gscienceMining Science and Technology (Russia)Горные науки и технологии2500-0632The National University of Science and Technology MISiIS (NUST MISIS)10.17073/2500-0632-2016-3-10-19gscience-32Research ArticleMINERAL RESOURCES EXPLOITATIONРАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХPit wall stability analysis for hard rocksОценка устойчивости бортов карьеров в скальных грунтахФоменкоИ. К.FomenkoI. K.

Доктор геолого-минералогических наук, главный научный сотрудник

Igor K. Fomenko - Doctor of Geological-Mineralogical Sciences, chief scientific officer

ifolga@gmail.comПендинВ. В.PendinV. V.

Доктор геолого-минералогических наук, профессор

 

Vadim V. Pendin - Doctor of Geological-Mineralogical Sciences, Professor

pendin@yandex.ruГоробцовД. Н.GorobtsovD. N.

Кандидат геолого-минералогических наук, доцент

Denis N. Gorobtsov - candidate of geological-mineralogical, associate professor

dngorobtsov@mail.ruНаучно-производственный центр по инженерным изысканиямРоссияRussian State Geological Prospecting University named after Sergo OrdzhonikidzeRussian FederationРоссийский государственный геологоразведочный университет имени Серго ОрджоникидзеРоссияRussian State Geological Prospecting University named after Sergo OrdzhonikidzeRussian Federation201626122016031021Copyright © Fomenko I.K., Pendin V.V., Gorobtsov D.N., 20162016Фоменко И.К., Пендин В.В., Горобцов Д.Н.Fomenko I.K., Pendin V.V., Gorobtsov D.N.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://mst.misis.ru/jour/article/view/32

The paper discusses the methodology for assessing stability of pit walls in hard rocks, taking into account geological and structural features the rock mass and spatial position of weakness zones in relation to the pit walls. It is shown that, depending on the walls mutual orientation, the problem of pit wall stability can be solved in two-dimensional or three-dimensional formulation. Examples are given for assessing pit wall stability taking into account weakness zones in two-dimensional formulation by limit equilibrium and finite element methods, and, in three-dimensional formulation, by the method of volume rock blocks. Modern strength criteria, which are recommended to be used for modeling pit wall stability to prevent rock landslides, are described. The proposed method for assessing pit wall stability in hard rocks allows reasonable selecting the calculation method depending on structural pattern of the rock mass and the pit walls spatial position.

В статье рассматривается методика расчёта устойчивости бортов карьеров, сложенных скальными грунтами, с учетом геолого-структурных особенностей скального массива и пространственного положения зон ослабления по отношению к бортам карьера. Показано, что в зависимости от их взаимной ориентировки задача устойчивости бортов карьера может быть решена в двумерной или трехмерной постановке. Приведены примеры расчета устойчивости бортов карьера с учетом зон ослабления в двумерной постановке методами предельного равновесия и конечных элементов, в трехмерной постановке – методом объёмных скальных блоков. Описаны современные критерии прочности, которые рекомендуется использовать при моделировании устойчивости скальных оползней. Предлагаемая методика оценки устойчивости бортов карьеров, закладываемых в скальных грунтах, позволяет обоснованно выбрать метод расчета, в зависимости от совместной ориентации структурного плана скального массива и пространственного положения бортов карьера. 

устойчивость бортов карьеровоползни в скальных грунтахметоды предельного равновесияконечных элементовобъёмных скальных блокованизотропия прочностикритерии прочности Хоека-Брауна и Бартона-Бандисаpit wall stabilityhard rock landslideslimit equilibrium methodfinite element methodbulk rock blocksstrength anisotropyHoek-Brown and Barton-Bandis strength criteriaReferencesBarton N.R., Bandis S. Review of predictive capabilities of JRC-JCS model in engineering practice // Rock joints:Proc. Int. Symp. оn Rock Joints / N. Barton, O. Stephansson, eds. - Rotterdam: Balkema, 1990. – pp. 603-610.Barton N.R., Bandis S. Review of predictive capabilities of JRC-JCS model in engineering practice // Rock joints:Proc. Int. Symp. оn Rock Joints / N. Barton, O. Stephansson, eds. - Rotterdam: Balkema, 1990. – pp. 603-610.Barton N.R. and Choubey V., The shear strength of rock joints in theory and practice. Rock Mech. 10(1- 2), 1-54.Barton N.R. and Choubey V., The shear strength of rock joints in theory and practice. Rock Mech. 10(1-2), 1-54.Esterhuizen J., Filz G.M. and Duncan, J.M.. Constitutive Behaviour of Geosynthetic Interfaces, Journal of GeoTechnical and Geoenvironmental Engineering, October 2001, pp. 834-840.Esterhuizen J., Filz G.M. and Duncan, J.M.. Constitutive Behaviour of Geosynthetic Interfaces, Journal of GeoTechnical and Geoenvironmental Engineering, October 2001, pp. 834-840.Hoek E., Bray J., Boyd J. The stability of a rock slope containing a wedge resting on two intersecting discontinuities // Quarterly Journal of Engineering Geology and Hydrogeology, 1973. – v. 6. – №1, pp. 22-35.Hoek E., Bray J., Boyd J. The stability of a rock slope containing a wedge resting on two intersecting discontinuities // Quarterly Journal of Engineering Geology and Hydrogeology, 1973. – v. 6. – №1, pp. 22-35.Hoek E., Bray J.W. Rock Slope Engineering/3rd ed. - London: Institution of Mining and Metallurgy, 1981. – 358 p.Hoek E., Bray J.W. Rock Slope Engineering/3rd ed. - London: Institution of Mining and Metallurgy, 1981. – 358 p.Hoek E., Caranza-Torres C.T., Corcum B. HoekBrown failure criterion-2002 edition//Proc. of the North American Rock Mechanics Society (NARMSTAC’2002). – Toronto: Mining Innovation and Technology, 2002. – v. 1. – pp. 267-273.Hoek E., Caranza-Torres C.T., Corcum B. Hoek-Brown failure criterion-2002 edition//Proc. of the North American Rock Mechanics Society (NARMS-TAC’2002). – Toronto: Mining Innovation and Technology, 2002. – v. 1. – pp. 267-273.Krahn J. Stability modeling with SLOPE/W. An Engineering Methodology: First Edition, Revision 1. Calgary, Alberta: GEO-SLOPE International Ltd., 2004. – 396 pp.Krahn J. Stability modeling with SLOPE/W. An Engineering Methodology: First Edition, Revision 1. Calgary, Alberta: GEO-SLOPE International Ltd., 2004. – 396 pp.Krahn J., Price V.E., and Morgenstern, N. R. Slope stability computer program for Morgenstern- Price method of analysis // University of Alberta, Edmonton, Alta. 1971. Vol. 14.Krahn J., Price V.E., and Morgenstern, N. R. Slope stability computer program for Morgenstern- Price method of analysis // University of Alberta, Edmonton, Alta. 1971. Vol. 14.Markland J.T. A useful technique for estimating the stability of rock slopes when the rigid wedge sliding type of failure is expected // Imperial College Rock Mechanics Research Report, 1972. – №19. – 10 p.Markland J.T. A useful technique for estimating the stability of rock slopes when the rigid wedge sliding type of failure is expected // Imperial College Rock Mechanics Research Report, 1972. – №19. – 10 p.Patton F.D. Multiple models of shear failure in rock // Proc. 1stInternat.Congr. on Rock Mechanics. – Lisbon, 1966. – v. 1. – pp. 509-513Patton F.D. Multiple models of shear failure in rock // Proc. 1stInternat.Congr. on Rock Mechanics. – Lisbon, 1966. – v. 1. – pp. 509-513Snowden, “Proposal for Additional Features in SLIDE and SWEDGE”, unpublished memorandum to Rocscience, 5th April 2007.Snowden, “Proposal for Additional Features in SLIDE and SWEDGE”, unpublished memorandum to Rocscience, 5th April 2007.Snowden, "Snowden Modified Anisotropic Linear strength model", unpublished memorandum to Rocscience, November 2011.Snowden, "Snowden Modified Anisotropic Linear strength model", unpublished memorandum to Rocscience, November 2011.Wyllie D.C., Mah C.W. Rock Slope Engineering: civil and mining/4rd ed. – London: Spon Press / Taylor&Francis Group, 2010. – 431 p.Wyllie D.C., Mah C.W. Rock Slope Engineering: civil and mining/4rd ed. – London: Spon Press / Taylor&Francis Group, 2010. – 431 p.Зеркаль О. В., Фоменко И. К. Оползни в скальных грунтах и оценка их устойчивости // Инженерная геология. — 2016. — № 4. — С. 4–21.Zerkal' O.V., Fomenko I.K. Opolzni v skal'nyh gruntah i ocenka ih ustojchivosti [landslides in rocky soil and evaluation of their stability] // Engineering geology. – 2016. – No. 4. – Pp. 4-21.Зеркаль О. В., Фоменко И. К. Оценка влияния анизотропии свойств грунтов на устойчивость склонов // Инженерные изыскания. — 2013. — № 9. — С. 44–50.Zerkal' O.V., Fomenko I. K. Ocenka vlijanija anizotropii svojstv gruntov na ustojchivost' sklonov [Assessment of the anisotropy of the properties of the soil on the slope stability] // Engineering survey. – 2013. – No. 9. – Pp. 44-50.Калинин Э.В., Панасьян Л.Л., Широков В.Н., Артамонова Н.Б., Фоменко И.К. Моделирование полей напряжений в инженерно-геологических массивах. – М.: МГУ, 2003. – 261 с.Kalinin Je.V., Panas'jan L.L., Shirokov V.N., Artamonova N.B., Fomenko I.K. Modelirovanie polej naprjazhenij v inzhenerno-geologicheskih massivah. [Simulation of stress fields in geotechnical arrays] – M.: Moscow State University, 2003. – 261 p.Крауч С., Старфилд А. Методы граничных элементов в механике твердого тела. - М.: Мир, 1987. – 217 c.Krauch S., Starfild A. Metody granichnyh jelementov v mehanike tverdogo tela. [Boundary element methods in solid mechanics] – M.: Mir, 1987. – 217 p.Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. – СПб.: Гос. НИИ горн. геомех. и маркшейд. дела – Межотрасл. науч. центр ВНИМИ, 1998. – 208 с.Pravila obespechenija ustojchivosti otkosov na ugol'nyh razrezah. [Rules on the slope stability at the coal mines] – SPb.: State. Research Institute of Mining of geomechanical and Surveying – Interdisciplinary Research Center VNIMI, 1998. – 208 p.Пендин В. В., Фоменко И. К. Методология оценки и прогноза оползневой опасности. – М.: ЛЕНАНД Москва, 2015. –320 c.Pendin V.V., Fomenko I.K. Metodologija ocenki i prognoza opolznevoj opasnosti. [Methodology for assessment and prediction of landslide hazard] – M.: LENAND Moscow, 2015. – 320 p.Рекомендации по расчету устойчивости скальных откосов: П-843-86. – М.: Гидропроект, 1986. - 51 с.Rekomendacii po raschetu ustojchivosti skal'nyh otkosov: P-843-86. [Guidelines for the calculation of the stability of rock slopes: P-843-86.] – M.: Hydroproject, 1986. – 51 p.СП 11-105-97 Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть II. Правила производства работ в районах развития опасных геологических и инженерно-геологических процессов. - М.: Госстрой России, 2003. – 93 с.SP 11-105-97 Inzhenerno-geologicheskie izyskanija dlja stroitel'stva. Chast' II. Pravila proizvodstva rabot v rajonah razvitija opasnyh geologicheskih i inzhenerno-geologicheskih processov. [SP 11-105-97 Engineering survey for construction. Part II. Terms of works in the areas of development of dangerous geological and engineering-geological processes.] – M.: Russian State Committee for Construction, 2003. – 93 p.СП 116.13330.2012 Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения (Актуализированная редакция СНиП 22-02-2003). – М.: Минрегион России, 2012. – 60 с.SP 116.13330.2012 Inzhenernaja zashhita territorij, zdanij i sooruzhenij ot opasnyh geologicheskih processov. Osnovnye polozhenija (Aktualizirovannaja redakcija SNiP 22-02- 2003). [JV 116.13330.2012 Engineering protection of territories, buildings and structures from dangerous geological processes. Basic provisions (SNIP 22/02/2003 The updated edition)] – M.: Russian Ministry of Regional Development, 2012. – 60 p.СП 47.13330.2012 Инженерные изыскания для строительства. Основные положения (Актуализированная редакция СНиП 11-02-96). – М.: Минрегион России, 2012. – 116 c.SP 47.13330.2012 Inzhenernye izyskanija dlja stroitel'stva. Osnovnye polozhenija (Aktualizirovannaja redakcija SNiP 11-02-96). [SP 47.13330.2012 Engineering surveys for construction. Basic provisions (The updated edition of SNIP 11-02-96)] – M.: Russian Ministry of Regional Development, 2012. – 116 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.