2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Угол откоса полускальных грунтов

Основные строительные свойства и классификация грунтов

Грунтами называют породы, залега­ющие в верхних слоях земной коры. К ним относят растительный грунт, пе­сок, супесь, гравий, глину, суглинок, торф, плывуны, различные полускаль­ные и скальные грунты.

По крупности минеральных ча­стиц грунта, их взаимной связи и ме­ханической прочности грунты делят на пять классов: скальные, полускальные, крупнообломочные, песчаные (несвязные) и глинистые (связные).

К скальным грунтам относятся сцементированные водоустойчивые и практически несжимаемые породы (гра­ниты, песчаники, известняки и т.п.), за­легающие обычно в виде сплошных или трещиноватых массивов.

К полускальным грун­там относятся сцемен-тированные поро­ды, способные к уплотнению (мергели, алевролиты, аргиллиты и т.п.) и неводостойкие (гипс и гипсоносные конгло­мераты).

Крупнообломочные грун­ты состоят из несцементированных кус­ков скальных и полускальных пород; обычно содержат более 50% обломков пород размером свыше 2 мм.

Песчаные грунты состоят из несцемен-тированных частиц пород раз­мером 0,05-2 мм; представляют собой, как правило, естественно разрушившие­ся и преобразованные в различной сте­пени скальные грунты; не обладают пластичностью.

Глинистые грунты также яв­ляются продуктом естественного разру­шения и преобразования первичных гор­ных пород, составляющих скальные гру­нты, но с преобладающим размером час­тиц менее 0,005 мм.

Основным объектом разработки в строительстве являются глинистые, песча­ные и песчано-глинистые, а также круп­нообломочные и полускальные грунты, покрывающие большую часть земной поверхности.

К основным свойствам и показателям грунтов, влияющим на технологию про­изводства, трудоемкость и стоимость земляных работ, относятся: плотность, влажность, прочность, сцепление, кусковатость, разрыхляемость, угол есте­ственного откоса и размываемость.

Для повышения производительности машин и снижения трудоемкости не­которых работ (уплотнение грунта во время обратной засыпки пазух котло­ванов, устройство насыпей, тромбование грунта и др.) грунты стремятся доводить до оптимальной влажности, опре­деляемой гранулометрическим составом грунта, требуемой его плотностью, ти­пом применяемых машин и другими фак­торами.

При значительной влажности глини­стых грунтов появляется липкость. Боль­шая липкость грунта усложняет его выгрузку из ковша машины или кузо­ва, условия работы конвейера или передвижение машины.

Прочность грунтов характеризуется их способностью сопротивляться внеш­ним силовым воздействиям. Для оценки прочности горных пород и грунтов пользуются коэффициентом крепости по М. М. Протодьяконову. Косвенными показателями прочности грунтов являются скорость их бурения, а также число ударов ударника ДорНИИ.

Кусковатость разрыхленной массы (гранулометрический состав) характе­ризуется процентным содержанием раз­личных фракций.

Разрыхляемость — это способность грунта увеличиваться в объеме при разработке вследствие потери связи между частицами. Увеличение объема грунта характеризуется коэффициентами первоначального и остаточного разрых­ления. Коэффициент первоначального разрыхления представляет собой от­ношение объема разрыхленного грунта к его объему в природном состоянии. Коэффициент остаточного разрыхле­ния kр0 характеризует остаточное увеличение объема грунта (по сравнению с природным состоянием) после его уплот­нения. Значение коэффициента kр0 обычно меньше kp на 15-20 %.

Угол естественного откоса характе­ризуется физическими свойствами грунта, при котором он находится в состоя­нии предельного равновесия. Величина угла естественного откоса зависит от угла внутреннего трения, силы сцепле­ния и давления вышележащих слоев грунта. Крутизна откосов выемок и насыпей для постоянных и временных земляных сооружений различна. Крутизна отко­сов устанавливается СНиПами.

Все грунты группируют и классифи­цируют по трудности разра­ботки различными землеройными машинами и вручную. Наиболее часто для оценки трудности разработки грун­та используют показатель удельного сопротивления резанию (копанию) Кf.

Удельное сопротивле­ние копанию (резанию) Kf пред­ставляет собой отношение касательной составляющей усилия, развиваемого на режущей кромке ковша землеройного оборудо­вания, к площади поперечного среза грунта. Значение Kf зависит как от свойств и показателей разрабатываемого грунта, так и от конструктивного исполнения рабочего органа землеройного и землеройно-транспортного оборудования.

Профессором Н.Г.Домбровским были пред­ложены шесть групп грунтов:

· I и II — слабые (мягкие) и плотные грунты (чер­нозем, лесс, суглинок);

· III и IV— очень плотные (тяжелые суглин­ки, глины) и полускальные грун­ты (сланцы, алевролиты),

· V и VI — соответственно хорошо и плохо разрыхленные полускальные и скаль­ные грунты.

Указанная группировка грунтов по трудности разработки маши­нами нашла широкое применение в строительстве, на карьерных разработ­ках, в экскаваторостроении; в измененном виде она положена в основу нормиро­вания и расценок земляных работ в су­ществующих ЕНиР.

Группировка грунтов по трудности разработки в ЕНиР составлена отдельно для немерзлых (I-VI группы) и мерз­лых (Iм-IIIм) грунтов, причем грунты перечисляются в алфавитном порядке с указанием средних значений плотнос­ти. Разрыхленные немерзлые грунты нормируются на одну группу ниже, чем эти же грунты в массиве (неразрыхленном состоянии). К V и VI группам отнесены грунты, кроме пестроцветных моренных глин, разрабатывае­мые после предварительного разрыхле­ния.

Угол естественного откоса грунта

Угол естественного откоса — это. Что такое Угол естественного откоса?

Угол естественного откоса — угол, образованный свободной поверхностью рыхлой горной массы или иного сыпучего материала с горизонтальной плоскостью. Иногда может быть использован термин «угол внутреннего трения».

Частицы материала, находящиеся на свободной поверхности насыпи, испытывают состояние критического (предельного) равновесия. Угол естественного откоса связан с коэффициентом трения и зависит от шероховатости зерен, степени их увлажнения, гранулометрического состава и формы, а также от удельного веса материала.

По углам естественного откоса определяются максимально допустимые углы откосов уступов и бортов карьеров, насыпей, отвалов и штабелей. угол естественного откоса из различных материалов

Список из различных материалов и их угла естественного откоса[источник не указан 134 дня]. Данные приблизительные.

Материал (условия) Угол естественного откоса (градусы)
Пепел40°
Асфальт (измельченный)30-45°
Кора (деревянные отходы)45°
Отруби30-45°
Мел45°
Глина (сухой кусок)25-40°
Глина (мокрой раскопки)15°
Семена клевера28°
Кокос (измельченный)45°
Кофе зерна (свежие)35-45°
Земля30-45°
Мука (пшеница)45°
Гранит35-40°
Гравий (насыпной)30-45°
Гравий (натуральный с песком)25-30°
Солод30-45°
Песок (сырой)34°
Песок (с водой)15-30°
Песок (влажный)45°
Пшеница сухая28°
Кукуруза сухая27°

См. также

Примечания

Углы естественного откоса грунтов и отношение высоты откоса к заложению

Назначение и виды земляных сооружений

Объем земляных работ очень большой, он имеется при строительстве любого здания и сооружения. Из общей трудоемкости в строительстве земляные работы составляют 10%.

Различаются следующие основные виды земляных сооружений:

— котлованы и траншеи;

— земляные полотна дорог;

Земляные сооружения делятся на:

К постоянным относятся котлованы, траншеи, насыпи, выемки.

К постоянным земляным сооружениям предъявляются требования:

— должно быть прочным, т.е. сопротивляться временным и постоянным нагрузкам;

Читать еще:  Универсальная грунтовка tikkurila luja

— хорошо сопротивляться атмосферным влияниям;

— хорошо сопротивляться размывающим действиям;

— должны обладать безосадочностью.

Основные строительные свойства и классификация грунтов

Грунтом называют породы, залегающие в верхних слоях земной коры. К ним относятся: растительный грунт, песок, супесь, гравий, глина, суглинок лессовидный, торф, различные скальные грунты и плывуны.

По крупности минеральных частиц и их взаимной связи различают следующие грунты:

— несвязные – песчаные и сыпучие (в сухом состоянии), крупнообломочные несцементированные грунты содержащие более 50% (по массе) обломков кристаллических пород размером более 2 мм;

— скальные – изверженные, метаморфические и осадочные породы с жесткой связью между зернами.

К основным свойствам грунтов, влияющим на технологию производства, трудоемкость и стоимость земляных работ относятся:

— угол естественного откоса;

Объемной массой называется масса 1 м3 грунта в естественном состоянии в плотном теле.

Объемная масса песчаных и глинистых грунтов 1,5 – 2 т/м3, скальных не разрыхленных до 3 т/м3.

Влажность – степень насыщения пор грунта водой

gb – gc – масса грунта до и после сушки.

При влажности до 5% — грунты называются сухие. При влажности от 5 до 15% — грунты называются маловлажными. При влажности от 15 до 30% — грунты называются влажные. При влажности более 30% — грунты называются мокрые.

Сцепление – начальное сопротивление грунта сдвигу.

Сила сцепления грунтов: — песчаных грунтов 0,03 – 0,05 МП- глинистых грунтов 0,05 – 0,3 МП- полускальных грунтов 0,3 – 4 МПа- скальных более 4 МПа.

В мерзлых грунтах сила сцепления значительно больше.

Разрыхляемость – это способность грунта увеличиваться в объеме при разработке, вследствие потери связи между частицами. Увеличение объема грунта характеризуется коэффициентом разрыхления Кр. После уплотнения разрыхленного грунта называется остаточной разрыхленностью Кор.

ГрунтыПервоначальная разрыхленность КрОстаточная разрыхленность Кор
Песчаные грунты1,08 – 1,171,01 – 1,025
Суглинки1,14 – 1,281,015 – 1,05
Глины1,24 – 1,301,04 – 1,09
Мергели1,30 – 1,451,10 – 1,20
Скальные1,45 – 1,501,20 – 1,30

Угол естественного откоса характеризуется физическими свойствами грунта. Величина угла естественного откоса зависит от угла внутреннего трения, силы сцепления и давления вышележащих слоев. При отсутствии сил сцепления предельный угол естественного откоса равен углу внутреннего трения. Крутизна откоса зависит от угла естественного откоса. Крутизна откосов выемок и насыпей характеризуется отношением высоты к заложению m – коэффициент откоса.

Углы естественного откоса грунтов и отношение высоты откоса к заложению

ГрунтыЗначение углов естественного откоса и отношений высоты откоса к его заложению при различной влажности грунтов
СухойВлажныйМокрый
Угол в градОтношение высоты к заложениюУгол в градОтношение высоты к заложениюУгол в градОтношение высоты к заложению
Глина1: 11: 1,51: 3,75
Суглинок средний1: 0,751: 1,251: 1,75
Суглинок легкий1: 1,251: 1,751: 2,75
Песок мелкозернистый1: 2,251: 1,751: 2,75
Песок среднезернистый1: 21: 1,51: 2,25
Песок крупнозернистый1: 1,751: 1,61: 2
Растительный грунт1: 1,251: 1,51: 2,25
Насыпной грунт1: 1,51: 11: 2
Гравий1: 1,251: 1,251: 1,5
Галька1: 1,51: 11: 2,25

Размываемость грунта – унос частиц текучей водой. Для мелких песков наибольшая скорость воды не должна превышать 0,5-0,6 м/сек, для крупных песков 1-2 м/сек, для глинистых грунтов 1,5 м/сек.

Согласно производственным нормам, все грунты группируются и классифицируются по степени трудности разработки различными землеройными машинами и вручную: — для одноковшевных экскаваторов – 6 группы; — для многоковшевных экскаваторов – 2 группы; — для разработки вручную – 7 группы и т.д.

2. Определение угла естественного откоса песчаного грунта

Ознакомление с методикой определения угла естественного откоса для песчаных грунтов.

Приобретение навыков в работе с прибором для определения угла естественного откоса сыпучих грунтов.

Определение угла естественного откоса песка в воздушно-сухом и подводном состоянии.

Необходимое оборудование и материалы

Методические указания к выполнению работы.

Журнал лабораторных работ.

Прибор для определения угла естественного откоса полевой лаборатории Литвинова.

Емкость с водой.

Отсутствие сцепления в песках позволяет определять угол внутреннего трения φ0 по углу естественного откоса грунта в условиях предельного равновесия (рис. 2.3.).

Рис.2.3. Схема к определению угла естественного откоса песчаного гранта.

где φ – угол внутреннего трения; tg φ – коэффициент трения

Углом естественного откоса песчаного грунта называют максимальное значение угла, образуемого с горизонтальной плоскостью, поверхностью грунта, отсыпанного без толчков и динамических воздействий.

Угол естественного откоса определяют для песчаного грунта в воздушно-сухом состоянии и под водой. Для испытания используем прибор Литвинова.

Порядок выполнения работы

Определение угла естественного откоса грунта в воздушно-сухом состоянии производят следующим образом. Прибор устанавливают на стол, выдвижная створка при этом опущена до дна. В малое отделение прибора до верха засыпают испытываемый песок (рис.2.4). После этого постепенно поднимают выдвижную створку без толчков; при этом прибор придерживают рукой. Грунт постепенно частично пересыпается в другое отделение до наступления положение равновесия.

Рис. 2.4. Общий вид прибора для определения угла естественного откоса песков (Ящик Кулона).

Угол между плоскостью свободного откоса и горизонтальной плоскостью и есть угол естественного откоса. По делениям на днище и боковой стенке отсчитывают высоту и заложение откоса и вычисляют тангенс угла естественного откоса; отсчеты ведут с точностью до 1мм.

Определение угла естественного откоса грунта в подводном состоянии отличается от предыдущего тем, что после того, как в малое отделение прибора насыпают испытываемый грунт, в большое отделения до верха наливают воду. Верхнюю створку подымают на несколько миллиметров, чтобы вода могла проникнуть в малое отделение. Когда весь грунт пропитается водой, поднимают створку выше и испытание продолжают так же, как и предыдущее. Результаты испытаний заносят в таблицу 2.4.

Очертания естественного откоса сыпучих и связных грунтов

Если резкий перепад высотных отметок поверхности не поддерживается искусственно подпорным сооружением, то поверхность откоса примет некоторые естественные очертания. В очертаниях поверхности естественного откоса проявится разница в сопротивлении сдвигу сыпучих и связных грунтов. Откос сыпучего грунта имеет угол наклона, равный углу внутреннего трения φест=φ. Откос грунта, обладающего и сцеплением и трением, имеет сложную криволинейную форму.

Читать еще:  Уклон откосов траншеи при разработке грунта

Если сыпучий грунт, лишенный сцепления между частицами, насыпать на горизонтальную поверхность, он образует конус с определенным углом наклона, который называется углом естественного откоса. Этот откос является устойчивым. При попытке сделать его более крутым, избыточные частицы скатываются вниз, и откос становится более пологим. Если откос имеет меньшую крутизну, чем следует при угле естественного откоса, то насыпаемые частицы будут на нем задерживаться. На поверхности естественного откоса частицы находятся в состоянии предельного равновесия, при котором силы тяжести, стремящиеся сдвинуть их вниз, уравновешиваются силами трения. Рассмотрим условия равновесия песчаной частицы на естественном откосе сыпучего грунта:

Т’=Nf; φест T=Рsinα; T=Рsinφест; N=Рcosα; N=Рcosφест; Т’=T; f=T/N=Рsinφест/Рcosφест; f=tgφест.

Вес частицы Р стремится сдвинуть ее вниз по откосу и в то же время прижимает ее к откосу. Возникает сила трения, которая стремится удержать ее на откосе. Условием предельного равновесия является равенство сдвигающей силы Т и силы трения Nf . Сила трения равна произведению нормальной силы N, прижимающей частицу к откосу на коэффициент трения между частицами f.

Из приведенных формул видно, что коэффициент трения сыпучего грунта равен тангенсу угла естественного откоса сыпучего грунта.

Угол естественного откоса сыпучих грунтов изменяется в пределах от 20° до 45°. Чем плотнее грунт, тем больше угол естественного откоса. Чем более закругленную и отшлифованную форму имеют частицы, тем меньше угол естественного откоса.

В связных грунтах угол естественного откоса зависит не только от трения, но и от сцепления между частицами. Глины, суглинки и мерзлые грунты, обладающие значительным сцеплением, могут держаться вертикальными стенами и даже образовывать своды. Для них понятие угла естественного откоса теряет смысл.

Максимальная высота вертикального откоса уидеально связного грунта, обладающего большим сцеплением и лишенного трения, определяется формулой:

Hмакс=2с/γ, [см];(9.7)

где: с – удельное сцепление грунта [кПа];

γ – объемный вес грунта [кН/м 3 ].

Откос, сложенный грунтами, обладающими и трением и сцеплением, имеет криволинейное очертание. Существуют простые табличные методы определения координат поверхности естественного откоса с учетом распределенной нагрузки на его бровке [ ].

Таблица 9.1.

Грунты и их строительные свойства

Грунтами называют породы, залегающие в верхних слоях земной коры, это растительный грунт, песок, супесь, гравий, глина, суглинок, торф, плывуны, различные полускальные и скальные грунты.

По крупности минеральных частиц грунта, их взаимной связи и механической прочности грунты делят на пять классов: скальные, полускальные, крупнообломочные, песчаные (несвязные) и глинистые (связные).

К скальным грунтам относятся сцементированные водоустойчивые и практически несжимаемые породы (граниты, песчаники, известняки и т. п.), залегающие обычно в виде сплошных или трещиноватых массивов.

К полускальным грунтам относятся сцементированные породы, способные к уплотнению (мергели, алевролиты, аргиллиты и т. п.) и неводостойкие (гипс, гипсоносные конгломераты).

Крупнообломочные грунты состоят из несцементированных кусков скальных и полускальных пород; обычно содержат более 50 % обломков пород размером свыше 2 мм.

Песчаные грунты состоят из несцементированных частиц пород размером 0,05–2 мм; представляют собой, как правило, естественно разрушившиеся и преобразованные в различной степени скальные грунты; не обладают пластичностью.

Глинистые грунты также являются продуктом естественного разрушения и преобразования первичных горных пород, составляющих скальные грунты, но с преобладающим размером частиц менее 0,005 мм.

Основным объектом разработки в строительстве являются глинистые, песчаные и песчано-глинистые, а также крупнообломочные и полускальные грунты.

На технологию производства и стоимость земляных работ оказывают влияние различные факторы, в том числе физические и механические свойства грунтов.

Основные механические свойства грунтов: прочность, твердость, пластичность, размываемость, разрыхляемость.

Основные физические свойства грунтов: удельная и объемная масса, плотность, влажность, сцепление, влагоемкость (водопоглощаемость), пористость, угол естественного откоса, водопроницаемость, угол внутреннего трения.

Плотность – масса 1 м 3 грунта в естественном состоянии (в плотном теле). Плотность песчаных и глинистых грунтов составляет 1,5–2 т/м 3 ; полускальных неразрыхленных грунтов – 2–2,5 т/м 3 , скальных – более 2,5 т/м 3 .

Влажность – степень насыщения грунта водой. Определяется отношением массы воды в грунте к массе твердых частиц грунта, выражается в процентах. При влажности более 30% грунты считаются мокрыми, до 5% – сухими (от 5 до 30% – нормальная влажность). Чем выше влажность грунта, тем выше трудоемкость его разработки. Исключение составляет глина (сухую глину разрабатывать труднее). Однако при значительной влажности у глинистых грунтов появляется липкость, которая усложняет их разработку.

Сцепление – сопротивление грунта сдвигу. Сила сцепления для песчаных грунтов составляет 3–50 кПа, для глинистых – 5–200 кПа.

От плотности и силы сцепления между частицами грунта в основном зависит производительность землеройных машин. Классификация основных видов грунтов по трудоемкости их разработки землеройными и землеройно-транспортными машинами и свойств грунта приведена в сборниках норм затрат труда (НЗТ).

Грунт при разработке разрыхляется и увеличивается в объеме, т.е. объем насыпи становится больше объема выемки, из которой грунт взят. Это явление, называемое первоначальным разрыхлением грунта, характеризуется коэффициентом первоначального разрыхления кР. Он представляет собой отношение объема разрыхленного грунта к объему грунта в естественном состоянии. Уложенный в насыпь разрыхленный грунт со временем уплотняется под действием собственного веса, под влиянием массы вышележащих слоев грунта или механического уплотнения, движения транспорта и т.п.

Однако грунт длительное время не занимает того объема, который он занимал до разработки, сохраняя остаточное разрыхление, показателем которого является коэффициент остаточного разрыхления грунта кор.

Для обеспечения устойчивости земляных сооружений их возводят с откосами, крутизна которых характеризуется отношением высоты H к заложению A:

, (2.1)

где m – коэффициент заложения.

Крутизна откоса (рис. 2.6) зависит от угла естественного откоса α, при котором грунт находится в состоянии предельного равновесия. При глубине выемки более 5 м крутизна откосов устанавливается проектом.

Рис. 2.6. Крутизна откоса

Откосы постоянных сооружений делаются более пологими, чем откосы временных сооружений, и составляют не менее чем 1:1,5.

Водоудерживающая способность – сопротивляемость грунта прониканию воды.

Водоудерживающая способность очень высока у глинистых грунтов и низка у песчаных. По этой причине песчаные грунты называются дренирующими, т. е. хорошо пропускающими воду, а глинистые – недренирующими.

Читать еще:  Условная вязкость грунтовки гост

Дренирующая способность грунтов характеризуется коэффициентом фильтрации Кф = 1–150 м/сут.

Расчет устойчивости скального откоса (склона)

Расчет устойчивости скального откоса (склона) заключается в определении коэффициента устойчивости Kуст, рассчитываемого как для всего откоса (склона), так и для отдельных его частей (блоков).

Коэффициент устойчивости скального откоса (склона)

Коэффициент устойчивости скального откоса (склона) равен отношению удерживающих сил к сдвигающим силам. Отсюда можно понять, что возможно три основных случая:

  • Kуст 1 – устойчивость обеспечена.

Таким образом, в норме данный коэффициент всегда должен быть больше единицы, при этом нормативные документы устанавливают минимально требуемую величину коэффициента устойчивости [K], которая учитывает коэффициент надежности по ответственности сооружения, коэффициент условий работы, коэффициент сочетания нагрузок.

Как правило, для основного сочетания нагрузок [K]=1,3…1,5. Для особого сочетания нагрузок [K]=1,1…1,2. Точное значение минимально требуемого коэффициента устойчивости скального откоса (склона) определяется в соответствии с СП 116.13330.2012, СП 436.1325800.2018 и другими нормативными документами.

Заметим, что устойчивость скального откоса (склона) может оцениваться и по другим критериям, например – в СП 342.1325800.2017 используется дефицит устойчивости S, который равен разности между сдвигающими и удерживающими силами. При S > 0 откос или склон рассматриваемого очертания является неустойчивым.

Вне зависимости от используемых критериев оценки устойчивости скального откоса (склона), для целей сопоставления различных решений удобно за критерий оценки устойчивости принять коэффициент устойчивости Kуст, который может быть рассчитан следующим образом: Kуст = R/T, где R – расчетное значение обобщенной несущей способности, а T – расчетное значение обобщенного силового воздействия. Подробнее об этом написано в ОДМ 218.2.051-2015.

Необходимость сопоставления различных решений присутствует практически всегда, и особенно это актуально для скальных грунтов, т.к. устойчивость скальных склонов, в отличие от дисперсных грунтов, обусловлена особенностями строения скальных массивов, являющихся структурно-анизотропными (неоднородными) средами.

Расчет устойчивости скального откоса (склона)

Расчет устойчивости скального откоса (склона) должен учитывать следующие основные моменты:

  • характер и расположение (направление) поверхностей ослабления (трещиноватость, слоистость и т.д.);
  • прочностные параметры скальных грунтов и их изменение в процессе строительства, в том числе под влиянием технологии разработки грунта;
  • внешние нагрузки от существующих и проектируемых объектов;
  • гидрогеологические условия (обводненность пород);
  • сейсмические воздействия и другие особые нагрузки.

При проектировании скальных массивов основная ошибка заключается в допущении, что скальный грунт – это прочный грунт, который выдержит любые нагрузки. На самом деле, как отмечено выше, прочность скального массива далеко не всегда определяется прочностью образца грунта, т.к. большое значение имеет трещиноватость и характер трещиноватости. Кроме того, прочностные характеристики скального грунта значительно ухудшаются при подрезке склона, поэтому всегда нужно предусматривать крепление.

Расчет устойчивости скального откоса (склона) выполняется общепринятыми методами теории предельного равновесия грунтов (методы Моргенштерна-Прайса, Шахунянца, Бишопа и др.), а также методом конечных элементов с использованием метода снижения прочностных характеристик и упругопластической модели грунтов.

Расчет устойчивости скальных склонов (откосов) методом предельного равновесия достаточно подробно изложен в «Руководстве по проектированию противооползневых и противообвальных защитных сооружений». Основная проблема заключается в том, что поверхность обрушения (скольжения) задается в соответствии с типовыми расчетными схемами, а не определяется расчетным путем.

Поверхность обрушения (скольжения) – это поверхность, отделяющая смещающуюся часть от основной неподвижной части массива горных пород. Именно на этой поверхности соотношение сил, удерживающих откос в равновесии, и сдвигающих является минимальным.

Расчет устойчивости скального откоса (склона) методом снижения прочностных характеристик (Strength Reduction Method – SRM), реализуемый с использованием метода конечных элементов (МКЭ) и упругопластической модели грунта, позволяет получать максимально корректные и достоверные результаты, что объясняется тремя главными обстоятельствами:

  • 1 – универсальность МКЭ, которая позволяет учитывать любое напластование грунтов, любые нагрузки, любые граничные условия, историю формирования напряженно-деформированного состояния (НДС) и тд;
  • 2 – высокая точность и надежность метода снижения прочности, которая подтверждена научными исследованиями, практикой строительства и расчетами задач, строгое решение которых известно из теории предельного равновесия;
  • 3 – данный расчетный подход позволяет получать объективные результаты, т.к. поверхность обрушения определяется в ходе расчета (причем одновременно с коэффициентом устойчивости), кроме того, количество упрощений и допущение значительно меньше, чем в расчетах методами предельного равновесия.

Наиважнейшим моментом в расчетах методом SRM является выбор упругопластической модели грунта для моделирования работы скального массива. Для оценки прочности и устойчивости трещиноватых скальных грунтов идеально подходит модель Хоека-Брауна, описание которой приведено в следующем разделе.

Следует заметить, что согласно требованию пункта 6.1.16 СП 436.1325800.2018 «Для сооружений классов ответственности КС-3 и КС-2 и грунтовых условий категории сложности III (СП 47.13330) расчеты устойчивости следует выполнять не менее чем двумя различными методами. В качестве обязательного, наряду с методами круглоцилиндрических поверхностей скольжения или различных модификаций метода отсеков, в состав расчетов должен быть включен метод снижения прочностных характеристик, реализуемый в рамках теории предельного равновесия или с использованием МКЭ с упругопластической моделью грунта».

Важный нюанс расчетов устойчивости склонов и откосов заключается в том, что иногда расчеты не подтверждают наблюдаемую ситуацию. Например, по расчету склона не устойчив, а по факту признаков возможной потери устойчивости нет. Действовать в таких ситуация нужно крайне осторожно. Согласно пункту 6.1.17 СП 436.1325800.2018 «Если расчеты устойчивости по прочностным характеристикам из отчета инженерно-геологических изысканий не подтверждают наблюдаемую ситуацию, то для сооружений классов ответственности КС-1 и КС-2 (ГОСТ 27751) допускается уточнение прочностных характеристик грунтов методом «обратных расчетов». Для сооружений класса КС-3 необходимо выполнение дополнительных инженерно-геологических изысканий».

Критерий прочности Хоека-Брауна

Критерий прочности Хоека-Брауна предназначен для оценки прочности и устойчивости трещиноватых скальных массивов. Полезно знать, что данный критерий теснейшим образом связан с наиболее известным и распространенным в геотехнике критерием Кулона-Мора. Другая особенность данного критерия заключается в том, что он основан на результатах большого числа экспериментальных исследований.

Применение модели с критерием прочности Хоека-Брауна требует задания следующих параметров:

  1. геологический индекс прочности GSI
  2. предел прочности ненарушенной породы на одноосное сжатие σci
  3. параметр ненарушенной породы mi
  4. коэффициента техногенной нарушенности массива D
  5. модуль деформации E
  6. коэффициент Пуассона ν.

К сожалению, в редких случаях данные параметры можно напрямую взять из отчета по инженерно-геологическим изысканиям. Как правило, бывают известны следующие основные параметры:

  • описание скального грунта
  • показатель качества скального грунта RQD
  • предел прочности на одноосное сжатие .
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector