутизна откосов котлована и траншей при строительстве фундамента дома или других подземных сооружений. Таблица. СНиП.

Источник: postroy-sam.com

Расчет откосов котлована

где Н₁ – фактическая отметка, соответствующая точке пересечения ос­новных осей, определяемая по топографическому плану,

Н_к – проектная отметка дна котлована,

i_ф – фактический уклон поверхности земли в нап­равлении основной оси сооружения,

i_пр – проектный уклон откоса котлована,

d – ширина откоса.

Рис. 65 Схема для расчета ширины откоса котлована

Приравняв правые части приведенных формул получим:

Для примера предположим, что Н₁ = 219.20 м, Н_к = 215.20 м, i_ф = 0.100, i_пр = 1.000.

Тогда, d = (219.20 – 215.20) / (1.0 – 0.1) = 4.4 м.

Аналогично выполняют расчеты ширины (расстояния в плане между ниж­ней и верхней бровками) откоса по всем направлениям, совпадающим с ос­новными осями и параллельным им, через 6.

12 м. Вычисления и получен­ные значения оформляют в специальной ведомости и на разбивочном черте­же. При этом дополнительно учитывают ширину пазух (расстояние от на­ружной грани фундамента до нижней бровки откоса котлована) и расстоя­ние от осей до наружной грани фундамента.

На местности контуры верхней бровки и основания откосов закрепля­ют колышками через 6. 12 м, а также на углах повората. Затем выполня­ют рабочую съемку, устанавливают колья-маяки для зачистки дна и отко­сов, подсчитывают объемы земляных масс. В котлован переносят не менее двух рабочих реперов.

Передачу осей в котлован осуществляют построением створов по со­ответствующим точкам на обноске с помощью струн и нитяного отвеса или теодолита с закрепленных створных знаков.

Завершающей стадией при работах нулевого цикла считается вынесе­ние осей наружных и внутренних стен на цоколь здания. При этом выпол­няют исполнительную съемку и составляют схему, на которой показывают положение и отклонение осей от проектных значений, действительное расстояние между осями и фактические отметки поверхности перекрытий.

67. Передача отметок на дно котлована и монтажный горизонт.

Для передачи отметок на дно котлована с крутыми откосами или на монтажный горизонт используют методы геометрического или тригонометри­ческого нивелирования. При этом должны быть известны отметки ближайших реперов Н_рп и проектные отметки на дне котлована Н_к или монтажном го­ризонте Н_м (рис. 67). Непосредственно из рисунка видно, что “проектные рейки” на монтаж­ном горизонте b_м и на дне котлована b_к будут:

где а и а’ – отсчеты по черным сторонам реек, установленных на ре­пере,

сd и c’d’ – длины отрезков определяемые по отсчетам на рулетках, подвешенных на кронштейнах соответственно на монтажном горизонте и на верхней бровке откоса котлована и натянутых вертикально с помощью грузов.

Погрешность передачи отметки методом геометрического нивелиро­вания с использованием рулетки и реек составляет около 4 мм, если при­нять погрешность одного отсчета по рейке и рулетке равной 2 мм (2 . 4).

Рис. 67 Схема передачи отметок методом геометрического нивелирования

Метод тригометрического нивелирования, выполняемый с помощью технического теодолита, на порядок менее точен по сравнению с геометрическим и сводится к вычислению и построению вертикального угла n и закреплению соответствующей этому углу точки С с заданной проектной отметкой Н

пр (рис. 68)

Рис. 68. Схема передачи проектной отметки на монтажный горизонт

методом тригонометрического нивелирования

Угол наклона визирной оси теодолита определяется в этом случае по известной формуле:

d – горизонтальное проложение между прибором и точкой С,

I – высота прибора.

При невозможности непосредственного измерения величины d, это расстояние может быть определено как неприступное по теореме синусов.

66 Расчет границ откосов котлована

Расчет откосов котлована где Н 1 – фактическая отметка, соответствующая точке пересечения ос­новных осей, определяемая по топографическому плану, Н к – проектная отметка дна котлована, i

Источник: studfiles. net

Крутизна откосов котлована

При строительстве фундаментов или прокладке коммуникаций в грунте требуется рыть котлованы и траншеи. Земляные работы обязательно сопровождаются мероприятиями по технике безопасности. Они определяют правила закрепления боковых сторон и дна. Чтобы определить угол откоса котлована, используется таблица. Ее применение позволяет для грунта на строительном участке подобрать нужный уровень наклона стен вырытого углубления к его дну, чтобы не произошло обрушение.

Виды земляных сооружений

Строительство зданий и коммуникационных сооружений сопряжено с проведением трудоемких земляных работ. Под ними подразумевают разработку грунта при рытье котлованов и траншей, его транспортировку, складирование.

Земляными сооружениями являются насыпи, выемки. Они могут быть постоянного типа и временного. Первые делают для продолжительной эксплуатации. К ним относятся:

• каналы,
• плотины,
• водохранилища,
• дамбы и прочие сооружения.

Временные выемки – это траншеи и котлованы. Они предназначены для проведения последующих строительных работ.

Котлован — это выемка, ширина и длина которой практически не отличаются заметно по размерам. Они необходимы для сооружения фундаментов под постройки.

Траншея же представляет собой борозду большой протяженности по сравнению со своим поперечным сечением. Предназначена она для монтажа коммуникационных систем.

По требованиям ГОСТ 23407-78 рытье котлованов, траншей в населенных пунктах, местах движения транспорта, либо людей, должно сопровождаться созданием защитных ограждений. Их устанавливают по периметру рабочего участка. На них размещают предупреждающие знаки и надписи, а ночью задействуют даже сигнальное освещение. Также специально оборудуют мостики для движения людей.

Откосы – это наклонные боковые стенки выемок или насыпей. Важной характеристикой их является уклон (крутизна). Окружающие откосы горизонтальные поверхности называются бермами.

Под дном выемки понимают ее нижнюю, плоскую часть. Бровка является верхней кромкой созданного откоса, а подошва – нижней частью.

Проведение земляных работ на стройплощадке

При эксплуатации земляных сооружений они не должны:

• изменять своих очертаний и линейных размеров,
• просаживаться,
• размываться водой или поддаваться действию осадков.

Прокладка водопроводов, подземных линий электропитания, канализации, строительство фундаментов под здания не обходятся без рытья траншей, либо котлованов. В строительстве приняты специальные определения для обозначения элементов конструкций данного типа. Все работы обязательно должны проводиться со строгим соблюдением правил безопасности, чтобы свести к минимуму возможность возникновения несчастных случаев.

Разновидности котлованов

Рытье выемок под основание сооружения – это ответственное дело, требующее больших временных, денежных, трудовых затрат. Котлованы принято разделять сегодня по следующим признакам:

• наличию откосов,
• применению креплений, предназначенных для предотвращения осыпей грунта,
• типу боковых поверхностей (стенок).

Стенки котлованов могут быть:

Чтобы земляные работы выполнить правильно, вначале проводят исследования на стройплощадке. Эти мероприятия включают такие операции:

• анализ свойств грунта: установление его группы и вида,
• определение нагрузок от возводимой постройки,
• вычисление глубины выемки,
• установление наличия старых коммуникаций,
• определение глубины залегания подземных вод,
• анализ погодных условий местности.

Выбор способа проведения работ определяется в зависимости от следующих факторов:

• типа и габаритов строимой конструкции,
• глубины заложения фундамента,
• объема предстоящей деятельности.

Если планируется сооружение мелкозаглубленного основания ленточного, либо столбчатого типа, то грунт можно разрабатывать без привлечения техники, вручную. Когда необходимо построить дом, имеющий подвал, либо цокольный этаж, тогда в работах понадобится задействовать землеройные механизмы.

Для извлечения основной массы грунта из выемки часто используют экскаваторы различных видов, оснащенные обратной, либо прямой лопатой. Работы, связанные с рытьем котлована, следует выполнять, не нарушая при этом плотность грунта на дне фундамента. Это требование реализуется на практике путем его недобора, величина которого составляет от 5 до 20 см.

Зачистку земли с боков и со дна выемки до плановой отметки производят вручную рабочие. При этом следует обязательно следить за укреплением ее стен с помощью откосов, либо за счет монтажа специальных конструкций. Выпадение осадков и подъем грунтовых вод весной, летом, воздействие морозов зимой – все это способствует разрушению котлована.

Грунт из котлована сразу же должен быть вывезен или размещен на стройплощадке не ближе, чем через 1 м от его края. Для отвода почвенных вод создают дренажную систему.

Важным моментом при рытье котлованов является создание рабочего пространства нужных по правилам размеров. Оно должно занимать не менее полуметра от фундаментной опалубки до подошвы уклона. Крутизну откосов котлована выбирают по таблицам или графикам, приведенным в СНиП 3.02.01-87.

Виды и назначение траншей

Прокладка под различные коммуникации траншей – это наиболее распространённый вид земляных работ. Рытье их вручную происходит медленно и обходится недешево, поэтому зачастую используют технику, которую покупают или арендуют.

По назначению выемки данного вида разделяют на такие типы:

• для заземления,
• водопроводные,
• кабельные,
• газопроводные,
• дренажные (водоотводные),
• канализационные.

Рытье траншеи экскаватором

По конструкции траншеи бывают 3 видов:

Внутри траншей без уклонов боковых стенок для повышения уровня безопасности людей устанавливают распорки. Укрепление откосов проводить не требуется, потому что их делают с целью защиты от обвалов. Траншеи, предназначенные для прокладки коммуникаций, вырывают различной глубины, используя разную технику.

Грунт: группы и виды

Из-за того, что земляные сооружения создают в грунтах, обязательно следует знать основные их характеристики. От них напрямую зависит подходящий тип фундамента. Выбор осуществляют с учетом достижения максимально возможного уровня надежности и стойкости возводимого основания.

Основные свойства грунта определяются следующими факторами:

• формой, размером, прочностью, расположением частиц, входящих в его состав,
• степенью взаимосвязи между ними,
• способностью составляющих веществ к растворимости, поглощению влаги.

Грунт характеризуют с помощью таких коэффициентов:

Классификация предусматривает деление грунтов по различным критериям. Существуют следующие их виды:

• песчаные,
• пылеватые,
• глинистые,
• скалистые,
• обломочные.

Грунт разных видов

В зависимости от содержания воды выделяют грунт:

• сухой (присутствует до 5% влаги),
• влажный (5-30%),
• мокрый (содержит больше 30 % воды).

Деление по группам представлено в таблице далее.

Крутизна откосов котлована
Чтобы определить угол откоса котлована, используется таблица. Ее применение позволяет для грунта на строительном участке подобрать нужный уровень наклона.

Источник: kakfundament.ru

Расчет границ откосов котлована

После детальной разбивки осей производят на поверхности земли обозначение границ откосов котлована. Из разреза по направлениям основных осей видно, что отметка точки нулевых работ Н _{может быть получена по следующим формулам:}

где Н₁ – фактическая отметка, соответствующая точке пересечения основных осей, определяемая по топографическому плану,

Н_к – проектная отметка дна котлована,

i_ф – фактический уклон поверхности земли в направлении основной оси сооружения,

i_пр – проектный уклон откоса котлована,

d – ширина откоса.

Рис. 61 Схема для расчета ширины откоса котлована

Приравняв правые части приведенных формул получим:

Для примера предположим, что Н ₁ = 219.20 м, Н_к = 215. 20 м, i_ф = 0.100, i_пр = 1.000.

Тогда, d = (219.20 – 215.20) / (1.0 – 0.1) = 4.4 м.

Аналогично выполняют расчеты ширины (расстояния в плане между нижней и верхней бровками) откоса по всем направлениям, совпадающим с основными осями и параллельным им, через 6. 12 м. Вычисления и полученные значения оформляют в специальной ведомости и на разбивочном чертеже. При этом дополнительно учитывают ширину пазух (расстояние от наружной грани фундамента до нижней бровки откоса котлована) и расстояние от осей до наружной грани фундамента.

На местности контуры верхней бровки и основания откосов закрепляют колышками через 6. 12 м, а также на углах повората. Затем выполняют рабочую съемку, устанавливают колья-маяки для зачистки дна и откосов, подсчитывают объемы земляных масс. В котлован переносят не менее двух рабочих реперов.

Передачу осей в котлован осуществляют построением створов по соответствующим точкам на обноске с помощью струн и нитяного отвеса или теодолита с закрепленных створных знаков.

Завершающей стадией при работах нулевого цикла считается вынесение осей наружных и внутренних стен на цоколь здания. При этом выполняют исполнительную съемку и составляют схему, на которой показывают положение и отклонение осей от проектных значений, действительное расстояние между осями и фактические отметки поверхности перекрытий.

Расчет границ откосов котлована
Расчет границ откосов котлована После детальной разбивки осей производят на поверхности земли обозначение границ откосов котлована. Из разреза по направлениям основных осей видно, что отметка

Источник: vuzlit.ru

Чертеж котлована. Пример выполнения

Иногда конструктору приходится чертить план котлована, на самом деле это самый простой чертеж – с минимумом линий и обозначений. Сейчас разберем на примере, как начертить котлован.

Откосы котлована

Начнем с откосов. Вертикальные откосы нормами допускаются очень редко (при глубине котлована менее 1,5 м для отдельных типов грунтов). Для разных типов грунта нормируется разный уклон, который напрямую связан с углом внутреннего трения. Вообще что представляет собой угол внутреннего трения? Если грубо, то кучка грунта, насыпанная конусом под углом внутреннего трения, не будет стремиться осыпаться – грунт держит сам себя. Если угол конуса попытаться сделать круче, то грунт «поедет», это чревато обрушением, а в случае котлована обрушение означает возможные человеческие жертвы.

Если вы не ограничены в плане габаритами участка, существующими сооружениями и коммуникациями, можете смело делать откосы котлована под углом 45 градусов – этот угол почти всегда допустим (кроме насыпных грунтов). Более пологие углы не рациональны – и места по площади много занимают, и работы для экскавации больше. Более крутые углы нужно проверять в литературе (допустимы ли они для данного типа грунта).

Ниже дана таблица из СНиП III-4-80 «Техника безопасности в строительстве» (в России он заменен на более новый).

Отношение 1:1 – это и есть 45 градусов (когда ширина откоса в плане равна глубине котлована). Отношение 1:05 – более крутой откос под 60 градусов (когда глубина котлована в два раза больше, чем ширина откоса в плане), отношение 1:1,25 – более пологий (для насыпных неуплотненных грунтов при глубине котлована 5 м и более).

Помните, если участок, на котором вы проектируете фундамент, стесненный какими-то обстоятельствами, всегда перед началом проектирования нужно продумать процесс производства земляных работ, чтобы потом не оказалось, что дом вообще не могут построить.

Пример 1. Самый простой случай. Участок ровный, абсолютная отметка существующего грунта 51,30. За отметку 0,000 в проекте условно принята отметка 52,07. Отметка низа фундаментной плиты -3,000. Под плитой предусмотрена подготовка из бетона толщиной 100 мм. Площадка строительства ничем не стеснена, грунт – суглинок.

Кстати, обратите внимание, абсолютные отметки обычно указываются с двумя знаками после запятой, а относительные – с тремя.

Определим абсолютную отметку низа фундаментной плиты: 52,07 – 3,0 = 49,07 м.

Определим абсолютную отметку дна котлована (низа подготовки): 49,07 – 0,1 = 48,97 м.

Глубина котлована: 51,30 – 48,97 = 2,33 м.

Принимаем наиболее удобный угол откоса котлована – 45 градусов.

Пошаговая инструкция к выполнению чертежа котлована:

1. Наносим сетку из крайних осей и контур фундамента котлована.

2. Отступаем от контура фундамента наружу 100 мм, получаем тем самым контур подготовки.

3. Отступаем от контура подготовки наружу 500 мм – допустимый минимум до начала откоса, оговоренный нормами (раньше он был 300 мм). Это будет линия контура дна котлована.

4. Отступаем от контура дна котлована 2,33 м (глубину котлована) – т.к. откосы под углом 45 градусов, то размер откосов в плане равен глубине котлована. Это будет линия верха откоса. Наносим по ней условное обозначение для откосов в виде чередующихся коротких и длинных черточек, перпендикулярных контуру.

5. Удаляем все лишние линии (фундамент, контур подготовки), наносим отметку дна котлована и отметку существующей земли.

6. Наносим недостающие размеры – привязку углов котлована к осям.

7. Добавляем примечание о соответствии относительных отметок абсолютным.

8. По желанию делаем разрез (обозначаем на нем отметки и уклоны откосов).

Считать объем вынимаемого грунта – это работа сметчиков. Спецификации на чертеже тоже никакой нет.

Въезд в котлован разрабатывать не нужно, это забота ПОС (проект организации строительства), т.е. отдельные деньги.

Пример 2. Тот же котлован, только грунт с уклоном в одном направлении (абсолютные отметки существующей земли показаны на рисунке ниже). За отметку 0,000 в проекте условно принята отметка 52,07. Отметка низа фундаментной плиты -3,000. Под плитой предусмотрена подготовка из бетона толщиной 100 мм. Грунт – суглинок, откосы требуется сделать максимально крутыми.

Итак, у нас перепад грунта в одном направлении – от 53,50 до 51,70 м, при этом на съемке отметки указаны в конкретных точках на плане.

В такой ситуации проще начать с разреза котлована.

Переведем имеющиеся у нас абсолютные отметки в относительные.

Абсолютная отметка 53,50 м соответствует относительной 53,50 – 52,07 = 1,430 м.

Абсолютная отметка 51,70 м соответствует относительной 51,70 – 52,07 = -0,370 м.

Отметка дна котлована равна -3,100 м.

Как видите, все не так уж сложно. А чертеж в итоге будет выглядеть вот так.

Чертеж котлована
Пример правильного выполнения чертежа котлована

Источник: svoydom.net.ua

схема, определение крутизны и угла по таблице СНиП, величина в зависимости от грунта, в каких ситуациях подойдут вертикальные стенки

Стены и откосы несут очень важную функцию для котлована – не дают ему осыпаться. При рытье нельзя разрыхлять поверхность дна и стенок. При повреждении целостности породы она становится более сыпучей.

Поэтому во время рытья котлована ковшом недобирают часть грунта до заданной отметки.

Обработку дна и стенок до необходимой отметки проводят вручную.Земляные работы проводятся как полностью вручную для мелких сооружений, так и с использованием техники для более крупных проектов.

Понятие

Стены котлована — это его боковые стороны, образующие периметр выемки. Откосами называются наклонённые под заданным углом стены. В зависимости от типа грунта и от того, в каких условиях проводятся работы, определяются с тем какие стенки должны быть у котлована, вертикальные или же необходимо задание определённого уклона.

Наклон позволяет рыть более глубокие ямы, без опасности обрушения. В процессе работ следует убирать крупные камни для предотвращения возможности оползней.

Нормы проектирования

Данный вид работ — важное и сложное мероприятие, которое регламентируют СП и СнИПы, такие как:

Условия, которые нужно знать:

• разновидность грунта;
• глубина;
• находящиеся рядом объекты;
• предполагаемая нагрузка от построек;
• уровень грунтовых вод.

Разновидности

Стенки различаются, они могут быть как природные без укрепления, так и с укреплением. При их выборе нужно учитывать много параметров. Они бывают вертикальные, наклонные и укреплённые.

Вертикальные

Такие стенки перпендикулярны по отношению к горизонту. По СНиП 12-04-2002 для сухих и невлажных грунтов с однородной структурой, возможно использование вертикальных стенок.

Ограничение по глубине:

• гравийные – 1,0 м;
• песчаные – 1,0 м;
• супесь – 1,25 м;
• глина – 1,5 м;
• суглинок – 1,5 м;
• сильно плотные – 2,0 м.

Если температура на улице не выше -2 градусов, возможно увеличение максимальной глубины вертикальных стенок, на величину равную глубине промерзания, но не более 2 метров.

Наклонные

Также они называются откосами, и используются при выемках в среднем от 1,25 метра, в которых использование вертикальных становится опасным. Обрушение может привести к засыпанию дна котлована и изменению его формы.

Кроме того, это может привести к несчастному случаю. На восстановление последствий от возможного обрушения придётся тратить силы, время и деньги на очистку основания, восстановления исходного контура и обратную засыпку грунта. Сооружение фундамента в котлованах без укрепления рекомендуется начинать сразу после выемки грунта.

Во влажных породах, возможно образование трещин и отслоений, поэтому работу можно выполнять только после осмотра стенок котлована. По периметру котлована должно оставаться свободное место, не менее 0,6 метра, для того чтобы вынутая земля не скатывалась обратно.

Укреплённые

Стенки котлована подвержены воздействию различных погодных явлений и механических нагрузок, что может негативно сказаться на их устойчивости. Наклон помогает избежать обрушения стенок, но они далеко не всегда способны справиться с этой задачей.

Кроме того, в городских условиях с плотной застройкой не всегда получится обеспечить достаточную крутизну котлована. Поэтому стенки котлованов большой глубины и в сыпучих средах, рекомендуется укреплять.

Способы укрепления:

• Цементирование;
• Укрепление Шпунтом;
• Стена в грунте.

Цементирование применяют в городской среде. При таком методе исключается повреждение фундамента, вызванное вибрациями от соседних зданий. Этот метод очень надёжен, но достаточно дорог.

Сначала роется выемка, затем по периметру монтируется сетка из арматуры для лучшей фиксации бетона. После чего на стенки наносится первый слой раствора. Затем бурят горизонтальные скважины и заполняют их цементом. После высыхания первого слоя наносят последующие слои.

При заливке используются два метода:

• Сухой. Смесь, состоящая из цемента с добавлением песка при помощи воздуха, подаётся в шланг, а вода подмешивается только на выходе из него. Таким методом слой заливки может достигать 10 см.
• Мокрый. В этом способе применяется уже готовый раствор, в который на выходе из шланга подаётся воздух и разбрызгивает бетон. Толщина заливки при этом методе не более 3 см.

Возведённые во время укрепления стенок конструкции должны воспринимать нагрузку от грунта, и защищать от грунтовых вод.

Укрепление с помощью шпунта — более экономичный метод, чем заливка цементом. Такой метод может использоваться в сыпучих, ослабленных и влажных породах. Перед началом работ в землю погружается шпунт, который укрепляет будущие стены.

После защиты периметра приступают к рытью котлована. Возможно повторное использование шпунта, для этого после окончания работ, его изымают из земли, увозят и применяют уже на других объектах.

В строительстве используют 3 вида шпунта:

• Шпунтовые трубы — один из самых дешёвых методов. Металлические трубы забивают, вдавливают или вкручивают в землю до проектной отметки. После установки всех труб и вырытого котлована, стенки можно дополнительно укрепить забиркой — деревянными щитами, которые крепятся между трубами, не позволяя грунту осыпаться. В плотных породах можно уменьшить количество труб и заполнить пространство между ними забиркой, тем самым экономя силы и ресурсы на их забивку.
• Плоский шпунт — это металлический профиль с пазами на краях. Благодаря которым детали прочно скрепляются между собой и успешно выдерживают нагрузку.
• Шпунт Ларсена – это доработанная версия плоского шпунта, только выполнен он в виде буквы U с замками на краях. Благодаря своей форме и строению замков, может выдерживать большие нагрузки и обеспечивать полную водонепроницаемость. Важно делать работу аккуратно, и надёжно стыковать между собой детали, не деформируя сталь и замки.

Шпунт Ларсена применяется, если есть риск затопления котлована.

Способы монтажа:

• Забивка — осуществляется при помощи механического молота. Не применяется в городе, чтобы не нанести вред фундаментам соседних зданий.
• Вибропогружение — основано на использовании вибрации, чтобы уменьшит плотность грунта и обеспечить погружение конструкции в почву. Подходит для песчаных и илистых грунтов, но не подходит для прочных грунтов.
• Статическое вдавливание — самый безопасный и технологичный метод. Используются машины, которые вдавливают шпунт в почву. Данный метод менее шумный чем остальные, он не издаёт вибраций и применим практически во всех условиях, будь то город или скальные породы.

Шпунтовую стену можно укрепить распорками или анкерами.

Использование технологии “Стена в грунте” возможна лишь при наличии специальной техники. Грейферная установка – машина способная создавать глубокие вертикальные шахты. Изначально в шахту подаётся бентонитовый раствор, который защищает шахту от обвала.

После того как заданная глубина достигнута, в ствол помещают армированный каркас и заливают бетоном. Метод не может применяться в рыхлых, текучих, плывунных и скальных грунтах.

Сразу же после укрепления стен любым из методов проводится обратная засыпка, которая предотвращает разрушение фундамента из-за попадания влаги.

Основанием для выбора того, какие стены использовать (вертикальные, наклонные или защищённые) является глубина, порода, грунтовые воды и погодные условия. Для маленькой выемки, вполне можно обойтись вертикальными стенами.

Для более глубоких котлованов уже необходимо использование определённых откосов. Ну а если нужно подготовить фундамент для большого строения, то без использования укреплений не обойтись.

Крутизна и угол откоса

Крутизна откоса показывает отношение высоты ямы к её заложению. Угол откоса – это угол между основанием котлована и его наклонной стеной.

Наклон бывает естественными. Угол таких откосов — это отношение рыхлой породы, лежащей на поверхности ко дну ямы.

По этому параметру и определяется прочность почвы, благодаря которому и подбирают угол наклона.

Определение угла

Для создания правильного наклона, который сможет защитить стенки от обрушения необходимо правильно подобрать его угол.

Величина крутизны откосов для выемок не более 5 метров подбирается на стадии проектирования по таблице 4 из СНиП III-4-80.

Для определения наибольшего возможного угла естественного откоса также существуют таблицы. Они разные для нормального и разрыхлённого состояния.

В таблице углы естественного откоса грунтов:

Уклон углов естественного откоса пород в разрыхлённом состоянии по СНиП:

Если грунт неоднороден, а сочетает в себе различные типы, то угол выбирают по наиболее сыпучему. Если выемка глубже 5 метров, то требуется создание проекта. Также он нужен для выемок глубже 1 метра, вырытых в грунтах, отсутствующих в таблице, по которой подбираются возможные углы.

На чертеже схема котлована с откосами:

Заключение

Основанием для выбора какие стены использовать (вертикальные, наклонные или защищённые) является глубина котлована, тип грунта, уровень грунтовых вод и погодные условия. Для маленькой выемки глубиной 1 – 2 метра вполне можно обойтись вертикальными стенами.

Для более глубоких ям применяются откосы. Ну а если нужно подготовить фундамент для большого строения, то без использования укреплённых стенок не обойтись.

Строительные нормы и правила при строительстве откосов

При строительстве откосов важным вопросом является обеспечение укреплений против обрушений и последующих сползаний земли. Как соответствовать СНИПу на строительство откосов? Пользоваться инновационными геосинтетическими материалами, приобрести которые можно в нашей компании GeoSM, специализирующейся на оптовых продажах этих материалов во всем ассортименте по наилучшим ценам.

Наши материалы для строительства откосов котлована по СНИП разработаны по уникальной, запатентованной технологии. Они применяются для обеспечения отличной устойчивости и прочности оснований траншей и котлованов.

В сферу деятельности ГК GeoSM входит производство и продажа геотекстиля, георешетки и геосетки для откосов под ТМ «Геофлакс».
Оставляя заявку в нашей компании, вы гарантируете себе покупку материала по невысокой стоимости и с оперативной доставкой на свой объект с ближайшего к вашему объекту склада.

Содержание СНИПа на строительство откосов

Крутизна откосов котлована по СНИП 12 04 2002 определяется в зависимости от имеющихся на строительной площадке грунтов. Установка вертикальных стенок разрешена при отсутствии грунтовых вод и наличии грунтов с равномерной структурой. Наибольший угол естественного откоса грунтов по СНИП определяют по таблице в зависимости от типа грунтов.

Крутизна откосов по СНИП должна быть такой, чтобы не произошло обрушений в процессе строительства. Технику безопасности ставят на первое место. Для возведения надежных и безопасных объектов необходимо обеспечить заложение откосов по СНИП. Начинают проектирование с определения параметров откосов, чтобы обеспечить оптимальную обратную засыпку.

При наличии оползневых грунтов или грунтовых вод, или глубине котлована или траншеи более 5 метров необходима разработка индивидуального проекта в соответствии с выявленными уникальными условиями. Для проведения земляных работ с откосами по СНИП перед проектированием заказывают проведение геологических и гидрогеологических изысканий.

Основные рекомендации по использованию материалов и технологий для строительства откосов в СНИПе

Наряду с традиционными материалами (щебнем, песком, бетонными смесями) при укреплении откосов по СНИП под основание подушки производится закладка геотекстильного полотна, служащего для отделения амортизационной подушки от грунта. В современных технических заданиях на крепление откосов грунта по СНИП обязательно указывается использование геосинтетических материалов, это необходимо для предотвращения контакта между грунтом и амортизационной подушкой, дренирования основания, предотвращения размывания и уменьшения подвижности.

Геосинтетические материалы и их роль в строительстве откосов

Среди преимуществ использования геосинтетиков для строительства откосов по СНИП отметим:

• Устойчивость к воздействиям агрессивных сред;
• Простоту укладки материала;
• Устойчивость к ультрафиолету;
• Длительность срока эксплуатации;
• Наличие отличных пропускных способностей и предотвращение перемешивания конструкции откоса с грунтом;
• Экологическую чистоту.

Геотекстиль Геофлакс для укрепления откосов

Обеспечивает до 25% экономии стройматериалов и предназначен для сохранения устойчивости, предотвращения плывучести и способствует надежному связыванию всей конструкции.

Купить Геотекстиль Геофлакс

Георешетка Геофлакс для укрепления откосов

Способствует повышению срока эксплуатации покрытий, снижению на 25% использования стройматериалов в сравнении с бетонированием и улучшению их устойчивости к внешним нагрузкам.

Купить Георешетку Геофлакс

Геосетка Геофлакс для укрепления откосов

Служит для повышения эксплуатационных характеристик и снижения затрат на строительство и ремонт на 45%. Она обладает высокой прочностью и устойчивостью к деформированию. Геосетка Геофлакс для откосов отличается наличием армирующих и противоэрозионных параметров, служит для снижения толщины укладываемого щебня.

Купить Геосетку Геофлакс

В связи с повышением требований к надежности и безопасности строительства требуется существенное повышение качества устройства откосов по СНИП. Нам хорошо известно, что для соответствия требованиям строительной отрасли необходимо руководствоваться всеми запросами действующих законов, существующими стандартами, требованиями заказчиков.

С материалами GeoSM укрепление откосов по СНИП существенно ускоряется, а срок их эксплуатации возрастает. Применение геосинтетики GeoSM рекомендовано профессионалами.

Подписаться на рассылку Полезной информации можно через форму ниже:

Откос 1 к 1 как посчитать

#1. Траншея с вертикальными стенками на спланированной местности

Объем траншеи (V) = м3

Площадь поперечного сечения (F) = м2

#2. Траншея с вертикальными стенками, с перепадом высот

Объем траншеи (V) = м3

Площадь поперечного сечения (F₁) = м2

Площадь поперечного сечения (F₂) = м2

#3. Траншея с откосами на спланированной местности

Объем траншеи (V) = м3

Площадь поперечного сечения (F) = м2

Внимание: если вы задаете вид грунта, то программа сама высчитывает размер a₂ (по коэф. m из таблицы в конце страницы). Если же вам надо вписать свое значение размера a₂, то выберите вид грунта «расчет по размеру a₂«.

#4. Траншея с откосами, с перепадом высот

Объем траншеи (V) = м3

Площадь поперечного сечения (F1) = м2

Площадь поперечного сечения (F2) = м2

Внимание: если вы задаете вид грунта, то программа сама высчитывает размер a₂ (по коэф. m из таблицы в конце страницы). Если же вам надо вписать свое значение размера a₂, то выберите вид грунта «расчет по размеру a₂«.

Уклон откосов в данном расчете принят одинаков по всей длине траншеи.

#5. Котлован с вертикальными стенками на спланированной местности

Объем котлована (V) = м3

Площадь в плане (F) = м2

#6. Котлован с вертикальными стенками, с разными отметками вершин

Объем котлована (V) = м3

Площадь в плане (F) = м2

#7. Котлован с откосами на спланированной местности

Объем котлована (V) = м3

Ширина верха котлована (L3) = м2

Длина верха котлована (L4) = м2

#8. Круглый колодец с откосами

Объем котлована (V) = м3

Описание

Траншея – это открытая выемка в земле, предназначенная для устройства ленточного фундамента, прокладки коммуникаций (водопровод, канализация, силовые кабеля, сети связи).

При устройстве ленточного фундамента ширину траншеи рекомендуется принимать на 600 мм больше ширины основания фундамента bф (для возможности выполнения монтажных работ, проход людей).

Траншея с вертикальными стенками на спланированной местности – самая простая форма выемки. В основном применяется при низкой высоте траншеи и при производстве работ в зимних условиях, когда откосы траншеи заморожены, и нет опасности обвала грунта, так же применяется при устройстве механических креплений стен выемки (распорных; консольных; консольно-распорных).

Крутизна откосов в зависимости от вида грунта и глубины выемки

Наименование грунтов	Крутизна откосов (отношение его высоты к заложению – 1:m) при глубине выемки, м, не более
	1.5	3	5
Насыпной неуплотненный	1:0,67	1:1	1:1,25
Песчаный и гравийный	1:0,5	1:1	1:1
Супесь	1:0,25	1:0,67	1:0,85
Суглинок	1:0	1:0,5	1:0,75
Глина	1:0	1:0,25	1:0,5
Лессы и лессовидные	1:0	1:0,5	1:0,5

Объем выемки траншеи можно опрделить как произведение площади поперечного сечения на длинну.

Объем обратной засыпки определяется как разность между объемом выемки и монтируемых конструкций (фундаментных блоков, труб).

Котлован — выемка в грунте, предназначенная для устройства оснований и фундаментов зданий и других инженерных сооружений.

Крутизна откоса — это отношение глубины котлована (траншеи или др. выемки) к его заложению (проекции откоса на горизонтальную плоскость).

Крутизна откосов котлованов, траншей и др. выемок приведена в следующих группах нормативных документов:

1. СП 45.13330.2012 Земляные сооружения, основания и фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 3.02.01-87. (действующий и обязательный к применению согласно постановлению Правительства РФ от 26 декабря 2014 г. N 1521)
2. СНиП 12-04-2002 «Безопасность труда в строительстве. Часть 2. Строительное производство» (рекомендательный)

1. СП 45.13330.2017 Земляные сооружения, основания и фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 3.02.01-87. (действующий и рекомендательный. Станет обязательным к применению, когда выйдет обновленная версия постановления Правительства РФ от 26 декабря 2014 г. N 1521)
2. Правила по охране труда в строительстве. Утверждены Министерством труда и социальной защиты Российской Федерации. Приказ от 1 июня 2015 года N 336н «Об утверждении Правил по охране труда в строительстве» (действует)

Выделим требований приведенных в данных документах, которые касаются непосредственно величины крутизны откосов.

I группа нормативных документов

Согласно СП 45.13330.2012 Земляные сооружения, основания и фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 3.02.01-87:

6.1.10 Наибольшую крутизну откосов траншей, котлованов и других временных выемок, устраиваемых без крепления в грунтах, находящихся выше уровня подземных вод (с учетом капиллярного поднятия воды по 6.1.11), в том числе в грунтах, осушенных с помощью искусственного водопонижения, следует принимать в соответствии с требованиями СНиП 12-04.

При высоте откосов более 5 м в однородных грунтах их крутизну допускается принимать по графикам приложения В, но не круче указанных в СНиП 12-04 для глубины выемки 5 м и во всех грунтах (включая скальные) не более 80°. Крутизна откосов выемок, разрабатываемых в скальных грунтах с применением взрывных работ, должна быть установлена в проекте.

6.1.11 При наличии в период производства работ подземных вод в пределах выемок или вблизи их дна мокрыми следует считать не только грунты, расположенные ниже уровня грунтовых вод, но и грунты, расположенные выше этого уровня на величину капиллярного поднятия, которую следует принимать:

0,3 м — для крупных, средней крупности и мелких песков;

0,5 м — для пылеватых песков и супесей;

1,0 м — для суглинков и глин.

6.1.12 Крутизну откосов подводных и обводненных береговых траншей, а также траншей, разрабатываемых на болотах, следует принимать в соответствии с требованиями СП 86.13330.

6.1.13 В проекте должна быть установлена крутизна откосов грунтовых карьеров, резервов и постоянных отвалов после окончания земляных работ в зависимости от направлений рекультивации и способов закрепления поверхности откосов.

6.1.14 Максимальную глубину выемок с вертикальными незакрепленными стенками следует принимать в соответствии с требованиями СНиП 12-04.

6.1.15 Наибольшую высоту вертикальных стенок выемок в мерзлых грунтах, кроме сыпучемерзлых, при среднесуточной температуре воздуха ниже минус 2 °С допускается увеличивать по сравнению с установленной СНиП 12-04 на величину глубины промерзания грунта, но не более чем до 2 м.

6.1.16 В проекте должна быть установлена необходимость временного крепления вертикальных стенок траншей и котлованов в зависимости от глубины выемки, вида и состояния грунта, гидрогеологических условий, величины и характера временных нагрузок на бровке и других местных условий.

6.1.17 Число и размеры уступов и местных углублений в пределах выемки должны быть минимальными и обеспечивать механизированную зачистку основания и технологичность возведения сооружения. Отношение высоты уступа к его основанию устанавливается проектом, но должно быть не менее 1:2 — в глинистых грунтах, 1:3 — в песчаных грунтах.

Согласно СНиП 12-04-2002 «Безопасность труда в строительстве. Часть 2. Строительное производство»:

5.2.4. Производство работ, связанных с нахождением работников в выемках с вертикальными стенками без крепления в песчаных, пылевато-глинистых и талых грунтах выше уровня грунтовых вод и при отсутствии вблизи подземных сооружений, допускается при их глубине не более, м:

• 1,0 — в неслежавшихся насыпных и природного сложения песчаных грунтах;
• 1,25 — в супесях;
• 1,5 — в суглинках и глинах.

5.2.5. При среднесуточной температуре воздуха ниже минус 2°C допускается увеличение наибольшей глубины вертикальных стенок выемок в мерзлых грунтах, кроме сыпучемерзлых, по сравнению с установленной в 5.2.4 на величину глубины промерзания грунта, но не более чем до 2 м.

5.2.6. Производство работ, связанных с нахождением работников в выемках с откосами без креплений в насыпных, песчаных и пылевато-глинистых грунтах выше уровня грунтовых вод (с учетом капиллярного поднятия) или грунтах, осушенных с помощью искусственного водопонижения, допускается при глубине выемки и крутизне откосов, указанных в таблице 1.

Крутизна откоса (отношение его высоты к заложению) при глубине выемки, м, не более

1. При напластовании различных видов грунта крутизну откосов назначают по наименее устойчивому виду от обрушения откоса;

2. К неслежавшимся насыпным относятся грунты с давностью отсыпки до двух лет для песчаных; до пяти лет — для пылевато-глинистых грунтов.

5.2.7. Крутизна откосов выемок глубиной более 5 м во всех случаях и глубиной менее 5 м при гидрологических условиях и видах грунтов, не предусмотренных п.5.2.12, а также откосов, подвергающихся увлажнению, должны устанавливаться проектом.

5.2.8. Конструкция крепления вертикальных стенок выемок глубиной до 3 м в грунтах естественной влажности должна быть, как правило, выполнена по типовым проектам. При большей глубине, а также сложных гидрогеологических условиях крепление должно быть выполнено по индивидуальному проекту.

5.2.9. При установке креплений верхняя часть их должна выступать над бровкой выемки не менее чем на 15 см.

5.2.10. Перед допуском работников в выемки глубиной более 1,3 м ответственным лицом должно быть проверено состояние откосов, а также надежность крепления стенок выемки.

Валуны и камни, а также отслоения грунта, обнаруженные на откосах, должны быть удалены.

5.2.11. Допуск работников в выемки с откосами, подвергшимися увлажнению, разрешается только после тщательного осмотра лицом, ответственным за обеспечение безопасности производства работ, состояние грунта откосов и обрушение неустойчивого грунта в местах, где обнаружены «козырьки» или трещины (отслоения).

5.2.12. Выемки, разработанные в зимнее время, при наступлении оттепели должны быть осмотрены, а по результатам осмотра должны быть приняты меры к обеспечению устойчивости откосов и креплений.

5.2.13. Разработка роторными и траншейными экскаваторами в связных грунтах (суглинках и глинах) выемок с вертикальными стенками без крепления допускается на глубину не более 3 м. В местах, где требуется пребывание работников, должны устраиваться крепления или разрабатываться откосы.

При извлечении грунта из выемок с помощью бадей необходимо устраивать защитные навесы-козырьки для защиты работающих в выемке.

Согласно СП 45.13330.2012 Земляные сооружения, основания и фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 3.02.01-87

6.1.10 Наибольшую крутизну откосов траншей, котлованов и других временных выемок, устраиваемых без крепления в грунтах, находящихся выше уровня подземных вод (с учетом капиллярного поднятия воды по 6.1.11), в том числе в грунтах, осушенных с помощью искусственного водопонижения, следует принимать в соответствии с требованиями, обеспечивающими безопасность труда в строительстве.

При высоте откосов более 5 м в однородных грунтах их крутизну допускается принимать по графикам приложения В. Крутизна откосов должна обеспечивать безопасность труда в строительстве. Крутизна откосов выемок, разрабатываемых в скальных грунтах с применением взрывных работ, должна быть установлена в проекте.

6.1.11 При наличии в период производства работ подземных вод в пределах выемок или вблизи их дна мокрыми следует считать не только грунты, расположенные ниже уровня грунтовых вод, но и грунты, расположенные выше этого уровня на величину капиллярного поднятия, которую следует принимать:

— 0,3 м — для крупных, средней крупности и мелких песков;

— 0,5 м — для пылеватых песков и супесей;

— 1,0 м — для суглинков и глин.

6.1.12 Крутизну откосов подводных и обводненных береговых траншей, а также траншей, разрабатываемых на болотах, следует принимать в соответствии с требованиями СП 86.13330.

6.1.13 В проекте должна быть установлена крутизна откосов грунтовых карьеров, резервов и постоянных отвалов после окончания земляных работ в зависимости от направлений рекультивации и способов закрепления поверхности откосов.

6.1.14 Максимальную глубину выемок с вертикальными незакрепленными стенками следует принимать в соответствии с требованиями, обеспечивающими безопасность труда в строительстве.

6.1.15 Наибольшую высоту вертикальных стенок выемок в мерзлых грунтах, кроме сыпучемерзлых, при среднесуточной температуре воздуха ниже минус 2°С допускается увеличивать на величину глубины промерзания грунта, но не более чем 2 м.

6.1.16 В проекте должна быть установлена необходимость временного крепления вертикальных стенок траншей и котлованов в зависимости от глубины выемки, вида и состояния грунта, гидрогеологических условий, величины и характера временных нагрузок на бровке и других местных условий.

6.1.17 Число и размеры уступов и местных углублений в пределах выемки должны быть минимальными и обеспечивать механизированную зачистку основания и технологичность возведения сооружения. Отношение высоты уступа к его основанию установлено проектом, но должно быть не менее: 1:2 — в глинистых грунтах, 1:3 — в песчаных грунтах.

Согласно Правил по охране труда в строительстве. Приказ Минтруда России от 1 июня 2015 года N 336н

156. При производстве работ нахождение работников в выемках с вертикальными стенками без крепления в песчаных, пылевато-глинистых и талых грунтах допускается при расположении этих выемок выше уровня грунтовых вод, при отсутствии вблизи них подземных сооружений, а также на глубине не более:

• 1) в неслежавшихся насыпных и природного сложения песчаных грунтах — 1,0 м;
• 2) в супесях — 1,25 м;
• 3) в суглинках и глинах — 1,5 м.

Допускается увеличение указанной глубины расположения выемок в мерзлых грунтах, кроме сыпучемерзлых, на величину глубины промерзания грунта, но не более чем на 2 м, при среднесуточной температуре воздуха ниже минус 2°С.

157. Производство работ, связанных с нахождением работников в котлованах, траншеях и выемках с откосами без креплений в нескальных грунтах выше уровня грунтовых вод (с учетом капиллярного поднятия) или в грунтах, осушенных с помощью искусственного водопонижения, допускается при глубине выемки и крутизне откосов согласно организационно-технологической документации с учетом крутизны откосов в зависимости от вида грунта, предусмотренной приложением N 4 к Правилам.

158. Крутизна откосов выемок глубиной более 5 м, а также глубиной менее 5 м при гидрологических условиях и определенных видах грунтов, а также выемок, разработанных в зимнее время, при наступлении оттепели и откосов, подвергающихся увлажнению, должны устанавливаться организационно-технологической документацией на строительное производство.

159. При установке креплений верхняя часть их должна выступать над бровкой выемки не менее чем на 15 см.

160. Перед допуском работников в выемки глубиной более 1,3 м работником, ответственным за обеспечение безопасного производства работ, должны быть проверены состояние откосов, а также надежность крепления стенок выемки.

Валуны и камни, а также отслоения грунта, обнаруженные на откосах, должны быть удалены.

161. Допуск работников в выемки с откосами, подвергшимися увлажнению, допускается после тщательного осмотра работником, ответственным за обеспечение безопасного производства работ, откосов и состояния неустойчивого грунта в местах, где обнаружены «козырьки» или трещины (отслоения).

162. Выемки, разработанные в зимнее время, при наступлении оттепели должны быть осмотрены, а по результатам осмотра должны быть приняты меры к обеспечению устойчивости откосов и креплений.

163. Разработка роторными и траншейными экскаваторами в связных грунтах (суглинках и глинах) выемок с вертикальными стенками без крепления допускается на глубину не более 3 м. В местах, где требуется пребывание работников, должны устраиваться крепления или разрабатываться откосы.

При извлечении грунта из выемок с помощью бадей необходимо устраивать защитные навесы-козырьки для защиты работников в выемке.

164. Устанавливать крепления необходимо в направлении сверху вниз по мере разработки выемки на глубину не более 0,5 м.

165. Разрабатывать грунт в выемках «подкопом» не допускается. Извлеченный из выемки грунт необходимо размещать на расстоянии не менее 0,5 м от бровки этой выемки.

Приложение N 4. Крутизна откосов в зависимости от вида грунта

Крутизна откоса (отношение его высоты к заложению) при глубине выемки, м (не более)

При высоте насыпи, м

При высоте откоса выемки до 12 м

В верхней части высотой до 6

гравелистые, крупные и средней крупности

мелкие и пылеватые

в районах избыточного увлажнения

в засушливых районах

* Подлежит расчету, допускается как максимальное значение в учебных целях.

** Для линий IV категории – 1:1,75

Значения высоты насыпи (H, м) в уровне бровки

основной площадки земляного полотна,

при которых высота откоса достигает 6,0 м

Ширина основной площадки земляного полотна (b), м

Определение профильных объемов земляных работ

В состав профильных объемов работ входят основные объемы (непосредственно тела насыпей и выемок) и дополнительные:

поправка на косогорность местности,

кюветы в выемках,

объемы, вызванные уширением основной площадки земполотна в кривых участках пути и на подходах к большим мостам,

компенсация срезки растительного слоя.

Определение основных объемов работ

Объем тела насыпи высотой до 12 м (рис. 4.2.а) определяется по формуле:

, (4.1.)

где высота H является рабочей отметкой насыпи на уровне бровки основной площадки земляного полотна.

Аналогично определяется объем выемки (рис. 4.2 б)

, (4.2.)

где B – суммарная величина ширины основной площадки и ширины обоих кюветов поверху.

В учебных целях допускается принимать ее по табл.4.3.

Значения ширины выемки понизу (с кюветами), м

Ширина основной площадки (b), м

Крутизна откосов выемки и кювета

Приведенные формулы позволяют определить основные объемы насыпи или выемки при одинаковой или переменной крутизне их откосов.

При расчетах можно пользоваться производными этих формул для частных случаев табл. 4.4.). Полученные расчетные данные заносят в графы 4 и 5 таблицы (приложение 1) соответственно для насыпей и выемок.

Показатели крутизны откосов насыпи

Смежный с нулевым местом

4.2.2. Дополнительный объем из-за косогорности участка (помимо основных размеров конструкции земляного полотна) главным образом зависит от сочетания величин крутизны их откосов и поперечного уклона пересекаемой местности.

На поперечном профиле насыпи, расположенной на косогоре (рис. 4.3.), этот дополнительный объем образуется за счет площади заштрихованной части и в общем виде определяется по формуле:

(4.3.)

При постоянной крутизне откосов (m₁=m₂=m)

(4.4)

Пример. При ширине основной площадки земполотна b=6,3 м, средней высоте насыпи (по оси земполотна) H_ср=6,0 м, крутизне ее откосов 1:m=1:1,5 и крутизне местности 1:n=1:5 объем дополнительных работ составит

м 3 /км.

Основной объем насыпи (4.1) при тех же параметрах равен

м 3 /км,

т.е. объем основных работ увеличивается на 10%. При увеличении поперечного уклона местности до 1:3 при тех же условиях объем дополнительных работ составит

м 3 /км (33,5%).

Аналогично определяются дополнительные объемы земляных работ и для выемки

, (4.5)

где B – суммарная величина ширины основной площадки и ширины обоих кюветов поверху.

Полученные расчетные данные для каждого элементарного участка следует занести в графы 6 и 7 таблицы (приложение 1) соответственно для насыпей и выемок.

4.2.3. Объем кюветов в выемках определяется по формуле:

(4.6)

Площадь поперечного сечения кювета (ω) определяется шириной его дна (0,4 м), высотой (0,6 м) и крутизной откосов (1:m), равной крутизне прилегающего откоса выемки.

После подстановки этих значений объем кюветов с обеих сторон выемки

(4.7)

Полученные данные заносят в графу 10 таблицы (приложение 1).

Дополнительный объем работ, вызванный уширением земляного полотна (Δ) из-за возвышения наружной рельсовой нити в кривой, определяется в соответствии с нормативными требованиями [2, табл. 4.2] по формуле

где H_ср – средняя величина рабочих отметок насыпи (выемки на элементарном участке протяженностью L (м).

Расчетные значения данных поправок для целых значений в метрах рабочих отметок земляного полотна приведены в табл. 4.5.

Полученные данные заносят в графы 8 и 9 таблицы (приложение 1) соответственно для насыпей и выемок.

Определение крутизны откосов котлованов для разных грунтов с учетом дополнительного пригруза Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

2. Особенности статической работы тоннелей мелкого заложения с учетом влияния сооружений на земной поверхности / Голицинский Д.М. [и др.] // Проблемы прочности материалов и сооружений на транспорте: труды VI Междунар. науч.-техн. конф. Санкт-Петербург, 28-29 января 2004 г. СПб.: ПГУПС, 2004. С. 111-117.

3. Мусхелишвили Н.И. Некоторые основные задачи математической теории упругости. М., Наука, 1966.

4. Фотиева Н.Н., Козлов А.Н. Расчет крепи параллельных выработок в сейсмических районах. М.: Недра, 1992. 231 с.

5. Fotieva N.N., Bulychev N.S., Sammal A.S. Design of shallow tunnel linings// Proceedings of the ISRM International Symposium. Torino, Italy. Bal-kema, 1996. P. 654-661.

6. Булычев H.C. О расчете обделок тоннелей в очень слабых грунтах // Проблемы подземного строительства в XXI веке: тр. междунар. конф. Тула, 25-26 апреля 2002 г. Тула: Изд-во ТулГУ, 2002. С. 35 — 37.

7. Деев П.В. Расчет обделок параллельных тоннелей произвольного поперечного сечения, расположенных на небольшой глубине, с учетом последовательности их сооружения // Известия ТулГУ. Сер. Естественные науки. 2008. Вып. 2. С. 246-252.

P.V. Deev, N.N. Fotieva

STRESS STA TE DETERMINATION OF PARALLEL TUNNEL LININGS CONSTRUCTED UNDER URBAN AREA

An analytical design method for parallel tunnel linings of arbitrary cross-section shape subjected to the action of ground own weight and buildings weight is developed. An example of the design of three parallel tunnels constructed under urban area is presented.

Key words: parallel tunnels, shallow depth, stress state, lining, driving consequence.

Получено 20.04. 11

УДК 624.134:624.137.2

П.А. Деменков, канд. техн. наук., доц., (812) 328-82-25, [email protected],

А.Д. Куранов, асп., [email protected] (Россия, Санкт-Петербург, СПГГУ)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРУТИЗНЫ ОТКОСОВ КОТЛОВАНОВ ДЛЯ РАЗНЫХ ГРУНТОВ С УЧЕТОМ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ПРИГРУЗА

Исследовались откосы котлованов при строительстве многофункциональных подземных комплексов в различных грунтах с дополнительным пригрузом по бровке котлована от оборудования, складируемых материалов и машин.

Получены зависимости коэффициента запаса откосов котлована от смещений и определена величина их крутизны для различных грунтов.

Ключевые слова: котлован, откосы, грунты, многофункциональный подземный комплекс, метод конечных элементов.

Важнейшими подземными сооружениями крупных городов являются подземные многофункциональные комплексы, в которых размещаются объекты различного назначения. Кроме того, они часто являются фундаментами наземных зданий, что значительно снижает себестоимость строительства их нулевого цикла. Таким образом, строительство многофункциональных подземных комплексов (МПК) позволяет наиболее

эффективно использовать подземное пространство города.

Открытый способ строительства МПК не всегда применим в условиях плотной городской застройки и сложных геологических условий, однако, он является наиболее дешевым вариантом.

Объектом исследования данной работы являются откосы котлованов при строительстве МПК в условиях мегаполисов. Глубина заложения и размеры котлована в плане соответствуют наиболее распространенному и рациональному с экономической и технологической точки зрения объемно-планировочному решению многофункционального подземного комплекса.

Глубина заложения котлована — 15 м, размеры в плане — 60*60 м. Выбор размеров котлована в плане предполагает размещение в нем трехчетырёхуровневого подземного комплекса с паркингом, торговыми, развлекательными и др. зонами.

Ввиду большого количества влияющих факторов и соответственно большого количества требующих решения задач основным методом исследования принято численное моделирование методом конечных элементов. Применялись как плоские, так и объемные постановки задач. При решении плоских задач также используются классические методы расчета откосов [1], основанные на методе предельного состояния.

Целью всех расчетов является обеспечение требуемого запаса устойчивости откоса котлована ^ = 1,3.

В расчете учтена нагрузка на площадку котлована от действующей техники, складируемых материалов и оборудования согласно ВСН 136-78 [2]. Принят наихудший вариант нагружения, характерный для производства работ в условиях городской застройки (рис. 1).

Методика определения коэффициента запаса устойчивости откосов с применением метода конечных элементов приведена в [3]. Для выполнения анализа устойчивости откосов с применением способа понижения предела прочности при сдвиге необходимо выполнить ряд конечноэлементных нелинейных упругопластических моделей с использованием критерия Мора-Кулона. Предельные прочностные характеристики, используемые в анализе, получаются путем деления фактических характери-

стик на коэффициент запаса F. Предельные значения сцепления и угла внутреннего трения могут быть определены как

c 1 tgty-1

с = —; ф = arctan——-,

F F

где с — предельное значение удельного сцепления, кПа; с ^ — расчетное

значение удельного сцепления, кПа; ф — предельное значение угла внутреннего трения, град; ф^ — расчетное значение угла внутреннего трения, град.

120 кНм2

10 кНм ‘

Рис. 1. Расчетная схема откоса, нагруженного по верхней

площадке

В большинстве программных пакетов, реализующих метод конечных элементов, параметры материала включены в исходный файл. Эти данные невозможно изменить после начала анализа, но они могут быть косвенно изменены путем представления их как функции независимых переменных.

Установлено, что деформационные свойства материала практически не влияют на коэффициент запаса устойчивости откосов, поэтому в расчете они задаются постоянными величинами. Функциями независимых переменных задаются предельные прочностные свойства материала — сцепление с и угол внутреннего трения ф :

с = (1 — 0,99)с; ф = arctan((1 — 0,90)tan ф), где 0 — независимая переменная, изменяющаяся от 0,0 до 1,0.

При изменении независимой переменной от 0,0 до 1,0 отношение

— линейно убывает от 1,0 до 0,1 и коэффициент запаса определяется как

F

1

F =

1 — 0,90

Подобная постановка задачи позволяет определять коэффициент запаса устойчивости F для любого значения независимой переменной в. Для определения реального коэффициента запаса устойчивости необходи-

мо установить относительные деформации откоса, которые определяются как

2 _ итах

Н ’

где итах — максимальные горизонтальные перемещения массива откоса; Н — высота откоса.

Определена величина крутизны откоса при коэффициенте запаса устойчивости F = 1,3 (рис. 2) в зависимости от типов вмещающих котлован грунтов.

1,8 1,7

а

I 1,6

и

1 1,5 в 1,4 = 1,3

-6г 1,2 и

О 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

Максимальное полное смещение, м

при сооружении котлована в песках при сооружении котлована в супесях

при сооружении котлована в суглинках при сооружении котлована в глинах

Рис. 2. Определениекоэффициента запасаустойчивости откосов при сооружении котлована в различных грунтах.

Крутизна откоса, нагруженного по верхней площадке в зависимости от типа грунта, при коэффициенте запаса

устойчивости Г = 1,3

Типы вмещающих котлован грунтов

№ Наименование грунтов Угол откоса, град

1 Пески 35

2 Супеси 28

3 Суглинки 28

4 Глины 34

Анализ полученных зависимостей позволяет заключить, что характер деформирования откосов котлованов, сооружаемых в песках с учетом нагрузки, от действующей на площадке техники качественно отличается от деформирования откосов в других грунтах.

120 120 120

а

0.00е+000 7.БОе-002 1.50е-001 2,25е-001 3.00е-001 З.15е-001 4.50е-001 5.2Бе-001 б.00е-001 6.75е-001 7.50е-001 8.25Є-001 9.00е-001 9.75е-001 1.ОБе+ООО 1,ІЗе+000 1.20в+000 1.276+000 1.35е+000 1.42е+000 1.50е+000 О.ООе+ООО 5.00Є-002 І.ООе-ООІ 1.50е-001

2.00Є-00Ї

2*50е-001 З.ООе-ООІ 3.50е-001 4 »00е-001 4.50е-001 5.00е-001 5.БОе-ОО! б.00е-001 6.50е-001 7.00е-001 7.50е—001 8*00е-001 8.БОе-ОО! 9.00е-001 9.50е-001 1*00е+000

Рис. 3. Эпюры максимальных сдвиговых смещений и векторы деформаций откосов при сооружении котлована: а — в песках; б — в супесях; в — в суглинках; г — в глинах

Прежде всего, отличие заключается в меньшем приросте относительных деформаций откоса при уменьшении прочностных свойств. Это указывает на лучшую работу песчаного откоса по восприятию нагрузки от техники на площадке.

Распределение максимальных сдвиговых деформаций в откосах, нагруженных по верхней площадке котлована, при расположении его в песках, супесях, суглинках и глинах, приведено на рис. 3. Эпюры распределения максимальных сдвиговых смещений и величины углов откосов позволяют сделать следующие выводы:

— угол нагруженного откоса при коэффициенте запаса прочности

F = 1,3 по сравнению с ненагруженным откосом уменьшился для откосов котлованов, сооружаемых в песках — на 7 град, для супесей — на 8 град, для суглинков — на 10 град, для глин — на 17 град;

— качественно и количественно изменился характер деформирования откоса котлована: изменилась локализация точек с максимальными сдвиговыми деформациями.

Таким образом, полученные зависимости позволяют установить допустимые величины углов откосов в зависимости от вида вмещающих его грунтов. При заданном коэффициенте запаса устойчивости F = 1,3 углы откосов котлованов, сооружаемых в рассматриваемых грунтах, весьма пологие, что является негативным фактором строительства в городских условиях. С другой стороны, постановка задачи идеализирована и на практике откос не будет однородным, включающим один вид грунта. В этой связи необходимо конкретизировать задачу для определения углов откоса котлована при наличии в разрезе нескольких видов грунтов, соответствующих реальным условиям строительства. На данном этапе исследования можно заключить, что с точки зрения восприятия нагрузки от работающей техники наилучшим вариантом является сооружение котлованов в песчаных грунтах, а с точки зрения экономии рабочего пространства — в глинистых.

Работа проводилась при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации.

Список литературы

1. Гальперин А.М. Геомеханика открытых горных работ: учебник для вузов. М.: Изд-во Моск. гос. горн. ун-та, 2003. 473 с.

2. ВСН 136-78 «Инструкция по проектированию вспомогательных сооружений и устройств для строительства мостов». М.: Минтрансстрой ГУЛ ЦПП № 2002.

3. Qianjun Xu, Honglei Yin, Xianfeng Cao, Zhongkui Li. A temperature-driven strength reduction method for slope stability analysis // Mechanics Research Communications. № 36. 2009. P. 224-231.

P.A. Demenkov, A.D. Kuranov

DETERMINA TION OF A DEEP EXCAVATION SLOPE STEEPNESS CONSTRUCTED IN DIFFERENT SOIL CONDITIONS WITH AN ACCOUNT OF SUPPLEMENTARY LOAD

Analysis of deep excavation slope behavior during construction of multifunctional underground complex in different soil conditions with an account of supplementary load is done. Dependence of safety factor on slope deformation and slope steepness are obtained.

Key words: deep excavation, slope, soil, multifunctional underground complex,

FEM.

Получено 20.04.11

УДК 622.23

A.B. Дягилева, канд. техн. наук, доц., (83842) 39-63-19), [email protected].

И.А. Ермакова, д-р техн. наук, проф., (83842) 39-63-19), [email protected],

B.А. Гоголин, д-р техн. наук, проф., (83842) 39-63-19)

(Россия, Кемерово, КузГТУ)

ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ОПОРНОГО ДАВЛЕНИЯ ПРИ ВЫЕМКЕ ПЛАСТОВ С МЯГКИМ ПРОСЛОЕМ

Проведено численное моделирование напряженного состояния горных пород при выемке пластов с мягким прослоем. Получены зависимости параметров распределения опорного давления от глубины разработки, длины выработанного пространства, коэффициента боковогораспора и мощности прослоя.

Ключевые слава: очистная выемка, метод конечных элементов, параметры опорного давления, мягкий прослой пласта.

При очистной выемке угольных пластов актуальной геомеханиче-ской задачей является анализ и прогноз напряженного состояния массива горных пород. Поставленная задача решалась многими учеными с использованием аналитических методов [1-6]. Следует отметить, что область применения аналитических методов ограничена, и не включает в себя решение задач для пластов сложного строения. Целью данной работы являлось установление зависимостей параметров опорного давления от горногеологических и горнотехнических факторов при выемке пластов с мягким прослоем. Для решения поставленной задачи в работе использовался метод конечных элементов (МКЭ), реализованный в программе ELCUT-Professional, версия 5.8 производственного кооператива ТОР.

Рассматривались следующие условия разработки. Глубина разработки H изменялась в пределах от 200 до 600 м, длина половины выработанного пространства L — от 200 до 600 м, коэффициент бокового распора X принимал значения от 0,5 до 1,5. Прослой пласта занимал одно из

Углы естественного откоса грунтов, отношение высоты к заложению для различных типов сухих, влажных и мокрых грунтов, песков, других пород.

	Навигация по справочнику TehTab.ru:  главная страница  / / Техническая информация / / Материалы — свойства, обозначения / / Грунты, земля, песок и другие породы. Показатели разрыхления, усадки и плотности грунтов и пород. Усадка и разрыхление, нагрузки. Углы откоса, отвала. Высоты уступов, отвалов.  / / Углы естественного откоса грунтов, отношение высоты к заложению для различных типов сухих, влажных и мокрых грунтов, песков, других пород. Углы естественного откоса грунтов, отношение высоты к заложению для различных типов сухих, влажных и мокрых грунтов, песков, других пород. источник: ГОССТРОЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ, СОЮЗДОРПРОЕКТ, Сборник вспомогательных материалов для разработки пособия по рекультивации земель, нарушаемых в процессе разработки карьеров и строительства автомобильных дорог Москва, 2000 Грунт Относительная влажность грунта сухой влажный мокрый градусы отношение высоты к заложению градусы отношение высоты к заложению градусы отношение высоты к заложению Галька 35 1:1,5 45 1:1 25 1:2,25 Гравий 40 1:1,25 40 1:1,25 35 1:1,5 Глина жирная 45 1:1 35 1:1,5 15 1:3,75 Грунт насыпной 35 1:1,5 45 1:1 27 1:2 Грунт растительный 40 1:1,25 35 1:1,5 25 1:2,25 Песок крупный 30 1:1,75 32 1:1,5 27 1:2 Песок средний 28 1:2 35 1:1,5 25 1:2,25 Песок мелкий 25 1:2,25 30 1:1,75 20 1:2,75 Суглинок легкий 40 1:1,25 30 1:1,75 20 1:2,75 Суглинок, глина легкая 50 1:0,75 40 1:1,25 30 1:1,75 Песок с гравием и галькой 35 1:1,5 40 1:1,25 30 1:1,75 Супесь полутвердая 40 1:1,25 30 1:1,75 15 1:3,5 Щебень 40 1:1,25 45 1:1 — — Каменная наброска 40 1:1,25 45 1:1 — —
Нашли ошибку? Есть дополнения? Напишите нам об этом, указав ссылку на страницу.
TehTab.ru Реклама, сотрудничество: [email protected]	Обращаем ваше внимание на то, что данный интернет-сайт носит исключительно информационный характер. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Все риски за использование информаци с сайта посетители берут на себя. Проект TehTab.ru является некоммерческим, не поддерживается никакими политическими партиями и иностранными организациями.

Виды земляных сооружений и физические свойства грунтов

Навигация:
Главная → Все категории → Технология строительного производства

Виды земляных сооружений и физические свойства грунтов Виды земляных сооружений и физические свойства грунтов

Земляные работы выполняют для создания сооружений в виде насыпей или выемок. Если земляные работы производятся с целью выравнивания поверхности или придания ей соответствующих уклонов, то такие работы называют планировочными.

Земляные сооружения подразделяют на постоянные и временные. Такие сооружения, как тоннели, плотины, каналы, относятся к постоянным, а выемки под фундаменты зданий, для прокладки коммуникаций и т. п. — к временным.

Когда длина выемки во много раз больше ее ширины, то выемку принято называть траншеей, если же размеры ширины и длины близки между собой — котлованом.

Если выемка разрабатывается для добычи недостающего грунта, то она называется резервом. Если же излишек грунта укладывается в насыпи, то они носят название кавальеров.

При производстве подземных работ (строительство метрополитена) вертикальные и наклонные ходы называют шахтами, а горизонтальные — тоннелями или штольнями.

Земляные сооружения устраивают из грунтов, которые являются продуктами естественного или искусственного разрушения твердых вулканических или осадочных пород. В состав грунтов входит воздух, вода, органические примеси. Сам же скелет грунта состоит из песчаных, пылевидных и глинистых частиц, относительное содержание которых определяет состав и свойства грунта.

Основными строительными свойствами грунтов, от которых зависит выбор способа производства земляных работ, являются плотность, сопротивление копанию, разрыхляемость, устойчивость, размываемость, уплотняемость, влагоемкость, водопроницаемость.

Для того чтобы исключить обрушение откоса земляного сооружения, проектировать его величину следует с учетом строительных свойств грунта.

Крутизна откосов выемок зависит от их глубины и видов грунта на строительной площадке. На практике крутизну откоса принято выражать отношением высоты откоса Н к его проекции на горизонтальную плоскость В — заложению откоса.

Строительными нормами и правилами для различных грунтов в зависимости от глубины выемки допускается различная крутизна откоса (СНиП III-A.11—70).

Рис. 1. Откос котлована

Наибольшая допустимая крутизна откосов котлованов и траншей в грунтах естественной влажности (отношение высоты откоса к его заложению)

Рытье выемок с вертикальными стенками без креплений разрешается только в грунтах естественной влажности и при отсутствии грунтовых вод. Глубина выемки (в м) не должна превышать:
В насыпных, песчаных и гравелистых грунтах – 1,00
В супесчаных и суглинистых грунтах – 1,25
В глинах – 1,50

В особо плотных нескальных грунтах – 2,00

Работы по сооружению фундаментов и других подземных устройств в выемках без креплений (с вертикальными или близкими к вертикальным стенкам) следует осуществлять сразу вслед за отрывкой грунта во избежание осыпания и обрушения стенок земляного сооружения.

Похожие статьи:
Правила разрезки кладки

Навигация:
Главная → Все категории → Технология строительного производства

Статьи по теме:

Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум

Исследование устойчивости откосов (разработка карьеров, Алжир)

По мере того, как метод добычи переходит от открытой добычи к шахте провисания, вертикальная высота откоса карьера продолжает увеличиваться, деформация откоса и режим разрушения тесно связаны с региональными характеристиками геологической структуры и особенностями структуры массива горных пород, на стабильность в значительной степени влияют горные породы, соединения и трещины, а также взрывная вибрация (Qiao and Li 2004). В частности, производительная взрывная вибрация и осадки карьера оказывают важное влияние на устойчивость откосов шахты.Продуктивная взрывная вибрация имеет косвенный опасный ущерб на крутых склонах. В основном это вызвано взрывной сейсмической волной после взрыва, особенно для развития трещин сустава. Высокий и крутой склон породы, содержащий зону разлома или разлома, более вероятен (Li et al. 2006). Нестабильность горных пород возникает, когда объединяется ряд факторов, и по той или иной причине состояние неустойчивой устойчивости, преобладающее до этого момента, переходит в нестабильную ситуацию, в результате чего породы характеризуются смещением их типов (скольжение, течение, падение) (Chalhoub 2006). ).

Расчет устойчивости может выполняться при двух различных обстоятельствах; до или после прекращения движения. В первом случае наклон, по-видимому, устойчивый; цель расчета устойчивости — определить поверхность скольжения, которая имеет наибольшие шансы на появление. Другими словами, расчет устойчивости позволяет как оценить запас прочности по эту сторону разрыва, так и определить наиболее опасные зоны нестабильности и изучить влияние некоторых работ (земляные работы, здания, взрывные работы, землетрясения).О запасе прочности, установленном для целинного склона. Таким образом, этот этап расчета кажется очень важным, поскольку он позволяет выбрать необходимые параметры для работы, чтобы обеспечить стабильность всего (книги и веб-сайта). В отличие от первого случая, когда движение уже появилось на склоне, расчет устойчивости выполняется для оценки запаса прочности между текущим состоянием участка и состоянием равновесия. В этом втором случае значения параметров, которые необходимо ввести в расчет, обычно задаются исследованиями, уже проведенными на месте, являются реальными значениями, такими как: геометрия поверхности горки, геотехнические характеристики массива и скольжения. поверхность и т. д.В этом случае расчет устойчивости также представляет большой интерес, поскольку он может выявить причины возникновения движения и определить работу консолидирующих устройств, необходимых для ограничения риска (Faure 2000).

Согласно Schroeder (2010), различные формы нестабильности откосов горных пород зависят от факторов, «внутренних» и связанных с природой, от морфологии массивов горных пород и характеристик неоднородностей, которые влияют, а «внешние» факторы могут быть естественные или связанные с деятельностью человека.

Геометрия откоса — обзор

3.3.2 Относительная шероховатость

При численном моделировании реальных лавин особое внимание следует уделять определению геометрии откоса. Увеличение разрешения области распространения для учета локальной шероховатости приводит к значительному увеличению продолжительности расчета, что обычно несовместимо с инженерными методами. Чтобы определить влияние шероховатости склона на кинематику лавины (скольжение или вращение блоков) и на режимы диссипации (за счет столкновений или трения), была введена дополнительная волнистость склона в виде резкой ряби [MOL 15, DAU 15].

Как показано на рис. 3.25, эта рябь / волнистость масштабируется относительно размеров исходных прямоугольных кирпичей, использованных в эксперименте № B1. Чтобы оценить влияние форм блоков в сочетании с волнообразным уклоном, было проведено численное моделирование с использованием маленьких кирпичей, больших кирпичей, а также идеальных и усеченных кубов. Кубики — с обрезанными углами или без них — также меньше стандартной длины волнистой поверхности.

Рисунок 3.25. Геометрия волнообразных откосов по сравнению с размерами кирпича

Основные характеристики отложений, полученных с волнообразными откосами, представлены для всех форм блоков на Рисунках 3.26 и 3.27 и сравниваются с результатами, полученными с использованием плоского наклона в таблице 3.8 (буква «u» относится к численным экспериментам, проведенным с использованием волнообразных наклонов). Какого бы размера ни были кирпичи, из-за волнистости уклона и Fahrböschung, и углы движения увеличиваются на 4–6 °; соответственно уменьшаются биения. Что касается удлинителей депозита, длина меньше, а ширина больше.

Рисунок 3.26. Влияние размеров кирпича и волнистости откоса на основные характеристики залежи

Рисунок 3.27. Влияние глубины врезки углов и волнистости склона на основные характеристики залежей

Таблица 3.8. Основные характеристики отложений для выбора моделирования с плоским наклоном по сравнению с моделированиями, в которых используются те же конфигурации, за исключением того, что наклон волнистый

	Угол Фарбёшунга (°)	Угол перемещения (°)	Расстояние биения ( м)	Длина (м)	Ширина (м)	Толщина (м)
# B1	31.50	40,13	0,84	0,91	1,37	0,11
# B1u	35,99	45,52	0,48	0,81	1,48	0,32
# C1	31,16	39,93	0,88	0,95	1,44	0,10
# C2	31,35	40,04	0,87	0,94	1,41	0.11
# C3	32,37	40,23	0,81	0,87	1,29	0,13
# C4	32,85	41,15	0,77	0,86	1,16	0,16
# C1u	35,85	46,09	0,52	0,93	1,52	0,40
# C2u	36,10	45,71	0.50	0,85	1,52	0,35
# C3u	35,48	44,38	0,47	0,75	1,35	0,23
# C4u	35,89	44,19 47	0,64	1,23	0,20
# D1	32,31	40,22	0,76	0,84	1,40	0,09
# D2	31.88	40,25	0,79	0,84	1,35	0,09
# D3	31,37	39,85	0,79	0,82	1,33	0,09
# D4		39,66	0,79	0,81	1,34	0,08
# D1u	34,47	43,97	0,57	0,74	1,54	0.17
# D2u	33,86	43,59	0,56	0,67	1,47	0,13
# D3u	32,93	42,97	0,59	0,67	1,43,11 900
# D4u	33,20	43,13	0,61	0,70	1,47	0,11

Наблюдаемая тенденция является прямым следствием изменения в движении блоков (от базального скольжения к внутреннему сдвигу). ) и в режимах диссипации (от базового трения до объемной диссипации) последовательно с введением волнистости.Однако осевые и боковые удлинения в значительной степени увеличиваются с размером блока или угловатостью углов, а это означает, что волнистость наклона действует по-разному в зависимости от формы частиц (маленькие и большие кирпичи, идеальные и усеченные кубы).

На рис. 3.28 и 3.29 показано сравнение зернистых отложений в четырех крайних случаях (№ C1, № C4, № D1 и № D4) как для плоских, так и для волнистых склонов. Количество частиц в покое на дне наклонного откоса систематически больше в случае волнистых откосов, независимо от формы блоков.Напротив, частицы, рассеянные далеко от основного месторождения в каждом направлении, всегда более многочисленны с волнообразными наклонами. Фактически, волнистость наклона возмущает поток, что вызывает большее рассеивание в массе и, следовательно, меньшие расстояния биения. Многочисленные столкновения и чрезмерное перекатывание блоков вызывают выбросы (чем больше сферичность блоков, тем больше расстояние от основного месторождения).

Рисунок 3.28. Влияние неровности откоса на зернистый осадок в случае мелкого (случай № С1) и большого (случай № С4) кирпича.Цветную версию этого рисунка см. На сайте www.iste.co.uk/richefeu/gravity.zip

Рисунок 3.29. Влияние шероховатости откоса на зернистый осадок в случае идеального (случай # D1) и усеченного (случай # C4) кубов. Цветную версию этого рисунка см. На сайте www.iste.co.uk/richefeu/gravity.zip

Сравнение плоских и волнообразных наклонов мод рассеяния вдоль наклона показано на рисунке 3.30 для всех форм протестированных блоков. Как было замечено ранее, наблюдается разница между рассеиванием на склоне (зона 1), в переходной зоне (зона 2) и в горизонтальной плоскости (зона 3).Режимы рассеяния сильно различаются в зависимости от шероховатости склонов, независимо от формы и размера частиц. Ясно, что энергия, рассеиваемая на склоне за счет трения или столкновений внутри массы, значительно увеличивается, в то время как диссипация трения в основании потока сильно уменьшается. В переходной зоне (зона 2) диссипация внутри массы довольно постоянна, в то время как диссипация за счет трения также уменьшается. В случае волнообразного склона при сравнении влияния размеров кирпича на размер волны большее рассеивание вдоль наклонного склона можно наблюдать для маленьких кирпичей (случай № C1), чем для больших кирпичей (случай № C4).Напротив, усеченные кубы (случай # D4), которые более склонны катиться, чем идеальные кубики (случай # D1), рассеивают меньше энергии на наклонном склоне. При превышении определенного значения параметр резки оказывает меньшее влияние на диссипативные режимы.

Рисунок 3.30. Влияние волнистости уклона на расположение и режим диссипации энергии для блоков различной геометрии. Цветную версию этого рисунка см. На сайте www.iste.co.uk/richefeu/gravity.zip

Чтобы указать на влияние волнистости склона на кинематику потока, мы представляем его на рисунках 3.31 и 3.32 количество энергии, рассеиваемой на пути распространения для всех протестированных форм блоков. Эти рисунки ясно показывают, что режимы рассеяния напрямую зависят от шероховатости наклона. Сравнивая с результатами на рис. 3.31, можно видеть, что основная диссипация возникает в объеме для маленьких кирпичей, в то время как большие кирпичи имеют более высокую тенденцию к развитию трения с уклоном. Как исключение, в начале события, когда предпочтение отдается скользящим механизмам, нарушение потока возникает в результате многочисленных взаимодействий между кирпичами или между кирпичами и верхней частью ряби на склоне, независимо от размеров кирпича.На рис. 3.32 показано, что готовность к качению снижает рассеивание энергии на неровном склоне. Также уменьшается энергия, рассеиваемая за счет трения о наклон.

Рисунок 3.31. Суммарная энергия на единицу длины, рассеиваемая на пути распространения для кирпичей разного размера (эксперименты № C1, № B1 и № C4). Цветную версию этого рисунка см. На сайте www.iste.co.uk/richefeu/gravity.zip

Рисунок 3.32. Суммарная энергия на единицу длины, рассеиваемая по пути распространения для блоков различной формы (эксперименты № D1, № B1 и № D4).Цветную версию этого рисунка см. На сайте www.iste.co.uk/richefeu/gravity.zip

Суммировано изменение во времени четырех видов кумулятивного рассеивания энергии для блоков различных размеров на плоском и волнообразном склоне. на рисунке 3.33. На этих рисунках синие стрелки указывают от самых маленьких блоков (случай № C1) до самых больших блоков (случай № C4). Размер блоков вызывает некоторые тенденции, которые часто одинаковы на плоском или волнообразном склоне. Большая диссипация при столкновении возникает для больших блоков (либо в объеме, либо с опорой), тогда как диссипация трения, наоборот, уменьшается с ростом блоков — однако диссипация трения между кирпичом и опорой является исключением, поскольку она остается почти постоянной. .Следовательно, независимо от типа уклона, более крупные кирпичи текут с более сильным столкновением, в то время как более мелкие кирпичи способствуют внутреннему сдвигу материала. Количественно размер блока на плоском склоне играет менее значительную роль, чем на волнистом склоне.

Рисунок 3.33. Сравнение временной эволюции четырех типов рассеяния энергии для блоков разного размера на плоском и волнообразном склоне

Как показано выше, при движении по неровной местности в результате индуцированного возмущения возникает большее рассеивание: волнистость допускает для более высоких относительных скоростей между блоками как в тангенциальном, так и в нормальном направлениях контакта (Рисунок 3.34). Для небольших блоков (# C1 или # D1) на продольном сечении появляется очень четкий вертикальный градиент скорости с интересными картинами скорости, демонстрирующими ту же периодичность, что и волнистость наклона. Свободная поверхность гранулированной массы имеет гораздо большую скорость, чем нижняя, которая подвергается периодическим циклам разгона-торможения в зависимости от местного наклона склона. Поперечные сечения показывают, что профиль скорости довольно однороден по всей ширине зернистой массы, поскольку величина скорости практически не зависит от положения сечения.При рассмотрении больших блоков (# C4 или # D4) этого стратифицированного потока не наблюдается. Действительно, в этих случаях мы не наблюдаем нижнего слоя с очень ограниченной скоростью, как в случае небольших кирпичей, и, следовательно, профиль скорости почти постоянен в любом поперечном сечении. Аналогичные тенденции наблюдаются и для угловых скоростей. В частности, большие блоки вызывают меньшие угловые скорости — за исключением переходной зоны — в то время как поток с небольшими блоками демонстрирует периодические картины высоких угловых скоростей, которые чередуются с зонами более спокойного режима (в зависимости от длины волны волнистости склона).

Рисунок 3.34. Влияние волнистости уклона на поступательную и угловую скорости в продольном сечении и нескольких поперечных сечениях для нескольких форм блоков. Цветную версию этого рисунка см. На сайте www.iste.co.uk/richefeu/gravity.zip

На рис. 3.35 представлены результаты в единицах местных твердых фракций для мелких и крупных кирпичей. На плоском склоне плотность зернистой упаковки довольно однородна во всей лавине (кроме ее концов), но лавина мелких блоков более плотная, чем лавина крупных блоков.Случай с большими кирпичами на волнистом склоне также подчеркивает довольно однородную плотность, но гранулированная насадка в этом случае очень рыхлая. Случай мелких кирпичей на волнистом склоне — единственный, для которого наблюдается неоднородное распределение твердой фракции. В этом моделировании периодические модели плотности следуют волнам наклона; более высокие плотности расположены во впадинах склона, а более низкие — скорее на гребнях. Эти паттерны плотности возникают в тех же местах, что и наблюдаемые в поле скорости (Рисунок 3.34), а области высокой плотности хорошо коррелируют с областями низкой скорости. Более того, поперечные сечения также показывают, что плотность неоднородна по ширине лавины: упаковка в целом более плотная в центральной части, чем в боковых частях.

Рисунок 3.35. Влияние волнистости на твердую фракцию зернистого материала для нескольких поперечных сечений и для самых маленьких и больших блоков. Цветную версию этого рисунка см. На сайте www.iste.co.uk/richefeu/gravity.zip

Прогнозирование разрушения откосов на карьерах с использованием новой гибридной модели искусственного интеллекта на основе дерева решений и алгоритма эволюции

1.

Вязьменский А., Стед Д. , Элмо, Д. и Мосс, А. Численный анализ нестабильности, вызванной обрушением блоков на больших откосах карьера: метод конечных элементов / дискретных элементов. Механика горных пород и горная инженерия 43 , 21–39 (2010).

ADS Статья Google Scholar

2.

Дайсон, А. П. и Толооян, А. Прогнозирование и классификация для анализа устойчивости откосов методом конечных элементов путем сравнения случайных полей. Компьютеры и геотехника 109 , 117–129 (2019).

Артикул Google Scholar

3.

Ван, Л., Сан, Д. А., Чен, Б. и Ли, Дж. Трехмерная сейсмическая устойчивость ненасыщенных грунтовых склонов с использованием полуаналитического метода. Компьютеры и геотехника 110 , 296–307 (2019).

Артикул Google Scholar

4.

Wei, Y., Jiaxin, L., Zonghong, L., Wei, W. & Xiaoyun, S. Метод снижения прочности, основанный на обобщенном критерии Хука-Брауна (GHB) для анализа устойчивости откосов горных пород. . Компьютеры и геотехника 117 , 103240 (2020).

Артикул Google Scholar

5.

Хэ Ю., Лю Ю., Хазарика Х. и Юань Р.Расчет устойчивости сейсмических откосов с отсечкой по пределу прочности. Компьютеры и геотехника 112 , 245–256 (2019).

Артикул Google Scholar

6.

Wang, Z. et al. . Устойчивость внутреннего откоса отвала и аналитическое решение на основе кругового разрушения: иллюстрируется ситуационным исследованием. Компьютеры и геотехника 117 , 103241 (2020).

Артикул Google Scholar

7.

Ли К., Цзян П. и Чжоу А. Строгое решение проблемы устойчивости склона при сейсмическом воздействии. Компьютеры и геотехника 109 , 99–107 (2019).

ADS Статья Google Scholar

8.

Ян М. и Дэн Б. Исследование устойчивости уклона, укрепленного сваями, в условиях устойчивого ненасыщенного потока. Компьютеры и геотехника 109 , 89–98 (2019).

Артикул Google Scholar

9.

Zhang, W., Zheng, H., Jiang, F., Wang, Z. & Gao, Y. Анализ устойчивости откосов грунта на основе связанной с водой и параллельной модели гидродинамики сглаженных частиц. Компьютеры и геотехника 108 , 212–225 (2019).

Артикул Google Scholar

10.

Нагадехи, М. З., Хименес, Р., Хало Какайе, Р., Джалали, С.-М. E. Новый индекс нестабильности откосов карьера, определенный с использованием подхода усовершенствованных инженерных систем горных пород. Международный журнал механики горных пород и горных наук 61 , 1–14 (2013).

Артикул Google Scholar

11.

Эль-Рамли, Н., Моргенштерн, Н. и Круден, Д. Вероятностный анализ устойчивости откосов для практики. Канадский геотехнический журнал 39 , 665–683 (2002).

Артикул Google Scholar

12.

Дайсон, А.П. и Толооян, А. Вероятностное исследование топологий RFEM для анализа устойчивости откосов. Компьютеры и геотехника 114 , 103129 (2019).

Артикул Google Scholar

13.

Гриффитс Д. и Фентон Г. А. In Устойчивость склонов 2000 184-193 (2000).

14.

Гриффитс Д. и Фентон Г. А. Вероятностный анализ устойчивости откосов с помощью конечных элементов. Журнал геотехнической и геоэкологической инженерии 130 , 507–518 (2004).

Артикул Google Scholar

15.

Cheng, Y., Lansivaara, T. & Wei, W. Двухмерный анализ устойчивости склона с помощью методов предельного равновесия и снижения прочности. Компьютеры и геотехника 34 , 137–150 (2007).

Артикул Google Scholar

16.

Лю С., Шао Л. и Ли Х. Анализ устойчивости откосов с использованием метода предельного равновесия и двух методов конечных элементов. Компьютеры и геотехника 63 , 291–298 (2015).

Артикул Google Scholar

17.

Чжоу, Дж., Ли, X. и Митри, Х. С. Классификация горных ударов в подземных проектах: сравнение десяти контролируемых методов обучения. Журнал вычислительной техники в гражданском строительстве 30 , 04016003 (2016).

Артикул Google Scholar

18.

Чжоу, Дж., Ли, X. и Ши, X. Модель долгосрочного прогнозирования горных ударов в подземных выработках с использованием эвристических алгоритмов и опорных векторных машин. Наука о безопасности 50 , 629–644 (2012).

Артикул Google Scholar

19.

Nguyen, H., Choi, Y., Bui, X.-N. И Нгуен-Той, Т. Прогнозирование вызванной взрывом вибрации грунта в карьерах с использованием датчиков вибрации и алгоритмов оптимизации на основе регрессии опорных векторов. Датчики 20 , 132 (2020).

Артикул Google Scholar

20.

Чжан, Х. и др. . Разработка новой модели искусственного интеллекта для оценки капитальных затрат на горнодобывающие проекты с использованием алгоритма оптимизации муравьиной колонии на основе глубокой нейронной сети. Политика в отношении ресурсов 66 , 101604 (2020).

Артикул Google Scholar

21.

Ким Д. Х., Грачев И. и Баласубраманиам А. Определение коэффициента шероховатости стыков (JRC) для анализа устойчивости откосов: пример из области Голд-Кост, Австралия. Оползни 10 , 657–664, https://doi.org/10.1007/s10346-013-0410-8 (2013).

Артикул Google Scholar

22.

Ниу, Ф., Ло, Дж., Лин, З., Фанг, Дж. И Лю, М. Анализ устойчивости и разрушения склонов, вызванных таянием, в районах вечной мерзлоты на Цинхай-Тибетском плато, Китай. Оползни 13 , 55–65, https://doi.org/10.1007/s10346-014-0545-2 (2016).

