Study of the stability of a temporarily inactive quartz sand slope using numerical simulation
DOI:
https://doi.org/10.33271/crpnmu/85.045Keywords:
slope stability, quartz sands, quarry, finite element method, numerical simulation, PLAXIS 3D, stress-strain state, stability factor, Reached safety factor, bench arrayAbstract
Purpose. Determining the stability of a temporarily inactive bench in the Sikhivsky quartz sand deposit quarry at various bench angles by numerical modeling its state using the PLAXIS 3D software package and comparing the results with data obtained through graphical constructions and limit equilibrium methods. The methods. The study is based on the application of the finite element method to model the stress-strain state of the rock mass in PLAXIS 3D. The stability factor was calculated by gradual reducing the soil strength characteristics until the point of instability, with the determination of the Reached safety factor. Additionally, the obtained results were compared with data determined using the Bishop, Janbu, and Spencer methods in the Rocscience Slide software package, as well as using graphical construction methods. Findings. The values of the slope stability factors (Reached safety factor) and the maximum possible displacements of the rock mass for various slope angles were determined. It was found that the results of numerical modeling in PLAXIS 3D practically coincide with the indicators obtained by the graphical construction method, which confirms the reliability and effectiveness of the applied approach. At the same time, it was established that as the slope angle increases, there is a regular decrease in the stability factor and an increase in massif deformations. The originality. The nature of changes in slope stability parameters as a function of the slope angle has been established. A comprehensive comparison was conducted of the results of assessing the stability of quartz sand slopes obtained using numerical modeling in PLAXIS 3D and the limit equilibrium method. Practical implementation. The use of the obtained results allows justification of safe slope parameters for bench faces during the design and operation of quartz sands quarries, and also contributes to improving the level of industrial safety in mining operations.References
1. Правила безпеки при розробці родовищ корисних копалин відкритим способом (НПАОП 0.00-1.33-94). (1994). Київ, Україна: Норматив.
2. Тютькін, О. Л., Дубінчик, О. І., & Кільдєєв, В. Р. (2023). Критичний огляд методів розрахунку стійкості укосів і схилів. Мости та тунелі: теорія, дослідження, практика, 23 , 79–87. https://doi.org/10.15802/bttrp2023/281155
3. ДСТУ-Н В.1.1-37:2016. Настанова щодо інженерного захисту територій, будівель і споруд від зсувів та обвалів. (2017). Київ, Україна: ДП «УкрНДНЦ».
4. СОУ-МПП 73.020-078-1:2007 Норми технологічного проектування гірничодобувних підприємств відкритим способом розробки родовищ корисних копалин. Ч. 1-2. Гірничі роботи. Ліквідація гірничодобувних підприємств. Техніко-економічна оцінка та показники . (2007). Міністерство промислової політики України.
5. Методичні вказівки з визначення оптимальних кутів нахилу бортів укосів уступів і відвалів залізорудних та флюсових кар'єрів. (2009). Мінполітики та ІППЕ НАН України.
6. Jiang, S. H., Li, D. Q., Cao, Z. J., Zhou, C. B., & Phoon, K. K. Efficient system reliability analysis of slope stability in spatially variable soils using Monte Carlo simulation. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering , 141 (2), 04014096. https://doi.org/10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0001227
7. Ягольник, А. М., & Марченко, В. І. (2016). Оцінювання стійкості зсувонебезпечних схилів при зміні властивостей ґрунтів. Збірник наукових праць. Галузеве машинобудування, будівництво , 1 (46), 164-173. https://journals.nupp.edu.ua/znp/article/view/17
8. Тютькін, О. Л., Дубінчик, О. І., Кільдєєв, В. Р., & Новік, Р.Б. (2022). Аналіз методів розрахунку стійкості зсувонебезпечних схилів. Мости та тунелі: теорія, дослідження, практика, 22 , 85–92. https://doi.org/10.15802/bttrp2022/268401
9. Dzoba, M. V., Lytvynchuk, I. D. & Frolov O. O. (2023). Study of the stability of the working bench of quartz sands. In Book of Abstracts of 6nd International Scientific and Technical Internet Conference «Innovative Development of Resource-saving Technologies and Sustainable Use of Natural Rresources» (pp.151-154). Petroșani, Romania: UNIVERSITAS Publishing.
10. Дзьоба, М. В., Литвинчук, І. Д., & Фролов, О. О. (2024). Встановлення закономірностей впливу ширини блоків розбивки зсувного клина на значення коефіцієнта стійкості укосу уступу кварцових пісків. Технічна інженерія , 1 (93), 325–331. https://doi.org/10.26642/ten-2024-1(93)-325-331
11. Li, D. Q., Jiang, S. H., Cao, Z. J., Zhou, W., Zhou, C. B., & Zhang, L. M. (2015). A multiple response-surface method for slope reliability analysis considering spatial variability of soil properties. Engineering Geology , 187, 60–72. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2014.12.003
12. Винников, Ю. Л., & Повзик, Р. О. (2013). Вибір моделі грунтів основ відвалів гірничо-збагачувальної промисловості. Форум гірників – 2013 (Т.2, с. 233-242). Дніпропетровськ, Україна: НГУ.
13. Ягольник, А. М., & Марченко В. І. (2017). Оцінювання стійкості зсувонебезпечних схилів при зміні властивостей ґрунтів. Збірник наукових праць. Галузеве машинобудування, будівництво . 1 (46), 164–173. https://journals.nupp.edu.ua/znp/article/view/17
14. Lim, K., Li, A., & Lyamin, A. (2015). Slope stability analysis for fill slopes using finite element limit analysis. In Proceedings of the XVI European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering (pp. 1597–1602). Edinburgh, UK.
15. Chubka, P. Yu., & Chubka, Yu. Sh. (2021). Comparison of methods for calculating the stability of soil arrays. The Eurasian Scientific Journal, 13 (5).
16. Akopyana, V., & Akopyana, A. (2016). Experimental and Theoretical Investigation of the Interaction of the Reinforced Concrete Screw Piles with the Surrounding Soil. Procedia Engineering, 150, 2202–2207. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.07.264
17. Griffiths, D. V. & Lane, P. A. (1999). Slope Stability Analysis by Finite Elements. Géotechnique , 49 (3), 387–403. https://doi.org/10.1680/geot.1999.49.3.387
18. Дзьоба М. В., & Фролов, О.О. (2024). Дослідження впливу кута укосу робочого уступу кварцових пісків на коефіцієнт його стійкості. Збірник наукових праць НГУ , 76 , 51–62. https://doi.org/10.33271/crpnmu/76.051
Downloads
Published
Issue
Section
License
All articles are published under the Creative Commons Attribution License (CC BY 4.0), which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Authors retain copyright and grant the journal right of first publication.
Authors are permitted and encouraged to deposit the final published version of their article, or the Author's Accepted Manuscript (AAM), in institutional or subject-specific open-access repositories (including the university's own institutional repository, CORE, Zenodo, or Figshare), ensuring maximum visibility, accessibility, and impact of the publication.
