Research on the coupling effect of the composite slope geometrical parameters

Abstract

Purpose. To analyze the coupling effect between composite slope geometrical parameters. Methods. The slope angle and excavation depth are coupled with load which is waste dump in this case. Several models were created and analyzed to capture their coupling effect and interactions using FLAC/Slope. Findings. When the slope angle and excavation depth are coupled with a load such as that of a waste dump, the factor of safety decreases. But a suitable dumping position can prove vital to enhancing stability. The primary cause of this phenomenon is that the stresses induced by the waste dump decrease as the dump is moved away from the crest of the slope and the stress induced within the zone of active wedge beneath the dump reduces on the reference slip plane. Hence, it can be said that the position of the waste dump in the formation of a composite slope plays a key role in enhancing stability. Factor of safety have the same influence pattern for all parameters induced by stress as that of influence rule. The results obtained from the finite element stress analysis are the same with those obtained for the slope stability analysis. Originality. The current research presents for the first time the coupling effect of the composite slope geometrical parameters and the results of finite element stress analysis, which are similar to those of slope stability analysis. Practical implications. The current research results can be used to effectively analyze and design the composite slopes in soft rocks specially in surface mines.

Мета. Дослідження та аналіз сукупного впливу геометричних параметрів композитного укосу на його стійкість шляхом застосування чисельного моделювання методом кінцевих елементів. Методика. Виділено основні параметри впливу композитного укосу на стійкість: кут укосу та глибина виробки разом з навантаженням (відвалом). На основі програми FLAC/Slope були побудовані й проаналізовані кілька моделей для визначення їх сукупного впливу та взаємодії. Результати. Встановлено, що коли кут укосу та глибина виробки з’єднуються з таким фактором як навантаження відвалу, це призводить до проблем у виробничій безпеці. Відмічено, що правильне розміщення відвалу відіграє ключову роль в забезпеченні його стійкості. Визначено, що напруження, викликані відвалом, зменшуються в міру віддалення від гребня укосу, в той час як напруження в зоні активного впливу за відвалом зменшуються на умовній поверхні ковзання, а місце розташування відвалу в процесі формування композитного укосу забезпечує стійкість. Фактор безпеки має той же характер впливу для всіх параметрів, викликаних напруженням і правилом впливу. Загальна тенденція, отримана за результатами аналізу, така, що глибина виймання має зворотну залежність від коефіцієнта безпеки. Сформульовано практичне правило – глибоке виймання повинно бути створене з меншими кутами укосу і крутими кутами укосу з меншою глибиною виймання. Результати, отримані при аналізі напружень методом кінцевих елементів, схожі з даними аналізу стабільності укосу. Наукова новизна. Вперше розглянуто сукупний вплив геометричних параметрів композитного укосу. Виявлено функціональний взаємозв’язок висоти та кута укосу. Встановлено, що коефіцієнт безпеки збільшується з підвищенням положення розвантаження, навіть коли розташування розвантаження збігається з кутом нахилу. Практична значимість. Результати, отримані в ході даного дослідження, можуть бути ефективно використані для аналізу та проектування композитних укосів у м’яких породах відкритих кар’єрів.

Цель. Исследование и анализ совокупного воздействие геометрических параметров композитного откоса на его устойчивость посредством применения численного моделирования методом конечных элементов. Методика. Выделены основные параметры воздействия композитного откоса на устойчивость: угол откоса и глубина выработки вместе с нагрузкой (отвалом). На основе FLAC/Slope были построены и проанализированы несколько моделей для определения их совокупного воздействия и взаимодействия. Результаты. Установлено, что когда угол откоса и глубина выработки соединяются с таким фактором как нагрузка отвала, это приводит к проблемам в производственной безопасности. Отмечено, что правильное размещение отвала играет ключевую роль в обеспечении его устойчивости. Определено, что напряжения, вызванные отвалом, уменьшаются по мере удаления от гребня откоса, в то время как напряжения в зоне активного воздействия за отвалом уменьшаются на условной поверхности скольжения, а место расположения отвала в процессе формирования композитного откоса обеспечивает устойчивость. Фактор безопасности имеет тот же характер влияния для всех параметров, вызванных напряжением и правилом влияния. Общая тенденция, полученная по результатам анализа, такова, что глубина выемки имеет обратную зависимость от коэффициента безопасности. Сформулировано практическое правило – глубокая выемка должна быть создана с меньшими углами откоса и крутыми углами откоса с меньшей глубиной выемки. Результаты, полученные при анализе напряжений методом конечных элементов, схожи с данными анализа стабильности откоса. Научная новизна. Впервые рассмотрено совокупное воздействие геометрических параметров композитного откоса. Выявлена функциональная взаимосвязь высоты и угла откоса. Установлено, что коэффициент безопасности увеличивается с увеличением положения разгрузки, даже когда положение разгрузки совпадает с углом наклона. Практическая значимость. Результаты, полученные в ходе настоящего исследования, могут быть эффективно использованы для анализа и проектирования композитных откосов в мягких породах открытых карьеров.