МИНИСТЕРСТВО УГОЛЬНОЙ ИРО.МЫШЛЕННОСТИ сои* ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО - ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГОРНОЙ ГЕОМЕХАНИКИ И МАРКШЕЙДЕРСКОГО ДЕЛА (ВНИМИ)

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНЫЙ ИНСТИТУТ УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ УкоНИИпроект

РУКОВОДСТВО

ПО ДРЕНИРОВАНИЮ КАРЬЕРНЫХ ПОЛЕЙ

Раздел I

ВЛИЯНИЕ ПОДЗЕМНЫХ И ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД НА УСЛОВИЯ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Раздел II

ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ СПОСОБОВ И СХЕМ ОСУШЕНИЯ КАРЬЕРНЫХ ПОЛЕЙ

Ленинград 1968

РУКОВОДСТВО

ПО ДРЕНИРОВАНИЮ КАРЬЕРНЫХ	ПОЛЕЙ
Раздел 1

ВЛИЯНИЕ ПОДЗЕМНЫХ И ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД НА УСЛОВИЯ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Раздел II

ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ СПОСОБОВ И СХЕМ ОСУШЕНИЯ КАРЬЕРНЫХ ПОЛЕЙ

Ленинград 1968

Рис. 1. Схема к определению "эффективных напряжений.

где *(Г'_0ТВ~ объемный вес пород в отвалах, у _п“ объемный вес глинистых пород, с учетом взвешивания, и - 'эффективное* нормальное напряжение по л л о-

АА

щадке А-А.

Снижение эффективных напряжений, приводящее к уменьшению сил трения и падению прочности пород (§4), является одной из причин возникновения оползней пород лежачего бока на многих карьерах (например, карьеры Севере—Уральских буроугольных месторождений).

Отсюда, в частности, следует необходимость детального изучения водоносных горизонтов, залегающих ниже пласта полезного ископаемого, которым изыскатели в период разведки месторождения часто не уделяют достаточного внимания.

3. Гидродинамическое давление (наряду с гидростатическими силами) может проявляться также на отдельных участках откосов уступов, сложенных глинисты-

ми породами после возникновения на бермах скоплений ат"-мосферных или технических вод. Фильтрация из этих скоп-леяий вызывает переход воды в глинах из каяилляряо-на-тяжеяного состояния в гравитационное, в результате чего условия устойчивости откоса на этом участке резко ухудшаются.

В. О целесообразности снижения гидростатических и гидродинамических сил посредством дренажных работ

1. Гидростатическое взвешивание и гидродинамическое давление, как силовые факторы, оказывают существенное воздействие на устойчивость бортов и уступов при условии, что значительная часть '"призмы возможного оползания* находится ниже депрессионяой (пьезометрической) кривой или же при больших перепадах напоров в лрибор-товой зоне. Поэтому особенно важно учитывать эти силы в следующих случаях:

а)    в условиях частично подтопленного откоса, например, при работе плавучих земснарядов или при затоплении отработанных карьеров;

б)    при разработке карьера вблизи реки или открытого водоема ^х', если расстояние до реки соизмеримо с глубиной залегания горизонта;

в)    в откосах гидроотвалов;

г)    при наличии в прибортовой зоне яесдренированных напорных вод;

д)    при вскрышной толще, представленной, в основ

ном, слабофильтрующими глинистыми песками или песчаными глинами, при отсутствии хорошо фильтрующих прослоев:    наличие    таких    прослоев    приводит    к появлению

вертикальной нисходящей фильтрации в глинистых слоях и к заметному снижению отрицательного влияния гидро-

х) Имеется в виду, что слагающие ложе реки или водоема породы достаточно проницаемы, так что под ними образуется зона "сплошной* фильтрации.

11

статических к гидродинамических сил;

е)    при наличии скоплений воды на площадках уступов;

ж)    при подпоре фильтрующихся вод на участках вы-сачивания глинистым материалом, образующимся при осыпании и оплывании вышележащих пород,

2* Роль дренажа, как способа борьбы с отрицательным влиянием гидростатических и гидродинамических сил на устойчивость откосов будет в перечисленных случаях различной, В случае 'а' дренаж не может оказать заметного воздействия на общую устойчивость борта ^х)~ в случаях 'б', 'в' н 'г' снижение уровней (напоров) вблизи откоса может существенно повысить устойчивость, В случае 'д' заметный эффект могут дать лишь специальные средства дренажа, так как водоносные породы с трудом отдают воду* В случае'е' основное значение имеет организация внутрнкарьерного стока, а в случае 'ж' - предотвращение возможности пригрузки промежутков высачиваиия глинистым материалом.

3. Часто встречаются такие условия, когда вокруг карьера образуется пологая деярессионная воронка, так что взвешиванию относительно 'поверхности скольжения' подвергается лишь небольшая часть пород прнбортовой зоны, а градиенты напора невелики. В таких условиях роль гидростатических и гидродинамических сил обычно незначительна - коэффициент устойчивости (по сравнению с этим коэффициентом для осушенного борта) снижается всего на 3-5%, Еше меньше оказывается разница в степени устойчивости откосов в условиях заградительного дренажа и в условиях открытого водоотлива /10/.

х) Если в процессе затопления отработанного карьера восстановление напоров в прнбортовой зоне значительно опережает подъем уровня воды в карьере, то дренаж может оказаться достаточно эффективным

F. Расчет устойчивости откосов при наличии гидростатических и гидродинамических сил

1» Расчет ведется в следующей последовательности (рис.2)*

с

Рис* 2. Схема к расчету устойчивости обводненного

откоса.

а.    Определяется положение 'наиболее опасной поверхности скольжения^ не обводненного откоса; методы отыскания ее описаны в работе /9/.

б.    Определяется положение депрессионной кривой и линий равных напоров, для чего используются аналитические и

графические приемы или моделирование на приборе ЭГДА. Отсчет напоров может вестись от произвольной горизонтальной плоскости (АА). Если в откосе ожидается возникновение норового давления, которое можно заранее рассчитать (п.Д), то оно учитывается путем увеличения напоров в данной точке на величину водного столба соответствующей высоты.

13

в* Участок* заключенный между линией откоса и 'поверхностью скольжения** разбивается на отдельные блоки (рис«2). Фиктивная сила, учитывающая совокупное влияние гидростатического и гидродинамического давлений, определяется из выражения /10/:

“Н = г.н-я) ^ ■    «•“>

где    -    средний напор вдоль поверхности скольжения

в пределах блока,    у^    - средняя ордината кривой скольжения в пределах блока (отсчитывается от А—А),    (Ц - ши

рина блока. у₀ - объемный вес воды, ^ - угол наклона касательной к * поверхности скольжения'* "Сила направлена нормально к 'поверхности скольжения* и приложена в средней точке ее в пределах блока.

Если часть расчетной 'поверхности скольжения' проходит внутри мощного слоя плотных жирных глия, не передающих гидростатического давления, то сила ф^ в пределах соответствующих блоков может приниматься равной 0. Однако, для этого необходимо удостовериться в том, что в глинах отсутствует трещиноватость и что вся вода в них представлена лишь молекулярмо связанными разностями (полная влагоемкость равна максимальной молекулярной влагоемкости) /1/.

г. Коэффициент запаса устойчивости откоса определяется по формуле:

где    -    вес    блока    пород вместе с заключенной в них

водой, (объемный вес водонасыщенных пород т ~ А

« нас

{1 — п ) + Д₀п ),    j)^    - угол трения, K_t” коэффициент

сцепления, Ц - длина участка 'поверхности скольжения' в пределах блока и р - число блоков.

В случае подтопленного откоса формула принимает вид:

14

. I,    -Ф^Я+5ЛЧ

-    угол откоса; угол показан на рис. 2;

-    вес 'свободной' (находящейся выше поверхности откоса) воды в пределах блока.

д. Для повышения точности расчета положение наиболее опасной 'поверхности скольжения' уточняется путем подбора.

Примеры расчета приведены в приложении № 1.

Аналогично рассчитывается устойчивость откоса и в случае напорных водоносных горизонтов, а также при наклонном залегании слоев

2* Из выражения (1,4) следует, что для учета гидростатических и гидродинамических сил достаточно знать распределение напоров вдоль 'поверхности скольжения'. Рассмотрим с этой точки зрения три основных случая, наиболее интересных для расчета устойчивости неоднородных (слоистых) откосов (рие.З).

а.    Слой песчаных глин- залегает между двумя слоями с относительно большей проницаемостью. Распределение напоров в слое песчаных глин может приближенно считаться линейным - от H_t - по кровле пласта, до Н (или до 0)

X    3

- по подошве пласта. Такое предположение дает заметную ошибку в определении напоров в слое II лишь в точках, удаленных от откоса на расстояние, меньшее мощности слоя т₂ .

б.    Слой песчаных глин подстилается слоем жирных глин с относительно меньшей проницаем остью. С достаточной степенью точности можно считать, что фильтрация в

х) Методы расчета устойчивости откосов подробно изложены в работе /8/.

15

сдое II ядет в горизонтальном направлении, я определять напоры I в слое Г1 по депрессионяой кривой я слоя 1* Что же касается слоя жир-^ж жых глин (Па), то в нем напоры ЯГ определяются аналогично д.'а'.

в. Наличие напорного горизонта в подошве карьера приводит к образованию восходящего потока в слое П по направлению, близкому к нормали к напластованию. Изменение величины напора в пределах слоя II описывается линейным законом - оТ Н - по подошве слоя,

..    з

до Hj - по его кровле.

Д. Роль перового давления

_____депрессионные (пьезометры-    _л _

ческие) крибые    1» в ее образным проявлением

- „крабые скольжения ' гидростатических и гидродинамических сил является поровое давле-ние, возникающее при дополнительна *    ном уплотнении водонасыщенных

пород глинистого состава, а также и невод ©насыщенных - при переходе породы из трехфаэнного состояния (вода + свободный газ + минеральный скелет) в двухфазное (вода + минеральный скелет) ^х) .

2* Ввиду того, что на контактах глинистого слоя с более проницаемыми породами гидростатическое давление остается неизменным, возникновение норового давления вызывает фильтрацию от срединных зон глинистого слоя, где поровое давление максимально, к краевым зонам. Это приводит к постепенному уменьшению порового давления; при

х) Такое представление является в известной мере условным, так как на самом деле поровое давление возникает уже в трехфазной среде - при сжатии газообразных компонентов, которые в процессе дальнейшего нарастания нагрузки растворяются в норовой воде.

16

этом оЬщее сопротивление сдвигу возрастает как за счет роста эффективных напряжений, так и за счет уплотнения пород. Следовательно, влияние порового давления на устойчивость откоса будет максимальным в первые моменты после приложения дополнительной нагрузки, когда эффективные напряжения минимальны.

3* Одной из причин возникновения порового давления в глинистых породах является снижение уровня подземных вод в процессе дренирования месторождения: такое снижение АН приводит к уменьшению сил гидростатического взвешивания на величину ДР=у₀ДН и к соответствующему росту нагрузки на глинистый пласт от веса вышележащих пород.

4.    Поровое давление является одной из главных причин оползневых деформаций земляных - насыпных и намывных - гидротехнических сооружений. В бортах карьеров при отсутствий дополнительных нагрузок поровое давление возникает редко, так как напряжения в пределах призмы возможного оползания, вследствие выемки грунта, как правило, меньше природных. Исключения из этого правила обычно отмечаются лишь для весьма глубоких карьеров (200-400 м), на которых 'призма возможного оползания' захватывает борт яа большую глубину. В этом случае в пределы 'призмы возможного оползания' попадают глинистые породы, претерпевающие дополнительное уплотнение при уменьшении гидростатического взвешивания за счет дренирующего эффекта карьера и водопонизительной системы; соответствующая схема сил отражена на рис.4.

5.    Поровое давление возникает также в тех случаях, когда на какой-либо участок глинистого пласта действуют дополнительные внешние нагрузки. Такие условия характерны, например, для глинистых пород лежачего бока, пригру-жаемых внутренними отвалами.

6.    Поровое давление часто возникает в откосах отвалов - при переходе пород отвалов из трехфазной среды в двухфазную.

7.    Влияние порового давления на устойчивость откосов можно приближенно учесть соответствующим изменением

17

расчетных характернотих сопротивления сдвигу - на основания проведения испытаний в стабияометре по закрытой системе жни, менее точно — испытаний на одноплоскостных приборах но схеме * быстрого сдвига* /И/. В последнем случае рабочая коробка срезного прибора должна иметь, по возможности, большее сечение (для пород отвалов - до 500-ТОО см2). Схема нагружения образцов должна соответствовать природной»

При наличии достаточно ясного представления о строении откоса, когда четко выделяются отдельные разности парод, величина норового давления на отдельные моменты времени может быть заранее рассчитана в соответствии с уравнением теории консолидаций /1/* Для плотных жирных глин в этих расчетах должен обязательно приниматься во внимание начальный градиент фильтрации. Фактическое распределение норового давления в массиве горных пород или в отвалах может контролироваться наблюдениями по специальным датчикам,

8* Скорость ^рассеивания* парового давления, при прочих равных условиях, тем меньше, чем меньше фильтрационная способность пород. Поэтому для отвалов глинистых пород иногда целесообразно осуществлять дренажные мероприятия, направленные на увеличение скорости фильтрации воды (устройство песчаных подушек в основании отвалов). Однако, дренаж не может рассматриваться как эффективное средство для снижения норового давления в бортах карьеров, так как глинистые породы практически не осушаются обычными средствами дренажа.

Е, Роль капиллярных сил

1, В пределах капиллярной каймы на водосодержащие породы, кроме сил веса, оказывают дополнительное действие объемные силы капиллярного натяжения, В каждой точке капиллярной каймы это действие измеряется величиной;

F»„=T.^K'^Zi.    ^U'^e)

19

АННОТАЦИЯ

В ''Руководстве"’, на основе анализа опыта осушения большого числа карьеров, рассмотрены вопросы о влиянии подземных и поверхностных вод на условия ведения открытых горных работ, в том числе - на устойчивость бортов карьеров, а также излагаются принципы выбора и обоснования оптимальных способов и схем осушения карьерных полей. 'Руководство' предназначается для использования при проектировании, строительстве и эксплуатации карьеров, а также при разведке месторождений, намечаемых к открытой разработке.

В составлении 'Руководства' принимали участие: от ВНИАЛИ - доктор геолого-минералогических наук Мироненко В.А., доктор технических наук Фисенко Г.Л., кандидат геолого-минералогических наук Норватов Ю.А., инженер Бокий Л.Л.; от института 'УкрНИИпроект' - доктор гео-лого-минералогичес ких наук Жернов И.Е. и кандидат геолого-минералогических наук Устинов С.А. Глава УП и § 2 гл. П разд.Ц написаны с участием инж. Невельштейна Ю.Г., а гл. У1 разд. П - при участии инж, Каменца Б.А.

где:    \\у- Z превышение верхней границы капиллярной

каймы над рассматриваемой тонкой;

- высота капиллярного поднятая.

Для точен массива, расположенных ниже уровня грунтовых вод, действие капиллярных сил можно учесть, прибавляя к силам веса величину

2.    Капиллярные силы оказывают заметное (положи

тельное) влияние на устойчивость откосов небольшой высоты, когда величина    соизмерима    с высотой откоса.Это

относится, прежде всего, к откосам уступов, сложенных глинистыми породами, в которых высота капиллярного поднятия может измеряться несколькими .метрами.

Обычно капиллярные силы несколько повышают степень устойчивости откоса. Однако на это обстоятельство не следует ориентироваться при определении допустимых параметров уступов карьера, так как под действием вод (атмосферных, технических и т.п.), стекающих по поверхности откоса, вода в глинистых породах легко переходит из калиллярно-натяжецного состояния в нормальное.

3.    Капиллярные силы обычно следует учитывать лишь при производстве обратных расчетов устойчивости фактических откосов небольшой высоты.

Ж. Увеличение объемного веса пород при увлажнении

Если породы залегают выше уровня грунтовых вод, то дополнительное поступление воды извне (например, за счет атмосферных осадков) приводит к возрастанию их объемного веса. В большинстве случаев это вызывает относительное увеличение сдвигающих сил и уменьшение степени устойчивости откоса. Увеличение объемного веса пород при дополнительном поступлении в них атмосферных вод является, например, одной из причин оползней откосов отвалов, а также оползней-оплывия (9 2, п, Г ). Для ограничения влияния этого фактора основное значение имеет организация поверхностного и внутрикарьерного стока. Необходимо учитывать,

ВВЕДЕНИЕ

Решение задачи развития минерально-сырьевой базы народного хозяйства СССР связано с дальнейшим увеличением роли открытого способа разработки месторождений полезных ископаемых. Значительная доля эксплуатируемых и намеченных к разработке месторождений характеризуется сложными гидрогеологическими условиями; достаточно упомянуть Месторождения КМА, Соколэвско-Сарбайской группы, Южно-Уральского и Канско-Ачинского угольных бассейнов, месторождения серы в Прикарпатье и др. Нормальные условия ведения открытых горных работ на месторождениях такого типа обычно могут быть гарантированы лишь при осуществлении широкого хруга мероприятий по осушению карьерного поля. Поэтому специалисты-гидрогеологи, связанные с проектированием, строительством и эксплуатацией карьеров, сталкиваются с необходимостью решения ряда задач спеяиальной (шахтной) гидрогеологии применительно к требованиям осушения открытых горных выработок; при этом первостепенное значение имеют следующие взаимосвязанные вопросы:

а)    оценка влияния подземных и поверхностных вод на условия ведения открытых горных работ и, в первую очередь, - на устойчивость бортов карьеров;

б)    выбор и обоснование рациональной схемы осушения карьерного поля в конкретных гидрогеологических, инженерно-теологических и горно-технических условиях;

в)    фильтрационный расчет процесса осушения месторождения;

г)    моделирование процесса осушения,

д)    обоснование требований к гидрогеологической изученности месторождений.

Перечисленные вопросы занимают центральное место в проблеме осушения месторождений полезных ископаемых, разрабатываемых открытым способом; от правильного их решения зависит, в основном, технико-экономическая эффективность

3

дренажных работ на карьерах. Между тем, анализ опыта проектирования и эксплуатации карьеров показывает, что на одних карьерах имеют место многочисленные осложнения в ведении горных работ, вызванные природными водами, а на других- объем и стоимость дренажных работ необоснованно завышаются на десятки» а иногда и на оотни процентов.

В связи с этим в 1962 г. ВНИМИ были начаты исследования с целью составления специального методического пособия по дренажу карьерных полей. Основные результаты первого этапа этих исследований опубликованы в вышедших в 1965 г* работах '"Осушение карьерных полей* и "Фильтрационные расчеты осушения карьерных полей*.С 1964 года исследования вопросов осушения карьеров проводятся ВНИМИ совместно с УкрНИИпроектом по расширенной программе, они охватили месторождения КМА, Соколов-ско-Сарбайскую группу, Никопольский маргайцево-рудный бассейн, Канско-Ачяяский, Северо-Уральский, Днепровский, Подмосковный, Челябинский и Башкирский буроугольные бассейны, Уфалейские (никелевые), Роздольскоё (серное), Реттиховское, Ангренское, Харанорское и Тигнияское угольные, Бакчарское и Качарское железорудные, Зыряновское полиметаллическое, Завальевское графитовое, Боровичское месторождение огнеупорных глин и ряд других месторождений. Учтена практика осушения таких месторождений, как Тихвинские бокситовые. Высокогорское железорудное, Янтар-ненское и Кадушское соляное, Сибайское, Гайское и Учалинское меднорудные и др. Наконец, принят во внимание богатый опыт водопонижения в гидротехническом строительстве, а также опыт осушения подземных горных выработок. Результатом проведенных исследований является настоящее "Руководство*, отдельные разделы которого имеют целью осветить весь круг поставленных выше вопросов. *Руковод-ство* распадается на следующие пять раз/хепов:

раздел 1 - Влияние подземных и поверхностных вод на условия открытой разработки месторождений полезных ископаемых;

раздел ГI - Выбор и обоснование рациональных способов и схем осушения в различных гидрогеологических и

4

горно-технических условиях ;

раздел III - Фильтрационные расчеты осушения карьерных полей (намечено к изданию в 1968 г.);

раздел 1У - Моделирование процессов осушения карьерных полей (намечено к изданию в 1968 г.)

раздел У - Требования к гидрогеологической изученности месторождений полезных ископаемых при разведке, вскрытии и отработке карьерных полей (намечено к изданию в 1970 г,).

Предварительные редакции "Руководства*" на разных стадиях рассматривались и обсуждались рядом научных, проектных и производственных организаций: "Гипрошахт", "Гип-роруда", "Уралгипрошахт", "Союзшахтоосушение", МГУ, ВСЕГИНГЕО, ЛГИ, Соколовско-Сарбайский обогатительный комбинат, комбинат"КМАруда", Лаборатория гидрогеологических проблем, "Фундаментироект", ЦНИИгоросу-шение. При обсуждении работы был сделан ряд замечаний, которые были учтены при подготовке "Руководства" к печати.

Авторы приносят свою благодарность за полезные советы и замечекия В.М .Шестакову, В.Д.Бабушкину, С.В.Троян-скому, Н.Н.Маслову, Н.И.Плотникову, Д.Ф.Борисову, Е.Е* Керкису, О.Б.Скиргелло_гЮ.Г.Невельштейну, Л.В.Крупкину и И.П_#Твердохлебову. Возможные дополнительные пожелания и замечания по настоящей работе будут приняты авторами с вниманием и признательностью.

РАЗДЕЛ 1

ВЛИЯНИЕ ПОДЗЕМНЫХ И ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД НА УСЛОВИЯ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Практика строительства и эксплуатации карьеров показывает, что подземные н поверхностные воды часто вызывают существенные осложнения при открытой разработке месторождений полезных ископаемых. Влияние природных, вод проявляется в деформациях бортов, откосов уступов и отвалов, в снижении производительности горно-транспортного оборудования, а также в снижении качества и полноты выемки полезного ископаемого.

ГЛАВА 1

ВЛИЯНИЕ ПОДЗЕМНЫХ И ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД НА УСТОЙЧИВОСТЬ БОРТОВ, ОТКОСОВ УСТУПОВ

И ОТВАЛОВ

Влияние подземных и поверхностых вод на устойчивость откосов проявляется в изменении напряженного состояния пород * в фильтрационных деформациях, в процессах выщелачивания и растворения горных пород, а также в изменении их механических свойств.

§1. Влияние подземных и

II 0 в е р X И О С Т Н Ы X во д на р а з в и т и е О п 0 л 3 я е в ы х д е ф о р м а ц и й за счет и 3 м е н е я ия паи р я ж е н н о г о СОСТОЯНИЯ п о р о д

Одной из главных причин оползневых деформаций обводненных откосов является изменение напряженного сосгэя-

ния пород под воздействием гидростатических, гидродинамических и капиллярных сил, а также вследствие увеличения объемного веса пород в зоне аэрации при увлажнении.

А, Значение гидростатического взвешивания

1.    Горные породы, залегающие ниже уровня подземных вод, испытывают воздействие сил гидростатического взвешивания. Объемный вес пород с учетом взвешивания ( у_п } выражается формулой:

Tn ^{=    A}o)(^1-n)i    (1,1)

где:    ”    соответственно,    удельный    вес    породы    и    воды,

п ~ пористость.

Влияние сил взвешивания сводится, в конечном счете, к уменьшению сил трения вдоль потенциальной "поверхности скольжения", поэтому оно проявляется наиболее существенно в породах с большим углом внутреннего трения.

2.    В результате действия гидростатических сил откос, находящийся до подтопления в состоянии, близком к предельному равновесию, становится неустойчивым и деформируется. Такова, например, природа многих оползней, наблюдающихся при затоплении отработанных карьеров, при заполнении водохранилищ и т*п. Наихудшие условия отмечаются при подтоплении откоса примерно на 0,2-0,3 его высоты /10/.

Отметим, что после обрушения и оползания песчаных подтопленных откосов масса нарушенных песков осаждается в подводных условиях под пологим углом (порядка 10-15°), гораздо меньшим, чем предельно допустимый угол подтопленного откоса в ненарушенных песках. Такая же картина имеет место при намыве песков под воду. Это обстоятельство необходимо учитывать при проектировании параметров отвалов, отсыпаемых в воду.

3.    Наряду с подтопленными откосами, действие гидростатических сил ярко проявляется в бортах карьеров, в основании которых находятся яедренируемые напорные водо~

7

X )

носные горизонты , оказывающие подчас решающее влияние на устойчивость, особенно при наклонном залегании слоев. Таков же механизм влияния не вскрытых карьером водоносных линз и прослоев, выклинивающихся вблизи откоса.

4.    Действием сил гидростатического взвешивания ^в сочетании с набуханием - см.§ 4) обусловлены также оползни уступов, которые возникают на многих карьерах при пригрузке участков высачивания подземных вод глинистым материалом, образующимся за счет осыпания или оплывания вышележащих пород; пригрузка постепенно приводит к подпору фильтрующихся к откосу вод и к увеличению гидростатических сил.

5.    Влияние гидростатического взвешивания на устойчивость бортов иногда следует принимать во внимание и для карьеров, вскрывающих твердые трещиноватые породы: в этих условиях в прибортовой зоне, за экранирующими слоями, могут сохраняться высокие напоры, способствующие оползневым деформациям откоса. Ввиду того, что пороз-ность скальных пород обычно невелика, поступление в них дождевых к талых вод приводит к значительному повышению уровня подземных вод и, соответственно, к росту гидростатического давления на стенки трещин. Именно поэтому многие оползни естественных склонов в скальных породах происходят в периоды интенсивного выпадения осадков.

6.    Гидростатическое давление является одной из причин оползней отвалов, возникающих в период интенсивных дождей. В этом случае атмосферные осадки могут существенно увеличить мощность зоны полного водояасыщения

в нижней части отвала. Аналогичное влияние оказывают на устойчивость отвалов, ""прислоненных* к нерабочему борту, подземные воды, поступающие в карьер. Наконец, гидростатические Силы должны обязательно приниматься во внимание при оценке устойчивости дамб гидроотвалов.

х) В этом случае обычно существенную роль играет также и гидродинамическое давление (см.ниже,пуякт *Б*).

Б» Значение гидродинамических сил

1* Фильтрующаяся вода, встречая сопротивление породы, она зывает на нее гидродинамическое давление» Это давление направлено вдоль линий тока и является объемной силой, удельная (на единицу объема) величина которой определяется формулой:

Ъо=Т₀Э,    ⁽¹-²>

где    3 - градиент напора, ж    -    объемный    вес    воды.

При больших перепадах напоров сила Do может достигать значительных величия, снижая коэффициент запаса устойчивости откоса на десятки процентов. Оползневые деформации, вызванные действием гидродинамического давления, неоднократно наблюдались как на естественных склонах, так и на различных земляных сооружениях (дамбы, плотины ж т,п,). Наиболее часто деформации здесь возникают при быстром сладе уровня (в условиях подтопленного откоса), так как в этом случае градиенты напора значительно возрастают, Конечно, гидродинамические силы оказывают отрицательный эффект на устойчивость при фильтрации в сторожу откоса; в противном случае (фильтрация вглубь массива) они, наоборот, могут способствовать повышению степени устойчивости,

2» Роль гидродинамического давления в изменении напряженного состояния особенно существенна для глинистых пород, где градиенты могут измеряться значительными величинами. Так, при наличии в подошве карьера напорных не дренируем ых горизонтов восходящая (в сторону выработанного пространства) фильтрация через относительно ^жводоупорные'' слои приводит к уменьшению 'эффективных' напряжений на скелат глинистых пород; с учетом гидродинамических сил, эти напряжения могут определяться по формуле (рис. 1):

\_А = СТ_П    ⁺Т_отв^т(]^COSoC~?о(m-tj)—^ ,    ⁽

9