Influence of composite slope geometrical parameters on soft rock slope stability

Abstract

Purpose. To analyze the key parameters influencing the stability of a composite soft rock slope. Methods. Description of the key geometrical parameters of a composite slope and their influence on soft rock slope stability. Numerical simulation is performed to validate the primary effects of the key geometrical parameters of a composite slope on stability without consideration of external factors such as ground water, seismic and blasting factors. Findings. This paper put forward the influence pattern of the dumping height, excavation depth, slope angle, dumping angle, and dumping position on the safety factor of the composite slope. Furthermore, the results prove that as the dump is moved away from the reference crest or toe, the factor of safety increases. Thus, improvement of the safety factor on the critical sliding surface is defined by the area of the parallelogram. Also, when the critical position of the dump away from the edge is exceeded and the lateral pressure induced by the superimposition of the waste dump has no influence on the critical sliding surface, failure takes place in the surface mines slope and stability is relatively controlled by the mechanical strength and geometrical parameters of the surface mines slope. Originality. The paper provides a pioneering detailed description of the interactions of the key geometrical parameters of a composite slope and their influence on stability and the factor of safety. Practical implications. The results can be used for designing and stability analysis of composite slopes.

Мета. Обґрунтування параметрів, що визначають стійкість укосу, складених зі змішаних м'яких порід на основі проведення чисельного моделювання. Методика. Застосовано чисельне моделювання для визначення базового впливу основних геометричних параметрів композитного борту на його стабільність без урахування таких зовнішніх факторів, як грунтові води, сейсмічний та вибуховий вплив. Схема впливу глибини виїмки, висоти розвантаження, кута нахилу, кута розвантаження і положення розвантаження на фактор безпеки композитного укосу була проаналізована за допомогою FLAC/Slope. Результати. Доведено, що, чим більше відстань між відвалом і верхньої або нижньої бровкою уступу, тим вище фактор безпеки, а поліпшення фактору безпеки по критичній поверхні ковзання визначається площею паралелограма. Встановлено, що якщо відстань між відвалом і бровкою відвалу більше критичного і бічного тиску, що виникає за рахунок нашарування відвалу, то вона не впливає на критичну поверхню ковзання і на поверхні укосу виникають деформації, в той час як його стійкість знаходиться під відносним впливом механічної міцності й геометричних параметрів укосу. Визначено, що висота схилу впливає не тільки на фактор безпеки, але і на режим руйнування, зі збільшенням висоти відносний внесок зчеплення в загальний опір зменшується, однак для дуже високих ухилів стабільний кут нахилу наближається до кута тертя. Наукова новизна. Виявлено новий характер взаємодії між основними геометричними параметрами композитного укосу та їх впливу на стабільність та фактор безпеки. Практична значимість. Результати дослідження можуть бути використані для проектування та аналізу стабільності композитних укосів, складених з м'яких порід.

Цель. Обоснование параметров, определяющих устойчивость откоса, сложенного из смешанных мягких пород на основе проведения численного моделирования. Методика. Применено численное моделирование для определения базового воздействия основных геометрических параметров композитного борта на его стабильность без учета таких внешних факторов, как грунтовые воды, сейсмическое и взрывное воздействие. Схема влияния глубины выемки, высоты разгрузки, угла наклона, угла разгрузки и положения разгрузки на фактор безопасности композитного откоса была проанализирована с помощью FLAC/Slope. Результаты. Доказано, что, чем больше расстояние между отвалом и верхней или нижней бровкой уступа, тем выше фактор безопасности, а улучшение фактора безопасности по критической поверхности скольжения определяется площадью параллелограмма. Установлено, что если расстояние между отвалом и бровкой отвала больше критического и бокового давления, возникающего за счет напластования отвала, то не оказывается влияния на критическую поверхность скольжения и на поверхности откоса возникают деформации, в то время как его устойчивость находится под относительным влиянием механической прочности и геометрических параметров откоса. Определено, что высота склона влияет не только на фактор безопасности, но и на режим разрушения, с увеличением высоты относительный вклад сцепления в общее сопротивление уменьшается, однако для очень высоких уклонов стабильный угол наклона приближается к углу трения. Научная новизна. Выявлен новый характер взаимодействия между основными геометрическими параметрами композитного откоса и их влияния на стабильность и фактор безопасности. Практическая значимость. Результаты исследования могут быть использованы для проектирования и анализа стабильности композитных откосов, сложенных из мягких пород.