Давление от собственного веса горных пород. Вертикальное давление, возникающее в массиве от собственного веса горных пород

Практическая работа № 5

ДАВЛЕНИЕ ОТ СОБСТВЕННОГО ВЕСА ГОРНЫХ ПОРОД

Вертикальное давление, возникающее в массиве от собственного веса горных пород, называется обычно «природным давлением» Это давление характеризует напряженное состояние горной породы  до начала строительства, т.е. до передачи на него нагрузки от веса сооружения. Величина природного давления зависит от плотности грунта и глубины рассматриваемой горизонтальной плоскости.

Вертикальное давление грунта на горизонтальную плоскость (рис. 1а) на глубине z от поверхности земли будет равно

z

где γ - удельный вес породы, кг⋅м/^м3⋅^с2.

Для горной породы, на которую не действует сила Архимеда γ= ρ⋅ g , где ρ - плотность горной породы, кг/^м3;       g – ускорение свободного падения, м/^с2.

 Рисунок 1 Характер распределения напряжений от собственного веса пород по глубине:

а — в однородной толще б — в неоднородной   толще, в, г –с учетом гидростатического  взвешивания  

В случае напластований пород с разной плотностью (рис 1б) полное вертикальное давление определяется путем сложения давления отдельных слоев

j

i=1

где γ_i - удельный вес i-го слоя породы, кг⋅м/^м3⋅^с2;

     γ_j - удельный вес j-го слоя породы, кг⋅м/^м3⋅^с2; h_i – мощность i-го слоя породы, м; z_j – глубина до подошвы j-го слоя, м; z_j-1 - – глубина до кровли j-го слоя, м.

В частности для случая изображенного на рис. 1б мы имеем:

h₃ .

В слоях, расположенных ниже уровня грунтовых вод, плотность для всех водопроницаемых горных пород принимается уменьшенной за счет взвешивающего действия воды.

В соответствии с законом Архимеда плотность взвешенной породы вычисляется по формуле:

γ_аза = (γ₀ −γ_В )(1− n) ,γ₀ = ρ₀ ⋅ g , γ_В = ρ_В ⋅ g

где γвзв - удельный вес взвешенной в воде породы, кг⋅м/^м3⋅^с2;        γ₀ - удельный вес твердой фазы породы, кг⋅м/^м3⋅^с2;         γ - удельный вес воды, кг/^м3; ρ₀ - плотность твердой фазы горной породы, кг/^м3; ρВ - плотность воды, кг/^м3;        n – пористость горной породы, доли единицы.

В этом случае (рис. 1в) давление на глубине z  будет равно

взв ⋅^h₂

При наличии в разрезе водонепроницаемого горизонта, который является водоупором (рис. 1г), давление на его кровле будет складываться из давления горной породы и давления воды. При этом учитывается взвешивание горной породы находящейся ниже уровня воды

h₂.

В этом случае на эпюре природного давления появится ступень, величина