П-843-86 Рекомендації щодо розрахунку стійкості скельних відкосів

МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СССР ГЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ КАПИТАЛЬНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА ПРОЕКТНО-ИЗЫСКАТЕЛЬСКИЙ И НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ «ГИДРОПРОЕКТ» ИМЕНИ С. Я. ЖУКА

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО РАСЧЕТУ УСТОЙЧИВОСТИ СКАЛЬНЫХ ОТКОСОВ

П-843-86

Гидропроект

Москва — 1986

ВВЕДЕНИЕ

В настоящих Рекомендациях рассматриваются статические методы расчета устойчивости скальных откосов в предположении заданной поверхности смещения, расположение которой предопределено существующими инженерно-геологическими особенностями строения скальных массивов. Динамика оползневого процесса, а также реологические аспекты поведения скальных пород не рассматриваются. Предлагаемые методы расчета соответствуют механизму нарушения устойчивости и формам обрушения скальных откосов, наблюдаемым в натурных условиях. Последние выявлены в результате проведенного опроса большого числа производственных, проектных и научных организаций Советского Союза, занимающихся проектированием карьеров, котлованов, а также выполняющих расчеты устойчивости скальных откосов.

В Рекомендациях обобщен опыт расчетов, теоретических п экспериментальных (на моделях) исследований устойчивости скальных откосов, накопленный в лаборатории механики скальных пород отдела скальных оснований института «Гидропроект» им. С. Я. Жука, а также учтены результаты соответствующих разработок ряда отечественных и зарубежных специалистов.

Рекомендации составлены д. т. н. Э. Г. Газиевым и к. т. н. В. И. Речицким (институт «Гидропроект» им. С. Я. Жука). Раздел 4.3.2.и соответствующий пример в Приложении 3 подготовлены к. т. н. Э. А. Фрейбергом (ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева). Настоящие Рекомендации были одобрены на заседании комиссии по устойчивости и укреплению скальных массивов СК МОМСП. При разработке Рекомендаций учтены отдельные замечания и предложения к. т. н. Ю. А. Фишмана (Гидропроект), д. т. п. Д. М. Казикаева (Белгородский технологический институт строительных материалов), к. т. н. В. Б. Будкова (ВИОГЕМ), д. т. н. В. Г. Зотеева (Институт горного дела Минчермета СССР), проф., д. т. н. И. В. Баклашова (Московский горный институт), которым авторы выражают искреннюю признательность.

ГЛАВА ПЕРВАЯ

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТОВ УСТОЙЧИВОСТИ

СКАЛЬНЫХ ОТКОСОВ

1.1. Для выполнения расчетов устойчивости скальных откосов Требуются следующие основные исходные данные (расчетные параметры) :

а) характеристики трещиноватости скального массива,

б) параметры прочности на сдвиг по трещинам,

в) форма и положение депрессионной кривой в массиве,

г) показатели, характеризующие сейсмичность района,

д) количественная характеристика статических и динамических нагрузок на откос,

г) плотность скальной породы.

1.2. Из характеристик трещиноватости наибольшее значение для устойчивости скальных откосов имеет ориентация трещин в пространстве, задаваемая с помощью углов падения трещин а и азимутов их падения. Дополнительно необходимы сведения о среднем размере отдельных скальных блоков, а при рассмотрении устойчивости слоистых скальных откосов — о расстоянии между слоями пород.

По своему влиянию на устойчивость скальных откосов трещины могут быть разделены на две группы: крупные трещины или разломы, длина которых соизмерима или даже превосходит размеры откосов, и мелкие трещины, размеры которых не превышают нескольких метров. Трещины, принадлежащие ко второй группе, характеризуются обычно обобщенными параметрами трещиноватости.

1.3. Из всех прочностных параметров скального массива наибольшее значение для его устойчивости имеет прочность на сдвиг, которая, в первую очередь, определяется прочностью на сдвиг по существующим в массиве трещинам.

Прочность на сдвиг по скальной трещине зависит от конфигурации поверхности трещины (ее рельефа и волнистости), от крутизны подъема выступов или неровностей, от прочности скального материала стенок трещины, а также от типа заполнителя и его мощности.

1.4. Нарушение устойчивости скальных откосов часто является результатом неблагоприятного воздействия подземных вод. Форма и положение депрессионной кривой, также как и другие параметры фильтрационного потока в скальных массивах во многом зависят от размера трещин, их ширины раскрытия и ориентации, от взаимного расположения трещин, т. е. предопределяются характером строения массивов. Водопроницаемость, обусловленная наличием поровой воды (содержащейся в порах самой скальной породы или в заполнителе трещин), имеет при этом подчиненное значение.

При расчетах устойчивости скальных откосов учет механического воздействия грунтовой воды заключается в приложении к рассматриваемому скальному блоку сил гидростатического давления воды, направление действия которых перпендикулярно плоскостям отчленяющих блок трещин.

Для вычисления сил гидростатического давления на рассматриваемые скальные блоки необходимо знание положения уровня грунтовых вод и формы кривой депрессии.

Следует также отметить большое влияние на устойчивость скальных массивов колебаний уровня воды в водохранилище. При сработке уровня водохранилища увеличиваются градиенты фильтрационного потока, что приводит к возрастанию сдвигающих сил. В этом случае необходимо знать возможные интервалы колебания уровня в водохранилище, возможное время сработки уровня, а также коэффициент фильтрации скального массива в направлении к дневной поверхности склона (откоса).

1.5. Районы распространения скальных пород являются в большинстве случаев сейсмически активными районами, в связи с чем при расчете устойчивости скальных откосов довольно часто возникает необходимость дополнительного учета динамических (сейсмических) воздействий. Этот учет заключается в добавлении к расчетным усилиям так называемой сейсмической силы Р, которая в соответствии с нормами СНиП II-7-81

При расчете сейсмических сил вес частично или полностью погруженного в воду массива следует определять без учета взвешивающего действия воды.

Направления действия силы Р рекомендуется принимать наиболее неблагоприятными, т. е. такими, при которых устойчивость откоса становится минимальной.

1.6. В тех случаях, когда сдвигоопасных систем трещин в рассматриваемом скальном массиве не обнаружено, оценка устойчивости откоса может быть осуществлена на основе анализа его напряженно-деформированного состояния по одному из существующих методов, для чего необходимо знание модуля деформации массива Е, коэффициента поперечного расширения v, прочности скальной породы в объемном напряженном состоянии.

ГЛАВА ВТОРАЯ

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

2.1.   Определение необходимых характеристик трещиноватости скального массива производится на обнажениях рассматриваемого склона, а также в шахтах, штольнях или камерах (при их наличии).

Полученные с помощью геологического компаса данные по геометрическим параметрам падения трещин (азимутам и углам падения) наносятся на круговую равноплощадную диаграмму в виде точек. Каждая точка соответствует определенному сочетанию азимута падения (5 и угла падения а зафиксированной трещины.

Выявление систем трещин из всей совокупности замеренных трещин может быть выполнено графическим или статистическим методами. В первом случае обработка замеров трещиноватости осуществляется с помощью перемещения по равноплощадной диаграмме специального трафарета (круга) единичной площади, в пределах контура которого подсчитывается количество точек, после чего на диаграмме строятся линии равной их густоты. Места сгущений плотности точек определяют системы, а по максимумам сгущений находятся азимуты и углы падения этих систем. Такой метод применим при наличии четко выраженных систем трещин.

Более точным методом выявления систем трещин и определения их параметров является разработанный в институте «Гидропроект» имени С. Я Жука метод статистического анализа трещиноватости. При использовании этого метода обработка замеров трещиноватости может проводиться автоматически, с использованием ЭВМ (соответствующая программа разработана в Гидропроекте).

Особо тщательному анализу подлежат системы трещин и  отдельные крупные трещины, падающие в сторону склона, так как именно такие трещины могут являться плоскостями смещения для неустойчивых скальных массивов.

2.2.   Прочность на сдвиг по скальной трещине устанавливается на основе проведения специальных полевых опытов, которые могут быть дополнены лабораторными испытаниями образцов.

Полевые исследования на сдвиг проводят в специальных подземных камерах, в которых оставляют породные целики площадью обычно от 0,5 м² до 1,0 м², включающие участки рассматриваемой трещины. С увеличением размера испытываемого образца возрастает достоверность получаемых результатов, которые должны быть распространены на весь скальный массив или на определенную его область. В связи с этим в особо важных случаях проводят испытания больших целиков с площадью сдвига порядка 10 м² и даже более. Подготовка и проведение полевых опытов осуществляется в соответствии с существующими рекомендациями .

При большой мощности заполнителя и отсутствии «жестких» контактов прочность на сдвиг по трещине определяется прочностью на сдвиг заполнителя трещины:

Нормативные значения параметров прочности на сдвиг заполнителя трещины определяются обработкой экспериментальных данных по методу наименьших квадратов.

Расчетные значения величин tg, φ₃, с₃ и tg φ, с находятся через их нормативные значения в соответствии со СНиП П-16-76 (или путем построения нижней доверительной границы для совокупности полученных опытных данных, или путем деления нормативных значений на коэффициенты безопасности по грунту).

2.3. Выбор и назначение параметров фильтрационного потока в проектируемом скальном откосе осуществляется на основе проведения полевых гидрогеологических исследований, состав и объем которых зависит от общих гидрогеологических условий, стадии проектирования и ответственности сооружения.

Для оценки устойчивости откоса наиболее важно определить уровень подземных вод в массиве, который зависит от наличия и глубины расположения подпорного горизонта, водопроницаемости массива на различных глубинах и ее анизотропии, а также от водопроницаемости отдельных крупных трещин, расположенных на рассматриваемом участке.

Предполагаемые форма и положение депрессионной кривой находятся в результате обработки полученных данных с помощью моделирования на ЭГДА, аналитическим путем или посредством других существующих методов . В процессе производства работ положение кривой депрессии в массиве должно уточняться путем режимных наблюдений.