Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Расчет устойчивости природных склонов и откосов земляного полотна

51. Степень устойчивости природных склонов (как с учетом земляного полотна, так и без него) должна оцениваться уже на предпроектной стадии ТЭО при выборе наиболее экономически и технически оправданного варианта проложения трассы.

Наиболее подробный расчет устойчивости склонов производится на стадии разработки технического проекта применительно к выбранному варианту расположения земляного полотна после получения достаточно полных данных по инженерно-геологическому строению склонов и физико-механическим свойствам грунтов.

52. Устойчивость природного склона следует рассчитывать прежде всего исходя из наиболее вероятной формы нарушения его устойчивости (скол при просадке, срез с вращением, оползень-поток и т.п.) и обязательно применительно ко всему природному склону, а не к его локальной части, расположенной в зоне возведения земляного полотна.

Для природного оползневого склона форма нарушения его устойчивости определяется наиболее просто по четким признакам, сопровождающим оползневую активность (стенки срыва, трещины растяжения, локальная заболоченность, валы выпирания и т.п.) и отделяющим оползневое тело от здоровой части склона.

В случае, когда склон устойчивый или условно-устойчивый и трудно заранее с достаточной достоверностью определить наиболее вероятную форму нарушения его устойчивости, следует исходить из предполагаемой в данном случае формы деформации, принимая во внимание особенности геологического строения толщи склона и факторы, связанные со строительством автомобильной дороги (подсечка, перегрузка, разгрузка и т.п.). При этом следует выполнять проверочные расчеты для нескольких возможных схем. Наиболее вероятной схемой будет та, которая дает минимальную величину коэффициента запаса устойчивости.

53. Устойчивость склонов следует рассчитывать по поперечнику, в котором наиболее неблагоприятно сочетаются такие факторы, как крутизна склона, наличие ослабленных зон, мощность смещающихся грунтов и т.п.

54. Устойчивость склонов и откосов рассчитывают по двум предельным состояниям (плоская задача):

а) по прочности (1-е предельное состояние);

б) по деформируемости (2-е предельное состояние).

55. Расчет устойчивости откосов и склонов по прочности сводится к определению коэффициента запаса устойчивости К_запи сравнению его с требуемой величиной.

При этом коэффициент запаса устойчивости определяется как отношение суммы сил, удерживающих откос или склон в устойчивом состоянии, к сумме сил, нарушающих это состояние.

Для расчета суммарного воздействия удерживающих сил при оценке величины К_записпользуются прочностные характеристики грунта, а именно: его сопротивляемость сдвигу, определяемая силами внутреннего трения грунта j_wи общего структурного сцепления C_w.

56. Устойчивость откосов и склонов по деформируемости следует рассчитывать, если обеспечена их устойчивость по прочности (К_зап> 1), но есть опасность развития длительных деформаций ползучести во времени.

В этом случае дополнительно в качестве исходных характеристик грунта следует оценивать коэффициент динамической вязкости h.

57. Проверку устойчивости оползневых склонов по критериям деформируемости необходимо осуществлять особенно в тех случаях, когда угол внутреннего трения грунтов, слагающих склон, близок к нулю, а общее структурное сцепление обусловлено главным образом силами связности.

Расчет устойчивости оползневых склонов с фиксированной поверхностью скольжения

Расчет по прочности (1-е предельное состояние )

58. Для опенки устойчивости природных оползневых склонов с фиксированной поверхностью скольжения следует использовать метод горизонтальных сил (метод Маслова-Берера).

59. Степень устойчивости склона в этом случае оцениваемся коэффициентом запаса устойчивости, определяемым по формуле

(9)

где

T = H – R = Q[tga - tg(a - y_p)] (10)

T - часть распора, воспринимаемая трением и сцеплением грунта по поверхности скольжения;

H - распор (давление на стенку блока) при отсутствии в грунте между блоками сил трения и сцепления;

R - непогашенная (активная) часть распора;

Q - вес блока;

y_p- угол сопротивления сдвигу на поверхности скольжения при нормальном напряжении p от веса блока;

a - угол наклона поверхности скольжения расчетного блока к горизонту.

60. Расчет по методу горизонтальных сил выполняется в такой последовательности:

на основе анализа инженерно-геологических условий намечают наиболее вероятные поверхности скольжения (рис.1);

каждый из предполагаемых отсеков обрушения разбивается на отдельные блоки с таким расчетом, чтобы границы блоков соответствовали местам перелома поверхности скольжения и в пределах каждого блока на поверхности скольжения сохранялись постоянными значения сдвиговых характеристик грунта;

в пределах каждого расчетного блока графически или аналитически определяют силы активного давления, направление которых принимается горизонтальным. При графическом решении откладывают в масштабе вес блока Q, от середины поверхности скольжения в пределах рассматриваемого блока проводят нормаль к этой поверхности и графически определяют величину распора Н, который действует на стенку блока, при допущении, что трение между блоками отсутствует.

Аналитически величина Н выражается формулой

Н = Q · tga (11)

Рис.1. Схема к оценке устойчивости склона по методу горизонтальных сил (метод Маслова-Берера)

Далее в сторону скольжения отсека откладывают угол сопротивления сдвигу:

(12)

где F_р- коэффициент сопротивления сдвигу.

Под этим углом проводят линию до пересечения с направлением силы Н, получают силу Е и силу Т.

При практическом использовании метода горизонтальных сил напряжение р определяют по "гидростатическому принципу":

р = g_w·h, (13)

где g_w- объемный вес грунта;

h - средняя высота расчетного блока.

Фильтрационное давление грунтовых вод W_фiучитывают в условиях плоской задачи по выражению

W_фi= Dв · J_i· w_i(14)

где Dв - объемный вес воды;

J_i- гидравлический градиент, действующий в пределах расчетного блока;

w_i- площадь сечения выделенного расчетного блока.

Расчет по деформируемости (2-е предельное состояние)

61. Для оценки скорости смешения поверхности оползневого (рис.2) склона v_oможет быть использована формула

(15)

где h - мощность слоя смешения;

G - "мертвая" зона, характеризуемая постоянством скорости ползучести и представляющая собой блок породы, смещающийся на слое грунта мощностью (h - G);

g_w- объемный вес грунта;

j_w, C_c- угол внутреннего трения и структурное сцепление соответственно;

h - коэффициент динамической вязкости грунта.

Рис.2. Схема к оценке скорости смещения поверхности оползневого массива

62. Мощность "мертвой" зоны зависит главным образом от величины структурного сцепления С_си определяется по выражению

(16)

63. В случае, если оползневый склон в зоне активных подвижек сложен пластичными глинистыми грунтами, для которых j_w= 0 и С_с= 0, то формула (15) упрощается и принимает следующий вид:

(17)

Оценка устойчивости насыпей на оползневых склонах

Расчет по прочности (1-е предельное состояние)

64. Для оценки устойчивости насыпей на оползневых склонах, имеющих фиксированную поверхность смещения, следует применять метод горизонтальных сил (метод Маслова-Берера), позволяющий определить величину К_зап.

65. Наличие насыпи на склоне не вносит принципиальных изменений в методику использования метода горизонтальных сил, поэтому все положения остаются в силе и могут быть применены и в этом случае.

Расчет по деформируемости (2-е предельное состояние )

66. Скорость деформирования контура насыпи на оползневом склоне (рис.3) следует рассчитывать по следующей зависимости:

(18)

где z, х - координаты точек контура насыпи;

v - скорость смещения грунтов оползневого склона;

в, с, h₁, h₂, k - геометрические характеристики насыпи;

(19)

f_g- вес единицы объема грунта, дин, f_g= q·g_w;

h - коэффициент динамической вязкости, пуаз.;

ф₍_τ₎- интеграл вероятности, определяемый в соответствии с табл.1 приложения 2

Рис.3. Схема к расчету скорости деформирования контура насыпи на оползневом склоне

67. Скорость смещения оползневого склона v может быть оценена по формуле

(20)

где G - мощность (рис.4) "мертвой" зоны;

Q - нагрузка от веса насыпи;

a - угол наклона склона к горизонту;

h - мощность оползневого слоя грунта.

Мощность "мертвой" зоны определяется по формуле

(17)

Рис.4. Схема к оценке скорости смещения оползневого склона

Оценка общей устойчивости откосов насыпей автомобильных дорог

68. По известным значениям прочностных характеристик глинистых грунтов j_w, С_wопределяется мощность критического слоя грунта Н_кр, эквивалентного величине раздавливающей нагрузки при одноосном сжатии

(22)

69. Далее определяется величина безразмерного параметра по формуле,

(23)

где h - высота откоса.

Очертание откоса земляного полотна строится в системе координат Z0Х (рис.5) по формуле

(24)

где l - параметр, зависящий от упруго-вязких свойств глинистого грунта;

ф₍_τ₎- интеграл вероятности, определяемый по табл.1 приложения 2.

70. В зависимости от величины параметров n и l возможны три основных случая состояния откоса земляного полотна:

а) нарушение общей устойчивости откоса в результате потери прочности грунта (К_зап< 1);

б) общая устойчивость откоса по прочности обеспечена (К_зап= K_треб), однако не исключены деформации его ползучести;

в) обеспечена общая устойчивость откоса по прочности, и отсутствуют деформации ползучести.

Предварительно состояние откоса по степени его устойчивости оценивают по графику n = f(l) (рис.6).

Кривая (1) соответствует коэффициенту общей устойчивости, равной единице (К_зап= 1), а кривая (2) отвечает случаю, когда практически отсутствуют деформации ползучести.

71. В случае, когда точка пересечения значений n и l (см. рис.6) попадает в область между кривыми (1) и (2), следует оценивать устойчивость откосов земляного полотна по деформируемости их во времени в результате ползучести грунта.

При этом величину деформаций откосов насыпи во времени (рис.7) определяют

(25)

Рис.5. Система координат для построения очертания откоса земляного полотна

72. Приближенно величину деформации ползучести бровки откоса насыпи (см.рис.7) можно определить по формуле

(26)

где a- угол наклона образующей откоса к горизонту.

73. Откос насыпи следует считать устойчивым, если К_зап> 1, деформации ползучести не превышают в течение срока службы дорожной конструкции допустимой величины.

Рис.6. Взаимосвязь проектных характеристик грунта с геометрией откоса:
1-зона запредельного по прочности состояния (К_зап< 1,0); 2-зона ползучести откосов; 3-зона отсутствия ползучести откосов

Применительно к дорогам I и II категории земляное полотно можно считать устойчивым, если за период расчетного срока его службы деформации земляного полотна не захватывают края дорожной одежды.

Рис.7. Схема насыпи

Принципы назначения противооползневых конструкций

74. Противооползневые удерживающие конструкции (подпорные стены, свайные поля, анкерные конструкции и т.п.) являются одним из элементов всего комплекса противооползневых мероприятий осуществляемых для обеспечения устойчивости как склона при сооружении на нем земляного полотна, так и конструкции самого земляного полотна.

75. Тип удерживающей конструкции следует назначать исходя из типа оползня, видов грунта, инженерно-геологического строения склона, мощности оползневых накоплений, физико-механических свойств грунтов и т.п.

76. Подпорные стены, применяют:

при наличии устойчивых коренных пород, на которых можно закрепить основание стенки;

если грунты оползневого склона находятся в консистенции, при которой исключена возможность переползания их через стенку;

если есть возможность дополнительно обеспечить устойчивость стенки с помощью свайных и анкерных конструкций.

77. Анкерные конструкции используют:

для профилактики существующих конструкций подпорных стен;

при наличии прочных и устойчивых коренных пород, подстилающих толщу смещающихся грунтов склона и при достаточной прочности самих оползневых накоплений во избежание вдавливания в грунт анкерных плит;

при разгрузке свайных конструкций.

78. Свайные конструкции рекомендуется применять на оползневых склонах при наличии хорошо выраженной поверхности скольжения. Основным элементом свайных конструкций являются железобетонные сваи, которые в зависимости от конкретных грунтовых условий могут быть забивными или буронабивными.

79. Свайные конструкции могут иметь следующие основные конструктивные схемы (рис.8):

отдельные свайные поля с рядовым или шахматным расположением свай, объединенных поверху железобетонной плитой ростверка;

система, расположенных, на разных ярусах свайных полей;

подпорные стены с фундаментом из буронабивных свай.

Рис.8. Примеры применения свайных конструкций для удержания оползневых масс:
а - свайные, частоколы из забивных свай на оползнях небольшой мощности; б - подпорные стены на основании из буронабивных свай;
1 - оползневое тело; 2 - устойчивый грунт; 3 - насыпь

Если мощность оползневых накоплений не превышает 1,5-2,0 м, то целесообразно применять конструкции из забивных железобетонных свай, представляющих собой 2-4 ряда свай, расположенных в шахматном порядке.

80. Для обеспечения устойчивости оползневых склонов при мощности оползневых накоплений от 5-6 до 20-25 м рекомендуется использовать удерживающие конструкции из буронабивных железобетонных свай.

Для получения гарантированных прочностных характеристик бетона буронабивных свай рекомендуется применять сваи диаметром 750-860 мм.

Свайные конструкции

81. Предварительно для расчета коэффициента запаса устойчивости склона следует использовать метод горизонтальных сил Маслова-Берера.

(27)

где Н - давление грунта при отсутствии трения и сцепления, Н = р·tga;

R - непогашенная часть давления (активное давление), R = р·tg(a - y_p);

Т - часть общего давления, воспринимаемая трением и сцеплением в грунте,

T = H - R = Q[tga - tg(a - y_p)].

82. Проектируемая свайная конструкция рассчитывается на величину активного оползневого давления R, при расчете определяют:

а) давление на одиночную сваю;

б) количество свай в конструкции;

в) прочность сечения сваи;

г) величину заделки сваи в устойчивые коренные породы.

83. Принимая, что активное оползневое давление распределяется равномерно между рядами свай и сваями в ряду, а эпюра давления на одиночную сваю носит равномерно распределенный характер по высоте ее в пределах оползневой толщи, величину оползневого давления, воспринимаемого одиночной сваей, следует определять по формуле

q_св= s_кр·d·h, (28)

где d - диаметр сваи, м;

h - мощность оползневых накоплений в месте установки свайного ряда, м;

s_кр- критическое удельное давление, определяемое зависимостью вида

(29)

g - объемный вес грунта, т/м³;

j - угол внутреннего трения грунта, град;

C_w- сцепление, тс/м².

84. Расстояние между осями свай в ряду (рис. 9) для однорядной свайной конструкции находят по формуле

(30)

а общее количество свай - по формуле

(31)

где В - ширина оползня в месте установки свайного ряда.

85. Для многорядной свайной конструкции расстояние между осями свай в ряду определяют по формуле

(32)

где N - количество рядов свай.

86. Для исключения переползания грунта оползневого массива через свайную конструкцию (рис.10) необходимо соблюдать условие

R < Е_о(33)

где Е_о- пассивное сопротивление грунта, определяемое по формуле

(34)

87. Учитывая вместе с тем, что обеспечение устойчивости оползневого массива с помощью свайных конструкций по критериям первого предельного состояния не может исключить для малых значений угла внутреннего трения j_wи жесткого структурного сцепления С_свозможность проявления деформаций ползучести грунта, скорость обтекания свай грунтом во времени в процессе вязкого и вязко-пластического деформирования грунта может быть оценена по выражению

(35)

где v_oи v_k- соответственно начальная и конечная скорости ползучести оползневого массива,

(36)

t - время от момента ввода удерживающего сооружения в эксплуатацию;

h - динамическая вязкость грунта;

с - параметр,

(37)

т - масса грунта оползневого массива.

Рис.9. Расчетная схема к определению расстояния между осями свай в ряду:
1 - оползневый массив; 2 - устойчивые грунты

88. В случае, если

R - Q = 0, (38)

где

(39)

то расчетная формула для скорости ползучести оползневого массива во времени будет иметь следующий вид:

(40)

Рис.10. Схема к проверке свайной удерживающей конструкции на возможность переползания ее грунтом оползневого массива

Анкерные конструкции

89. Анкерные конструкции типа анкерного корсета относятся к противооползневым удерживающим сооружениям. Анкерный корсет состоит из одного или нескольких рядов анкерных затяжек, располагаемых поперек оползневого массива. Каждая анкерная затяжка в свою очередь состоит из трех элементов (рис.11):

а) анкерной тяги, закрепляемой нижним (до плоскости скольжения оползня) концом в прочных устойчивых породах;

б) анкерной плиты, укладываемой на поверхность оползневого массива над устьем скважины;

в) верхнего анкера, с помощью которого анкерная тяга закрепляется в анкерной плите.

90. Статический расчет необходимого для укрепления оползня усилия в анкерной тяге производится с использованием какого-либо известного метода расчета устойчивости откосов или склонов. В том случае, если наиболее вероятной формой обрушения является обрушение со срезом и вращением, устойчивость откоса рассчитывают по методу круглоцилиндрической поверхности скольжения.

После нахождения наиболее вероятной поверхности скольжения (рис.12) откос разделяется на две части. Одна его часть (заштрихованная), будет находиться в состоянии равновесия, а другая должна быть закреплена анкерными затяжками, так как сдвигающие силы вызывают ее вращение относительно точки "0".

91. Для определения размеров устойчивой части откоса может быть использовано следующее уравнение:

s₁·r₁= s₂·r₂(41)

где s₁- равнодействующая веса блока (АИК), расположенного слева от центра "0";

s₂- равнодействующая веса блока К и dc, расположенного справа от центра "0";

r₁, r₂- плечи векторов s₁и s₂.

92. Расчет необходимого усилия в анкерной затяжке основан на обеспечении равенства сдвигающих и удерживающих сил. При требуемом коэффициенте запаса устойчивости К_запоткоса необходимое усилие в анкерной тяге S₀можно определить по следующей формуле:

(42)

где Р_i- вес блока;

a_i- угол наклона касательной к поверхности скольжения блока к горизонту;

j - угол внутреннего трения грунта;

c_i- сцепление грунта;

l_i- длина дуги скольжения;

i - номер блока;

a - угол наклона касательной к поверхности скольжения оползня к горизонту в месте установки анкерной затяжки;

b - угол наклона анкерной тяги к вертикали;

К_зап- коэффициент запаса устойчивости.

После определения величины S₀назначают количество и места размещения анкерных затяжек в плане откоса или склона. Обычно анкерные затяжки располагают в 2-3 ряда в шахматном порядке.

Расчет устойчивости природных склонов и откосов земляного полотна 📙 Реферат → 🆔 234409