Расчетная масса откоса - Slope mass rating

Расчетная масса откоса (SMR) это классификация горных пород Схема разработана Мануэлем Романа [1][2][3] для описания прочности отдельного обнажения породы или склона. Система основана на более широко используемых RMR схема,[4] который модифицирован количественными указаниями для оценки влияния неблагоприятной ориентации швов (например, швы, круто падающие со склона).

Определение

Схемы классификации горных массивов предназначены для учета ряда факторов, влияющих на прочность и деформируемость массива горных пород (например, ориентация стыков, плотность трещин, прочность неповрежденных пород), и могут использоваться для количественной оценки качества обнажения или конкретного геологического материала. Обычно баллы варьируются от 0 до 100, причем 100 - наиболее подходящая горная масса. Период, термин горный массив учитывает влияние как неповрежденного материала, так и несплошностей на общую прочность и поведение прерывистой горной среды. Несмотря на то, что испытать механические свойства неповрежденной породы или трещин по отдельности относительно просто, описание их взаимодействия затруднено и несколько эмпирических схем оценки (например, RMR и SMR) доступны для этой цели.

Расчет индекса SMR

SMR использует те же первые пять категорий оценки, что и RMR:

  1. Прочность на одноосное сжатие неповрежденной породы,
  2. Обозначение качества породы (или RQD),
  3. Расстояние между стыками,
  4. Совместное состояние (сумма пяти промежуточных баллов) и
  5. Состояние грунтовых вод.

Последняя шестая категория - это корректировка рейтинга или штрафы за неблагоприятную ориентацию суставов, что особенно важно для оценки пригодности скального склона. SMR предоставляет количественные рекомендации для оценки этого рейтингового штрафа в виде четырех подкатегорий, три из которых описывают относительный уклон породы и геометрию стыка, а четвертая - метод выемки откосов. SMR учитывает как плоское скольжение, так и режимы отказа при опрокидывании, изначально никаких дополнительных соображений для скольжения по нескольким плоскостям соединения не делалось. Однако Анбалаган и др.[5] адаптировали исходную классификацию для режима разрушения клина.

Окончательный рейтинг SMR получается с помощью следующего выражения:

Поправочные коэффициенты для SMR. P: плоское разрушение; T: сбой при опрокидывании; W: разрушение клина. Изменено из [6] и [7]

где:

  • RMRб представляет собой индекс RMR, полученный на основе классификации горных пород Бенявского без каких-либо поправок.
  • F1 зависит от параллельности разрывов, αj (или линия пересечения αя, в случае разрушения клина) и направления падения склона.
  • F2 зависит от провала разрыва (βj) в случае плоского разрушения и врезания βя линии пересечения при разрыве клина. Что касается отказа при опрокидывании, этот параметр принимает значение 1.0. Этот параметр связан с вероятностью разрыва прочности на сдвиг.
  • F3 зависит от соотношения между наклоном (βs) и разрыв (βj) провалы (случаи опрокидывания или плоского разрушения) или провалы погружной линии (βя) (случай разрушения клина). Этот параметр сохраняет поправочные коэффициенты Бенявского, которые варьируются от 0 до -60 пунктов и выражают вероятность выхода неоднородности на поверхность откоса при плоском разрушении и разрушении клина.
  • F4 это поправочный коэффициент, который зависит от используемого метода выемки грунта.

Хотя SMR используется во всем мире, иногда при его применении допускаются некоторые неправильные интерпретации и неточности. Большинство наблюдаемых неточностей связано с вычислением дополнительных угловых соотношений между наклонами и направлениями падения неоднородностей и наклоном, необходимым для определения F1, F2 и F3 факторы. Исчерпывающее определение этих угловых соотношений можно найти в [8].

Модификации индекса SMR

Tomás et al.[9] предлагаемые альтернативные непрерывные функции для вычисления F1, F2 и F3 параметры коррекции. Эти функции показывают максимальные абсолютные различия с дискретными функциями ниже 7 баллов и значительно снижают субъективные интерпретации. Более того, предлагаемые функции для расчета поправочных коэффициентов SMR уменьшают сомнения в том, какой балл присваивать значениям, близким к границе дискретной классификации.

Предлагаемый F1 Непрерывная функция, которая лучше всего подходит для дискретных значений:

где параметр A - это угол, образованный между разрывом и выступами на откосе для режимов плоских и опрокидывающихся отказов, и угол, образованный между пересечением двух несплошностей (направление врезания) и направлением падения склона для разрушения клина. Функция арктангенса выражается в градусах.

где параметр B - это угол падения сплошности в градусах для плоского разрушения и крутизна пересечения для разрушения клина. Обратите внимание, что функция арктангенса также выражается в градусах.

где C зависит от соотношения между падениями наклона и неоднородности (случаи опрокидывания или плоского разрушения) или падением наклона и падением линии погружения для случая разрушения клина. Функции арктангенса выражаются в градусах.

В качестве альтернативы Tomás et al.[10] также был предложен графический метод, основанный на стереографическом представлении несплошностей и наклона, для получения параметров коррекции КМР (F1, F2 и F3). Этот метод позволяет легко получить поправочные коэффициенты SMR для простого уклона или для нескольких практических приложений, таких как склоны с линейной инфраструктурой, разработка карьеров или выемки траншей.

Четырехмерный визуальный анализ геомеханической классификации SMR, выполненный Tomás et al. [11] с помощью методологии Worlds within Worlds для исследования, анализа и визуализации взаимосвязи между основными управляющими параметрами этой геомеханической классификации, выявили, что существует несколько случаев, когда геометрическая взаимосвязь склонов и разрывов практически не влияет на стабильность склона (т.е.F1× F2× F3≃0), и, как следствие, SMR может быть вычислен путем корректировки базового RMR только с помощью F4 коэффициент, используя следующее уравнение с максимальной ошибкой менее девяти баллов:

Эти случаи, когда влияние геометрии склона и неоднородностей незначительно (т. Е. F1× F2× F3≃0) являются:

а) Для плоского разрушения

  • βs <βj;
  • Значение выше 30º и βj <20º

б) При разрыве клина

  • βs <βя;
  • Значение выше 30º и βя; <20 ° C) При отказе от опрокидывания
  • βj <30º
  • Значение выше 30º.
  • βj+ βs ≤ 120º

Где βs - угол наклона, βj провал разрыва, βя - это наклон линии пересечения между двумя разрывами, а A - параллельность между разрывом (или линией пересечения для клиньев) и направлениями падения склона.

Были предложены другие подходы для адаптации SMR к различным ситуациям, таким как высокие склоны, образования флиша или даже неоднородные материалы.[12][13]

Применение индекса SMR

Индекс SMR можно рассчитать с помощью программного обеспечения с открытым исходным кодом SMRTool,[14] который позволяет рассчитать SMR на основе геомеханических данных массива горных пород и ориентации склона и разрывов. Это программное обеспечение использовалось для расчета индекса SMR с использованием трехмерных облаков точек.[15]

SMRTool - это программное обеспечение с открытым исходным кодом, которое помогает рассчитать поправочные коэффициенты SMR. Он изображает связь между наклоном и разрывом, чтобы понять значения этих факторов.

Некоторые авторы предложили различные методики для картирования подверженности разрушению на склонах горных пород путем расчета индекса SMR с использованием географической информационной системы (ГИС).[16][17][18]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Романа М. (1985). Новые рейтинги поправок для применения классификации Бенявского к склонам. Proc. Int. Symp. о роли механики горных пород: 49-53.
  2. ^ Романа М. (1995). Геомеханическая классификация SMR для коррекции уклонов. Proc. Int. Конгресс по механике горных пород 3: 1085-1092.
  3. ^ STMR. "STMR Servicio Tecnico de Mecanica de Rocas". www.stmr.es (на испанском). Получено 2016-03-31.
  4. ^ Бенявский, З.Т. (1989). Инженерные классификации горных пород: полное руководство для инженеров и геологов в горнодобывающей, гражданской и нефтяной промышленности. Джон Вили и сыновья. ISBN  978-0-471-60172-2.
  5. ^ Анбалаган Р., Шарма С., Рагхуванши Т.К. Оценка устойчивости горного массива с использованием модифицированного подхода SMR. В: Proceedings of 6th nat symp rock mech, Бангалор, Индия, 1992. стр. 258–68.
  6. ^ Романа М. Эль-папель-де-лас-класификасионес геомеканикас ан-эстудио де ла установилидад де талудес. В: del IV Simposio Nacional sobre taludes y laderas inestables, vol. 3; 1997: 955–1011.
  7. ^ Анбалаган Р., Шарма С., Рагхуванши Т.К. Оценка устойчивости горного массива с использованием модифицированного подхода SMR. В: Proceedings of 6th nat symp rock mech, Бангалор, Индия, 1992. стр. 258–68
  8. ^ Пастор Хосе Луис; Рикельме, Адриан Дж .; Томас, Роберто; Кано, Мигель (01.12.2019). «Уточнение параметров оценки массы откосов с помощью SMRTool, программного обеспечения с открытым исходным кодом». Вестник инженерной геологии и окружающей среды. 78 (8): 6131–6142. Дои:10.1007 / s10064-019-01528-9. HDL:10045/99191. ISSN  1435-9537.
  9. ^ Tomás, R .; Delgado, J .; Серон, Дж. Б. (2007-10-01). «Изменение номинальной массы откосов (SMR) непрерывными функциями». Международный журнал механики горных пород и горных наук. 44 (7): 1062–1069. Дои:10.1016 / j.ijrmms.2007.02.004.
  10. ^ Tomás, R .; Cuenca, A .; Кано, М .; Гарсиа-Барба, Дж. (4 января 2012 г.). «Графический подход к оценке массы откосов (SMR)». Инженерная геология. 124: 67–76. Дои:10.1016 / j.enggeo.2011.10.004.
  11. ^ Tomás, R .; Valdes-Abellan, J .; Tenza-Abril, A.J .; Кано, М. (01.07.2012). «Новое понимание геомеханической классификации рейтинга массы откосов посредством четырехмерной визуализации». Международный журнал механики горных пород и горных наук. 53: 64–69. Дои:10.1016 / j.ijrmms.2012.04.002.
  12. ^ Романа, М., Серон, Дж. Б., Монтлар, Э., Классификация геомеханики SMR: применение, опыт и валидация ISRM 2003 – Технологическая дорожная карта для механики горных пород, Южноафриканский институт горного дела и металлургии, 2003.
  13. ^ Романа, М., Томас, Р., Серон, Дж. Б. (2015). Классификация геомеханической оценки склоновой массы (SMR): обзор за тридцать лет. ISRM Congress 2015 Proceedings - Международный симпозиум по механике горных пород, Квебек, Канада, 10-13 мая 2015 г. ISBN  978-1-926872-25-4, 10 п.
  14. ^ Адриан, Рикельме Гий; Роберто, Томас Жовер; Антонио, Абеллан Фернандес. "SMRTool (MATLAB)". rua.ua.es. Получено 2016-04-08.
  15. ^ Рикельме, Адриан Дж .; Томас, Роберто; Абеллан, Антонио (2016-04-01). «Характеристика откосов горных пород путем оценки массы откосов с использованием трехмерных облаков точек». Международный журнал механики горных пород и горных наук. 84: 165–176. Дои:10.1016 / j.ijrmms.2015.12.008. HDL:10045/52313.
  16. ^ Иригарай, К., Фернандес, Т., Чакон, Дж. Предварительная оценка восприимчивости горных пород и склонов с использованием ГИС и классификации SMR. Природные опасности, 30, 309-324, DOI: 10.1023 / B: NHAZ.0000007178.44617.c6.
  17. ^ Tomás, R., Cano, M., Cañaveras, JC :, Cuenca, A., Delgado, J., Estévez, A., Pina, JA, Nuevas funcionescontinas para el cálculo del Slope Mass Rating (SMR): aplicación mediante un sistema de información geográfica лос талудес рокос де уна кантера. Revista de la Sociedad Geológica de España, 19, 87–97, 2006 г.
  18. ^ Йилмаз, И., Маршалко, М., Йилдирим, М., Дерели, Э. и Беднарик, М. 2012. Карты кинематической нестабильности откосов и оценки массы откосов (SMR) на основе ГИС: приложение к железнодорожному маршруту в Сивасе (Турция) ). Бюллетень инженерной геологии и окружающей среды, 71, 351-357, DOI: 10.1007 / s10064-011-0384-5.