Контрольная работа по "Геомеханика"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Геомеханика

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

Введение......................................................................................................................3

1. Классификация определение  нормативных и расчетных  грунтов  массива....4

2. Классификация дисперсионных  грузов................................................................6

3. Оценка грунта основания по несущей способности............................................8

4. Расчет устойчивоости  склонов.............................................................................9

5. Определение давления грунта на ограждение и оценки его устойчивости...12

Заключение................................................................................................................15

Список литературы...................................................................................................16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Геомеханика   - наука, которая изучает  физико-математические свойства пород, их напрряженое состояние, процессы денформирования  и разрушения, под влиянием природных и технологических  факторов.

Количественные механические процессы, происходящие в массивах горных пород при устройстве активных горных выработок  - карьеров и сопутствующих им отвалов изучает горная механика.

Прдмет изучения геомеханики - горные породы и массивы в их природном и нарушенном залегании.

Горные породы - природные  минеральные агрегаты, слагающие  самостоятельные геологические  тела.

Геологические тела - слои, линзы, тела, пропластки, массивы, покровы, жилы, полости и трещины.

Природный массив горных пород - это совокупность  самостоятельных геологических тел, занимающих определенное положение в пространстве земной коры.

Основная задача горой  механики- разработка методов исследования горных пород и массивов для оценки устойчивости  отрытых горных выработок  и отвалов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Классификация определение нормативных и расчетных  грунтов массива

 

По условию

Таблица 1 - Результаты лабораторных испытаний  по определению зернового состава и параметров физического состояния грунтов

вид	параметры физ. состояния					результаты определения зернового  состава
	ρ1	ρ2	W1	W2	W3	галька	гравийная фракция				песчанная фракция					пыль	глина
						≥10	10-7	7-5	5-3	3-2	2-1	1-0,5	0,5-0,25	0,25-0,1	0,1-0,05	0,05-0,005	≤0,005
песч. грунт	2,68	1,72	9,8	-	-	-	-	1	1	9	12	14	33	15	9	5	1
глин. грунт	2,71	1,98	23,3	19,6	28,9	-	-	-	-	-	-	-	-	10	10	70	10
круп.обмолочн.	2,65	1,95	13,0	-	-	-	12	27	21	10	3	7	3	3	4	7	-

 

Плотность сухого грунта ρ₀=ρ/(1+0,01*W)

песчанный грунт

ρ₀=ρ/(1+0,01*W1)=1,72/(1+0,01*9,8)=1,72/1,1=1,564

глинистый грунт 

ρ₀=ρ/(1+0,01*W1)=1,98/(1+0,01*23,3)=1,606

крупнообмолочный

ρ₀=ρ/(1+0,01*W1)=1.95/(1+0,01*13,0)=1,73

Классификационные параметры  песчанных грунтов:

коэффициент пористости

е=(ρ1-ρ0)/ρ0=(2,68-1,564)/1,564=0,714

коэффициент водонасыщенности

S₀=(0.01*W1*ρ1)/(e*ρ3)

ρ3 - плотность воды

S₀=(0.01*W1*ρ1)/(e*ρ3)=(0,01*9,8*2,68)/(0,714*1)=0,37

n=(ρ1-ρ0)/ρ1*100%=(2,71-1,61)/2,71*100%=36,9%

Глинистый грунт

число пластичности - I₀=W2-W3=19.6-28.9=-9.3%

коэффициент текучести

I₁=(W1-W3)/( W2-W3)=(23.3-28.9)/(-9.3)=0.6%

пористость грунта

n=(ρ1-ρ0)/ρ1*100%=(2.71-1.61)/2.71*100%=41%

е=(ρ1-ρ0)/ρ0=(2,71-1,61)/1,61=0,62

S₀=(0.01*W1*ρ1)/(e*ρ3)=(23,3*0,01*2,71)/(0,62*1)=1,02

крупнообмолочный

ρ₀=ρ/(1+0,01*W1)=1,95/(1+0,13)=1,73

е=(ρ1-ρ0)/ρ0=(2,65-1,73)/1,73=0,53

n=(ρ1-ρ0)/ρ1*100%=34,7%

S₀=(0.01*W1*ρ1)/(e*ρ3)=(2,65*0,13)/(0,53*1)=0,65

S₀≤0.8

γ=1,72*10=17,2

напряжение грунтовых  массивов

S₀≤0.8

песчанный грунт 

γ=1,72*10=17,2

глинистый грунт - коэффициент  текучести ≥0,25 (0,6)

