Способ моделирования гравитационных смещений массивов горных пород Советский патент 1984 года по МПК E21C41/00 

со ел

4

сл

Изобретение относится к горному делу.

По основиому авт. св. № 1086166 нзвес тен способ моделирования гравитационных смещений массивов горных пород, осноаанный на создании объемной модели, воспроизводящей строение и рельеф натурного склона, из эквивалентных материалов и изготовление обрушаемой части модели в виде дислоцированного блока, сбрасывание блока на поверхность модельного склона, определение дальности выноса обломков, скорости их смещений и конечное пространственное положение смещенных масс, и определение по полученным даннЫм соответствующих параметров моделируемого процесса в натуре и предельного зна 1ения удельной силы трения в потоке обломков (1).

Данный способ характеризуется недостаточной достоверностью моделирования, связанной с неточным выбором прочности эквивалентного материала.

Целью изобретения является повыщение достоверности моделирования.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу моделирования гравитационных смещений массивов горных пород предварительно определяют эталонное зна чение дальности выноса обломков Lj путем испытания слоя обломков из эталонного материала, не разрушающегося в условиях динамического напряженного состояння, испытывают выбранный модельный материал, сравнивают значения дальности выноса обломков модельного материала LM с эталонным значением Lj и при уменьщают прочность модельного материала до получения значения ,, а затем .ОЛЯ данного материала определяют предельное значение удельной силы трения и уточняют геометрический масштаб моделирования.

Кроме того, эталонное значение дальности выноса обломков можно также определить путем расчета по закону Кулона.

Способ осуществляют следующим образом.

В изучаемом регионе избирают характерный натурный склон, на котором ранее происходили обвально-оползневые процессы. Для избранного объекта производят математический расчет исследуемого процесса в рамках следующей модели.

Сопротивление движению обваливщейся массы горных пород определяется силой трения потока обломков о подстилающее основание. При малой толпхиие потока Н эта сила подчиняется закону РСулона и растет с ростом //, достигая при некотором значении // Н, предельной величины, определяемой прочностью более слабого из пары трущихся материалов: поток обломков - основание. С дальнейшим ростом мощности (толщины) потока сила трения остается на этом постоянном уровне, тогда как движущая сила, пропорциональная глубине потока, растет. Это и приводит к тому, что у крупномасштабных обвалов и оползней, характеризующихся большими толщииами потока обломков породы, сила сопротивления оказывается весьма малой в сравнение с движущей силой гравитационной природы., и поэтому такие потоки обладают больщой подвижностью и способностью перемещаться на значительные расстояння. В соответствне с этим выражеиие для удельной (на единицу площади) силы трения приобретает вид

...f o-foygHco f при То с Г,f.N

IT.приГ,Г, ,

гдеSp- коэффициент трения Кулона;

J) - средняя плотность обвального потока;

g - ускорение силы тяжести; t .- предельное значение удельной силы трения; М - угол склона. В результате получаем из (

выражение для коэффициента трения

То

Т.

f u

при

. JJgHcosf

при fo (2)

при LO

Из (2) видно, что при толщинах потока, больших некоторой критической

. (3)

начинает проявляться масштабный эффект, так как коэффициент трения при обратно пропорционален Н и, следовательно, уменьшается с ростом Н.

В ,соответствие с этой моделью устанавливают численное значение 1,„ обеспечивак)щее согласие результатов расчета с натурными данными. По найденному значению определяют из (3) величину . Затем в специальной испытательной устаиовке - наклонном лотке простой формы, создают возможность смещения слоя обломков (толщиной Н( MO) эталонного, неразрушающегося, в условиях опыта материала ( наиболее целесообразиый геометрический масштаб для лотковых испытаний). Перемещающийся по лотку материал образует скопление обломков в конце пути. Фиксируют дальность выноса Lj обломков эталонного материала. По такой же .методике проводят испытания модельного материала, предназначениого для изготовления объемиой модели. Сопоставляют дальность перемещения обломков модельного материала LM с дальностью Lj (последнее может быть получено также расчетом по известной методике , что соответствует режиму трения по Кулону). ПриЬ„ Ь, данный мате риал признают прнгодным для молелирования. Если Ьц L, то уменьшают прочность модельного материала и повторяют испытания пока не получат ,. Устанавливают расчетом, так же как и для натурного объекта, значение Г, для эксперимента с потоком обломков модельного материала в лотке, обеспечивающее получение в расчетах экспериментально измеренного значения L, н уточняют геометрический масштаб М, в котором необходимо проводить физнческое моделирование с подобранным модельным материалом в соответствие с формулой

М . (4)

где - объемные веса материалов натуры и модели.

В этом геометрическом масштабе с использование подобранного материала эквивалента изготавливают объемную модель исследуемого натурного склона н приступают к определению кинематических пространственных параметров прогнозируемого обвально-оползневого процесса по методике, описанной в прототипе 1|.

Предлагаемый способ позволяет произвести точный выбор модельного материала и соответствующего ему масштаба моделирования н тем самым повысить достоверность прогноза обвально-оползневых процессов посредством физического моделирования.

Полученные данные найдут прнмененне

при проведении защитных мероприятий на

обвалько-оползнеопасных склонах и прн

создании крупных насыпных плотин взрыв

ным способом.

I. СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ГРАВИТАЦИОННЫХ СМЕЩЕНИЙ МАССИВОВ ГОРНЫХ ПОРОД по авт. св. № 1086166, отличающийся тем, что, с целью iповышения достоверности моделирования. . , -ijf frff fxnVf- JXf r.rj предварительно определяют эталонное значение дальиостн выноса обломков Ь« путем испытания слоя обломков из эталонного материала, не разрушающегося в условиях динамического напряженного состояния, испытывают выбранный модельиый материал, сравнивают значения дальности выноса обломков модельного матернала 1,ц с эталонным значеннем L« и прнЬмЦ уменьшают- прочность модельного материала до получения значення затем для данного материала определяют предельное значение удельной силы трения и уточняют геометрический масштаб моделировання. 2. Спос9б по п. 1, отличаю цийся тем, что эталонное значение дальности выноса обломков определяют путем расчета по закону Кулона.