Устойчивость откоса грунта обладающего только сцеплением - Ремонт и дизайн от ZerkalaSPB.ru
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Устойчивость откоса грунта обладающего только сцеплением

Устойчивость откоса грунта, обладающего только сцеплением

j = 0 (жирные глины)

С – составляет основную прочность откосов

На какую глубину (h) можно откопать котлован с вертикальными стенками?

Поверхность возможного обрушения

В С

T a Рассмотрим призму АВС

Q N С Q- вес призмы (разложим его на

h 2 составляющие T и N)

С sina=T/Q; ctga= ВС/h

a

А С- силы сцепления, действующие вдоль откоса

T = Q sina; Q =g; Т = — сдвигающая сила

sina=; АС = ; — удерживающая сила (т.к. изменяются по закону )

gоctga×sina — = 0; gо

но a — мы приняли произвольно (sina — изменяется в пределах 0…1),

при max использовании сил сцепления:

hmax ® при a = 45 о ; sin2a = 1; Тогда

Пример. Пусть:

С = 0,1кг/м 2 = 1т/м 2 = 0,01Мпа = 0,01МН/м 2

g = 2т/м 3 = 20кН/м 3 = 20·10 -3 МН/м 3

hmax= 2 ´ 1 / 2 = 1м,следовательно откос будет устойчив при вертикальной стенке не более 1 м.

2-ой способ расчета:

– при sin 2a =max = 1

|следующая лекция ==>
Влияние гидродинамического давления|Устойчивость откоса грунта, обладающего трением и сцеплением

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Устойчивость откоса грунта, обладающего только сцеплением.

Такому условию отвечают грунты с углом внутреннего трения (φ) = 0 (жирные глины).

Для жирных глин характеристика сцепления (с) – составляет основную прочность откосов.

Ставится задача, на какую глубину (h) можно откопать котлован в данных грунтах с вертикальными стенками?

Поверхность возможного обрушения

В С

T  Рассмотрим призму АВС

Q N С Q- вес призмы (разложим его на

h 2 составляющие T и N):

С sin=T/Q; ctg= ВС/h

А С- силы сцепления, действующие вдоль откоса

1-ой способ расчета:

Составим условие равновесия по поверхности возможного обрушения АС:

Сдвигающая сила Т, составляющая веса призмы АВС, определится выражением:

Q =; Тогда выполнив подстановку, получим: Т = — сдвигающая сила

Из геометрических соображений рассматриваемой призмы АВС, можно записать: sin=; АС =;тогда сила, удерживающая откос по поверхности возможного обрушения АС, в момент предельного состояния, за счет сцепления грунта, изменяющаяся по закону треугольника, т.е. как среднее значение С/2, может быть определена выражением:

Запишем условие равновесия по поверхности возможного обрушения АС и преобразуем его : оctgsin — = 0;

о

Составим уравнение равновесия на направлении АС:

Q =; Т = — сдвигающая сила

sin=; АС =;— удерживающая сила (т.к. изменяются по закону)

оctgsin — = 0; о

но  — мы приняли произвольно (sin — изменяется в пределах 0…1),

при max использовании сил сцепления:

hmax  при  = 45 о ; sin2 = 1; Тогда

Рассмотрим пример вычислений по полученной формуле, определяющей устойчивость откоса связного грунта при следующих условиях:

Пример.Пусть:

С = 0,1кг/м 2 = 1т/м 2 = 0,01Мпа = 0,01МН/м 2

 = 2т/м 3 = 20кН/м 3 = 20·10 -3 МН/м 3

hmax= 2 1 / 2 = 1м, следовательно откос будет устойчив при вертикальной стенке не более 1 м.

2-ой способ расчета:

Проверить устойчивость откоса сыпучего грунта можно через коэффициент устойчивости ηустойчив., определяемый как отношение удерживающих сил к сдвигающим силам, тогда после преобразований, получим:

В момент предельного состояния – в этом случае sin 2 =max = 1, получим

— Данное решение соответствует результату 1-го способа расчёта.

Таким образом, безопасная высота откоса из жирных глин (его устойчивое состояние) будет прямо пропорционально зависеть от сцепления и обратно пропорциональна удельному весу грунта.

Общие методы расчета устойчивости откосов: метод круглоцилиндрических поверхностей, область применения.

Устойчивость откоса грунта, обладающего трением и сцеплением.