γ=1,98*10=19,8

крупнообмолочный

γ=1,95*10=19,5

удельный вес грунта с  учетом действия воды

γ3=(γ1-γ2)/(1+е)

γ1=2,65*10=26,5

γ2=1*10=10

γ3=16,5/(1+0,53)=10,8

Таблица 2 - Параметры дисперсионных  грунтов

грунт	ρ0, г/см3	е	n, %	S	Io, %	I1	γ, кН/м3	γ3, кН/м3
песчан.	1,564	0,714	36,9	0,37	-	-	17,2	-
глин.	1,606	0,620	41,0	1,02	9,3	0,6	19,8	-
обмолочн.	1,730	0,530	34,7	0,65	-	-	19,5	10,8

 

 

2. Классификация  дисперсионных грузов

 

Произведем классификацию  дисперсионных грунтов

1. песчанные грунты

- гранулометрический состав;

    - коэффициент водонасыщения ;

- коэффициент пористости :

2. Глинистый грунт:

- число пластичности;

- гранулометрический состав ;

- показатель текучести;

- морозоопасности; 

3. крупнообмолочный грунт:

- гранулометрический состав;

- коэффициент водонасчщения;

- коэфицциент морозоопасности.

Таблица 3 - Классификация  дисперсионных песков

класс	группа	подгруппа	тип	вид	разновидности
дисперсионный	несвязные	осадочные	полими- неральные	пески	гравелистый, малая степень  водонасыщения, рыхлый, Пески гравелистые,крупные и средней крупности, пески мелкие и пылеватые
	несвязные	осадочные	полими- неральные	глинистые	суглинок, легкий пылеватй, содержание песчанных частиц - 40%, супесь суглинок, гралевистый, мягколинистые, сильно суглинистые.
	несвязные	осадочные	полими- неральные	крупнообмолочный грунт	гравийный, средняя степень водонасыщения.

 

крупный песок - деформационная характеристика - с=1,5кПа, α=42,8⁰, Е=45МПа

глитнистый грунт - суглинка  - деформационная характеристика - с=37,2кПа, α=25,1⁰, Е=25,7МПа

крупнообмолочный грунт - гравийный - деформационная характеристика -

с=0,33кПа, α=34⁰, Е=38,8МПа

Значения коэффициента надежности по грунту по деформации и несущей  способности.

удельное сцепление=1,5

для угла внутреннего трения песчанных грунтов=1,1

для глинистых грунтов=1,15

для веса=1,2

крупный песок:

τ=17,2/1,2=14,33кН/м³

с1=1,5/1,5=1 кПа

α=42,8/1,1=38,91⁰

γ=17,2/1=17,2 кН/м³

с2=15/1,0=15кПа

α1=42,8/1,0=42,8⁰

глинистые - суглинка

τ=19,8/1,2=16,5 кН/м³

с1=25,1/1,5=16,73 кПа

α1=42,8/1,1=38,91⁰

γ=25,7/1,15=22,35 кН/м³

с2=19,8/1,0=19,8кПа

α2=42,8/1,0=42,8⁰

Таблица 4 - Физико-математическая составляющая дисперсных грунтов

грунт	первое состояние			второе состояние
	τ	с1	α1	γ	с2	α2
песок крупный	14,33	1	38,91	17,2	15,0	42,5
суглиник	16,5	16,73	38,9	22,35	19,8	42,8
гравийный, средняя степень  водонасыщения.	14,33	1	38,91	17,2	15,0	42,5

 

 

3. Оценка грунта  основания по несущей способности

 

Рассмотрим возможность  прегона  экскаватора по поверхности  слоя глинистого грунта.

Условия оценки грунта основания  по несущей способности.

р≤р₀

р   - среднее давление на грунт основания по подошве  опоры экскаватора

р₀-предельное давление на грунт основания.

Геометрические размеры  подошвы: ширина - 1,8 м., среднее давление на уровне подошвы - 0,28МПа., α1=24⁰.

Предельное давление на грунт  основания.

с1=0,013МПа

α1=24⁰.

