Оценка внутренних напряжений в многоярусном штабеле

11.06.2019

Разработанная конструкция высокого многоярусного штабеля со сплошным откосом потребовала изучения распределения внутренних напряжений в сформированном техногенном массиве и породах основания, на которых он сооружен. При этом целесообразно оценить влияние на устойчивость штабеля и пород основания гранулометрического состава отсыпаемых пород и общей высоты штабеля.

Математическое моделирование проводилось для следующих вариантов формирования штабеля:

- крупность отсыпаемого от 0.3 до 1.7 мм и глинистого материала крупностью от 1.7 до 3.3 мм;

- высота штабеля 20, 40, 60 и 100 м.

Во всех случаях принималось прочное основание из глинистых пород.

ВАРИАНТ 1. Штабель сложен породами крупностью от 0.3 до 3.3 мм. Высота штабеля 40 м (рис. 3.9). Угол естественного откоса 36,5°. Максимальные сжимающие напряжения (красный цвет) находятся вблизи откоса в верхней половине и на верхней площадке штабеля, а сдвигающие напряжение (синий цвет) - в основании откоса. Следовательно, деформации усадки могут появиться по границе красных зон у откоса, возможны незначительные просадки в центре.

ВАРИАНТ 2 (рис. 3.10). Штабель сложен рудным материалом крупностью от 0.3 до 1,7 мм. Высота штабеля 40 м. Угол естественного откоса 36,5°. Максимальные сжимающие напряжения (красный цвет) более нивелированы вблизи откоса и верхней площадке, а сдвигающие напряжения (синий цвет) выражены более ярко в основании и нижней трети откоса, что свидетельствует о большей пластичности массива с таким классом крупности фракций.

Трещины отрыва могут появиться в нижней трети откоса и на верхней площадке, что будет связано с просадками в центре. Основание находится в предельно нагруженном состоянии, необходимы уточнения по его предельной несущей способности с учетом оборудования, водонасыщенности и пластичности.

ВАРИАНТ 3 (рис. 3.12). Штабель сложен глинистыми породами крупностью от 1,7 до 3,3 мм. Высота штабеля 40 м. Угол естественного откоса 36,5°. Данные породы образуют максимальные сдвигающие напряжения в нижней части штабеля (нижняя треть). Видно, что грунтовый массив в отличие от дробленых скальных пород более пластичен и мало вероятно, что выдержит 40-метровую высоту, так как нижняя часть сформированного массива (синий цвет) повсеместно нагружена и даже при прочном основании произойдет его выполаживание.

Трещины отрыва могут появиться на поверхности площадки, которые будут связаны с просадками в центре.

Анализ результатов расчета позволяет сделать вывод о том, что по контакту пород штабеля с породами основания существуют неярко выраженные напряжения сдвига, которые проявляются более отчетливо при уменьшении размера фракции и повышении пластичности массива. С повышением пластичности техногенного массива высотой 40 м и более неизбежно выполаживание его откоса. Поэтому при отсыпке таких пород следует применять ступенчатую форму откоса штабеля.

Для определения величин сдвигающих напряжений в основании отвального массива было проведено моделирование штабеля с последовательным увеличением высоты от 20 до 100 м.

При высоте штабеля 20 м (рис. 3.12) максимальные сжимающие напряжения фиксируются в основании штабеля (оv = -0.94), сдвигающие напряжение в приоткосной части, на контакте в основании (синий цвет, ov = +0,7). Зеленым цветом отмечены граничные нейтральные напряжения (ov = +0,07).

При увеличении высоты до 40 м (рис. 3.13) общая картина меняется. Вес вышележащих пород формирует более ярко выраженные зоны сдвигающих и разрывных напряжений. Максимальные сжимающие напряжения (красный цвет) фиксируются в основании штабеля (ov = -0.7), сдвигающие напряжение (синий цвет) в граничной части откоса, и более выражены на контакте в основании (ov = +0-96). Зеленым цветом отмечены нейтральные граничные напряжения (ov = -0.1). Более проявлены напряжения просадки на верхней площадке (желтый цвет, ov = -0.6) и перед нижней границей штабеля (ov = -0.6).

При увеличении высоты до 60 м (рис. 3.14) общая картина напряжений сглаживается. Вес вышележащих пород нивелирует напряжения в основании штабеля. Максимальные сжимающие напряжения (красный цвет) фиксируются внутри основания под отвалом (ov = -0.6), сдвигающие напряжение (синий цвет) в граничной части откоса, и более выражены на контакте в основании (ov = +0.4). Голубым цветом отмечены граничные напряжения (ov = -0.1), зеленым (ov = -0.3). Более проявлены напряжения просадки на верхней площадке (ov = +0.45).

При увеличении высоты штабеля до 100 м (рис. 3.15) общая картина напряжений еще более сглаживается. Вес вышележащих пород нивелирует напряжения в основании штабеля. Максимальные сжимающие напряжения (красный цвет) фиксируются перед нижним контуром основания штабеля (ov = -0,9). Это связано с тем, что вес штабеля уже оказывает значительное воздействие на основание и возможны просадки или подвижки по контакту в приоткосной зоне. Сдвигающие напряжения (синий цвет) формируют зону, оконтуренную под углом 20-22° (ov = +0,35). При значительном увлажнении предположительно по этой поверхности будут происходить пластические деформации. Ниже залегают породы, более уплотненные под действием веса вышележащих пород (зеленый цвет, ov = -0,3). Давление равномерно распределено на основание. Общая тенденция напряжений говорит о возможности выполаживания откоса.

В целом анализ влияние высоты штабеля на распределение напряжений в его теле отчетливо прослеживается на представленных графических моделях. В частности, увеличение площади синего цвета (растягивающие напряжения) свидетельствует о том, что при замачивании возможна деформация с выполаживанием верхней части откоса. Поэтому при эксплуатации штабелей высотой более 60-70 м необходимо тщательно выдерживать режим орошения поверхности штабеля, который в этом случае будет определяться фильтрационным режимом нижних уплотненных ярусов.

Образование вала выпирания практически мало вероятно, однако при высоте штабеля в 100 м существующее основание с внешней стороны откоса находится в предельно нагруженном состоянии.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна