Факторы определяющие устойчивость откоса

Управление устойчивостью карьерных откосов

Аннотация:

Рассмотрено инженерно-геологическое обеспечение работ по расчету параметров и управлению устойчивостью бортов карьеров и отвалов. Приведены методы лабораторного, натурного определения характеристик прочности и деформируемости глинистых и скальных пород, метод обратных расчетов оползней. Даны инструкции пользования программами по расчету устойчивости карьерных откосов с численными примерами для всех расчетных схем и противодеформационными мероприятиями по обеспечению устойчивости карьерных откосов, а ктакже инструментальным контролем за состоянием устойчивостии прибортовых массивов карьеров.

Для студентов вузов, обучающихся по специальности «Маркшейдерское дело» направления подготовки дипломированных специалистов «Горное дело».

Содержание:

1. Общие положения

1.1. Общие понятия об открытых горных работах

1.2. Элементы и терминология

2. Современное состояние изученности вопросов оценки устойчивости откосов карьеров и отвалов

2.1. Краткий обзор методов оценки устойчивости карьерных откосов

2.2. Основные виды и характер деформаций откосов породных отвалов

2.2.1. Особенности оценки устойчивости откосов отвалов

2.3. Вероятностные методы оценки устойчивости откосов

2.4. Физико-механические свойства горных пород и породных контактов и методы их определения

2.5. Влияние фактора времени на состояние карьерных откосов

2.6. Инструментальный контроль за состоянием устойчивости прибортовых массивов карьеров

3. Инженерно-геологическое обеспечение работ по расчету параметров и управлению устойчивостью бортов карьерных откосов

3.1. Факторы влияющие на устойчивость карьерных откосов. Классификация инженерно-геологических комплексов горных пород по условию устойчивости бортов карьеров

3.2. Геомеханические модели прибортового массива. Горно-геометрическое моделирование прибортового массива горных пород

3.3. Выбор расчетной модели прибортового массива при оценке устойчивости карьерных откосов

3.3.1. Геомеханические модели прибортового массива

3.3.2. Анализ расчетной модели прибортового массива

3.4. Теоретические и методические основы моделирования горно-геологических объектов

3.4.1. Общие положения

3.4.2. Формирование математической модели неоднородного массива

3.4.3. Математическое описание борта карьера и земной поверхности. Описание системы «борт-отвал». Учет внешней нагрузки

3.4.4. Моделирование гидрогеологических условий для учета фильтрационных сил в приоткосном массиве

3.4.5. Геометрическое моделирование поверхности скольжения и контура оползня

4. Общие понятия о физико-технических свойствах пород. Физические и упругие свойства. Гипотезы прочности материала

4.1. Физико-технические параметры

4.2. Методы лабораторного определения физических характеристик

4.3. Определение упругих характеристик горных пород ультразвуковым методом

4.4. Гипотезы прочности материала

4.4.1. Гипотезы максимальных нормальных напряжений

4.4.2. Гипотезы максимальных касательных напряжений

4.4.3. Энергетические гипотезы прочности

4.4.4. Специальные гипотезы прочности

4.4.5. Теория предельного равновесия

4.4.6. Условия предельного состояния и уравнения равновесия

4.4.7. Круговая диаграмма напряжений Мора

4.4.8. Плоские задачи теории предельного равновесия

5. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости глинистых пород

5.1. Испытания грунта методом одноплоскостного среза

5.1.1. Проведение консолидированно-дренированного испытании

5.1.2. Проведение неконсолидированно-недренированного испытания

5.2. Изучение взаимосвязей показателей прочностных свойств глинистых пород

5.3. Обоснование расчетных прочностных характеристик для песчано-глинистых горных пород

5.4. Оценка по методу наименьших квадратов для линейной модели (НК)

5.5. Доверительные интервалы и критерии для параметров линейной модели

5.6. Доверительные интервалы для математического ожидания y

5.7. Расчет линейной регрессии по не сгруппированным данным

6. Лабораторные методы испытания прочностных свойств горных пород

6.1. Прочностные свойства

6.1.1. Общие положения

6.1.2. Паспорт прочности

6.2. Методика определения механических свойств горных пород

6.3. Обоснование расчетных прочностных характеристик горных пород

6.4. Статистико-вероятностное обоснование расчётных значений прочностных характеристик скальных горных пород

7. Определение прочностных свойств горных пород на стабилометрах

7.1. Испытаниям в приборах трехосного сжатия

7.2. Компрессионные испытания грунта

7.3. Изучение реологических свойств глинистых пород

8. Натурные испытания прочностных характеристик горных пород

8.1. Показатели сопротивления сдвигу глинистых пород на карьерах

8.2. Показатели сопротивления сдвигу скальных пород в отвале

9. Определение показателей сопротивления пород сдвигу по результатам съемок оползней (Метод обратных расчетов оползней)

9.1. Метод обратных расчетов при оценке устойчивости карьерных откосов

9.2. Инструкция пользования программой SS02

10. Способы расчета устойчивости откосов в однородной среде

10.1. Расчет устойчивости плоского откоса

10.2. Инструкция пользования программой PREDH

10.3. Инструкция пользования программой PREDALP

10.4. Откос с выпором (Расчетная схема 1, табл. 2)

10.5. Инструкция пользования программой SPB133

10.6. Расчет параметров откосов выпуклого профиля

10.7. Инструкция пользования программой SPBB3

10.8. Оценка устойчивости реального борта карьера для однородного массива

10.9. Инструкция пользования программой PRED_N

10.10. Инструкция пользования программой KZY72

10.11. Расчет параметров плоских откосов по напряжениям и инструкция пользования программой SP01_n

10.12. Расчет откоса вогнутого профиля В. В. Соколовскому

10.13. Расчет откосов выпуклого профиля

10.14. Метод алгебраического сложения сил

10.15. Метод векторного сложения сил (метод многоугольника сил)

11. Расчет параметров откосов на слабом основании

11.1. Расчет параметров откосов на слабом наклонном основании малой мощности

11.2. Инструкция пользования программами SPOSN11, SPOSN12 для расчета устойчивости откосов на слабом наклонном основании ограниченной мощности методом многоугольника сил

11.3. Численно-аналитический способ при расчете откосов на слабом наклонном основании

11.4. Численно-аналитический метод (программа SLABOSN)

11.5. Численно-аналитический метод (программа SPOCH10)

11.6. Зависимости коэффициента запаса устойчивости от ширины призмы возможного обрушения и высоты откоса

11.7. Расчет параметров предельного откоса на слабом основании большой мощности

11.8. Инструкция пользования программой SPB22

12. Расчет устойчивости реальных карьерных откосов для геомеханической модели неоднородного откоса

12.1. Инструкция пользования программой SPOSGS35С

ПРИМЕР 1. Расчет устойчивости неоднородного обводненного борта карьера

ПРИМЕР 2. Расчет устойчивости неоднородного обводненного откоса

ПРИМЕР 3. Расчет устойчивости неоднородного подтопленного борта

ПРИМЕР 4. Расчет устойчивости неоднородного подтопленного откоса

ПРИМЕР 5. Расчет устойчивости неоднородного необводненного борта

ПРИМЕР 6. Расчет устойчивости неоднородного необводненного откоса

ПРИМЕР 7. Расчет устойчивости однородного обводненного борта

ПРИМЕР 8. Расчет устойчивости однородного обводненного откоса

ПРИМЕР 9. Расчет устойчивости однородного подтопленного борта

ПРИМЕР 10. Расчет устойчивости однородного подтопленного откоса

ПРИМЕР 11. Расчет устойчивости однородного необводненного борта

ПРИМЕР 12. Расчет устойчивости однородного необводненного откоса

ПРИМЕР 13. Расчет устойчивости откоса (борта) карьера, когда поверхность скольжения фиксированная

13. Разработка способов расчета устойчивости нагруженных карьерных

13.1. Теоретические основы численно-аналитического способа расчета устойчивости нагруженных откосов

13.2. Методика расчета устойчивости откосов, нагруженных отвалами бестранспортной вскрыши и горно-транспортным оборудованием

13.3. Способ и методика расчёта устойчивости нагруженных откосов при возможности выпора основания

13.4. Инструкция пользования программой SPSP53

14. Геомеханическая модель — скальные массивы

14.1. Изучение структурно-тектонических особенностей (трещиноватости) прибортовых массивов карьеров

14.2. Методы оценки устойчивости откосов уступов и бортов в анизотропном массиве

14.3. Расчетная схема VII

14.4. Расчетная схема VII

14.5. Расчетная схема VII

14.6. Расчетная схема VII

14.7. Расчетная схема VII

14.8. Расчетная схема VII

14.9. Расчетная схема VII

15. Вероятностный способ решения задач устойчивости карьерных откосов

15.1. Вероятностный подход к определению устойчивости и предельных параметров откоса

15.2. Коэффициент запаса устойчивости откосов и уровень риска обрушения

15.3. Определение предельных параметров откосов с заданным уровнем риска обрушения

16. Заоткоске уступов в предельном положении. Укрепление и упрочнение прибортовых массивов на карьерах

16.1. Технологические схемы ведения горных работ в приконтурной зоне и при заоткоске уступов в предельном положении

16.2. Упрочнение прибортовых массивов на карьерах

16.3. Укрепление откосов уступов

17. Деформации бортов карьеров и отвалов и наблюдения за ними

17.1. Типы разрушающих деформаций прибортовых массивов горных

17.2. Наблюдения за деформациями бортов карьера

17.3. Анализ существующих методов наблюдений за деформациями борта карьера

17.4. Маркшейдерско-геодезические методы определения деформаций бортов карьеров

17.5. Метод нивелирования двумя наклонными на постоянные углы вертикальными лучами

17.6. Фотограмметрические методы наблюдений за деформациями

17.7. Наблюдения за деформациями бортов карьеров с использованием спутниковой аппаратуры

17.8. Проект организации наблюдений за деформациями

17.9. Методика линейных измерений

17.10. Методика выполнения высотной съёмки

17.11. Методика угловых измерений для боковых реперов

17.12. Организация наблюдений за деформациями бортов карьера

17.13. Паспортизация деформаций

18. Защита прибортовых массивов от поверхностных вод и дренаж карьерных полей, оснований и поверхностей отвалов

18.1. Защита прибортовых массивов от поверхностных вод и дренаж

18.2. Защита оснований и поверхностей отвалов

19. Практические задачи по управлению устойчивостью карьерных откосов и мероприятия по предупреждению оползней бортов карьеров

19.1. Расчет параметров устойчивого внутреннего отвала, расположенного на слабом наклонном основании (Шубаркольский угольный разрез)

19.2. Расчет устойчивости откосов ярусов внутреннего отвала от действия горнотранспортного оборудования

19.3. Расчет параметров внутреннего отвала при бестранспортной технологии отвалообразования с использованием экскаватора ЭШ-10/70

19.4. Расчет параметров внешних отвалов на Шубаркольском разрезе

19.5. Анализ геомеханической обстановки и оценка устойчивости карьерных откосов на разрезе «Шубаркольский»

19.6. Формирование отвалов внутри карьерного поля и конструирование устойчивых бортов карьеров при доработке месторождения

19.7. Расчет и конструирование откосов бортов карьеров для сложно-структурных месторождений

19.8. Численно-аналитический способ расчета устойчивости карьерных откосов с учетом временного фактора

Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах

МИНИСТЕРСТВО ТОПЛИВА И ЭНЕРГЕТИКИ РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
ГОРНОЙ ГЕОМЕХАНИКИ И МАРКШЕЙДЕРСКОГО ДЕЛА —
МЕЖОТРАСЛЕВОЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР ВНИМИ

16 марта 1998 г.

с Министерством топлива
и энергетики РФ

Введено в действие с 1 января 1999 г.

ПРАВИЛА
ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСОВ
НА УГОЛЬНЫХ РАЗРЕЗАХ

С.-Петербург
1998

Правила разработаны ВНИМИ на основе большого объема фактического материала по изучению характера проявлений деформаций прибортовых массивов и отвалов в различных горно -геологических условиях, лабораторных и аналитических исследований процессов деформирования откосов, анализа эффективности инженерно-технических мероприятий по повышению устойчивости бортов, уступов и отвалов.

Правила содержат методы оценки устойчивости откосов, определения максимальных параметров устойчивых бортов, уступов и отвалов на разрезах, а также рекомендации инженерно-технических мероприятий для повышения устойчивости откосов.

В Приложениях приведены графики предельных параметров бортов, уступов и отвалов, примеры необходимых расчетов и каталоги физико-механических свойств вмещающих угольные пласты пород и отвальной смеси.

Правила предназначены для использования горными предприятиями, проектными, научно-исследовательскими организациями угольной промышленности.

Правила разработаны впервые.

И .Ф. Петров (председатель), В.С. Зимич (зам. председателя), А. М . Навитн ий (зам. председателя), Т.К. Пустовойтова , А.Я. Савченко, В. М . Савин, А.А. Бели нкин , А.Л. Виру ла , В.Е. Дроздов, А.Ф. Па стушенков , В.П. Шорохов, Б.Г. Афанась ев , В.Н. Попов

Г.Л . Фи сенко, Т .К. Пустовойтова, А.М. Мочалов, Э.Л. Галустьян, А.Н. Гурин, С.В. Кагермазова, И.И. Ермаков, С.П. Бряков, Б.Г. Афанасьев, Ю.А. Норватов, В.И. Пушкарев, С.А. Ишутин, Н.А. Кутепова, Ю.С. Козлов

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Настоящие правила регламентируют способы оценки устойчивости бортов разрезов, отвалов и методы расчетов максимальных параметров устойчивых бортов, уступов и отвалов, а также меры по предупреждению оползневых явлений и борьбы с ними.

2. Требования к надежности оценки устойчивости бортов разрезов с увеличением их глубины и сроков службы, учитывая опасность для горного предприятия деформирования прибортовых массивов в этих условиях, повышаются.

Меры предупреждения оползневых явлений и борьбы с ними должны обеспечивать безопасность, экономическую и экологическую целесообразность разработки полезных ископаемых открытым способом.

3. Для надежного прогноза устойчивости откосов необходимы исходные данные, характеризующие горно-геологические условия поля разреза.

Факторы, влияющие на устойчивость бортов разрезов, изложены в разд. 2, дополнительные факторы, учитывающие особенности условий устойчивости отвалов, приведены в разд. 9.

Требования к изученности инженерно-геологических условий угольных месторождений для определения устойчивости бортов разрезов и уступов изложены в «Методическом пособии по изучению инженерно-геологических условий угольных месторождений, подлежащих разработке открытым способом» (Л.: Недра, 1986. — 112 с).

В период строительства и эксплуатации разрезов инженерно-геологические условия уточняются на основании изучения деформаций бортов разрезов, детального изучения физико-механических свойств горных пород, их трещиноватости, условий залегания слоев пород по мере их вскрытия, тектонического строения массива.

4. Правила оценки устойчивости откосов и определения максимальных параметров бортов разрезов, уступов и отвалов в зависимости от горно-геологических условий на разрезах изложены в разделах 3, 5 и 9. Влияние воды на напряженное состояние массива в схемах расчета устойчивости откосов оценивается учетом действующих сил гидростатического взвешивания и гидродинамического давления.

5. В приложениях 1, 3, 4, 5 Правил приведены графики предельных параметров бортов и уступов в различных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях. Учитывая схематизированность этих условий и определенные допущения, сделанные при расчетах упомянутых графиков, для принятого варианта параметров откоса необходимо производить контрольную оценку устойчивости откоса по представленной в табл. 3.1 и разд. 5 соответствующей схеме расчета.

Приведенные в указанных приложениях графики применимы при определенных условиях, указанных в п. 5.3.6 настоящих Правил.

6. Наиболее надежным способом оценки фактического состояния откосов при принятых параметрах бортов разрезов и уступов является контроль за деформациями прибортового массива, которые не должны превышать для рассматриваемых условий предельно допустимых величин.

Метод оценки устойчивости бортов по их деформациям и прогноз смещений земной поверхности прибортовых массивов горных пород по их деформационным свойствам приведены в разд. 7.

Требования к методике и периодичности наблюдений за деформациями откосов на разрезах изложены в «Методических указаниях по наблюдениям за деформациями бортов разрезов и отвалов, интерпретации их результатов и прогнозу устойчивости» (Л.: ВНИМИ, 1987. — 118 с).

7. Выбор эффективных инженерно-технических противооползневых мероприятий определяется геологическими условиями прибортового массива горных пород и причинами возникших деформаций.

Рекомендации соответствующих инженерно-технических мероприятий, повышающих устойчивость откосов, изложены в разд. 8.

8. Настоящие Правила предназначены для технического решения вопросов устойчивости откосов на всех стадиях освоения месторождений: от проектирования и строительства угольных разрезов до погашения в них работ. Требования к периодичности необходимой контрольной оценки устойчивости бортов разрезов изложены в разд. 3.

9. Отступления от настоящих Правил допускаются только при согласовании с органами Госгортехнадзора на основании заключения специализированной организации, имеющей соответствующую лицензию.

1. ОБОЗНАЧЕНИЯ

H — высота борта разреза (карьера), м;

H ₉₀ — высота вертикальной трещины отрыва, м;

H _в — предельная высота вертикального откоса, м;

— высота вертикального откоса при подрезке слоев, м;

H — предельная высота устойчивого отвала, м;

H’ — условная высота промежутка высачивания, м;

a — ширина призмы возможного обрушения борта (откоса уступа, отвала) по земной поверхности (верхней площадке уступа, отвала), м;

h’ — глубина, при которой возникают площадки скольжения на контакте (глубина трещин отрыва), м;

α — угол наклона борта, угол откоса уступа, угол откоса отвала, (. °);

β — угол падения слоев и поверхностей ослабления массива, угол наклона основания отвала (слабого контакта в основании отвала), (. °);

ε = (45° — φ/2) — угол между направлением наибольшего главного напряжения и площадкой скольжения, (. °);

ω = (45° + φ/2) — угол наклона поверхности скольжения в верхней части, (. °);

γ — плотность (объемный вес) горной породы, т/м 3 , г/см 3 ;

γ _в — вес единицы объема воды (плотность воды), г/см 3 ;

W — естественная влажность (весовая) пород, %;

С — сцепление породы, кг/см 2 ;

С — сцепление пород в образце (монолите), кг/см 2 ;

C _м — сцепление пород в массиве, т/м 2 ;

C’ — сцепление пород по контактам поверхностей ослабления, т/м 2 ;

C_n — сцепление (расчетная величина) в массиве, измененное на величину коэффициента запаса устойчивости, т/м 2 ;

σ — прочность пород на одноосное сжатие, т/м 2 ;

σ _р — сопротивление пород отрыву, т/м 2 ;

f _кр = σ /100 — коэффициент крепости пород по М.М. Протодьяконову;

λ — коэффициент структурного ослабления массива;

n — коэффициент запаса устойчивости борта, откоса уступа, отвала;

a’ — коэффициент, зависящий от прочности пород в монолитном образце и характера трещиноватости;

l _т — средний размер структурных блоков, м;

φ — угол внутреннего трения породы, (. °);

φ ‘ — угол трения по поверхностям ослабления, (. °);

φ _n — угол внутреннего трения (расчетная величина), измененный на величину коэффициента запаса устойчивости, (. °);

f = tg φ — коэффициент внутреннего трения;

L — общая длина поверхности скольжения (расчетной поверхности) призмы возможного обрушения, м;

l_i — длина отрезков вероятной поверхности скольжения (длина основания блока), м;

P _i — вес отдельного блока, на которые разбивается призма возможного обрушения вертикальными гранями, т;

N _i — нормальная составляющая веса отдельного блока, т;

T_i — касательная составляющая веса отдельного блока, т;

j_i — угол наклона площадки, являющейся основанием отдельного блока, (. °);

R_i — силы реакции по площадкам поверхности скольжения, т;

D_i — сила гидростатического давления, т;

k — коэффициент, характеризующий обводнение прибортового массива;

Е _i — силы реакции между смежными блоками (равнодействующие сил трения и сцепления), действующие по боковым поверхностям отдельного блока, т;

θ, θ ‘ — углы излома поверхности скольжения, (. °);

ψ — угол излома поверхности скольжения на границе со слабым слоем, (. °);

τ — касательные напряжения по заданной площадке, т/м 2 ;

σ _п — нормальные напряжения по заданной площадке, т/м 2 ;

τ_max — максимальное значение общего сопротивления сдвигу отвальной массы (горной породы), т/м 2 ;

K _ф — коэффициент фильтрации, м/сут;

ξ — предельная (критическая) величина относительного смещения по поверхности разрушения;

υ — скорость смещения, мм/сут;

τ‘ — относительное сопротивление пород сдвигу;

J — угол наклона депрессионной кривой (. °);

α_ест — угол естественного откоса горных пород, (. °).

2. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА УСТОЙЧИВОСТЬ БОРТОВ РАЗРЕЗОВ

Все факторы, влияющие на устойчивость бортов разрезов, можно разделить на четыре группы (рис. 2.1):

ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

К наиболее существенным инженерно-геологическим факторам относятся [1, 2]:

1. Структурно-тектоническое строение массива. Условия залегания угольных пластов и вмещающих пород, наличие тектонических нарушений, трещин большого протяжения, поверхностей древних оползней и т.д.

От пространственной ориентировки крупных поверхностей ослабления в массиве горных пород (слоистости, сланцеватости, разрывных тектонических нарушений, поверхностей древних оползней) в значительной степени зависят положение и форма поверхностей скольжения, что, в свою очередь, определяет схему расчета устойчивости бортов. Этот фактор является одним из решающих при оценке устойчивости откосов, сложенных осадочными слоистыми породами при направлении падения слоев и нарушений в сторону открытой горной выработки, так как по таким поверхностям ослабления сцепление незначительно, а углы трения существенно меньше, чем по другим направлениям.

2. Прочность горных пород в прибортовом массиве.

Основными характеристиками прочности пород в массиве при оценке устойчивости откосов являются показатели сопротивления сдвигу или срезу (сцепление и коэффициент внутреннего трения), которые определяются генезисом пород, степенью литификации осадочных пород, их литолого-петрографическими особенностями (минеральным и гранулометрическим составами, структурой и текстурой в образце, составом цемента в осадочных сцементированных породах, плотностью сложения в рыхлых несвязных породах — песках, галечниках, гравелистых породах, плотностью сложения и влажностью в мягких связных — глинистых породах); сцепление в массиве всех трещиноватых пород зависит от прочности (сцепления) пород в образце, интенсивности и характера трещиноватости пород (формы и размера структурных блоков), а также сцепления пород по контактам слоев и другим поверхностям ослабления.

5.4. Устойчивость грунтовых откосов

Откосы образуются при возведении различного рода насыпей, устройстве выемок, разработке котлованов, траншей, карьеров или при вертикальной планировке площадок с уступами. Устройство пологих откосов удорожает строительство. Крутые откосы могут обрушиться. Важной задачей является отыскание безопасной крутизны откоса.

Основными причинами потери устойчивости откосов являются:

устройство недопустимо крутого откоса или подрезка склона, находящегося в состоянии, близком к предельному;

увеличение внешней нагрузки на откос (возведение сооружений или складирование материалов на откос);

влияние взвешивающего действия воды на грунты в основании;

проявление гидродинамического давления воды, выходящей через поверхность откоса;

динамические воздействия при движении транспорта, забивке свай, проявлении сейсмических сил и др.

Обычно все эти факторы проявляются во взаимодействии, что необходимо иметь в виду при изысканиях и проектировании в каждом отдельном случае.

5.4.1. Устойчивость откоса идеально сыпучего грунта (; с = 0)

Рассмотрим равновесие частицы А, которая лежит на поверхности откоса (рис. 5.7). Вес р этой частицы разложим на составляющие: N – нормальную к поверхности откоса и T – касательную к ней. Кроме того, на частицу действует сила трения T’. В таком случае ;;T’ = fN, где f – коэффициент трения грунта, равный тангенсу угла внутреннего трения (). Составим уравнение проекций сил на направление поверхности откосаBC в условиях предельного равновесия: .

или

. (5.14)

Таким образом, если угол заложения откоса равен или меньше угла внутреннего трения грунта, устойчивость откоса обеспечена. Предельный угол заложения откоса в сыпучих грунтах равен углу внутреннего трения грунта. Этот уголназываютуглом естественного откоса.

5.4.2. Расчет устойчивости откосов методом круглоцилиндрических

поверхностей скольжения

Суть метода расчета в том, что определяется коэффициент устойчивости откоса для наиболее опасной поверхности скольжения.

Коэффициент устойчивости – это отношение моментов всех сил, удерживающих откос, к моментам всех сил, сдвигающих откос относительно центра дуги скольжения. За поверхность скольжения принимают круглоцилиндрическую поверхность в виде дуги с центром О, который может быть взят произвольно, но так, чтобы в результате построения получился клин, способный потерять устойчивость, т.е. оползать. Образующийся клин делят на ряд элементов вертикальными сечениями и находят вес каждого элемента р_i (рис. 5.8). Раскладываем силы веса на две составляющие:N_i , действующую нормально к заданной поверхности скольжения, и T_i , касательную к этой поверхности. Кроме того, учитывают сцепление грунта по всей поверхности скольжения.

;;;

.

Определим фактический коэффициент устойчивости откоса:

, (5.15)

где – коэффициент внутреннего трения;l_i – длина дуги i­го элемента; R – радиус дуги скольжения; T_i и N_i – касательная и нормальная составляющие силы веса р_i; с – сцепление грунта.

Обычно проводят серию подобных расчетов при разных положениях центра дуги скольжения О и находят минимальное значение коэффициента устойчивости . Полученное значениеявляется мерой оценки устойчивости откоса. Соответствующая этому значению коэффициента устойчивости круглоцилиндрическая поверхность скольжения рассматривается как наиболее опасная. При>устойчивость откоса считается обеспеченной (– коэффициент надежности, принимаемый от 1,1 до 1,5).

Учёные МГУ выявили факторы, влияющие на устойчивость экосистем

Сотрудники МГУ имени М.В.Ломоносова в составе международной коллаборации учёных выявили параметры растительных сообществ, наиболее выражено влияющих на устойчивость экосистемы. В результате исследователи выяснили, что высокое видовое богатство и разнообразие эволюционных групп растений внутри растительных сообществ делают экосистему более устойчивой к внешним факторам. Результаты исследования опубликованы в престижном научном журнале Nature Ecology & Evolution.

Современные исследования биоразнообразия представляют собой далеко не только подсчёт числа видов, но и выявление разных функциональных или эволюционных групп организмов внутри экосистем. И хотя высокая роль биоразнообразия в поддержании устойчивости сообществ организмов не вызывает сомнений у научного сообщества, значимость отдельных аспектов этого комплексного параметра была исследована слабо. Международная группа учёных с участием сотрудников кафедры геоботаники биологического факультета МГУ изучила влияние разных аспектов биоразнообразия на устойчивость этих сообществ.

Исследователи собрали многолетние данные о колебаниях надземной биомассы растений с 39 экспериментов в травяных сообществах со всего мира и проанализировали их связь с разными аспектами биоразнообразия этих сообществ и внешними факторами. Колебания биомассы от года года напрямую характеризуют устойчивость экосистемы: в более стабильных сообществах эти флуктуации выражены слабо, в то время как сильные колебания биомассы свидетельствуют о неустойчивости экосистемы.

«Основное достижение нашего исследования заключается в его масштабности. Мы изучили связь разных аспектов биоразнообразия с устойчивостью экосистем на материале почти 40 экспериментов, находящихся в разных частях земного шара. Проанализировали данные как с высокогорных альпийских лугов Кавказа, так и с сенокосных угодий Германий — и везде выявлены схожие закономерности,» — прокомментировал один из авторов исследования, заведующий кафедрой геоботаники биологического факультета МГУ Владимир Онипченко.

Оказалось, растительные сообщества с высоким видовым богатством (числом видов в составе сообщества) и филогенетическим разнообразием (разнообразием эволюционных групп растений в сообществе) проявляют менее выраженные изменения в биомассе от года к году, то есть флуктуации менее выраженные. Учёные предполагают, что при увеличении этих параметров экосистемы возрастает её устойчивость к воздействию инфекций и фитофагов (животных, питающихся растениями).

В контексте глобальных изменений климата значительно меняются и экосистемы: одни виды выпадают, другие приходят. Чтобы оценить экологические последствия этих процессов, необходимо понимать механизмы, определяющие устойчивость экосистем. Учёные ещё в XX веке выяснили, что сообщества организмов с большим числом видов — высоким биоразнообразием — обладают большей устойчивостью, чем маловидые. Прорыв нового исследования, опубликованного в Nature Ecology & Evolution, заключается именно в раскрытии механизмов этого явления и выявлении связей между конкретными параметрами биоразнообразия и устойчивостью экосистем.

В исследовании принимали участие сотрудники 37 организаций из Европы, Азии и Америки. Ведущее участие в исследовании приняли учёные из Немецкий центра интегративных исследований биоразнообразия (iDiv), Гёттингенского университета и Зенкенбергского центра исследований биоразнообразия и климата (BiK-F).