Условие оценки не выполняется 0,28≥0,251

Следовательно проход экскаватора  невозможен

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Расчет устойчивоости  склонов

 

При расчете устойчивости склонов используем метод ВНИМИ. Данный метод позволяет с помощью двух приближений.

 

Рисунок 1 - угол заложения  борта карьера

Массив грунта, расположенный  выше бровки борта и ниже его подножия, ограничен горизонтальными поверхностями.

Расчет глубины закольной  трещины

Н₉₀=0,0455

Условная высота борта  карьера

Н₁=Н/Н₉₀

Н1=24

Угол наклона борта  карьера =27 градусов.

ширина призмы возможного обрушения.

а=12 м

 

Рисунок 2 - Схема построения возможностей призмы обращения: с=45⁰+0,5*α; τ=45-0,5*α

 

Итог построения - линия  скольжения МСВ¹

Разбиваем призму обрушения  на вертикальные отсеки (рисунок 3 - 4).

Рисунок 4 - Геометрические параметры  вертикального отсека

Рисунок 3 - Расчетная схема возможностей призмы обрушения с выделенными веритикальными отсеками

 

Основная формула КЦПС без учета фильтрационных и сейсмических сил.

Коэффициент запаса устойчивости

К=(Σ1+Σ2)/Σ3

Таблица 5 - Вычисление коэффициента запаса устойчивости выполняется табличным способом

отсек	hi, M	hi+1,M	b, M	Q, кН/м	α, град	cosα	sinα	C	Σ1, кН/м	Σ2, кН/м	Σ3, кН/м
1	6.5	8.9	1.8	13,86	24	0,9135	0,4067	0,013	5.15	0.023	5,64
2	8.9	11.3	3.6	36,36	24	0,9135	0,4067	0,013	13.5	0.047	14,79
3	11.3	13.7	5.4	67,5	24	0,9135	0,4067	0,013	25.1	0.072	27,45
4	13.7	16.1	7.2	107,28	24	0,9135	0,4067	0,013	39.9	0.094	43,63
5	16.1	18.5	9.0	155,70	24	0,9135	0,4067	0,013	57.8	0.117	63,32
6	18.5	20.9	10.8	212,76	24	0,9135	0,4067	0,013	79.0	0.140	86,53
7	20.9	23.3	12.6	278,46	24	0,9135	0,4067	0,013	103.5	0.164	113,25
8	23.3	25.7	14.4	352,80	24	0,9135	0,4067	0,013	131.1	0.187	143,48

 

Геометрические размеры  подошвы: ширина - 1,8 м., среднее давление на уровне подошвы - 0,28МПа., α1=24⁰.

Предельное давление на грунт  основания.

с1=0,013МПа

 

 

Таблица 6     - вспомогательная  таблица

	Q, кН/м	cosα	N	Σ1=N*sinα
1	13,86	0,9135	12.66	5.15
2	36,36	0,9135	33.21	13.5
3	67,5	0,9135	61.66	25.1
4	107,28	0,9135	98.00	39.9
5	155,70	0,9135	142.23	57.8
6	212,76	0,9135	194.36	79.0
7	278,46	0,9135	254.37	103.5
8	352,80	0,9135	322.28	131.1

 

Определяем коэффициент  запаса устойчивости

Таблица7 - коэффициент запаса устойчивости

 

	Σ1, кН/м	Σ2, кН/м	Σ3, кН/м	К=(Σ1+Σ2)/Σ3
1	5.15	0.023	5,64	0,917
2	13.5	0.047	14,79	0,915
3	25.1	0.072	27,45	0,917
4	39.9	0.094	43,63	0,916
5	57.8	0.117	63,32	0,915
6	79.0	0.140	86,53	0,914
7	103.5	0.164	113,25	0,915
8	131.1	0.187	143,48	0,915
Σ	455,05	0,844	498,08	-

 

Расчетный угол заложения

α=(455,05+0,844)/498,8=0,9139

При высоте  равной 24 м, величина угла заложения бота карьера примерно равна 65⁰

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Определение давления грунта на ограждение и оценки его устойчивости

 

Определение активного и  пассивного давлений на подпорную стенку производится  на основе вычисления значений  горизонтальных нормальных напряжений, действующих по вертикали, которая проходит по границе внутренней поверхности стенки.

Оценка устойчивости подпорной  стенки  производится с вычерчиванием  ее расчетной схемы.