Rational Design Solutions for Deep Excavations Using Soil Nail Wall Systems
Loading...
Date
2023
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Dnipro University of Technology, Dnipro, Ukraine
Abstract
ENG: Purpose. The study aims to optimize the design and reduce soil nail length in deep excavations with a soil nail system in fast-draining soils. Additionally, it investigates the parameters influencing slope stability in fast-draining soils. Methods. Integrating field and lab data with soil nail properties and advanced modeling, this study investigates how fixed nail length, inclination and spacing affect the stability of a 20 m-deep excavation in fast-draining soil. Findings. The study findings reveal that optimal parameters, such as nail spacing and inclination angle, have been identified for reinforcing deep excavation walls, ensuring stability with minimal nail length. Notably, the stability of excavation walls can be achieved without the need to increase the length of the soil nails. The recommended parameters are characteristic of an 8-meter-long soil nail system, a 30-degree inclination angle, and a spacing of 1.5×1.5 meters. Originality. This study presents a novel perspective on the structural characteristics of soil nails by determining emphasizing nail spacing, inclination angle, and fixed nail length. It offers a comprehensive framework for designing soil nail walls in fast-draining soils during deep excavations, contributing to advancements in open-cut excavation practices. Practical implications. The study offers practical implications for designers involved in deep slope earthworks, enabling the development of efficient and rational design solutions that ensure excavation stability and prevent displacement during excavation while reducing costs and project duration.
UKR: Мета. Дослідження спрямоване на оптимізацію конструкції та зменшення довжини ґрунтових нагелів кріплення глибоких котлованів, що розроблюються у ґрунтах з високою водопроникністю. В ньому також досліджуються параметри, що впливають на стійкість схилів складених ґрунтами з високою водопроникністю. Методика. В поєднанні польових і лабораторних даних, які характеризують властивості ґрунтових нагелів, а також моделювання за допомогою розрахункового комплексу, досліджено, яким чином фіксована довжина нагелів, їхній нахил і відстань між ними впливають на стійкість котловану глибиною 20 м, розробленого у ґрунті, що має високу водопроникність. Результати. Результати дослідження доводять, що оптимальні параметри нагелів (відстань між ними та кут їхнього нахилу), визначені для зміцнення стінок глибокого котловану та забезпечують стійкість із мінімальною довжиною. Важливим результатом є те, що стійкість стінок котловану може бути досягнута без необхідності збільшення довжини ґрунтових нагелів. Рекомендовані параметри характеризують систему ґрунтових нагелів довжиною 8 м, кутом нахилу 30º та розміщенням по сітці 1.5×1.5 м. Наукова новизна. Це дослідження представляє новий погляд на структурні характеристики ґрунтових нагелів, визначаючи відстань між ними, кут нахилу та фіксовану довжину. Дослідження пропонує всебічне обґрунтування для визначення параметрів ґрунтових нагелів у ґрунтах з високою водопроникністю під час розробки глибоких котлованів, сприяючи розвитку методів відкритих розробок. Практична значимість. Дослідження пропонує практичні рішення для проєктувальників, які займаються відкритими розробками на схилах, дозволяючи розробляти ефективні та раціональні проєктні рішення, що забезпечують стійкість котловану та запобігають зсуву під час розробки кар’єру, одночасно зменшуючи витрати та тривалість проєкту.
UKR: Мета. Дослідження спрямоване на оптимізацію конструкції та зменшення довжини ґрунтових нагелів кріплення глибоких котлованів, що розроблюються у ґрунтах з високою водопроникністю. В ньому також досліджуються параметри, що впливають на стійкість схилів складених ґрунтами з високою водопроникністю. Методика. В поєднанні польових і лабораторних даних, які характеризують властивості ґрунтових нагелів, а також моделювання за допомогою розрахункового комплексу, досліджено, яким чином фіксована довжина нагелів, їхній нахил і відстань між ними впливають на стійкість котловану глибиною 20 м, розробленого у ґрунті, що має високу водопроникність. Результати. Результати дослідження доводять, що оптимальні параметри нагелів (відстань між ними та кут їхнього нахилу), визначені для зміцнення стінок глибокого котловану та забезпечують стійкість із мінімальною довжиною. Важливим результатом є те, що стійкість стінок котловану може бути досягнута без необхідності збільшення довжини ґрунтових нагелів. Рекомендовані параметри характеризують систему ґрунтових нагелів довжиною 8 м, кутом нахилу 30º та розміщенням по сітці 1.5×1.5 м. Наукова новизна. Це дослідження представляє новий погляд на структурні характеристики ґрунтових нагелів, визначаючи відстань між ними, кут нахилу та фіксовану довжину. Дослідження пропонує всебічне обґрунтування для визначення параметрів ґрунтових нагелів у ґрунтах з високою водопроникністю під час розробки глибоких котлованів, сприяючи розвитку методів відкритих розробок. Практична значимість. Дослідження пропонує практичні рішення для проєктувальників, які займаються відкритими розробками на схилах, дозволяючи розробляти ефективні та раціональні проєктні рішення, що забезпечують стійкість котловану та запобігають зсуву під час розробки кар’єру, одночасно зменшуючи витрати та тривалість проєкту.
Description
O. Tiutkin: ORCID 0000-0003-4921-4758
Keywords
deep excavation, parameters for soil nail walls, PLAXIS 2D Connect Edition v22, finite-element analysis, HS-model, глибокий котлован, параметри нагелів для підпірних стін, скінченно-елементний аналіз, HS-модель, КТІ
Citation
Alkhdour A., Yasin A. A., Tiutkin O. Rational Design Solutions for Deep Excavations Using Soil Nail Wall Systems. Mining of Mineral Deposits. 2023. Vol. 17, Iss. 3. P. 110–118. DOI: https://doi.org/10.33271/mining17.03.110.