  0; С  0 (графо — аналитический метод расчета)

Пусть обрушение откоса происходит

По круглоцилиндрической поверхности,

относительно центра вращения т..

Как рассчитать устойчивость такого откоса ?

уст – коэффициент устойчивости

откос делим на призмы;

Читать еще:  Уклон откоса при глинистых грунтах

определяем вес каждой части – призмы – Qi;

находим С и L – длину дуги.

Мудер.сил. = ;n — число призм

Мсдвиг.сил. = ; отсюда находимуст

уст =

Недостаток этого метода произвольное решение. (Точкой 0 мы задались произвольно). Необходимо найти наиболее опасный центр вращения, с уст = min, т.е. наиболее вероятную поверхность обрушения.

Центры вращения – т. О располагаются на одной линии под  36 на расстоянии 0,3 h.

Для всех точек О1 ,О2, О3 ,О4 …– строим поверхности скольжения – определяем 1 ,2,3,4 …- откладываем их в масштабе, соединяем и графически находим уст = min , т.е. наиболее вероятную поверхность обрушения, если при этом уст > 1, то откос устойчив, в противном случае необходимо принимать меры по увеличению устойчивости откоса.

Устойчивость откоса грунта обладающего только сцеплением

1 м оползень

1. Причины, приводящие к нарушению устойчивости массивов грунта в откосах.

1. – Увеличение крутизны откоса (подмыв берегов реки)

2. – Увеличение нагрузки на откос (строительство на бровке)

3. – Обводнение грунтов (уменьшение механических характеристик: С; j и увеличение объемного веса грунта )

4. — Деятельность строителей (устройство котлованов, выработок с вертикальными стенками)

2. Виды оползней

1. Оползни по поверхности в глубине массива (в движение приходит весь массив грунта в целом, характерно для грунтов, обладающих трением и сцеплением)

2. Сползание по поверхности откоса (осыпь) (характерно для песчаного грунта)

3. Разжижение грунтов (для водонасыщенных грунтов при динамических воздействиях)

3. Устойчивость откоса грунта, обладающего трением (С = 0)

Рассмотрим равновесие песчинки на откосе:

Q – вес песчинки

N – нормальная составляющая веса песчинки

Т — касательная составляющая веса песчинки

— Условие равновесия

f –коэффициент трения

При практических расчетах необходимо вводить коэффициент запаса прочности

Влияние гидродинамического давления.

Через откос выходит вода при высоком у.г.в. (откос дренирует).

Рассмотрим равновесие песчинки в месте выхода воды.

DI — гидродинамическое давление

В пределе угол Ð должен быть равен 90-a — т.е. откос должен быть положе.

Гидродинамическое давление воды возникает в момент откачки воды из котлована.

Устойчивость откоса грунта, обладающего только сцеплением.

j = 0 (жирные глины)

С – составляет основную прочность откосов

На какую глубину (h) можно откопать котлован с вертикальными стенками?

Поверхность возможного обрушения

В С

T a Рассмотрим призму АВС

Q N С Q- вес призмы (разложим его на

h 2 составляющие T и N)

С sina=T/Q; ctga= ВС/h

a

А С- силы сцепления, действующие вдоль откоса

T = Q sina; Q =g; Т = — сдвигающая сила

sina=; АС = ; — удерживающая сила ( т.к. изменяются по закону )

ctga×sina — = 0; gо

но a — мы приняли произвольно (sina — изменяется в пределах 0…1),

при max использовании сил сцепления:

hmax ® при a = 45о; sin2a = 1; Тогда

Пример. Пусть:

С = 0,1кг/м2 = 1т/м2 = 0,01Мпа = 0,01МН/м2

g = 2т/м3 = 20кН/м3 = 20·10-3МН/м3

hmax= 2 ´ 1 / 2 = 1м, следовательно откос будет устойчив при вертикальной стенке не более 1 м.

2-ой способ расчета:

– при sin 2a =max = 1

Устойчивость откоса грунта, обладающего трением и сцеплением.

j ¹ 0; С ¹ 0 (графо — аналитический метод расчета)

По круглоцилиндрической поверхности,

относительно центра вращения т..

Как рассчитать устойчивость такого откоса ?

hуст – коэффициент устойчивости

1.) откос делим на призмы;

2.) определяем вес каждой части – призмы – Qi;

3.) раскладываем Qi на Ti и Ni;

4.) находим С и L – длину дуги.

Мудер.сил. = ; n — число призм

Мсдвиг.сил. = ; отсюда находим hуст

Недостаток этого метода произвольное решение. (Точкой 0 мы задались произвольно). Необходимо найти наиболее опасный центр вращения, с hуст = min, т.е. наиболее вероятную поверхность обрушения.

Центры вращения – т. О располагаются на одной линии под Ð 36° на расстоянии 0,3 h.

Для всех точек О1 ,О2, О3 ,О4 …– строим поверхности скольжения – определяем h1 ,h2, h3, h4 …- откладываем их в масштабе, соединяем и графически находим hуст = min , т.е. наиболее вероятную поверхность обрушения, если при этом hуст > 1, то откос устойчив, в противном случае необходимо принимать меры по увеличению устойчивости откоса.

Устойчивость откоса грунта обладающего только сцеплением

Способность земляных сооружений сохранять предусмотрен­ные проектом форму и размеры называется их устойчи­востью.

Устойчивость насыпей, траншей и котлованов в первую оче­редь обеспечивается правильным выбором крутизны их отко­сов. Откосы — это наклонные боковые поверхности земляных сооружений. Устанавливая эту крутизну, необходимо учитывать высоту или глубину сооружения, разновидность грунта, его влажность и угол естественного откоса (угол между линией го­ризонта и наклонной плоскостью, по которой частицы грунта, отсыпанного без сотрясений, толчков и колебаний, перестают двигаться под действием силы тяжести).

Величину угла естественного откоса грунта определяют опытным путем и выражают в градусах окружности. У несвяз­ных сыпучих грунтов (песка, гравия) эта величина зависит от силы внутреннего трения, на которую влияет гранулометричес­кий состав и влажность грунта. В глинистых грунтах внутрен­нее трение дополняется силами сцепления, которые обеспечи­вают равновесие частиц, находящихся под действием внешних сил.

Крутизну откосов земляных сооружений обычно выражают отношением высоты откоса к его заложению (проекции на го­ризонтальную плоскость). Наибольшая допустимая крутизна котлованов и траншей без крепления приводится в таблице 1.

Крутизну откосов котлованов и траншей глубиной более 5 ж, а также менее 5 м, но при неблагоприятных гидрогеологи­ческих условиях (наличие грунтовых вод и пр.) устанавливают в проекте сооружения.

Особенно важно выдерживать крутизну откосов траншей при устройстве водопровода, канализации и прокладке дренажа. Этими работами должны заниматься специалисты, которые отлично владеют технологиями производства такого рода работ. Часто возникает необходимость устройства водопровода, канализации или дренажа в частных домах. Не все владельцы частных домов могут самостоятельно выполнить такие работы. Поэтому лучшим вариантом их выполнения будет привлечение специалистов, обладающих соответствующей техникой, знаниями и навыками. Для этого достаточно зайти на сайт http://bs-gatchina.ru/uslugi/ustrojstvo-kananalizatsii где можно в кратчайшие сроки решить такие вопросы. Как правило, это будет быстро, качественно и экономически выгодно.

Таблица 1 Наибольшая допустимая крутизна откосов выемок

Откосы насыпей делают более пологими, чем выемок, так как насыпной грунт обладает меньшей устой­чивостью по сравнению с неразработанным, Устройство котло­ванов и траншей без откосов, т. е. с вертикальными стенками, допускается только в грунтах естественной влажности и на оп­ределенную глубину:

— в насыпных песчаных и гравелистых грунтах — не более 1 м;

— в супесях — не более 1,25 м;

— в суглинках и глинах — до 1,5 м;

— в особо плотных нескаль­ных грунтах — не более 2 м. Во избежание обвалов, которые могут возникнуть в результате потери устойчи­вости, разработку котлова­нов и траншей большей глубины ведут с креплением вертикальных стенок.

При глубине траншей до 3 м применяют крепления из досок с прозорами (рис. 94, а), а от 3 до 5 м — сплошные (рис. 1, б). Крепление устанавливают по мере разработки тран­шеи, подводя доски снизу к установленным ранее и при­жимая их к стенкам тран­шеи распорками.


Рис. 1 Крепление стенок траншей и кот­лованов:
а — горизонтальное с прозорами; б — горизон­тальное сплошное; в — анкерное крепление стенок котлована; 1 — распорки; 2 — доски; 3 — бобышки; 4 — стояки; 5 — сваи; 6 — анкерная свая

Котлованы крепят досками или щитами, которые прижимают к стенкам выемки анкерными сваями (рис. 94,в). Для крепле­ния выемок глубиной более 5 м разработаны специальные виды креплений, которые устанавливают в проекте производства ра­бот применительно к местным условиям.

Зависимость очертания откосов от свойств грунтов

Откосы являются наиболее неустойчивой частью земляного полотна в насыпях и выемках. При нарушении условий равновесия откосы деформируются.

Опыт эксплуатации автомобильных дорог показал, что устойчивость откосов насыпей и выемок следует проверять расчетом при рабочих отметках более 12 м.

Очертание откосов зависит от свойств грунта: угла внутреннего трения φ и удельного сцепления с.

Для того чтобы не допустить деформаций откосов земляного полотна сооружению следует придавать такое очертание, при котором обеспечивается устойчивое равновесие сил, действующих на откосы.

Силами, вызывающими деформации откосов, являются нагрузки от собственного веса грунтового массива, веса дорожной одежды и воздействия подвижной нагрузки.

Силами, удерживающими неизмененными очертания откосов. Являются силы внутреннего трения и сцепления в грунте.

Предельное очертание откоса может быть установлено из следующих соображений:

Представим себе массив грунта шириной l, имеющий вертикальную плоскость (рис. 3.3). Обрушение этого массива произойдет по поверхности скольжения.

Рассмотрим условия равновесия данного массива грунта.

Рис. 3.3. Поверхность устойчивого откоса: а – поверхность откоса, образующегося при обрушении, б – построение устойчивого откоса в многослойных грунтах методом Н.Н. Маслова; 1 – природный откос; 2 – расчетный откос; 3 – сглаженный расчетный откос

Обрушение призмы происходит под действием касательной силы, равной проекции силы тяжести на направление скольжения

Сопротивление сдвигу отказывают:

· сила сцепления, действующая между частицами грунта

;

сила внутреннего трения, равная нормальному давлению N, умноженному на коэффициент трения

.

Коэффициент трения равен тангенсу угла внутреннего трения tgφ

f = tgφ.

Удельное сцепление с и tgφ являются расчетными параметрами грунта и определяются в лаборатории.

Условие предельного равновесия, соответствующее равенству сдвигающих и удерживающих сил, выразится зависимостью

.

Разделим обе части выражения на получим

.

Поскольку

.

Из полученного уравнения следует, что чем больше высота откоса, тем меньше требуется угол α, то есть верхняя часть откосов устойчива при больших углах α, а в нижней части откосы должны быть более пологими.

Для различных грунтов численные значения tgφ и с меняются в широких пределах. Кроме того, для одного и того же грунта с увеличением влажности эти величины уменьшаются.

Различают две резко различные группы грунтов:

· Сыпучие грунты, обладающие большим внутренним трением и весьма малым сцеплением.

Например, для песка φ = 40°; tgφ = 0,7; с = 0,005–0,01 МПа.

Для этих грунтов полученное выражение примет вид, если вторым членом пренебречь

.

Вывод: Для сыпучих грунтов угол откоса не зависит от высоты откоса и равен углу внутреннего трения tgφ.

· Связные грунты, обладающие высоким сцеплением и малым углом внутреннего трения

Например, для глин φ = 10°; tgφ = 0,1; С = 0,1 – 0,15 МПа.

Для связных грунтов можно пренебречь первым членом в правой части приведенного выше выражения.

.

Вывод: Высота откоса в связных грунтах влияет на очертание откоса, то есть для грунтов обладающих сцеплением линия устойчивого откоса должна иметь криволинейное очертание (рис. 3.4). Следует иметь в виду, что, применяя одинаковую крутизну откоса, возведенного из связных грунтов из удобства производства работ, обеспечивается разную степень устойчивости откоса земляного полона по высоте.

Для повышения устойчивости при высоких насыпях (h > 6 м) и глубоких выемках крутизну откосов устаивают переменной (рис. 3.5). Устойчивость откосов может быть повышена устройством берм – горизонтальных площадок на откосах насыпей и выемок шириной не менее 1,5–2,0 м. Бермы уменьшают скорость стекания воды по откосам, предотвращая его размывание.

Рис. 3.4. Откосы переменной крутизны:

а – с переменной крутизной откосов(без берм); б – с бермами; 1 берма

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector