ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.10.2024
Просмотров: 143
Скачиваний: 0
Первый интеграл представляет собой грузовую площадь сщ и равен равнодействующей сплошной нагрузки на высоте йь т. е.
Q = '|-, /(A)dA = (oA= /??.
о
Второй интеграл равен моменту равнодействующей сплошной нагрузки на той же высоте hi относительно сечения S—S:
M = tff( h )d h = lR9.
о
Таким образом, для определения Q и М строим эпюру интен сивности давления по высоте поддерживающего сооружения и на-
аа
Рис. III.19. Эпюра интенсивности давления горных пород без учета связности
ходим равнодействующую давления и точку ее приложения. Так как эпюра давления представлена грузовой площадью сщ, то точка приложения равнодействующей давления является центром тяже сти эпюры, ограниченной грузовой линией abc.
В общем случае, когда поверхность скольжения не плоская, интенсивность давления возрастает с глубиной по сложному за кону. Для построения эпюры давления разбиваем откос на ряд горизонтальных сечений и на каждой глубине hi находим силу давления Fi. В результате получаем эпюру сил. Тогда среднее давление на каждом участке равно приращению силы давления на этом участке, т. е.
Получив значения интенсивности давления на каждом участке, строим эпюру давления. Равнодействующая давления приложена в центре тяжести очерченной грузовой площади.
Поверхностями скольжения в неустойчивых откосах в большин стве случаев служат поверхности ослабления массива, которые
4 Фисенко Г. Л . и др. |
97 |
обычно плоские или близки к плоским. Это обстоятельство облег чает построение эпюры интенсивности давления, так как оно воз растает с глубиной по линейному закону.
Эпюра интенсивности давления сыпучей среды на подпорную стенку имеет форму, близкую к треугольной* (рис. III.19, б). На личие сцепления в массиве горных пород обусловливает возникно вение растягивающих напряжений (отрицательного давления). Так как горные породы оказывают незначительное сопротивление
Рис. 111.20. Схема к построению эпюры интенсивно сти давления горных пород с учетом сил сцепления:
1 — поддерживающее сооружение; 2 — расчетная поверхность скольжения
растягивающим напряжениям, в верхней части откоса происходит отрыв с образованием трещины определенной глубины.
Эпюра интенсивности давления связных горных пород обра зована (рис. III.20, а):
а) эпюрой интенсивности отрицательного давления связности,,
постоянного по величине независимо от глубины |
(рис. III.20, б); |
|
б) эпюрой так называемого гидростатического давления, |
возра |
|
стающего с глубиной по линейному закону (рис. |
III.20, в). |
высоту |
Результирующая эпюра интенсивности давления имеет |
||
(рис. III.20, г) |
|
|
h1 = h — hk, |
|
|
а интенсивность давления на глубине h |
|
|
Я = Ян-Як- |
|
|
Равнодействующая давления призмы возможного обрушения, |
||
с некоторым допущением, равна площади треугольника |
|
|
R = - j q ( h - h k), тс, |
|
(III.37) |
где hk — глубина, на которой давление равно нулю.
* Учитывается только горизонтальная составляющая давления горных пород.
S8
Центр тяжести треугольника |
расположен на высоте — h\ от |
|||
его основания и момент, создаваемый равнодействующей |
3 |
|||
давле |
||||
ния, определится из выражения |
|
|
|
|
М |
<7О — hky |
тем. |
(III.38) |
|
6 |
|
|||
|
|
|
|
|
Достоверность изложенных представлений о законе изменения интенсивности давления с увеличением глубины была проверена на моделях методом фотоупругости. Огибающая напряжений имеет незначительную кривизну и без большой погрешности заме няется прямой.
4
Глава IV
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ УКРЕПЛЕНИЯ УСТУПОВ
ИТЕХНОЛОГИЯ ПРОВЕДЕНИЯ УКРЕПИТЕЛЬНЫХ РАБОТ
§1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Впредыдущей главе рассматривались методы определения ве личины ожидаемого давления горных пород, сдвигающихся по по верхностям скольжения различных форм в различных горно-геоло гических условиях, причем принималось, что этому давлению про
тиводействует абстрактная, искусственно создаваемая сила в виде реакции крепи.
Расчет устойчивости укрепляемых уступов включает не только определение величины давления на крепь, но и необходимой несу щей способности конструкций и сооружений. Важно обеспечить длительную устойчивость всего укрепленного массива с укрепляю щими конструкциями и сооружениями. Следовательно, при расче тах необходимо рассматривать систему «горные породы— крепь» и выбрать такие параметры укрепления, при которых сохранялось бы взаимодействие элементов этой системы без ее разрушения.
По приведенным в главе III формулам определяется не полное давление призмы обрушения, а только та его часть, которая вызы вает реакцию крепи в направлении наименьшего ее сопротивления. Например, если откос укреплен сваями, работающими на изгиб, то полное давление горных пород разложится на горизонтальную и вертикальную составляющие (см. рис. IV.15); устойчивость свай обусловливается величиной горизонтальной составляющей силы полного давления, которая вызовет изгиб сваи. Эта сила и яв ляется искомой. Говоря о силе давления горных пород на крепь, имеем в виду, что речь идет о составляющей полного давления, вызывающей реакцию крепи.
При определении параметров |
конкретного |
вида крепи вводят |
в расчеты непосредственно силу |
реакции крепи |
(которая по вели |
чине равна первой, но противоположно ей направлена). Эти две силы взаимно связаны, причем величина давления находится в
100
зависимости от направления силы реакции крепи по отношению к поверхности сдвига. Эту закономерность легко проследить на примере штанговой крепи. С изменением угла наклона штанг к поверхности скольжения меняется и величина необходимого на чального натяжения штанг, а следовательно, и величина давления горных пород (см. рис. IV.5).
Кпараметрам укрепления относятся: геометрические размеры конструкций и сооружений и их несущая способность (если изде лия не типовые); общее число элементов крепи и расстояние меж ду ними (при расположении в один или несколько рядов); длина замков конструкций и глубина заложения фундаментов сооруже ний ниже зоны сдвига; размеры укрепляемой (упрочняемой) зо ны; расчетные значения механических характеристик упрочненных пород (kY, ру) .
Средствами укрепления откосов механическими способами яв ляются одиночные конструкции (штанги, тросовые тяжи, сваи) и сплошные сооружения (подпорные и защитные стенки, контр форсы из скальных пород).
Ксредствам укрепления откосов путем упрочнения пород отно сятся различные укрепляющие растворы, химические реагенты, энергия взрыва и т. п.
Покрытие поверхности откосов изолирующими материалами — мероприятие профилактическое, направленное на сохранение есте ственной прочности пород после их заоткооки. В табл. IV. 1 приве дены параметры, определяемые расчетом для различных способов
исредств укрепления.
Способы укрепления
Механическое крепление с помощью: одиночных конструкций (штанг, тро
совых тяжей, свай, шпон)
сплошных сооружений |
(подпорных |
и защитных стенок, |
контрфорсов) |
Упрочнение пород с применением: цементации, смолизации, химических
процессов, энергии взрыва, теп ловой энергии и др.
Изоляция пород осуществляется: предохраняющими покрытиями из
цементных и других материалов
Т а б л и ц а IV. 1
Основные параметры укрепления
Диаметр (площадь поперечного сечения) или несущая способность, общее число, расстояние между отдельными элемен тами, длина замков
Геометрические размеры (длина', высота, толщина, форма поперечных сечений), армировка (для стен), глубина заложе ния фундамента, расстояние между ан керами и их общее число (для заанкеренных защитных стенок)
Расчетные механические характеристики упрочненных пород, размеры упрочняе мой зоны
Толщина покрытия принимается из конст руктивных соображений или определяет ся расчетом в зависимости от назначения покрытия
10)
§ 2. ШТАНГИ И ГИБКИЕ ТРОСОВЫЕ ТЯЖИ
Р а с ч е т ш т а н г и т р о с о в ы х т я ж е й . Расчет штанго вой крепи и гибких тросовых тяжей производится на основе плана и разрезов ослабленного участка, составленных по результатам маркшейдерской съемки и прочностных характеристик пород, ко торые определяются путем натурных испытаний, лабораторных ис следований или принимаются по аналогии на основании уже имею щихся данных о механических свойствах горных пород: угла внут реннего трения пород р, угла трения по контакту слоев или тре щин р', удельного сцепления по контакту k', плотности пород у. Разрезы выполняются с интервалом 2—5 и даже 10 м, в зависи мости от выдержанности параметров уступа и элементов залега ния нарушения по протяжению участка. Расчет параметров укреп ления производится отдельно для каждого участка. При этом определяются: необходимое суммарное натяжение элементов кре пи, их число при известной несущей способности и глубина задел ки замков в ненарушенном массиве.
Когда укрепляемый участок подсечен одной или несколькими трещинами, параллельными простиранию борта, расчет параметров укрепления производится исходя из соотношения сдвигающих и удерживающих сил по общей поверхности скольжения для всей призмы обрушения. Если призма возможного обрушения разбита системами взаимно пересекающихся трещин, «роме общего расчета устойчивости всего участка, определяется устойчивость каждого отдельного блока.
Штанги лучше всего работают на растяжение, а тросовые тяжи только на растяжение, поэтому при установке им задается началь ное натяжение, по величине равное или даже несколько большее, чем ожидаемое максимальное давление горных пород. В послед нее время на подземных работах штанговую крепь в кровле выра ботки устанавливают без начального натяжения. Все свободное пространство скважины заполняется цементным раствором, а ме таллическая конструкция выполняет роль арматуры. Натяжение полученной таким образом железобетонной штанги создается в процессе деформирования кровли. Величина его ограничивается определенным расчетным значением.
При укреплении откосов также возможно применение железобе тонных штанг, но ориентировать их нужно таким образом, чтобы в процессе деформирования уступа штанги испытывали преимуще ственно деформации растяжения. Для этого их устанавливают под возможно меньшим острым углом к поверхности скольжения (в вертикальной плоскости). Это правило необходимо соблюдать во всех случаях укрепления откосов штангами и гибкими тросовы ми тяжами.
Начальное натяжение, задаваемое конструкциями при установ ке, должно обеспечить работу их на растяжение во весь период эксплуатации горной выработки.
102