Артикул Google Scholar

23.

Chen, C.-W. и др. . Оценка восприимчивости оползневых форм рельефа в Японии с использованием анализа устойчивости склонов: тематическое исследование землетрясения в Кумамото в 2016 году. Оползни 14 , 1793–1801, https://doi.org/10.1007/s10346-017-0872-1 (2017).

Артикул Google Scholar

24.

Мюллер А. и Варгас Е. А. Поправка к: анализу устойчивости откоса при ударе каменным блоком с использованием метода обобщенной интерполяции материальных точек (GIMP). Оползни 16 , 1063–1063, https://doi.org/10.1007/s10346-019-01153-3 (2019).

Артикул Google Scholar

25.

Прадхан, С. П., Панда, С. Д., Рул, А. Р. и Такур, М. Анализ недавнего оползня Котропи в августе 2017 г., Индия: геологическое исследование и анализ устойчивости склонов. Landslides , https://doi.org/10.1007/s10346-019-01186-8 (2019).

26.

Чжоу Дж. и др. . Прогнозирование устойчивости уклона при отказе в круговом режиме с использованием подхода с использованием машины для повышения градиента на основе обновленной базы данных историй болезни. Наука о безопасности 118 , 505–518 (2019).

Артикул Google Scholar

27.

Nguyen, H., Bui, X.-N., Bui, H.-B. И Куонг, Д.T. Разработка модели XGBoost для прогнозирования пиковой скорости частиц, вызванной взрывом, в карьере: тематическое исследование. Acta Geophysica 67 , 477–490, https://doi.org/10.1007/s11600-019-00268-4 (2019).

ADS Статья Google Scholar

28.

Nguyen, H., Bui, X.-N., Bui, H.-B. И Май, Н.-Л. Сравнительное исследование искусственных нейронных сетей для прогнозирования избыточного давления УВВ на угольной шахте Deo Nai, Вьетнам. Нейронные вычисления и приложения , 1–17, https://doi.org/10.1007/s00521-018-3717-5 (2018).

29.

Нгуен, Х. Подход с опорой на векторную регрессию с различными функциями ядра для прогнозирования вибрации грунта, вызванной взрывом: тематическое исследование на угольной шахте во Вьетнаме. SN Прикладные науки 1 , 283, https://doi.org/10.1007/s42452-019-0295-9 (2019).

Артикул Google Scholar

30.

Nguyen, H., Bui, X.-N. И Моайеди, Х. Сравнение передовых вычислительных моделей и экспериментальных методов в прогнозировании вызванной взрывом вибрации грунта в угольных разрезах. Журнал Acta Geophysica , https://doi.org/10.1007/s11600-019-00304-3 (2019).

31.

Nguyen, H., Bui, X.-N., Tran, Q.-H. И Май, Н.-Л. Новая модель мягких вычислений для оценки и управления вибрацией грунта, вызванной взрывом, на основе иерархической кластеризации K-средних и кубистских алгоритмов. Прикладные мягкие вычисления , 1–20 (2019).

32.

Zhang, S., Bui, X.-N., Trung, N.-T., Nguyen, H. & Bui, H.-B. Прогнозирование распределения размеров горных пород при взрывных работах на уступах с использованием нового метода ускоренного дерева регрессии на основе оптимизации колоний муравьев. Исследование природных ресурсов , https://doi.org/10.1007/s11053-019-09603-4 (2019).

33.

Djebali, S. et al . Оптимизация плана фрезерования с помощью подхода к решению возникающих проблем. Компьютеры и промышленная инженерия 87 , 506–517 (2015).

Артикул Google Scholar

34.

Bui, X.-N., Jaroonpattanapong, P., Nguyen, H., Tran, Q.-H. И Лонг, Н.К. Новая гибридная модель для прогнозирования вибрации земли, вызванной взрывом, на основе k-ближайших соседей и оптимизации роя частиц. Scientific Reports 9 , 1–14 (2019).

Артикул CAS Google Scholar

35.

Эсса К. С. и Эльхусейн М. Интерпретация магнитных данных с помощью оптимизации роя частиц: исследования примеров разведки полезных ископаемых. Исследование природных ресурсов , https://doi.org/10.1007/s11053-020-09617-3 (2020).

36.

Тут Хаклидир, Ф. С. и Хаклидир, М. Прогнозирование пластовых температур с использованием гидрогеохимических данных, Геотермальные системы Западной Анатолии (Турция): подход машинного обучения. Исследование природных ресурсов , https://doi.org/10.1007 / s11053-019-09596-0 (2019).

37.

Чен, Ю., Ву, В. и Чжао, К. Модель, основанная на алгоритме летучих мышей, управляемая данными, для картирования перспективности полезных ископаемых. Исследование природных ресурсов , https://doi.org/10.1007/s11053-019-09589-z (2019).

38.

Qi, C. & Tang, X. Прогнозирование устойчивости склонов с использованием интегрированных метаэвристических подходов и подходов машинного обучения: сравнительное исследование. Компьютеры и промышленная инженерия 118 , 112–122 (2018).

Артикул Google Scholar

39.

Сакеллариу М. и Ферентину М. Исследование прогнозирования устойчивости откосов с использованием нейронных сетей. Геотехническая и геологическая инженерия 23 , 419 (2005).

Артикул Google Scholar

40.

Самуи, П. Анализ устойчивости откосов: метод опорных векторов. Экологическая геология 56 , 255 (2008).

ADS Статья Google Scholar

41.

Чоббасти А., Фаррохзад Ф. и Барари А. Прогнозирование устойчивости откосов с использованием искусственной нейронной сети (пример из практики: Ноабад, Мазандаран, Иран). Арабский журнал наук о Земле 2 , 311–319 (2009).

CAS Статья Google Scholar

42.

Карканаки А. Р., Ганджян Н. и Аскари Ф.Анализ устойчивости и проектирование консольных подпорных стен с учетом возможных механизмов разрушения: подход к анализу верхнего предела. Геотехническая и геологическая инженерия 35 , 1079–1092 (2017).

Артикул Google Scholar

43.

Аршад, М., Бабар, М., Джавед, Н. Численный анализ водооттока и устойчивости откосов земляной плотины с использованием программного обеспечения для определения гео-откосов. Биологические исследования PSM 2 , 13–20 (2017).

Google Scholar

44.

Luo, Z., Bui, X.-N., Nguyen, H. & Moayedi, H. Новый метод искусственного интеллекта для анализа устойчивости откосов с использованием модели PSO-CA. Engineering with Computers , https://doi.org/10.1007/s00366-019-00839-5 (2019).

45.

Han, Z. et al. . Всесторонний анализ устойчивости оползней и соответствующие меры противодействия: тематическое исследование оползня Ланьмуси в Китае. Научные отчеты 9 , 1–12 (2019).

ADS Статья CAS Google Scholar

46.

Carlà, T. et al. . Перспективы прогнозирования катастрофических отказов откосов со спутника InSAR. Научные отчеты 9 , 1–9 (2019).

Артикул CAS Google Scholar

47.

Чакраборти, А.И Госвами, Д. Прогнозирование устойчивости уклона с использованием множественной линейной регрессии (MLR) и искусственной нейронной сети (ANN). Арабский журнал наук о Земле 10 , 385 (2017).

Артикул Google Scholar

48.

Джеллали Б. и Фриха В. Алгоритм оптимизации роя частиц с ограничениями, применяемый для обеспечения устойчивости уклона. Международный журнал геомеханики 17 , 06017022 (2017).

Артикул Google Scholar

49.

Mojtahedi, S. F. F. et al. . Новый подход вероятностного моделирования для прогнозирования запаса прочности откосов: тематическое исследование. Инжиниринг с помощью компьютеров , 1–10 (2018).

50.

Салех, Л. В Серия конференций IOP: Материаловедение и инженерия . 012029 (Издательство IOP).

51.

Купиалипур, М., Джахед Армагани, Д., Хедаят, А., Марто, А. и Гордан, Б. Применение различных гибридных интеллектуальных систем для оценки и прогнозирования устойчивости склонов в статических и динамических условиях. Soft Computing , https://doi.org/10.1007/s00500-018-3253-3 (2018).

52.

Гао, В., Рафтари, М., Рашид, А. С. А., Муазу, М. А. и Джусох, В. А. У. Прогностическая модель, основанная на оптимизированной ИНС в сочетании с ICA для прогнозирования устойчивости склонов. Инжиниринг с помощью компьютеров , https: // doi.org / 10.1007 / s00366-019-00702-7 (2019).

53.

Цянь, З., Ли, А., Чен, В., Лямин, А. и Цзян, Дж. Подход с использованием искусственной нейронной сети для прогнозирования устойчивости неоднородных грунтовых склонов на основе методов анализа пределов. Грунты и фундаменты (2019).

54.

Буй, Х.-Н., Моайеди, Х. и Рашид, А.С. А. Разработка метода прогнозирования на основе оптимизированных правил M5Rules – GA для прогнозирования тепловой нагрузки энергосберегающей системы здания. Инжиниринг с помощью компьютеров , https: // doi.org / 10.1007 / s00366-019-00739-8 (2019).

55.

Nguyen, H., Drebenstedt, C., Bui, X.-N. И Буй, Д. Т. Прогнозирование вибрации грунта, вызванной взрывом в карьере, с помощью новой гибридной модели, основанной на кластеризации и искусственной нейронной сети. Исследование природных ресурсов , https://doi.org/10.1007/s11053-019-09470-z (2019).

56.

Bui, X.-N., Nguyen, H., Le, HA, Bui, HB & Do, NH Прогнозирование избыточного давления воздуха при взрыве в карьере: оценка различных искусственных интеллектов Техники. Исследование природных ресурсов , https://doi.org/10.1007/s11053-019-09461-0 (2019).

57.

Гордан, Б., Армагани, Д. Дж., Хаджихассани, М. и Монжези, М. Прогнозирование устойчивости сейсмического уклона с помощью комбинации оптимизации роя частиц и нейронной сети. Инжиниринг с помощью компьютеров 32 , 85–97 (2016).

Артикул Google Scholar

58.

Купиалипур, М., Армагани, Д.Дж., Хедаят А., Марто А. и Гордан Б. Применение различных гибридных интеллектуальных систем для оценки и прогнозирования устойчивости склонов в статических и динамических условиях. Soft Computing , 1–17 (2018).

59.

Шанг, Ю., Нгуен, Х., Буй, X.-N., Тран, Q.-H. И Моайеди, Х. Новый подход с использованием искусственного интеллекта для прогнозирования вызванной взрывом вибрации грунта в карьерах на основе алгоритма Firefly и искусственной нейронной сети. Исследование природных ресурсов , https: // doi.org / 10.1007 / s11053-019-09503-7 (2019).

60.

Zhang, X. et al . Новая модель мягких вычислений для прогнозирования вызванной взрывом вибрации грунта в карьерах на основе оптимизации роя частиц и XGBoost. Исследование природных ресурсов , https://doi.org/10.1007/s11053-019-09492-7 (2019).

61.

Куинлан, Дж. Р. В 5-я совместная австралийская конференция по искусственному интеллекту . 343–348 (World Scientific).

62.

Брейман, Л., Фридман, Дж. Х., Ольшен, Р. А. и Стоун, К. Дж. Классификация и деревья регрессии. Бельмонт, Калифорния: Уодсворт. Международная группа , 432 (1984).

63.

Куинлан, Дж. Р. Упрощение деревьев решений. Международный журнал человеко-машинных исследований 27 , 221–234 (1987).

Артикул Google Scholar

64.

Саттари, М. Т. и Сурех, Ф. С. В Международная конференция по гражданскому строительству и архитектуре (ICEARC) .

65.

Франк, Э. и Виттен, И. Х. Создание точных наборов правил без глобальной оптимизации. (1998).

66.

Rouzegari, N., Hassanzadeh, Y. & Sattari, M. T. Использование гибридных алгоритмов моделирования дерева отжига-M5 для извлечения правил работы If-Then в одном резервуаре. Управление водными ресурсами 33 , 3655–3672 (2019).

Артикул Google Scholar

67.

Митчелл М. Введение в генетические алгоритмы . (Пресса Массачусетского технологического института, 1998 г.).

68.

Карр Дж. Введение в генетические алгоритмы. Старший пр. 1 , 40 (2014).

MathSciNet Google Scholar

69.

Raeisi-Vanani, H. et al. . Простой метод расчетов оценки земель и его сравнение с методом генетического алгоритма (ГА). Международный журнал исследований в области сельскохозяйственных наук (IJRSAS) 3 , 26–38 (2017).

Google Scholar

70.

Голдберг, Д. (Addison-Wesley, Reading, 1989).

71.

Мирджалили С. В Эволюционные алгоритмы и нейронные сети 43–55 (Springer, 2019).

72.

Fang, Q., Nguyen, H., Bui, X.-N. И Тран, Q.-H. Оценка избыточного давления воздуха в карьерах, вызванного взрывом, с использованием кубистского генетического алгоритма. Исследование природных ресурсов , https: // doi.org / 10.1007 / s11053-019-09575-5 (2019).

73.

Rutczyńska-Wdowiak, K. In 2017 2 2n d Intern ational Conference on Methods and Models in Automation and Robotics (MMAR) . 971–975 (IEEE).

74.

Шиванандам С. и Дипа С. In Введение в генетические алгоритмы 15–37 (Springer, 2008).

75.

Гао, В., Рафтари, М., Рашид, А. С. А., Муазу, М. А. и Джусох, В. А. У. Прогностическая модель, основанная на оптимизированной ИНС в сочетании с ICA для прогнозирования устойчивости склонов. Engineering with Computers , 1–20, https://doi.org/10.1007/s00366-019-00702-7 (2019).

76.

Чжоу, Ю., Чеук, К. и Тхам, Л. Численное моделирование грунтовых гвоздей на откосе рыхлой насыпи при дополнительной нагрузке. Компьютеры и геотехника 36 , 837–850 (2009).

Артикул Google Scholar

77.

Nguyen, H., Bui, X.-N., Tran, Q.-H. И Май, Н.-Л. Новая модель мягких вычислений для оценки и управления вибрацией грунта, вызванной взрывом, на основе иерархической кластеризации K-средних и кубистических алгоритмов. Прикладные мягкие вычисления 77 , 376–386, https://doi.org/10.1016/j.asoc.2019.01.042 (2019).

Артикул Google Scholar

78.

Moayedi, H. & Rezaei, A. Подход с использованием искусственной нейронной сети для расширенных свай, подвергающихся воздействию подъемных сил в сухом песке. Нейронные вычисления и приложения https://doi.org/10.1007/s00521-017-2990-z (2017).

Артикул Google Scholar

79.

Лозано М., Эррера Ф. и Кано Дж. Р. Стратегии замещения для сохранения полезного разнообразия в установившихся генетических алгоритмах. Информационные науки 178 , 4421–4433 (2008).

Артикул Google Scholar

80.

Фушики, Т. Оценка ошибки предсказания с помощью K-кратной перекрестной проверки. Статистика и вычисления 21 , 137–146 (2011).

MathSciNet МАТЕМАТИКА Статья Google Scholar

81.

Сакия, Р. Техника трансформации Бокса-Кокса: обзор. Журнал Королевского статистического общества: серия D (Статистик) 41 , 169–178 (1992).

Google Scholar

82.

Abbas, A. S. & Asheghi, R. Оптимизированные разработанные модели на основе искусственной нейронной сети для прогнозирования вибрации грунта, вызванной взрывом. Инновационные инфраструктурные решения 3 , 1–10 (2018).

Артикул Google Scholar

83.

Афрам, А., Джанаби-Шарифи, Ф., Фунг, А.С. и Раахемифар, К. Прогностическое управление (MPC) на основе искусственной нейронной сети (ИНС) и оптимизация систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха: современный обзор и тематическое исследование Жилая система HVAC. Энергетика и строительство 141 , 96–113 (2017).

Артикул Google Scholar

84.

Мухаммад Ф. и Ферентину М. Целостный индекс устойчивости откосов карьера с использованием искусственных нейронных сетей.(2017).

% PDF-1.5 % 1 0 объект > >> эндобдж 4 0 obj / Создатель / CreationDate (D: 20180215123253 + 08’00 ‘) / ModDate (D: 20180215123253 + 08’00 ‘) / Название (Откосы карьера в выветренных и слабых породах) / Автор (Мартин, CD; Стейси, П.Ф.) / Ключевые слова () >> эндобдж 2 0 obj > эндобдж 3 0 obj > эндобдж 5 0 obj > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / MediaBox [0 0 595.08 842.04] / Содержание [43 0 R 44 0 R 45 0 R] / Группа> / Вкладки / S / StructParents 0 / Аннотации [46 0 R] >> эндобдж 6 0 obj > / ExtGState> / XObject> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / MediaBox [0 0 595.08 842.04] / Содержание 52 0 руб. / Группа> / Вкладки / S / StructParents 1 >> эндобдж 7 0 объект > / ExtGState> / XObject> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / MediaBox [0 0 595.08 842.04] / Содержание 55 0 руб. / Группа> / Вкладки / S / StructParents 2 >> эндобдж 8 0 объект > / ExtGState> / XObject> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / MediaBox [0 0 595.08 842.04] / Содержание 58 0 руб. / Группа> / Вкладки / S / StructParents 3 >> эндобдж 9 0 объект > / ExtGState> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / MediaBox [0 0 595.08 842.04] / Содержание 59 0 руб. / Группа> / Вкладки / S / StructParents 4 >> эндобдж 10 0 obj > / ExtGState> / XObject> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / MediaBox [0 0 595.08 842.04] / Содержание 61 0 руб. / Группа> / Вкладки / S / StructParents 5 >> эндобдж 11 0 объект > / ExtGState> / XObject> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / MediaBox [0 0 595.08 842.04] / Содержание 65 0 руб. / Группа> / Вкладки / S / StructParents 6 >> эндобдж 12 0 объект > / ExtGState> / XObject> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / MediaBox [0 0 595.08 842.04] / Содержание 68 0 руб. / Группа> / Вкладки / S / StructParents 7 >> эндобдж 13 0 объект > / ExtGState> / XObject> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / MediaBox [0 0 595.08 842.04] / Содержание 71 0 руб. / Группа> / Вкладки / S / StructParents 8 >> эндобдж 14 0 объект > / ExtGState> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / MediaBox [0 0 595.08 842.04] / Содержание 73 0 руб. / Группа> / Вкладки / S / StructParents 9 >> эндобдж 15 0 объект > / ExtGState> / XObject> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / MediaBox [0 0 595.08 842.04] / Содержание 77 0 руб. / Группа> / Вкладки / S / StructParents 10 >> эндобдж 16 0 объект > / ExtGState> / XObject> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / MediaBox [0 0 595.08 842.04] / Содержание 80 0 руб. / Группа> / Вкладки / S / StructParents 11 >> эндобдж 17 0 объект > / ExtGState> / XObject> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / MediaBox [0 0 595.08 842.04] / Содержание 82 0 руб. / Группа> / Вкладки / S / StructParents 12 >> эндобдж 18 0 объект > / ExtGState> / XObject> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / MediaBox [0 0 595.08 842.04] / Содержание 84 0 руб. / Группа> / Вкладки / S / StructParents 13 >> эндобдж 19 0 объект > / ExtGState> / XObject> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / MediaBox [0 0 595.08 842.04] / Содержание 87 0 руб. / Группа> / Вкладки / S / StructParents 14 >> эндобдж 20 0 объект > / ExtGState> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / MediaBox [0 0 595.08 842.04] / Содержание 88 0 руб. / Группа> / Вкладки / S / StructParents 15 >> эндобдж 21 0 объект > / ExtGState> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / MediaBox [0 0 595.08 842.04] / Содержание 89 0 руб. / Группа> / Вкладки / S / StructParents 16 >> эндобдж 22 0 объект > / ExtGState> / XObject> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / MediaBox [0 0 595.08 842.04] / Содержание 92 0 руб. / Группа> / Вкладки / S / StructParents 17 >> эндобдж 23 0 объект > / ExtGState> / XObject> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / MediaBox [0 0 595.08 842.04] / Содержание 95 0 руб. / Группа> / Вкладки / S / StructParents 18 >> эндобдж 24 0 объект > / ExtGState> / XObject> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / MediaBox [0 0 595.08 842.04] / Содержание 97 0 руб. / Группа> / Вкладки / S / StructParents 19 >> эндобдж 25 0 объект > / ExtGState> / XObject> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / MediaBox [0 0 595.08 842.04] / Содержание 100 0 руб. / Группа> / Вкладки / S / StructParents 20 >> эндобдж 26 0 объект > / ExtGState> / XObject> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / MediaBox [0 0 595.08 842.04] / Содержание 102 0 руб. / Группа> / Вкладки / S / StructParents 21 >> эндобдж 27 0 объект > / ExtGState> / XObject> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / MediaBox [0 0 595.08 842.04] / Содержание 104 0 руб. / Группа> / Вкладки / S / StructParents 22 >> эндобдж 28 0 объект > / ExtGState> / XObject> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / MediaBox [0 0 595.08 842.04] / Содержание 106 0 руб. / Группа> / Вкладки / S / StructParents 23 >> эндобдж 29 0 объект > / ExtGState> / XObject> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / MediaBox [0 0 595.08 842.04] / Содержание 108 0 руб. / Группа> / Вкладки / S / StructParents 24 >> эндобдж 30 0 объект > / ExtGState> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / MediaBox [0 0 595.08 842.04] / Содержание 110 0 руб. / Группа> / Вкладки / S / StructParents 25 >> эндобдж 31 0 объект > / ExtGState> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] >> / MediaBox [0 0 595.08 842.04] / Содержание 111 0 руб. / Группа> / Вкладки / S / StructParents 26 >> эндобдж 32 0 объект > эндобдж 33 0 объект > эндобдж 34 0 объект > эндобдж 35 0 объект > эндобдж 36 0 объект > эндобдж 37 0 объект > эндобдж 38 0 объект > эндобдж 39 0 объект > эндобдж 40 0 объект > эндобдж 41 0 объект > эндобдж 42 0 объект > эндобдж 43 0 объект > поток x +

Оценка устойчивости и оптимизация проектирования откосов карьера на берегу озера с учетом эффекта взаимодействия жидкости и твердого тела

Медный рудник Чэнменшань, расположенный в городе Цзюцзян в провинции Цзянси, редко является открытым карьером на берегу озера в Китае.Поскольку карьер находится очень близко к озеру Сай, сезонно изменяющийся уровень воды и расстояние между озером и склоном имеют большое влияние на устойчивость откоса карьера. На основании данных бурения и геологических разрезов строится численная модель откоса. В связи с взаимодействием жидкости и механического воздействия проводится численный анализ устойчивости склонов, в котором учитываются различные уровни воды в озере и расстояния между озером и склонами. Сравнительный анализ показывает, что большее расстояние от озера до склона может обещать лучшую устойчивость склона и ослабить чувствительность устойчивости склона к воде.Анализируется устойчивость склонов с разной высотой, чтобы обнаружить, что устойчивость ослабевает, а чувствительность увеличивается с увеличением высоты. В наиболее серьезной ситуации, когда высота склона и уровень воды в озере составляют 238 м и 17,2 м соответственно, значение равно 1,18945, что чрезвычайно близко к допустимому коэффициенту безопасности 1,20 для конструкции склонов. Согласно минимуму для проектирования откоса, минимальное расстояние между озером и откосом карьера составляет 60 м.

1.Введение

Согласно большому количеству инженерных практик, оползни естественных и искусственных склонов часто происходят после сильного или продолжительного дождя. Обрушение откосов берегов водохранилища происходит при резком падении уровня воды, длительном погружении и гидрологическом цикле. Это показывает, что просачивание грунтовых вод на склоне имеет большое значение для устойчивости склона.

Теоретические исследования и практический опыт показывают, что склоны карьера обычно проходят четыре стадии от завершения выемки до обрушения: стадия упругости, стадия нелинейной деформации, стадия деформации ползучести и стадия обрушения.Согласно критериям Мора-Кулона прочность породы на сдвиг сильно уменьшается при контакте с водой. Для покачивания склонов это означает значительное снижение устойчивости. С развитием численных расчетов было разработано множество модулей в виде численного программного обеспечения для реализации гидромеханической связи в трещиноватом массиве горных пород [1–4]. Программное обеспечение Itasca, основанное на быстром лагранжевом методе, может использоваться для моделирования потока жидкости через проницаемое твердое тело [5], и поровое давление жидкости будет изменяться в ответ на изменение механического объема.

Было проведено множество исследований для изучения механизма связи давления воды и напряжения горного массива [6–12]. Рутквист и Стефанссон [13] и Ван [14] выделили два типа гидромеханической связи: прямую и косвенную. Прямое соединение происходит за счет деформации и взаимодействия поровой жидкости. Непрямая связь — это когда изменения механических или гидравлических процессов влияют друг на друга через изменения механических и гидравлических свойств. Деформация откоса карьера, которая в значительной степени неэластична из-за ползучести и скольжения на конструкциях, вызывает необратимые изменения в массиве горных пород и гидравлических свойствах массива и в значительной степени является косвенной связью.

Устойчивость откосов шахты зависит от конструкции. Неявность или явность в этом процессе проектирования — это принятие некоторой нестабильности или определенного процента неудач [15, 16]. Обычно деформации после выемки грунта и критические факторы, которые могут вызвать оползни, учитываются в процессе проектирования откосов рудника. Чтобы убедиться, что склон шахты достигает определенного коэффициента безопасности, проводится множество предварительных анализов. В каком-то смысле спроектированный нами наклон — это принятие некоторой нестабильности или определенного процента неудач [17].Фактически, просачивание грунтовых вод оказывает серьезное влияние на устойчивость откоса шахты. Деформация горного массива откосов приведет к изменению трещин и пористости, а затем и к изменению фильтрационного эффекта. Sartori et al. [18] описали, что оползень Ранда был разрушительным каменным оползнем вместе с закачкой инфильтрационной воды под высоким давлением. Каппа и др. [19] обнаружили, что проникновение сезонных осадков ускорило процесс оползня Клапьера.

Было проведено множество методов изучения влияния просачивания на устойчивость откосов.Саада и др. [20] использовали метод анализа пределов для оценки устойчивости откоса при просачивании. Lv et al. В [21] создана математическая модель разрушения массива горных пород под действием фильтрации. Математическая модель использовалась для анализа устойчивости откоса угольных карьеров, и результат показал, что снижение эффективного напряжения привело к разрушению откоса. Чу-Агор и др. [22] провели серию экспериментов по изучению неустойчивости склона под действием давления воды, и результаты были применены для анализа устойчивости горного склона.Srivastava et al. [23] принял FLAC5.0 для анализа влияния просачивания грунтовых вод на устойчивость склонов с различными условиями уклона и свойствами материалов.

Численное моделирование — эффективный метод анализа устойчивости откосов под действием фильтрации. Программное обеспечение Itasca широко используется для анализа подземных туннелей, открытых и подземных горных работ, усложняющих гравитацию, грунтовые воды и другие факторы. Но есть некоторые трудности при построении сложной численной модели, используя ее в одиночку.Некоторые исследователи построили модель путем интеграции SURPAC и [24–28]. В этом исследовании DIMINE, программное обеспечение для построения трехмерной геологической модели, используется для построения геологической модели медного карьера на берегу озера. Затем модель импортируется с помощью Midas-GTS. Окончательно устойчивость откосов карьера оценивается численно по воде озера. Сравнивая коэффициенты запаса прочности откоса при разной высоте уровня воды, определяется разумное расстояние между озером и откосом карьера.

2. Технические данные

Медный рудник Чэнменшань — это открытый рудник, расположенный в пригороде города Цзюцзян, провинция Цзянси, Китай. Он находится в среднем и нижнем течении реки Янцзы. Местность пологая. Река Жуйчан протекает с запада карьера (рис. 1) через озеро Сай на севере и востоке карьера, а затем заканчивается у реки Янцзы. Карьер находится рядом с озером Сай (рис. 2).

В зоне предварительного анализа карьера пласт в районе добычи в основном относится к верхнеплейстоценовым сериям.Металлическая руда выходит в магматической породе в средней части горного района. Коренные породы озера Сай — это триасовые и пермские известняки каменноугольного периода. Известняк является основным водоносным горизонтом в районе добычи. Из-за длительного погружения грунтовых вод в скальной породе существует множество карстовых пещер, растворенных ям и трещинных пещер. Это показывает феномен, что карст лучше развит в неглубоких пластах горных пород, чем в глубоких пластах. Влажность породы меняется по мере развития карста.Состояние скал очень плохое из-за наличия карста.

Отметка дна карьера в настоящее время около −60 м; это означает, что высота склона составляет около 100 м. Но со временем зона добычи будет расширяться с увеличением глубины добычи, и карьер приблизится к озеру Сай. Площадь водной поверхности озера Сай составляет около 970 км ² . Река Жуйчан — главный водный ресурс озера Сай. Когда наступит сезон дождей, уровень воды в реке Жуйчан поднимется, что приведет к повышению уровня воды в озере Сай.Кроме того, вода реки Янцзы, которая находится недалеко от озера Сай, будет влиять на уровень воды в озере Сай. Напротив, после подъема в засушливый сезон уровень воды упадет. Данные исторических гидрологических исследований показывают, что самый высокий уровень воды в озере Сай составляет +25,2 м, а самый низкий — +10,4 м.

Медный рудник Чэнменшань в настоящее время находится на непрерывной стадии второй и третьей фазы. Рудное тело меди в Чэнменшане распространяется от неглубоких пластов к глубоким, и есть много медных выходов ниже -300 м.В целях защиты окружающей среды вокруг озера и обеспечения безопасности производства в конце третьей фазы добыча открытым способом будет заменена на подземную. Основная задача в настоящее время — принять решение о конечном размере, глубине карьера и расстоянии между озером и карьером, чтобы обеспечить безопасные и разумные условия для подземных горных работ в будущем. Предварительный анализ устойчивости откосов карьера под воздействием изменчивого уровня воды в озере становится сложной, но важнейшей задачей.

3. Численная модель и граничные условия

3.1. Построение численной модели

Чтобы получить точную геологическую модель склона, вся численная модель откоса карьера возле озера строится путем интеграции DIMINE и основана на геологических данных. Реализация программы проиллюстрирована в виде блок-схемы на Рисунке 3. В начале, когда была обнаружена добыча, была завершена серия геологоразведочных работ, и многие геологические разрезы разведочных линий были построены на основе данных бурения.Во-первых, последовательно импортируйте разрезы в DIMINE, установите границы каждого литологического слоя в слой отдельно и продлите линию профиля до 3D геологической модели с помощью логической операции (рисунок 4 (b)). Во-вторых, создайте интерфейс выветривания на основе данных бурения и вставьте интерфейс в 3D-модель в соответствии с координатами. Наконец, импортируйте спроектированную модель откоса (рис. 4 (b)), чтобы пересечь трехмерную модель, чтобы получить геологическую модель откоса открытого карьера. Затем мы можем получить геологический разрез откоса карьера на берегу озера на Рисунке 4 (c).

Литология каждого пласта от поверхности земли до дна: четвертичная серия верхнего плейстоцена (), триасовый известняк Дайе (T1d), пермский известняк Чансин (P2c), пермский известняк Longtan (P2l), пермский известняк Маокоу (P1m ), Пермский известняк Qixia (P1q), пермский известняк Liangshan (P1l) и яншаньский гранодиорит-порфир ().

В разрезе ступеньки уклона не учитываются (рисунок 4 (в)). Весь склон разделен линией выветривания на два этапа: этап выветривания над линией выветривания и этап без выветривания под ним.Судя по разрезу, высота вершины склона +38 м, а низа -238 м, то есть высота всего склона составляет 276 м. Высота линии выветривания в этом районе около −100 м. В соответствии с конструкцией откоса общие углы падения выветренной ступени, неответренной ступени и всего откоса карьера составляют 41 °, 48 ° и 44 ° соответственно. Озеро находится в правом верхнем углу модели. Высота дна озера +8 м.

Учитывая, что расчет фильтрации в 3D на основе сложной геологической модели очень сложен, в данном исследовании используется режим плоской деформации в численной модели, и эта методология ранее применялась многими исследователями [29–33].Модель геологического разреза не может быть импортирована напрямую, поэтому с помощью Midas-GTS модель строится с сеткой. Затем данные о точках сетки и элементах экспортируются из Midas-GTS и создается численная модель плоской деформации (рис. 5).

3.2. Граничные условия и параметры расчета

При численном моделировании граничные условия смещения модели включают: (а) фиксированные смещения в -, — и -направлении на нижней границе модели; (б) фиксированные смещения в -направлении на левой и правой границах; (c) фиксированное смещение в направлении всей модели; (d) свободная граница на вершине склона, на поверхности склона, на нижней стороне склона и на берегах в районе озера.

Источниками инфильтрации воды в озере являются дно и берег озера, а границами оттока — поверхность откоса и нижняя поверхность откоса (рис. 4). Давление поровой воды на выходных гранях фиксировано 0 МПа. Правая граница, нижняя граница и левая граница являются непроницаемыми границами, установленными по умолчанию в. Вода в озере считается фильтрующей силой и гравитационной нагрузкой на дно и берег озера. Рассмотрено влияние просачивания воды в озеро при разной высоте уровня воды.

Механические параметры литологии перечислены в Таблице 1. Все механические параметры получены в результате лабораторных испытаний, а проницаемость проверена с помощью экспериментов по откачке на месте. Другие параметры, такие как объем и модуль сдвига, которые будут использоваться в численном моделировании, могут быть выведены с помощью первых параметров. В численной модели механические параметры невыветрелого известняка отличаются от выветрелого известняка, а пористость и проницаемость триасового известняка обрабатываются иначе, чем пермского известняка.

Литология Степень выветривания Плотность (кН / м 3 ) Когезия (кПа) Угол трения (°) Модуль упругости 47 Коэффициент Пуассона Пористость (%) Угол расширения (°) Проницаемость (см / с) Четвертичный Выветрившийся 18.4 31,2 19,1 0,019 0,32 45 7 5,00 E -03 Гранодиорит-порфир незавитые 40 0,22 10 24 3,30 E -04 Триасовый известняк Необработанный 27 411.3 34 28,5 0,27 25 14 1,87 E -03 Выветривание 25 180 29 25,4 0,3,25 2,13 E -03 Пермский известняк Незащищенный 27 411,3 34 28,5 0.27 29,6 14 2,03 E -03 Выветривание 25 180 29 25,4 0,3 37 17 2,53 E 90

4. Численное моделирование и анализ

4.1. Критерии отказа и метод расчета

Метод снижения прочности (SRM) принят для анализа устойчивости откосов, связанного с потоком жидкости.SRM основан на критерии отказа Мора-Кулона. В SRM определение запаса прочности — это соотношение между фактической прочностью на сдвиг и приведенной прочностью на сдвиг при разрушении (1). Пусть исходные параметры прочности и делятся на коэффициент снижения прочности, увеличивая или уменьшая значение до критического состояния отказа уклона. Если параметры прочности в критическом состоянии отказа равны и, то и соответствующий коэффициент запаса прочности будет следующим:

Функция гидродинамического взаимодействия из [29] принята в анализе устойчивости откоса, который может вычислить коэффициент безопасности наклон, связанный с потоком жидкости.В этой функции горный массив рассматривается как проницаемое твердое тело, и моделирование потока не зависит от механических расчетов. Гидравлическое механическое взаимодействие проявляется в двух механических воздействиях. Во-первых, изменения порового давления вызывают изменения в эффективном напряжении и влияют на реакцию твердого тела. Во-вторых, жидкость в зоне реагирует на механические изменения объема изменением порового давления. Течение жидкости в пористой среде основано на законе Дарси, обрабатывающем уравнение Био для описания взаимодействия жидкости и твердого тела.Изменения в изменении содержания флюида связаны с изменениями порового давления,, насыщенности,, механических объемных деформаций, и температуры,. уравнение отклика для порового флюида формулируется следующим образом: где — модуль Био, — пористость, — это коэффициент Био и — недренированный тепловой коэффициент. Баланс массы жидкости может быть выражен следующим образом: где — объемная интенсивность источника жидкости, — изменение содержания жидкости, — скорость просачивания жидкости. При численном подходе область течения дискретизируется на зоны в форме кирпича, определяемые восемью узлами.Предполагается, что и поровое давление, и насыщение являются узловыми переменными. Контур исходного порового давления склона показан на рисунке 6.

4.2. Условия моделирования

Согласно историческим гидрологическим данным, самый низкий уровень воды в озере Сай соответствует глубине 2,4 м, а самый высокий уровень соответствует глубине 17,2 м. Чтобы оценить влияние различной глубины воды на устойчивость склона, моделируются пять типов уровней воды в озере Сай: m, m, m, m и m.Кроме того, для сравнения смоделирован уклон без воды.

Влияние озера на устойчивость склона связано с траекторией просачивания воды и расстоянием между откосом карьера и берегом озера (), которое является решающим фактором фильтрации. Безопасное расстояние определяется путем анализа устойчивости уклона при различных значениях и уровне воды. Модели с разным расстоянием между озером и склоном создаются путем перемещения спроектированного контура склона с берега озера на сушу. В частности, при численном анализе моделируются четыре вида, включая m, m, m и m.

4.3. Роль уровня воды в озере в устойчивости склона

Контур приращения деформации сдвига после решения склона в условиях m, m показан на рисунке 7. Поверхность скольжения склона отмечена пунктирными линиями. Поскольку склон разделен на две стадии, стадию выветривания и стадию без выветривания, поверхность разрушения также ведет себя в две стадии. Две ступени поверхности разрушения соединяются друг с другом на линии выветривания. Поверхность скольжения может быть показана контуром приращения деформации сдвига [29].Посредством соединения точки мутации приращения деформации сдвига поверхность скольжения показана приблизительно, рис. 7. В следующем отрывке поверхность нарушения скольжения на склоне показана в виде пунктирной линии, как на рис. 7.

Режимы разрушения откоса в условиях различных расстояний и уровней воды показаны на Рисунке 8. Численные результаты показывают, что высота уровня воды в озере имеет большое влияние на режим разрушения откоса карьера. Из рисунка 8 (а) видно, что склон без воды имеет минимальную площадь разрушения, при этом уровень воды увеличивает поверхность разрушения, движущуюся к озеру.При повышении уровня воды до 2,4 и 7 м склоны со дна озера переходят в дно карьера. Когда уровень воды повышается до 12 м и 17,2 м, обрыв склона просто выходит в зоне выветривания от берега озера до линии выветривания. Наклон m (рис. 8 (б)), m и сухой откос спускаются от дна карьера к берегу озера, а зона скольжения других участков простирается до подножия берега озера. Когда расстояние увеличивается до 60 м, режимы отказа можно увидеть на Рисунке 8 (c). Верхняя исходная точка провала склонов, соответствующих м и м и высыхание, находится в пиковой точке берега озера, при этом уровень воды поднимает верхнюю точку до дна берега озера.Ситуация m показана на рисунке 8 (d); спусков с условием м и м и сухое скольжение от подножия склона к средней зоне верхней грани склона.

Из сравнения различных режимов разрушения откосов можно сделать вывод, что переменная высота уровня воды в озере по-разному влияет на режимы разрушения откосов. Но поскольку тот же результат, чем выше уровень воды в озере, тем больше зона разрушения, что также означает большую разрушительную катастрофу. Как только откос соскользнет, ​​неизмеримая вода потечет в карьер, и это станет катастрофой для шахты.Прежде всего, большое значение для медного рудника Чэнменшань имеет безопасное расстояние между озером и карьером.

4.4. Определение минимального расстояния между озером и откосом

Коэффициент запаса прочности () для откосов при различных расстояниях численно рассчитывается SRM в; результаты приведены в таблице 2. Значения уклонов без влияния воды озера превышают 1,41, что намного больше, чем уклонов под просачиванием воды из озера. Сухой склон имеет наилучшую устойчивость, соответствующую значению 1.4355. Это означает, что вода серьезно снижает устойчивость склона.

86478647 Высота уровня воды (м) Фактор безопасности = 20 м = 40 м = 60 м = 80 м Сухой 1.41992 1.41211 1.41911 1.43555 17,2 1.0 1,14648 1,18945 1,24367 12 1,12695 1,17383 1.20117 1,25711 7 1,18945 7 1,18945 1.20898 1.24023 1.25965 1.28911 0 1.25586 1.26758 1.27501 1.29492

Тенденция изменения уклонов под влиянием разной высоты озерной воды показана на рисунке 9. Значения уклонов под просачиванием озерной воды все ниже 1,30. Максимальное значение 1,29492 относится к наклону m, m, а минимальное значение соответствует наклону m, m. При том же расстоянии от озера до склона значение уменьшается с повышением уровня воды в озере. На каждом расстоянии от озера до склона значение достигает минимума, когда уровень воды поднимается до 17.2 мес.

Сравнивая значения уклонов при одинаковом уровне воды в озере, но на разных расстояниях между озером и склонами, можно отметить, что чем больше расстояние между озером и уклоном, тем лучше устойчивость склона. Это указывает на то, что расстояние между озером и откосом оказывает некоторое влияние на ослабление воздействия озерной воды на откосы карьера.

Диапазон изменения значений различных расстояний между озером и склоном увеличивается с уменьшением расстояния между озером и склоном. Для анализа чувствительности устойчивости откоса к уровню воды в озере параметр определяется как степень ослабления уклона при просачивании воды из озера, выраженная как (4).представляет собой сухой склон и представляет собой склон с озерной водой. Чем больше, тем больше устойчивость склона зависит от высоты уровня воды в озере. Значения уклонов для каждого условия показаны на Рисунке 10. Для наклона m минимальные и максимальные значения составляют 11,6% и 23,3% соответственно. Для наклона m минимальные и максимальные значения составляют 9,8% и 13,4% соответственно. Очевидно изменяющаяся тенденция, которая становится меньше по мере увеличения расстояния между озером и склонами. Степень ослабления уменьшается при удалении склона от озера Сай.Это указывает на то, что по мере приближения склона к озеру Сай, склон становится более чувствительным к воде озера. Таким образом, необходимо разумное расстояние от озера до откоса, чтобы обеспечить безопасную среду для подземных горных работ и обеспечить нечувствительность откоса к воде озера:

В проектном плане откос карьера Чэнменшань принят в качестве допустимой безопасности. фактор для проектирования откосов. Согласно рисунку 9, что касается наклона m, наиболее опасным состоянием является 1,18945, что близко к 1.20, а когда уровень воды становится ниже 17,2 м, коэффициент запаса прочности увеличивается до более 1,20. Что касается уклона м, то уклон под каждой высотой уровня воды намного больше 1,20. Большее значение означает большее уменьшение площади карьера. Кроме того, условие m и m не может гарантировать каждое значение больше 1,20. В заключение определяется как минимальное расстояние от озера до склона.

4.5. Роль высоты откоса на устойчивость откоса

Так как высота откоса карьера в настоящее время составляет 58 м, высота увеличится до 238 м до завершения проектирования откоса.Для оценки устойчивости откосов под воздействием озерной воды при выемке грунта численно моделируются разные высоты откосов в условиях m и m и независимо от воды; значения показаны на рисунке 11. По мере увеличения высоты откоса устойчивость откоса ухудшается. значения самых высоких склонов с просачиванием озерной воды и без нее составляют 1,4191 и 1,18945 соответственно. Из сравнения между сухим уклоном и уклоном m можно понять, что просачивание ослабило устойчивость откоса почти в той же степени.

5. Выводы

На основании данных бурения и геологических разрезов линии разведки, DIMINE создает трехмерную геологическую модель берегового откоса карьера. По потоку строится численная модель склона. При численном анализе учитывались сезонные изменения уровня воды в озере Сай и расстояние между озером и откосом карьера.

Результаты численного анализа показывают, что вода в озере вблизи карьера имеет большое влияние на устойчивость склона.С повышением уровня воды значение уклона уменьшается, а когда уровень воды поднимается до исторически зафиксированного самого высокого уровня 17,2 м, уклон переходит в наиболее опасную ситуацию. Сравнивается устойчивость склонов при разном расстоянии от озера до откоса (м, 40 м, 60 м и 80 м). Расстояние играет определенную роль в ослаблении воздействия воды озера на откос карьера; то есть чем больше расстояние, тем лучше устойчивость склона. Коэффициент степени ослабления определяется для оценки чувствительности склона к воде при различном расстоянии от озера до склона.Чем больше расстояние, тем слабее влияние просачивания воды из озера на устойчивость склона. Проанализирована устойчивость откосов разной высоты, и обнаружено, что с увеличением высоты устойчивость откоса сильно снижается, а влияние насыщения на устойчивость откоса усиливается. Для самого высокого уклона м при уровне воды в озере 17,2 м значение составляет 1,18945, что крайне близко к 1,20. Согласно допустимому запасу прочности при проектировании откосов, минимальное расстояние между озером и откосом карьера составляет 60 м.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.

Благодарности

Авторы выражают признательность за финансовую поддержку проекта № 51274249 при поддержке Национального фонда естественных наук Китая и проекта 20120162110009 при поддержке Специализированного исследовательского фонда для докторской программы высшего образования Китая. Вклад Jiangxi Copper Industry Group Co.на медном руднике Чэнменшань.

(PDF) Влияние режима выпадения осадков на стабильность верхней части откоса карьера

МЕЖДУНАРОДНЫЙ ЖУРНАЛ НАУЧНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ, ТОМ 8, ВЫПУСК 03, МАРТ 2019 г. ISSN 2277-8616

59

IJSTR www.ijstr.org

‘() tn’ S cu



    a

as

……………………………………… (3)

В течение В сезон дождей с чрезмерным количеством осадков отрицательное поровое давление

может стремиться к снижению до нуля, и даже

станет положительным с повышением уровня грунтовых вод из-за инфильтрации дождевой воды

.Такое изменение давления поровой воды

вызывает уменьшение прочности на сдвиг откоса грунта, как показано в уравнении

, как показано в уравнении 4. Если уменьшение прочности на сдвиг сапролита

достаточно, откос грунта может стать достаточно нестабильным, чтобы

может произойти сбой.

‘() tn’ S cu



   a

as

………………………………………… .. (4)

Где S — результирующая прочность на сдвиг,

— эффективное

сцепление

— эффективный угол сопротивления сдвигу,

(эффективный угол трения),

‘эффективное общее нормальное напряжение на

поверхности разрушения

отрицательное поровое давление,

положительное

поровое давление.Примечание:

и

называются эффективным параметром напряжения

.

5.0 Выводы

На основании результатов всестороннего исследования, домен сапролита

составляет важную единицу, которая имеет отрицательное влияние на стабильность карьера

Лумвана (Малундве) в сезон дождей. Сапролитовый грунт в сухом состоянии имеет высокое значение матрикса всасывания

, которое увеличивает прочность сапролита

на сдвиг, тем самым улучшая стабильность верхнего склона

в сухой сезон.В начале сезона дождей

инфильтрация дождевой воды на склон

довольно затруднена, но после того, как земля начнет увлажняться дождевыми осадками

инфильтрация, следующий дождь будет способствовать проникновению

дождевой воды в почву. массовые домены. Таким образом, характер осадков

на руднике увеличивает уровень подземных вод

на сапролитовом материале. Повышение уровня грунтовых вод приводит к

увеличению порового давления в области сапролита.Увеличение давления поровой воды на

эффективно снижает сопротивление грунта сапролиту

на сдвиг, тем самым вызывая разрушение откоса

. Уровень подземных вод сильно связан с проницаемостью

областей массива почвы. Изменения порового давления воды

зависят от частоты самого выпадения осадков

. Можно сказать, что матричное всасывание и распределение давления в порах

основано на соотношении между частотой выпадения осадков

, инфильтрацией дождя и характеристическими кривыми «Почва-вода

».Таким образом, характер выпадения осадков является фактором, способствующим разрушению верхнего склона карьера Лумвана

(Малундве).

6.0 Выражение признательности

Эта статья была поддержана Национальным фондом естественных наук Китая

(проект №

51674012).

7.0 Ссылки

[1] R.W. and G.W. День, «Поверхностная устойчивость

уплотненных глиняных склонов», Journal of Geotechnical

Engineering, 1989: ASCE 115 (4): 577-580.

[2] A.B. Фурье, «Прогнозирование вызванной дождем

нестабильности склонов», Proceedings of Institutional Civil

Engineer, Geotechnical Engineering, ‖ 1996;

119: 211-218.

[3] F.C. Дай, К.Ф. Ли и С.Дж. Ван,

«Характеристика оползней, вызванных дождями»,

Международный журнал дистанционного зондирования, 2003:

4817-4834.

[4] С.Ю. Чен, Т.К. Чен, Ф.К. Ю и К.К. Цзэн,

― Исследования продолжительности и потока мусора

для реального мониторинга, Геология окружающей среды,

2005; 47: 715-724.

[5] А. Тохари, М. Нишигаки и М. Комацу,

«Лабораторное разрушение откосов, вызванное дождем, с измерением содержания влаги

», Журнал

Геотехническая и геоэкологическая инженерия,

2007; 576: 93-94.

[6] N.Costa, F. Couto, D.C. Fonseca, M.C.E.

Фернандес и В. Крейз, «Интенсивный ливень и

оползней», Материалы 12-го Междунар. Конф.

Soil Mech and Foundation Engineering, 1989:

1627-1630.

[7] C.M. Волле и У. Хачич, «Дождь, вызванный оползнями

в Юго-Восточной Бразилии», Материалы

12-го Международного почвенного механизма и фонда

Engineering, 1989: 1639-1644.

[8] S.W.C Au, Дождь — Вызванная нестабильность склона в Гонконге

Конг. Engineering Geology Ge, 1998: 1-3

[9] C.W.W. Нг, и К. Ши, «Численное исследование

неустойчивости ненасыщенных грунтовых склонов, подвергнутых кратковременному просачиванию

», Компьютеры и

Геотехника.1998: 22 (1), 1-28

[10] Дж. Ким, С. Джонг, С. Парк и Дж. Шарма,

«Влияние вызванного дождем увлажнения на устойчивость склонов

в выветренных почвах. ‖, Журнал

Инженерная геология, 2004: 75: 251-262.

[11] A.J. Хирман и К. Хинц, «Чувствительность точки

в масштабе

Прогнозы поверхностного стока к осадкам

Разрешение», Гидрология и земные системы

Науки, 2007; 11: 965-982.

[12] А. Рахими, Х. Рахардджо, EC и EC Leong,

«Влияние предшествующей модели выпадения осадков на осадки

Индуцированное разрушение склона», Journal of Geotechnical

and Geoenvironmental Engineering, 2011:

137 ( 5): 483-491.

[13] Р. Тоде и Г. Гитирана, SV Flux:

Насыщенный / ненасыщенный конечный элемент 2D / 3D

Моделирование потока, ‖ Учебное пособие и

Руководство по проверкам

, Саскачеван, Канада,

2008.

Международный журнал научных и технологических исследований

ДОБРО ПОЖАЛОВАТЬ В IJSTR (ISSN 2277-8616) — Международный журнал научных и технологических исследований — это международный журнал с открытым доступом из различных областей науки, техники и технологий, в котором особое внимание уделяется новым исследованиям, разработкам и их приложениям. Приветствуются статьи, содержащие оригинальные исследования или расширенные версии уже опубликованных статей конференций / журналов. Статьи для публикации отбираются на основе экспертной оценки, чтобы гарантировать оригинальность, актуальность и удобочитаемость. IJSTR обеспечивает широкую политику индексирования, чтобы опубликованные статьи были хорошо заметны для научного сообщества. IJSTR является частью экологически чистого сообщества и предпочитает режим электронной публикации, поскольку он является «ЗЕЛЕНЫМ журналом» в Интернете. Мы приглашаем вас представить высококачественные статьи для рассмотрения и возможной публикации во всех областях техники, науки и технологий.Все авторы должны согласиться с содержанием рукописи и ее представлением для публикации в этом журнале, прежде чем она будет отправлена ​​нам. Рукописи следует подавать в режиме онлайн IJSTR приветствует ученых, заинтересованных в работе в качестве добровольных рецензентов. Рецензенты должны проявить интерес, отправив нам свои полные биографические данные. Рецензенты определяют качественные материалы.Поскольку ожидается, что они будут экспертами в своих областях, они должны прокомментировать важность рецензируемой рукописи и внести ли исследование в знания и продвинуть как теорию, так и практику в этой области. Заинтересованным рецензентам предлагается отправить свое резюме и краткое изложение конкретных знаний и интересов по адресу [email protected] . IJSTR публикует статьи, посвященные исследованиям, разработкам и применению в области инженерии, науки и технологий.Все рукописи проходят предварительное рецензирование редакционной комиссией. Поделиться Вам может понравится Безопасные обои: Какие обои самые вредные и безвредные: особенности виниловых, жидких покрытий 30.08.1989 Балконы интерьер: 30 поводов обновить интерьер лоджии — Roomble.com 27.01.1990 Треснула подошва на обуви можно ли починить: ЕСЛИ ТРЕСНУЛА ПОДОШВА | Наука и жизнь 08.04.1977 Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт