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

Устойчивость откосов грунта считается обеспеченной

Инженерные методы расчета устойчивости откосов и склонов

Устойчивость откосов и склонов

Общие положения

Откосом называется искусственно созданная поверхность, ограничивающая природный грунтовый массив, выемку или насыпь. Откосы образуются при возведении различного рода насыпей (дорожное полотно, дамбы, земляные плотины и. т.д.), выемок (котлованы, траншеи, каналы, карьеры и .п.) или при перепрофилировании территорий.

Склоном называется откос, образованный природным путем и ограничивающий массив грунта естественного сложения.

При неблагоприятном сочетании разнообразных факторов массив грунтов, ограниченный откосом или склоном, может перейти в неравновесное состояние и потерять устойчивость.

Основными причинами потери устойчивости откосов и склонов являются:

устройство недопустимо крутого откоса или подрезка склона, находящегося в состоянии, близком к предельному;

увеличение внешней нагрузки (возведение сооружений, складирование материалов на откосе или вблизи его бровки);

изменение внутренних сил (увеличение удельного веса грунта при возрастании его влажности или, напротив, влияние взвешивающего давления воды на грунты);

неправильное назначение расчетных характеристик прочности грунта или снижение его сопротивления сдвигу за счет, например повышения влажности;

проявление гидродинамического давления, сейсмических сил, различного рода динамических воздействий (движение транспорта, забивка свай и. т.п.).

Инженерные методы расчета устойчивости откосов и склонов

В проектной практике применяются инженерные методы расчета устойчивости, содержащие различного рода упрощающие предположения. Наиболее распространенный из них – метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения, относящий к схеме плоской задачи.

Рис. 1. Схема к расчету устойчивости откосов методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения: а) – расчетная схема; б) – определение положения наиболее опасной поверхности скольжения; 1, 2, … — номера элементов.

Этот метод был впервые применен К. Петерсоном в 1916 г. для расчета устойчивости откосов (тогда и долгое время назывался методом шведского геотехнического общества).

Рассмотрим широко используемую модификацию этого метода. Предположим, что потеря устойчивости откоса или склона, представленного на рис. 1, а, может произойти в результате вращения отсека грунтового массива относительно некоторого центра . Поверхность скольжения в этом случае будет представлена дугой окружности с радиусом r и центром в точке . Смещающийся массив рассматривается как недеформируемый отсек, все точки которого участвуют в общем движении. Коэффициент устойчивости принимается в виде

, (1)

где и — моменты относительно центра вращения всех сил, соответственно удерживающих и смещающих отсек.

Для определения входящих в формулу (1) моментов отсек грунтового массива разбивается вертикальными линиями на отдельные элементы. Характер разбивки назначается с учетом неоднородности грунта отсека и профиля склона так, чтобы в пределах отрезка дуги скольжения основания каждого i-го элемента прочностные характеристики грунта j и с были постоянными. Вычисляются силы, действующие на каждый элемент: вес грунта в объеме элемента и равнодействующая нагрузки на его поверхность . При необходимости могут быть также учтены и другие воздействия (фильтрационные, сейсмические силы и т.д.). Равнодействующие сил считаются приложенными к основанию элемента и раскладываются на нормальную и касательную составляющие к дуге скольжения в точке их приложения. Тогда

; (2)

Соответственно момент сил, вращающих отсек вокруг 0, определился как

(3)

где п – число элементов в отсеке.

Принимается, что удерживающие силы в пределах основания каждого элемента обусловливаются сопротивлением сдвигу за счет внутреннего трения и сцепления грунта. Тогда с учетом выражения для закона кулона можно записать

, (4)

где — длина дуги основания i-го элемента, определяемая как . Здесь — ширина элемента)

Отсюда момент сил, удерживающих отсек, будет иметь вид

. (5)

Учитывая формулу (1), окончательно получим

. (6)

При устойчивость отсека массива грунта относительно выбранного центра вращения 0 считается обеспеченной. Основная сложность при практических расчетах заключается в том, что положение центра вращения 0 и выбор радиуса r, соответствующие наиболее опасному случаю, неизвестны. Поэтому обычно проводится серия таких расчетов при различных положениях центров вращения и значениях r. Чаще всего наиболее опасная поверхность скольжения проходит через нижнюю точку откоса или склона. Однако если в основании залегают слабые грунты с относительно низкими значениями прочностных характеристик j и с, то это условие может не выполняться.

Один из приемов нахождения наиболее опасного положения поверхности скольжения заключается в следующем. Задавясь координатами центров вращения 01, 02, …, 0n на некоторой прямой, определяют коэффициенты устойчивости для соответствующих поверхностей скольжения и строят эпюру значений этих коэффициентов (рис.1,б). Через точку 0min, соответствующую минимальному коэффициенту устойчивости, проводят по нормали второй отрезок прямой и, располагая на нем новые центры вращения , , …, вновь оценивают минимальное значение коэффициента устойчивости. Тогда и определит положение наиболее опасной поверхности скольжения. При устойчивость откоса или склона будет обеспечена.

Строй-справка.ру

Отопление, водоснабжение, канализация

Навигация:
Главная → Все категории → Земляные работы

Устойчивостью земляных сооружений называется их способность сохранять проектную форму и размеры и обусловливается равновесием масс под действием внешних и внутренних сил. Устойчивость зависит от угла естественного откоса грунта, который образуется плоскостью откоса с горизонтальной плоскостью поверхности грунта. Величина угла естественного откоса определяется опытным путем.

Крутизна откосов насыпи или выемки характеризуется отношением высоты откоса Н к его заложению или тангенсом угла наклона откоса к горизонту
(рис. 3. 1).

Наибольшая крутизна откосов зависит от высоты насыпи или глубины выемки, характеристики грунтов (угла внутреннего трения, сцепления, влажности) и условии производства работ (рис. 3.2),

Рис. 3.1. Элементы откоса
о —насыпи; б – выемки; Я-высота откоса; 1-проекция откоса на горизонтальную плоскость; а —крутизна откоса

Рис. 3.2. Поперечные профили земляного полотна

Рис. 3.3. Принципиальные схемы типов креплений
а — консольного; б — анкерного; в — консольно-распорного; г — распорного; д — подносного; е — подвесного; 1 — щиты (доски); 2 —стойки (сваи); 3 — анкеры; 4 — распорки; 5 — подкосы; 6 — упоры (якоря); 7 —опора; 8 — кольцо

Способы крепления откосов временных выемок. При ведении земляных работ на территории действующих предприятий в стесненных условиях или при наличии грунтовых вод, плывунов и при других сложных гидрогеологических условиях необходимо производить крепление траншей и котлованов. Необходимость креплений устанавливается проектом; устройство креплений вертикальных стенок траншей и котлованов требует значительных затрат ручного труда, поэтому крепление производят только в том случае, когда это экономически целесообразно или когда не представляется возможным устройство откосов.

Рис. 3.4. Шарнирно-винтовые крепления

В зависимости от вида грунта, ширины и глубины выемок и сроков службы применяются различные типы креплений. Для узких траншей глубиной 2—4 м в сухих грунтах применяются горизонтально-рамное крепление, состоящее из стоек, горизонтальных досок или дощатых (сплошных и несплошных) щитов и распорок, прижимающих доски или щиты к стенкам траншеи. Распорки устанавливают по длине траншеи на расстоянии 1,5—1,7 м одна от другой и по высоте через 0,6— 0,7 м.

В тех случаях, когда исключается возможность установки распорок (при разработке широких котлованов) , применяют анкерные или подкосные крепления.

Для устройства анкерных креплений вдоль стенок котлована забивают стойки на глубину 0,5—1 м, сверху оттягивают их анкерными тягами в виде двух пластин, прикрепленных к наклонно забитой свае, а за стойками устанавливают щиты или дощатую стенку.

Читать еще:  Фосфатирующая грунтовка по металлу технические характеристики

Подкосные крепления состоят из дощатых щитов, устанавливаемых вдоль откосов стоек, которые удерживаются подкосами, и упоров, забиваемых у основания подкосов.

Консольно-распорные крепления характеризуются тем, что стойки (сваи) удерживаются главным образом путем защемления нижней их части, забитой в дно выемки. Наиболее широко применяется крепление из деревянного или стального шпунта. При безраспорном креплении стойки располагаются через определенный шаг, а в шпунтовом их забивают без интервала. В качестве шпунта могут быть использованы стальные профили.

При анкерном креплении стойки в верхней части кроме защемления закрепляются еще и анкерами. В отличие от анкерного крепления при консольно-рас-порном защемлении стойки крепят вверху распорками.

Подвесные крепления имеют горизонтальные элементы, выполняющие роль упорных прогонов, которые подвешивают к опорной раме, укладываемой на поверхности выемки.

Этот вид крепления наиболее часто применяется для крепления шурфов прямоугольного сечения глубиной до 2—5 м в зависимости от назначения.

В сыпучих и неустойчивых грунтах ставят распорные или срубовые крепления из пластин и брусьев (рис. Ш.З).

В вязких грунтах и при сильном притоке воды забивают ограждающие шпунтовые стенки из досок или брусьев, укрепляемые распорками. На поверхности земли по размерам колодца укладывают деревянную брусчатую раму, а затем с наружных сторон брусьев рамы, вплотную к ним, забивают доски длиной 1,5—2 м с некоторым наклоном и под защитой забитых досок роют котлован. После заглубления на 1 — 1,5 м на дне колодца устанавливают вторую такую же раму и забивают-второй ряд досок.

В таком же порядке работу продолжают до достижения необходимой глубины.

Крепление вертикальных стенок траншей глубиной до 3 м должно быть, как правило, инвентарным (рис. Ш.4). Щиты обычно устанавливают вертикально и распирают их инвентарными металлическими распорками. В связных грунтах естественной влажности устанавливаются щиты с прорезями, а в грунтах с повышенной влажностью применяются сплошные щиты.

Необходимость крепления вертикальных стенок траншей и котлованов или разработка их с откосами обосновывается проектом в зависимости от глубины, состояния грунтовых вод и других местных условий.

Нормы предусматривают разработку в определенных случаях траншей и котлованов с вертикальными стенками без крепления при отсутствии грунтовых вод, в грунтах естественной влажности. Глубина выемки без крепления не должна превышать: в песчаных и гравелистых грунтах— 1 м, в супесях— 1,25; в суглинках и глинах— 1,5 м; в особо плотных нескальных грунтах—2 м.

Разработка траншей с вертикальными стенками роторными и траншейными экскаваторами в связных грунтах (суглинках, глинах) допускается без крепления на глубину не более 3 м.

Работы по сооружению фундаментов, прокладыванию инженерных сетей и т. п. в траншеях с вертикальными стенками без креплений следует вести немедленно вслед за выемкой грунта во избежание, его осыпания или оползания.

При рытье в указанных условиях более глубоких траншей и котлованов без креплений необходимо устраивать откосы, крутизну которых определяют по СНиП.

Навигация:
Главная → Все категории → Земляные работы

Устойчивость откосов и склонов

Общие положения

Откосом называется искусственно созданная поверхность, ограничивающая природный грунтовый массив, выемку или насыпь. Откосы образуются при возведении различного рода насыпей (дорожное полотно, дамбы, земляные плотины и. т.д.), выемок (котлованы, траншеи, каналы, карьеры и .п.) или при перепрофилировании территорий.

Склоном называется откос, образованный природным путем и ограничивающий массив грунта естественного сложения.

При неблагоприятном сочетании разнообразных факторов массив грунтов, ограниченный откосом или склоном, может перейти в неравновесное состояние и потерять устойчивость.

Основными причинами потери устойчивости откосов и склонов являются:

устройство недопустимо крутого откоса или подрезка склона, находящегося в состоянии, близком к предельному;

увеличение внешней нагрузки (возведение сооружений, складирование материалов на откосе или вблизи его бровки);

изменение внутренних сил (увеличение удельного веса грунта при возрастании его влажности или, напротив, влияние взвешивающего давления воды на грунты);

неправильное назначение расчетных характеристик прочности грунта или снижение его сопротивления сдвигу за счет, например повышения влажности;

проявление гидродинамического давления, сейсмических сил, различного рода динамических воздействий (движение транспорта, забивка свай и. т.п.).

Инженерные методы расчета устойчивости откосов и склонов

В проектной практике применяются инженерные методы расчета устойчивости, содержащие различного рода упрощающие предположения. Наиболее распространенный из них – метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения, относящий к схеме плоской задачи.

Рис. 1. Схема к расчету устойчивости откосов методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения: а) – расчетная схема; б) – определение положения наиболее опасной поверхности скольжения; 1, 2, … — номера элементов.

Этот метод был впервые применен К. Петерсоном в 1916 г. для расчета устойчивости откосов (тогда и долгое время назывался методом шведского геотехнического общества).

Рассмотрим широко используемую модификацию этого метода. Предположим, что потеря устойчивости откоса или склона, представленного на рис. 1, а, может произойти в результате вращения отсека грунтового массива относительно некоторого центра

Для определения входящих в формулу (1) моментов отсек грунтового массива разбивается вертикальными линиями на отдельные элементы. Характер разбивки назначается с учетом неоднородности грунта отсека и профиля склона так, чтобы в пределах отрезка дуги скольжения основания каждого i-го элемента прочностные характеристики грунта j и с были постоянными. Вычисляются силы, действующие на каждый элемент: вес грунта в объеме элемента

Соответственно момент сил, вращающих отсек вокруг 0, определился как

где п – число элементов в отсеке.

Принимается, что удерживающие силы в пределах основания каждого элемента

Отсюда момент сил, удерживающих отсек, будет иметь вид

Учитывая формулу (1), окончательно получим

Один из приемов нахождения наиболее опасного положения поверхности скольжения заключается в следующем. Задавясь координатами центров вращения 01, 02, …, 0n на некоторой прямой, определяют коэффициенты устойчивости

Мероприятия по повышению устойчивости откосов и склонов.

Одним из наиболее эффективных способов повышения устойчивости откосов и склонов является их выполаживание или создание уступчатого профиля с образованием горизонтальных площадок (берм) по высоте откоса. Однако это всегда связано с увеличением объемов земляных работ. При относительно небольшой высоте откосов может оказаться эффективной пригрузка подошвы в его низовой части или устройство подпорной стенки, поддерживающей откос. Положительную роль также играют закрепление поверхности откоса одерновкой, мощением камнем, укладкой бетонных или железобетонных плит.

Важнейшим мероприятием является регулирование гидрогеологического режима откоса или склона. С этой целью сток поверхностных вод перехватывается устройством нагорных канав, отведением воды с берм. Подземные воды, высачивающиеся на поверхности откоса или склона, перехватываются дренажными устройствами с отведением вод в специальную ливнесточную сеть.

При необходимости разрабатываются сложные конструктивные мероприятия типа прорезания потенциально неустойчивого массива грунтов системой забивных или набивных свай, вертикальных шахт и горизонтальных штолен, заполненных бетоном и входящих в подстилающие неподвижные части массива. Используется также анкерное закрепление неустойчивых объемов грунта, часто во взаимодействии с подпорными стенками или свайными конструкциями.

Изучение вопроса повышения устойчивости откосов дорожных насыпей с использованием геосинтетических материалов

Рубрика: Технические науки

Читать еще:  Угол откоса у суглинистых грунтов

Дата публикации: 10.04.2017 2017-04-10

Статья просмотрена: 362 раза

Библиографическое описание:

Гайлитис, Д. И. Изучение вопроса повышения устойчивости откосов дорожных насыпей с использованием геосинтетических материалов / Д. И. Гайлитис, С. О. Полозуко, Е. И. Воронин. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2017. — № 14 (148). — С. 53-56. — URL: https://moluch.ru/archive/148/41844/ (дата обращения: 06.10.2021).

Ключевые слова: дорожные насыпи, устойчивость откосов, геосинтетические материалы

Известно, что на дорогах, проложенных на участках с пересеченным рельефом, могут возникать различные деформации откосов. Это может происходить из-за выклинивания грунтовых вод, чрезмерной крутизны откосов, применения неустойчивых грунтов для возведения насыпей. Для расчета устойчивости насыпи учитывается несколько факторов: крутизна откоса, особенности грунтов, цели укрепления откоса. На этом этапе появляется необходимость инженерных расчетов и геологических изысканий. Однако, сегодня имеются материалы и конструкции, используемые для откосов разной крутизны. К ним и относятся геосинтетики.

При недостаточной устойчивости откосов насыпи повысить устойчивость можно, используя жесткие плоские геоткани, георешетки или объемные материалы, имеющие коэффициент относительного удлинения при разрыве не более 10–15 %. Применение геосинтетических материалов для повышения устойчивости откосов насыпи основано на совместной работе прослойки и грунта в зоне оползания откоса. Назначение армирующих прослоек заключается в повышении сдвиговой прочности толщи грунта.

Кроме того, геосинтетические материалы обладают высокой долговечностью и устойчивостью к агрессивным воздействиям.

Проведя анализ характеристик геосинтетических материалов как зарубежного, так и отечественного производства, следует выделить несколько наиболее интересных материалов, которые можно рекомендовать для повышения устойчивости откосов насыпей в дорожном строительстве.

Достаточно широкое распространение на сегодняшний день получают сооружения из армированного грунта, которые представляют собой искусственное сооружение, выполненное посредством послойного армирования грунта насыпи геосинтетическими материалами, в частности — одноосно ориентированными георешетками. Эффект армирования в данном случае состоит в неодинаковом ограничении геосинтетическим материалом нормальной деформации в разных направлениях.

Технология применения геосинтетики менее трудоемка, по сравнению с сооружением стен из бетона. Она позволяет существенно увеличивать ставку экономической выгоды, по сравнению с использованием традиционных технологий, предполагающих возведение бетонных подпорных стен, шпунтовых ограждений или даже замену грунта при выполнении строительных работ на площадках со слабым неустойчивым основанием.

Геотекстиль Стабилекс (геоткань) — относится к разделу геосинтетиков и представляет собой тканое полотно из высокопрочных полиамидных нитей. Применяется для строительства насыпей повышенной крутизны из сыпучих материалов возведения подпорных стен.

Аналогичный геоматериалу Стабилекс материал Геоспан ТН — тканый геотекстиль, изготавливаемый из прочных полипропиленовых нитей, что обуславливает применение материала для армирования грунтов и повышения их устойчивости в откосах.

Тканая структура Геоспана ТН обеспечивает высокие показатели прочности на разрыв в продольном и поперечном направлении, а также низкую деформативность. Геоспан ТН повышает прочность грунтов за счёт увеличения несущей способности; улучшения сопротивления колееобразованию; предотвращения неравномерных просадок.

Нотекс (NOTEX®GX) — универсальная усилительная геосетка, разработанная для всех способов армирования любых типов грунта. Изготовлена по инновационной технологии из полиэфирных или полипропиленовых нитей, обладает высокой прочностью при малых деформация. Гибкая, устойчивая георешетка Notex GX может быть применена для укрепления насыпей и откосов, стен и опор, а также несущих конструкций.

Рис. 1. Внешний вид геосетки Нотекс (NOTEX®GX)

Также наряду с геотканями можно применять георешетки, которые прекрасно зарекомендовали себя в дорожном строительстве. В частности, их применяют для объемного армирования грунта. Главным параметром георешетки считается высота ребра, которая колеблется от 50 до 200 мм, и размер ячеек — 160–320 мм. Эти параметры подбирают в зависимости от крутизны склона и типа насыпного материала. Объемная георешетка выпускается в двух вариантах: изделие с перфорацией и без нее. Перфорация обеспечивает лучший дренаж и применяется для укрепления крутых склонов. Неперфорированным материалом армируют основания [3].

Среди отечественных геосинтетических материалов можно выделить георешетку «Славрос СО». Она является эффективным видом армирования как несвязных, так и связных грунтов. Армирование грунта георешетками, ориентированными одноосно, используется для увеличения сопротивлению сдвигу связного грунта в условиях как кратковременного, так и длительного нагружения.

Рис. 2. Внешний вид георешетки «Славрос СО»

В основу работы георешетки положено свойство поверхности геоматериала фиксировать верхние слои грунта. Георешетка вместе с наполнителем создает армирующий слой, который препятствует деформации грунта. Как утверждает производитель, георешетка «Славрос СО» хорошо работает во всех климатических зонах и на любых грунтах.

При расположении в грунте в пределах сектора растягивающих деформаций армирование нарушает однородный характер деформаций, который существовал бы при отсутствии арматуры, и препятствует образованию в грунте непрерывных поверхностей обрушения, в результате чего грунт приобретает повышенную жесткость и прочность на сдвиг. По мере того, как грунт деформируется, в нем мобилизуется сопротивление сдвигающим нагрузкам, а деформации грунта вызывают деформацию арматуры, что приводит к дальнейшему возрастанию прочности армированного грунта.

Георешетка — геосинтетик, представляющий собой гибкий компактный модуль, состоящий из скрепленных между собой пластиковых лент, образующих в растянутом положении пространственную ячеистую конструкцию с заданными геометрическими сочетаниями и размерами. Материал для изготовления георешеток долговечен, не токсичен и экологически безопасен. Совокупность этих факторов обуславливает технологический эффект использования георешетки.

В зависимости от условий строительства укрепление с применением георешеток может быть как однослойным с горизонтальной прослойкой из геотекстиля, так и многослойным, обеспечивающим равномерное армирование всего массива земляной насыпи.

Георешетка T-TRACK — современный геосинтетический материал основой которого является полиэстер. К основным достоинствам можно отнести свойство сопротивляться высоким динамическим нагрузкам и устойчивость к механическим повреждениям. Это представляет этому материалу широкую сферу применения.

Композитные решетки ПараГрид TM представляют собой плоскую двуосную структуру, состоящую из совокупности композитных синтетических лент. Каждая отдельная лента имеет ядро, изготовленное из высокопрочных полиэфирных нитей заключенных в стабилизированную карбоном полиэтиленовую оболочку.

Еще один современный материал для армирования грунтов откоса — геосетка Триакс. Это трехосная сетка из полипропилена. Она состоит из правильных шестиугольников, образованных растяжением в двух направлениях при температуре более 120 градусов. При таком способе производства молекулы материала вытягиваются и упорядочиваются, тем самым возникают достаточно прочные связи и увеличивается прочность конечного продукта.

Рис. 3. Внешний вид геосетки Триакс

Правительственные программы по развитию дорожно-транспортного строительства интегрируют в культуру потребления современных материалов и технологий. Подрядные организации уже сегодня активно применяют геосинтетические материалы. Эти материалы позволяют увеличить срок службы дорог, а также повысить безопасность движения.

Таким образом, можно сделать вывод, что использование в земляном полотне геосеток или георешеток предотвращает вымывание грунта, повышает устойчивость откосов против оползания и может использоваться даже для армирования склонов большой высоты.

  1. ГОСТ Р 53225–2008 Материалы геотекстильные. Термины и определения. М: Стандартинформ, 2009. -11 с. 3. ГОСТ 33068–2014 Материалы геосинтетические для дренажных систем. Общие технические требования. М: Стандартинформ, 2014–52 с
  2. ГОСТ 33068–2014 Материалы геосинтетические для дренажных систем. Общие технические требования. М: Стандартинформ, 2014–52 с
  3. Львович Ю. М. Тенденции, пути развития и опыт применения геосинтетических материалов в дорожном строительстве // Применение геоматериалов при строительстве и реконструкции транспортных объектов: Материалы 2-й Междунар. науч.-техн. конф. — Санкт-Петербург, 2002. — 23 с.
Читать еще:  Характеристики пуфас грунтовка пропиточная мороз

Устойчивость откосов и склонов, давление грунта на подпорные стены

6.1. Общие положения

Откосом называется искусственно созданная поверхность, ограничивающая природный грунтовый массив, выемку или насыпь. Откосы образуются при возведении различного рода насыпей (дорожное полотно, дамбы, земляные плотины и т. д.), выемок (котлованы, траншеи, каналы, карьеры и т. п.) или при перепрофилировании территорий.

Склоном называется откос, образованный природным путем и ограничивающий массив грунта естественного сложения.

Откос отличают от склона большим углом наклона свободной поверхности к горизонтали. По различным литературным источникам откосом называют склон с углом наклона свободной поверхности к горизонтали более 30°. Нормативная классификация грунтовых массивов, подразделяющая их на склоны и откосы, отсутствует. В связи с эти приведенные выше определения откоса являются условными.

Массив грунта при определенных условиях может потерять устойчивость и в результате этого перейти из состояния статического равновесия в состояние движения. Такое состояние грунтового массива называется оползнем. Принятая классификация оползней основана на схемах потери устойчивости грунтового массива. Различают следующие виды оползней: оползни вращения; оползни скольжения; оползни разжижения(рис. 6.1).

Рис. 6.1. Виды оползней:

а – оползень вращения, б – оползень скольжения (пристенный оползень); 1 – поверхности скольжения в теле оползня, 2 – стационарная плоскость скольжения на границе оползня
с подстилающим устойчивым массивом

Для оползней вращения характерна форма потери устойчивости грунтового массива в виде движения по криволинейной поверхности с вращением. Оползни скольжения называют также пристенными оползнями, так как их движение при нарушении равновесия происходит по заранее известным плоскостям, являющимся плоскостями контакта грунтового массива с устойчивыми горными породами. Оползнями разжижения называют грязевые потоки разжиженного водой грунта по выработанным руслам рек и тельвегам, например, селевые потоки. Механика грунтов изучает первые два типа оползней. Нарушение равновесия массива грунта может происходить внезапно со сползанием значительных масс грунта.

Основными причинами потери устойчивости откосов и склонов являются:

· устройство недопустимо крутого откоса или подрезка склона, находящегося в состоянии, близком к предельному;

· увеличение внешней нагрузки (возведение сооружений, складирование материалов на откосе или вблизи его бровки);

· изменение внутренних сил (увеличение удельного веса грунта при возрастании его влажности или, напротив, влияние взвешивающего давления воды на грунты);

· неправильное назначение расчетных характеристик прочности грунта или снижение его сопротивления сдвигу за счет, например, повышения влажности;

· проявление гидродинамического давления, сейсмических сил, различного рода динамических воздействий (движение транспорта, забивка свай и. т. п.).

Устойчивость откоса из идеально сыпучего грунта. Откос из идеально сыпучего грунта имеет свободную поверхность, наклоненную к горизонтальной плоскости под углом α (рис. 6.2).

Элементарная частица грунта на свободной поверхности испытывает силу тяжести G, которую можно разложить на нормальную N и касательную T к наклонной поверхности компоненты:

. (6.1)

Элементарная частица грунта удерживается на наклонной поверхности силой трения, равной произведению нормальной компоненты силы тяжести на коэффициент трения. Обозначим коэффициент трения как тангенс угла внутреннего трения φ. Тогда из уравнения равновесия проекций всех сил на наклонную плоскость получим:

(6.2)

(6.3)

Полученный результат можно обобщить в виде следующего определения: угол наклона к горизонтальной плоскости свободной поверхности откоса, сложенного идеально сыпучим грунтом, равен углу внутреннего трения этого грунта. Этот результат можно использовать в качестве теоретической основы экспериментального метода по определению угла внутреннего трения сыпучего грунта.

6.2. Инженерные методы расчета устойчивости откосов и склонов

В проектной практике применяются инженерные методы расчета устойчивости, содержащие различного рода упрощающие предположения. Наиболее распространенный из них – метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения, относящий к схеме плоской задачи.

Этот метод был впервые применен К. Петерсоном в 1916 г. для расчета устойчивости откосов и долгое время назывался методом шведского геотехнического общества.

Рассмотрим широко используемую модификацию этого метода. Предположим, что потеря устойчивости откоса или склона, представленного на рис. 6.3, а, может произойти в результате вращения отсека грунтового массива относительно некоторого центра .

Поверхность скольжения в этом случае будет представлена дугой окружности с радиусом r и центром в точке . Смещающийся массив рассматривается как недеформируемый отсек, все точки которого участвуют в общем движении. Коэффициент устойчивости принимается в виде

, (6.3)

где и – моменты относительно центра вращения всех сил, соответственно удерживающих и смещающих отсек.

Рис. 6.3. Схема к расчету устойчивости откосов методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения: а – расчетная схема; б – определение положения наиболее опасной поверхности скольжения; 1, 2, … – номера элементов

Для определения входящих в формулу (6.4) моментов отсек грунтового массива разбивается вертикальными линиями на отдельные элементы. Характер разбивки назначается с учетом неоднородности грунта отсека и профиля склона так, чтобы в пределах отрезка дуги скольжения основания каждого i-го элемента прочностные характеристики грунта j и с были постоянными. Вычисляются силы, действующие на каждый элемент: вес грунта в объеме элемента и равнодействующая нагрузки на его поверхность . При необходимости могут быть также учтены и другие воздействия (фильтрационные, сейсмические силы и т. д.). Равнодействующие сил считаются приложенными к основанию элемента и раскладываются на нормальную и касательную составляющие к дуге скольжения в точке их приложения. Тогда

; . (6.5)

Соответственно момент сил, вращающих отсек вокруг 0, определился как

, (6.6)

где п – число элементов в отсеке.

Принимается, что удерживающие силы в пределах основания каждого элемента обусловливаются сопротивлением сдвигу за счет внутреннего трения и сцепления грунта. Тогда с учетом выражения для закона кулона можно записать

, (6.7)

где – длина дуги основания i-го элемента, определяемая как . Здесь – ширина элемента).

Отсюда момент сил, удерживающих отсек, будет иметь вид

. (6.8)

Учитывая формулу (6.4), окончательно получим

. (6.9)

При устойчивость отсека массива грунта относительно выбранного центра вращения считается обеспеченной. Основная сложность при практических расчетах заключается в том, что положение центра вращения и выбор радиуса r, соответствующие наиболее опасному случаю, неизвестны. Поэтому обычно проводится серия таких расчетов при различных положениях центров вращения и значениях r. Чаще всего наиболее опасная поверхность скольжения проходит через нижнюю точку откоса или склона. Однако если в основании залегают слабые грунты с относительно низкими значениями прочностных характеристик j и с, то это условие может не выполняться.

Один из приемов нахождения наиболее опасного положения поверхности скольжения заключается в следующем. Задаваясь координатами центров вращения 1, 02, …, 0n на некоторой прямой, определяют коэффициенты устойчивости для соответствующих поверхностей скольжения и строят эпюру значений этих коэффициентов (рис. 6.3, б). Через точку min, соответствующую минимальному коэффициенту устойчивости, проводят по нормали второй отрезок прямой и, располагая на нем новые центры вращения , , …, , вновь оценивают минимальное значение коэффициента устойчивости. Тогда и определит положение наиболее опасной поверхности скольжения. При устойчивость откоса или склона будет обеспечена.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector