Технические науки / 10. Горное дело

О.Г. Бесимбаева, Ф.К. Низаметдинов, В.Н. Долгоносов, Е.В. Долгоносова

Карагандинский государственный технический университет, Казахстан

Расчет устойчивости шлакоотвалов и ограждающих дамб

Устойчивость дамб шлакоотвалов определяется комплексом инженерно-геологических, гидрогеологических и техногенных факторов, таких как физико-механические характеристики грунтов тела дамбы и основания; технология возведения и эксплуатации сооружения; гидродинамические силы [1].

Для выполнения расчетов устойчивости ограждающих дамб золоотвалов Топарской ГРЭС №2 ранее были произведены исследования физико-механических и прочностных характеристик пород, слагающих тело дамб и грунтов основания [2]. В результате установлена идентичность литологического состава всех дамб как первичных, так и наращиваемых. Тело дамб повсеместно представлено эллювиальными глинистыми крупнообломочными грунтами, преимущественно дресвяными суглинками и дресвой. Распространение дресвяных глин и супесей составляет не более 50% всего объема.

Основанием ограждающих дамб Топарской ГРЭС служат дресвяно-щебенистые грунты девонского возраста, глины неогенового и песчано-глинистые грунты четвертичного возрастов.

Разработаны две расчетные схемы устойчивости системы «шлакоотвал-дамба» и устойчивости дамбы при сдвигающем действии сил гидростатического давления.

Схема 1 рассматривает устойчивость системы «шлакоотвал-дамба» (рисунок 1). Расчеты производятся для состояния пород тела дамбы и шлака с естественной и максимальной влажностью, при изменении угла наклона основания дамбы и для различных профилей шлакоотвала.

Рисунок 1 – Схема устойчивости системы «шлакоотвал-дамба»

Расчет устойчивости системы «шлакоотвал-дамба» выполняется в следующем порядке.

1) Дамба. Вес дамбы.

. (1)

где и - площади фигур на рисунке 1.

Вычисляем нормальные силы, действующие на основание АD

. (2)

Вычисляем сдвигающие силы по поверхности скольжения АD

. (3)

Определяем удерживающие силы в соответствии с теорией предельного равновесия для данного расчетного блока по поверхности скольжения АD

. (4)

2) Шлакооотвал. Вес шлака

. (5)

где - площадь фигуры на рисунке 1.

Вычисляем нормальные силы, действующие на основание DE

. (6)

Вычисляем сдвигающие силы по поверхности скольжения DE

. (7)

Определяем удерживающие силы в соответствии с теорией предельного равновесия для расчетного блока – золоотвал по поверхности скольжения DE

. (8)

3) Составляем уравнение предельного равновесия системы «шлакоотвал-дамба». Определяют суммарные сдвигающие и удерживающие силы системы

; (9)

. (10)

Коэффициент запаса системы определяется как отношение удерживающих и сдвигающих сил, действующих по линии АЕ

. (11)

где - нормативное значение коэффициента запаса.

Схема 2. Устойчивость дамбы под действием сил гидростатического давления воды (рисунок 2).

Рисунок 2 – Схема устойчивости дамбы с гидростатическим давлением

Расчеты по дамбе аналогичны формулам (1) – (4).

Силы гидростатического давления воды

. (12)

где - глубина;

- объемный вес воды.

В соответствии с законом Паскаля, гидростатическое давление воды одинаково во всех направлениях. Для расчета принимаем наиболее неблагоприятное направление параллельно основанию дамбы. В этом случае результирующая сила гидростатического давления оказывает сдвигающее действие на дамбу. Величина гидростатического давления, как следует из формулы (12), линейным образом зависит от глубины, а эпюра давления – треугольную форму.

Равнодействующая сил гидростатического давления

. (13)

Сдвигающие и удерживающие силы

; (14)

. (15)

Коэффициент запаса системы определяем по формуле (11).

Для автоматизации расчетов разработаны компьютерные программы, позволяющие выполнять указанные расчеты.

Список использованных источников

1 Чугаев Р.Р. Гидротехнические сооружения. М, Агропромиздат, 1985. - 318 с.

2. Отчет «Исследование влияния существующего золоотвала ГРЭС на грунтовые воды и воды Шерубай-Нуринского водохранилища», Новосибирск, Сибирский филиал ВНИИГ им. Веденеева, 1990.