Способ моделирования оползневых деформаций отвалов и природных склонов Советский патент 1982 года по МПК E21C41/00 

(54) СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ОПОЛЗНЕВЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ОТВАЛОВ И ПР-ИРОДНЫХ СКЛОНОВ

1

Изобретение относится к горному делу и инженерной геологии и может буть использовано при открытой разработке месторождений полезных ископаемых, в промышленном, гражданском и гидротехническом строительстве.

Известен способ центробежного моделирования устойчивости массивов горных пород в склонах и на откосах. Модель отвала или склона создают из природных материалов, затем вращают на центрифуге, при этом под действием центробежных сил происходит сдвижение или разрушение модели. Величину центробежных сил регулируют числом оборотов двигателя центрифуги 1.

Известен также способ моделирования устойчивости отвалов и природных склонов, включающий изготовление модели из эквивалентных материалов, испытание модели на стенде, контролирование по приборам результатов происходящих процессов 2.

Однако оба указанных способа не обеспечивают изменения прочности и деформируемости материалов модели во времени. Моделируется только изменение сдвигающих напряжений (масса материала, внешние нагрузки), прочностные и деформационные характеристики эквивалентных материалов остаются постоянными. Это искажает общую картину моделирования, что приводит к значительным ощибкам пЪ сравнению с процессами, происходящими в натуре. В природных условиях удерживающие и сдвигающие силы на отвалах и в природных склонах нестабильны и меняются в зависимости от комплекса различных факторов, в первую очередь от изменения влажности горных пород.

Цель изобретения - повышение достоверности результатов испытаний путем выявления во времени области локализации деформаций, характера деформирования и скорости протекания процесса.

Поставленная цель достигается тем, что устанавливают режим изменения влажности пород в натуре, в соответствии с которым изменяют температуру модели, при этом изменение те.мпературы модели производят до момента ее разрушения и по установленному значению, температуры судят о критической влажности пород моделируемого массива.

На фиг. 1а и б показаны графики зависимости прочности и вязкости образцов горных пород и искусственных материалов соответственно от влажности и температуры; на фиг. 2 - положение модели после стабилизации деформаций.

Способ осуществляется следующим образом.

В основании отвала залегают пластичные глины мощностью 1,0 м с естественной влажностью 22%. Породы отвала представлены слабосцементированными песками мощностью до 50 м. Для данного отвала определяют критическое значение влажности глинистых пород, вызывающее возникновение оползневых деформаций. Исследование деформаций отвала, т.е. выявление скорости развития деформаций и определение пространственного положения в процессе деформирования и после стабилизации деформаций, выполняют на плоской модели, построенной в масштабе 1:100 из искусственных материалов, эквивалентных породам натуры (фиг. 2). Глинистый пласт 1 имитируется смесью кварцевого песка (71%) и солидола (29%); материал эквивалентный песчаным породам 2 изготавливается из смеси кварцевого песка (93%), молотой слюды (3%) и технического вазелина (4%). Изменение влажности, обуславливающее изменение прочности и деформируемости пластичного слоя и развитие оползневых деформаций, достигается посредством изменения температуры модели с использованием системы нагревателей 3.

При установлении температуры в пластичном слое 27°С, что соответствует в натуре влажности породы 22%, модель отвала сохраняет устойчивость. Повыщение температуры до 30°С, соответствующее повыщению влажности до 25%, вызывает проявления характеристик «оползневых деформаций модели. Дальнейшее увеличение температуры до 35°С (т.е. влажности до 29%) приводит к резкому возрастанию скорости деформаций - скорость вертикального смещения (осадки) поверхности модели в пересчете на натуру соответствует 50 см в сутки. Деф,ормации модели п{3оисходят вдоль поверхности смещения 4. На фиг. 2 профиль отвала, достигнутый после стабилизации (затухания деформаций), обозначен позицией 5. Величина горизонтального смещения откоса отвала составляет в пересчете на натуру 15 м. Полученные экспериментальные данные показывают хорощую сходимость с измеренными величинами в натуре - отклонения не превышают 10%.

Предлагаемый способ позволяет посредством управляемого режима температуры материала модели, эквивалентного пластичным глинистым породам, соответствующего режиму изменения влажности пород в натуре, изменять его прочностные и деформационные (реологические) свойства во времени в ходе эксперимента.

Таким образом, предлагаемый способ дает возможность одновременного контролируемого изменения удерживающих и сдвигающих сил, что позволяет соблюсти условия временного подобия и обеспечивает достоверность результатов испытаний.

Формула изобретения

Способ моделирования оползневых деформаций отвалов и природных склонов, включающий изготовление модели из эквивалентных материалов, испытание модели на стенде, контролирование по приборам результатов происходящих процессов, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности результатов испытаний путем .выявления во времени области локализации деформаций, характера деформирования и скорости протекания процесса, устанавливают режим изменения влажности пород в натуре, в соответствии с которым изменяют температуру модели, при этом изменение температуры модели производят до момента ее разрушения и по установленному значению температуры судят о критической влажности моделируемого массива.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

.1. Покровский Г. И;, Федоров Э. С. Центробежное моделирование при решении инженерных задач. М., «Недра, 1953.

Фиг. 2.