Рейтинговые системы в геомеханике

← к сайту

В геомеханике существует широкий набор эмпирических рейтинговых систем, созданных для быстрой оценки качества массива и опасности разрушения откосов.

Эти системы развивались параллельно и решают разные задачи:

• одни ориентированы на структурно-контролируемые механизмы (плоскостное скольжение, клин, опрокидывание),
• другие — на общую устойчивость в сильно нарушенных массивах.
  

Поэтому корректная практика заключается в выборе рейтинговой системы под ожидаемый механизм разрушения и доступные исходные данные. Современные рейтинговые системы, рассмотренные в статье: SMR, Q-slope, SSPC, SSR, HI.

SMR (Slope Mass Rating)

По набору учитываемых параметров SMR состоит из двух частей:

• базовый рейтинг RMRb (прочность породы, RQD, шаг трещин, состояние трещин, водоприток);
• поправки на кинематику и метод формирования откоса.

Область применения — оценка устойчивости скальных откосов при структурно-контролируемых механизмах разрушения.
Система позволяет получить класс устойчивости откоса и ориентировочные меры крепления или защиты.

Q-slope: развитие системы Q для откосов

По набору учитываемых параметров Q-slope опирается на базовые компоненты Q-system, адаптированные под откосы:

• RQD
• Jn (число систем трещин)
• Jr (шероховатость)
• Ja (изменённость или заполнитель)
• O-factor (ориентация трещин)

Дополнительно учитываются внешние факторы через

• Jwice (климатические условия)
• SRFslope (влияние выветривания, напряжений и разломов).

Метод применим практически к любым видам скальных массивов.
На основе полученного значения Q-slope можно определить рекомендованный угол откоса, а также оценить уровень риска и классифицировать состояние откоса.

SSPC (Slope Stability Probability Classification)

Метод предполагает три этапа работы:

• Фиксация параметров массива в обнажении
• Корректировка с учётом выветривания и техногенной нарушенности, получение эталонного состояния
• Введение поправок на метод разработки откоса и прогнозируемое выветривание в течение срока службы.

При расчёте учитываются:

• ориентация разрывов относительно откоса
• геометрия откоса
• показатели состояния трещин (TC и CD)
• прочность породы (IRS)
• размер блока (SPA).

Система не применяется, если поведение массива определяется пластичностью или вязко-пластической деформацией нетронутого материала.

Результатом является вероятность возникновения различных механизмов разрушения и классификация устойчивости.

SSR (Slope Stability Rating)

Система ориентирована на крупномасштабную устойчивость откосов в сильнотрещиноватых массивах при неструктурно-контролируемых разрушениях.

В качестве базового показателя используется GSI, дополнительно вводятся корректирующие параметры:

• прочность
• тип породы
• метод разработки
• обводнённость
• сейсмическое воздействие.

По результатам SSR определяется допустимый безопасный угол откоса при заданной высоте и коэффициенте запаса.

HI (Hazard Index)

Индекс HI рассчитывается как произведение двух составляющих:
состояния массива (fNC) и триггерного механизма (fTM) для семи типов разрушений.

В расчёте учитываются:
для fNC:

• запас устойчивости
• ориентация трещин
• GSI
• объём потенциально неустойчивой массы

для fTM:

• среднегодовые осадки
• их критическое значение
• дренажный фактор.

Метод ориентирован на районы, где вода выступает основным триггером разрушения.

Ограничения рейтинговых систем

Следует учитывать, что все рассмотренные системы, кроме SSR, не рассчитаны на откосы высотой более 45 м. Для большинства разработаны модификации, расширяющие область применения.

Рейтинговые системы основаны на эмпирических наблюдениях и отражают средние условия и допущения авторов. Даже в пределах заявленной области применения их нельзя использовать механически.

Результаты требуют калибровки под конкретное месторождение и подтверждения дополнительными методами:

• обратными расчётами
• кинематическим анализом
• расчётами предельного равновесия
• численным моделированием.

Только в этом случае рейтинг становится рабочим инженерным инструментом.

Источники:

🔗 A Geomechanical Classification for Slopes Slope Mass Rating
🔗 The Q-Slope Method for Rock Slope Engineering
🔗 A new approach to rock slope stability - a probability classification (SSPC)
🔗 Assessment of the Stability of Rock Slopes by the Slope Stability Rating Classification System
🔗 An alternative rock mass classification system for rock slopes