Принимаем, что параметры прудка зависят от гранулометрического состава карьерного грунта, фракционирования и плотности намываемых грунтов, уклона пляжа и дна прудка (практически с горизонтальной поверхностью).
Глубина прудка
hпр = hпл - hя,(1)
гдеhпл - высота намытого яруса относительно поверхности подошвы гидроотвала на границе пляжа и прудка, м;
hя - высота центральной зоны (ядра), м.
Определим
,(2)
здесьV0 - объем грунта, подлежащего разработке в карьере, м3;
??ск.к и ??ск.пл - средняя объемная масса скелета грунта в карьере и на пляже, т/м3;
i - уклон пляжа;
П - периметр пляжа по средней линии, м;
Lпл - длина (заложение) пляжа, м;
Ф и Ф?? - среднее содержание песчаных частиц в составе грунта соответственно карьера и пляжа, %;
Ф?? - содержание песчаных частиц, попадающих за пределы пляжа (% от массы грунта упорной призмы).
Для косогорных или овражно-балочных гидроотвалов необходимо делать поправку путем вычитания из уклона пляжа i значения среднего уклона основания i0. Кроме того, поправку вносят, если уклон поверхности яруса заметно отличается от уклона поверхности нижележащего яруса, служащего для него основанием.
При расчете высоты ярусов, уклоны поверхности которых различаются незначительно, рекомендуется использовать формулу
.(3)
Высоту ядра hя определяют из выражения
hя??ск.я = M,
где??ск.я - средняя объемная масса скелета грунта ядра для данного яруса, определяемая в зависимости от высоты яруса (см. табл. 5 и рис. 8);
М - параметр, постоянный для заданных конкретных условий;
,(4)
здесь Fпр - площадь прудка (ядра), определяемая по общей площади гидроотвала и принятой ширине пляжа.
Если при этом hя??ск.я < M, то прудок полностью заилился при заданных условиях. В случае hя??ск.я ?? M этого не происходит.
Значение hя находят методом последовательного приближения до получения hя??ск.я = M
Подставляя фактические данные в формулы (2) и (4), соответственно находим:
м;
т/м2.
Отсюда м;
hпр = hпл - hя = 16 - 15 = 1 м.
Емкость прудка определяют как произведение его площади на глубину
Eпр = Fпрhпр = 216000??1,0 = 216000 м3.
Приложение 6
Пример расчета фильтрации намытых грунтов гидроотвала
При расчете положения депрессионной кривой в гидроотвале принимаем следующие условия:
уровень воды в отстойном прудке максимальный;
длина пляжа (упорная призма) L = 60 м, высота гидроотвала 20 м;
коэффициент фильтрации намытого грунта Kф для упорной призмы равен 0,9 м/сутки, а для промежуточной зоны - 0,01 м/сутки;
коэффициент анизотропии A < 4;
под намытыми грунтами в основании гидроотвала залегают насыпные суглинки, условно принятые за водоупор;
поверхность водоупора в основании гидроотвала горизонтальная;
заложение наружного откоса 1:4, заложение границы раздела упорной призмы и промежуточной зоны 1:9.
Схема расчета положения фильтрационного потока приведена на рисунке.
Удельный фильтрационный расход q и глубину потока h1 в сечении I-I находим подбором по двум уравнениям:
;(1)
,(2)
гдеKфт - коэффициент фильтрации грунтов, слагающих упорную призму;
??, ??1, ??2, i, ?? - расчетные коэффициенты;
;
mп - заложение расчетной поверхности промежуточной зоны;
;
??п - расчетный угол наклона;
l1, l2, Hh, h2 - параметры, которые принимают по данным натурных замеров на гидроотвале (см. рисунок);
;
iп = sin??п; i = sin ?? - расчетные коэффициенты;
??у.п - угол наклона основания дамбы гидроотвала;
?? - коэффициент, значение которого при l2 > 0 принимают равным 1.
Схема расчета фильтрации гидроотвала на непроницаемом основании при отсутствии дренажа:
1 - пляж (упорная призма и промежуточная зона); 2 - центральная (прудковая) зона; 3, 3?? - зоны инфильтрации при длине пляжа соответственно L и Lмин; 4 - расчетная кривая депрессии; 5, 6 - граница раздела промежуточной и центральной зон (соответственно расчетная и действительная); 7 - кривая депрессии, рассчитанная на критическое положение
Расчетные значения угла наклона ??п и заложения mп приведенной поверхности промежуточной зоны (см. рисунок) вычисляют соответственно по формулам:
(3)
(4)
где Kфи - коэффициент фильтрации промежуточной зоны.
Для определения значений q и h1 строим совмещенный график двух кривых q = f(h1). По уравнениям (1) и (2) при различных задаваемых значениях h1 вычисляем q. Значения q и h1 откладываем соответственно на оси x и y. Точка пересечения кривых на графике показывает на соответствующих осях координат искомые значения q и h1.
Глубину фильтрационного потока в сечениях II-II вычисляем по формуле
.
Положение кривой депрессии между сечениями I-I и II-II определяем по зависимости
где 0 ?? x ?? l1 (x - расстояние от сечения I-I до расчетной точки).
Для примера были взяты фактические параметры фильтрационного потока возводимого гидроотвала.
Результаты расчетов глубины потока hx, сопоставленные с фактическими данными, представлены в таблице.
|
Точка замера глубины потока |
Глубина потока (условная отметка положения депрессионной кривой), м |
||
|
|
фактическая (по пьезометрам) |
расчетная при L > 60 м |
расчетная при Lмин = 60 м |
|
1 - упорная призма |
6,97 |
7,1 |
10,1 |
|
2 - упорная призма |
12,52 |
10,5 |
13,4 |
|
3 - промежуточная зона |
14,10 |
13,2 |
16,6 |
|
4 - прудковая зона |
18,76 |
18,5 |
19,0 |
Установлено, что депрессионная кривая, рассчитанная на критическое положение при минимально допустимом расстоянии от уреза прудка до бровки низового откоса дамбы Lмин, близко подходит к поверхности низового откоса при ширине пляжной зоны 60,0 м. Наращивание гидроотвала в данном случае может привести к выходу депрессионной кривой на откос, что вызовет сползание и выпирание грунтов.
Приложение 7
Пример расчета устойчивости откоса гидроотвала
А. Расчет произведен по методу круглоцилиндрических поверхностей сдвига грунта способом массового давления Р.Р. Чугаева с учетом фракционирования намываемого грунта по зонам (см. приложение 3).
В качестве примера рассмотрим гидроотвал, проектируемый из вскрышных глинистых грунтов с содержанием 60 % частиц менее 0,05 мм. Размеры гидроотвала: высота откоса H = 23 м; заложение откоса m0 - 3,5; заложение кривой депрессии m = 5,5.
Расчетные физико-механические характеристики грунтов принимаем по пп. 5.7-5.13 настоящей инструкции. Схема расчета устойчивости показана на рисунке.
Грунт 1 - верхний слой намытого грунта выше депрессионной кривой MM1:
объемная масса практически сухого грунта ??1 = 1,6 г/см3;
угол внутреннего трения ??1 = 30°;
удельное сцепление С1 = 0,07 кгс/см2.
Грунт 2 - нижний слой намытого грунта ниже депрессионной кривой MM1:
объемная масса взвешенного в воде грунта = 1,0 г/см3;
объемная масса грунта, насыщенного водой = 2,0 г/см3;
угол внутреннего трения ??2 = 26°;
удельное сцепление С2 = 0,04 кгс/см2.
Грунт 3 - грунт основания гидроотвала:
объемная масса взвешенного в воде грунта = 1,1 г/см3;
объемная масса грунта, насыщенного водой, = 2,1 г/cм3;
угол внутреннего трения ??3 = 20°;
удельное сцепление С3 = 0,11 кгс/ см2.
Схема расчета устойчивости откоса
I - упорная призма; II - промежуточная зона; 1-8 - номера «столбиков»
|
Номер «столбика» (см. рисунок) |
??l |
x |
H1 |
H2 |
H3 |
H1??1 |
H2??2 |
|
?? |
|
1 |
2,5 |
-29 |
0,7 |
0,0 |
0,0 |
1,12 |
0,0 |
1,12 |
1,18 |
|
2 |
8,5 |
-24 |
1,0 |
3,0 |
0,0 |
1,60 |
3,0 |
4,60 |
1,00 |
|
3 |
8,2 |
-16 |
1,5 |
5,5 |
2,1 |
2,40 |
5,5 |
10,00 |
0,75 |
|
4 |
8,0 |
-8 |
2,0 |
7,0 |
3,5 |
3,20 |
7,0 |
13,70 |
0,75 |
|
5 |
8,0 |
0 |
2,2 |
9,0 |
4,0 |
3,52 |
9,0 |
16,52 |
0,75 |
|
6 |
8,1 |
8 |
2,5 |
10,4 |
3,6 |
4,00 |
10,4 |
18,00 |
0,75 |
|
7 |
8,1 |
16 |
3,1 |
12,5 |
2,2 |
4,95 |
12,5 |
19,65 |
0,75 |
|
8 |
8,2 |
24 |
4,0 |
14,0 |
0,0 |
6,40 |
14,0 |
20,40 |
1,00 |
|
9 |
9,0 |
32 |
4,1 |
12,1 |
0,0 |
6,55 |
12,1 |
18,65 |
1,00 |
|
10 |
9,7 |
40 |
4,5 |
9,5 |
0,0 |
7,20 |
9,5 |
16,70 |
1,00 |
|
11 |
10,0 |
48 |
3,3 |
5,0 |
0,0 |
5,27 |
5,0 |
10,27 |
1,00 |
|
12 |
6,0 |
50 |
2,0 |
0,1 |
0,0 |
3,20 |
0,1 |
3,30 |
1,18 |
Продолжение таблицы
|
Номер «столбика» (см. рисунок) |
|
|
|
|
|
?? |
????l |
|
1 |
1,32 |
0,0 |
0,00 |
1,12 |
-32,5 |
1,75 |
4,37 |
|
2 |
4,60 |
6,0 |
0,00 |
7,60 |
-182,0 |
1,00 |
8,50 |
|
3 |
7,45 |
11,0 |
4,40 |
16,90 |
-110,0 |
2,75 |
22,50 |
|
4 |
10,05 |
14,0 |
7,35 |
24,55 |
-196,0 |
2,75 |
22,00 |
|
5 |
12,30 |
18,0 |
8,40 |
29,92 |
0,0 |
2,75 |
22,00 |
|
6 |
13,40 |
20,8 |
7,56 |
32,36 |
258,2 |
2,75 |
22,30 |
|
7 |
14,65 |
25,0 |
4,62 |
34,57 |
553,0 |
2,75 |
22,30 |
|
8 |
20,40 |
28,0 |
0,00 |
34,40 |
825,0 |
1,00 |
8,20 |
|
9 |
18,65 |
24,2 |
0,00 |
30,75 |
985,0 |
1,00 |
9,00 |
|
10 |
16,70 |
19,0 |
0,00 |
26,20 |
1049,0 |
1,00 |
9,70 |
|
11 |
10,27 |
10,0 |
0,00 |
15,27 |
734,0 |
1,00 |
10,00 |
|
12 |
3,90 |
0,2 |
0,00 |
3,40 |
170,0 |
1,75 |
10,50 |
|
|
??133,69 |
|
|
|
??4053,7 |
|
??171,37 |
Коэффициент запаса Кзап рассчитываем для наиболее опасного положения отсека обрушения, соответствующего минимальному значению Кзап.мин, для которого дугу сдвига находят методом подбора. Сопоставляя полученные значения, устанавливаем Кзап.мин. По таблице можно определить минимальное значение коэффициента запаса при предполагаемом, наиболее опасном положении отсека и дуге сдвига радиусом R = 75 м, проходящей на границе упорной призмы I и промежуточной зоны II.
Согласно указанному способу отсек обрушения разбиваем на вертикальные «столбики» (фрагменты) шириной b = (1/3??1/4)H и через центр окружности скольжения проводим ось y. При этом необходимо, чтобы в пределах подошвы каждого «столбика» грунт оказывался однородным по углу внутреннего трения ?? и сцеплению С. Ширину «столбика» в данном случае принимаем b = 8 м.
Для расчета из числа имеющихся значений tg?? и С выбираем по одному (любому); эти значения назовем «основными» для области грунта вдоль намеченной дуги сдвига и обозначим tg??д.ос и С д.ос.
Принимаем tg??д.ос = tg??2 = tg26° = 0,488; С д.ос = С2 = 0,04 кгс/см2. При этом получаем поправочные коэффициенты ?? и ??:
