Don-stroitel.ru

Все о ремонте
15 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Расчет устойчивости откосов методика

Методы расчёта устойчивости откосов.

Сравнительно-геологический метод оценки современной устойчивости склона и прогноза его дальнейшего развития и метод природных аналогов.

Расчетные методы основанные на анализе напряженного состояния массива пород: 1) в пределах всего склона и 2) только вдоль известной или предполагаемой поверхности скольжения.

Методы экспериментального моделирования: на поляризационно-оптических и эквивалентных материалах.

Приближенные методы основаны на расчетах предельного равновесия масс горных пород на склонах и в откосах по поверхностям скольжения. Такие расчеты включают в себя:

1) оценку устойчивости склонов и откосов, сложенных неоднородными породами, и 2) оценку устойчивости склонов и откосов, сложенных однородными породами. Из этой группы методов большей известностью пользуются методы, предложенные Феллениусом, Терцаги, Вернацким, Тейлором, Фрелихом, Чугаевым, Гольдштейном, Шахунянцем, Масловым и Фисенко.

Метод расчета устойчивости склонов и откосов, сложенных неоднородными горными породами. Этот метод применим для склонов и откосов, в геологическом строении которых имеются явные границы раздела в напластовании горных пород, ориентированные неблагоприятно, т.е. наклоненные к основанию склона или образованные наклонными трещинами.

Расчетная схема склона или откоса при использовании этого метода аналогична схеме расчета устойчивости оползня, имеющего наклонную поверхность скольжения с тем отличием, что на расчетном геологическом разрезе намечают не выявленную, а возможную или возможные поверхности скольжения. В остальном весь расчет устойчивости склона или откоса производят так же, как и при расчете устойчивости оползня. Для этого подготавливают:

1) обоснованную расчетную схему — детальный геологический разрез;

2) обоснованные расчетные данные;

3) обоснование момента, для которого производится расчет, т.е. наиболее неблагоприятное сочетание силовых воздействий.

Метод расчета устойчивости склонов и откосов, сложенных однородными горными породами. В однородных изотропных породах, не имеющих каких-либо видимых границ разделов, ориентированных наклонно к основанию склона или откоса, поверхность скольжения обычно имеет вогнутую, условно круглоцилиндрическую форму. Поэтому расчет устойчивости в таких случаях обычно называют методом расчета по кругло-цилиндрической поверхности скольжения. Наиболее вероятными местами выхода этой поверхности скольжения на поверхность земли обычно являются бровка склона или откоса или часть их, приближающаяся к бровке, и их основания.

При расчете устойчивости таких склонов и откосов на геологическом разрезе радиусом произвольной длины намечают несколько поверхностей скольжения и по каждой из них проверяют устойчивость масс горных пород, ограниченных поверхностями скольжения и рельефа склона. Склон или откос можно считать устойчивым, если по каждой намеченной поверхности скольжения коэффициент устойчивости будет больше единицы.

Сущность расчета устойчивости склонов и откосов, сложенных однородными породами, состоит в следующем. Предполагается, что оползание пород может произойти по одной из намеченных поверхностей. Предельное равновесие масс горных пород по этой поверхности определяется равенством моментов действующих сил относительно центра вращения. Соответственно коэффициент устойчивости откоса в этом случае должен быть равен единице. Момент сил вращения, т.е. момент силы тяжести, равен произведению составляющей силы тяжести на плечо, равное радиусу. Так как угол наклона поверхности скольжения в разных ее точках неодинаков, соответственно и составляющая силы тяжести в этих точках изменяется. Поэтому момент сил вращения определяется как произведение суммы составляющих силы тяжести на радиус.

Момент удерживающих сил равен произведению суммы сил сопротивления сдвигу на плечо.

Читайте так же:
Пропорции цемент щебень для плитки

Поэтому при предельном равновесии коэффициент устойчивости откоса:

Метод расчета устойчивости склонов и откосов ВНИМИ. Этот метод разработан Г.Л. Фисенко и относится к числу сравнительно новых инженерных методов. Его основой является определенный порядок построения наиболее вероятной поверхности скольжения, при определении формы и расположения которой учитываются следующие основные положения теории предельного равновесия сыпучей среды:

1. Нарушение устойчивости склона или откоса происходит в виде оползания части слагающих их горных пород по поверхности скольжения, имеющей в однородных породах форму, близкую к круглоцилиндрической.

2. Элементарные площадки скольжения в однородных горных породах могут возникать начиная лишь с глубины, где напряжения будут не менее: у1=2ctg (45°-ц/2).

3. Вдали от бровки склона или откоса ось главных напряжений совпадает с вертикалью, при приближении к их поверхности изменяет наклон в сторону склона (откоса), а на плоских и вогнутых поверхностях склонов и откосов совпадает с ними.

4. С изменением направления главных напряжений изменяется и наклон площадок скольжения от угла (45° — ф/2) к вертикали в некотором удалении от откоса до угла (45° — ф/2) к поверхности откоса при его пересечении.

5. В однородных горных породах площадки скольжения возникают на глубине, соответствующей максимально возможной высоте вертикального откоса.

Метод Н.Н. Маслова оценки устойчивости склонов и откосов. Это один из широко известных приближенных методов, названный автором методом равнопрочного откоса или методом Fp. Равнопрочным принято называть такой откос, у которого в любом горизонтальном сечении обеспечена устойчивость слагающих его горных пород.

Зная угол сопротивления сдвигу горных пород каждого горизонта, слагающих склон или откос, и учитывая распределение напряжений от собственного веса пород, можно наметить очертание устойчивого склона или откоса.

Расчет устойчивости откосов

Механическая устойчивость склона зависит от соотношения сил, сопротивляющихся сдвигу (удерживающих) и способствующих ему (сдвигающих). Сопротивление сдвигу оказывают сцепление и внутреннее трение грунта, ему способствует масса породы и расположенных на склоне или бровке откоса сооружений. Гидростатическое и гидродинамическое давление подземных вод зачастую способствуют сдвигу. В практике проектирования устойчивость склона рассчитывают обычно методами предельного равновесия, определяя коэффициент запаса устойчивости склона. Его численное значение может колебаться в широких пределах и зависит от формы поверхности скольжения, особенностей геологического строения склона и других факторов. Однако для любых случаев он может быть охарактеризован как соотношение суммарной прочности пород на сдвиг вдоль поверхности скольжения к алгебраической сумме касательных сил сдвига. Когда ?уст=1, наступает состояние неустойчивого равновесия, а при куСт 1. При проектировании противооползневых мероприятий коэффициент, обеспечивающий запас устойчивости откоса, принимают в пределах от 1,25 до 1,50. Для подтопленного откоса, особенно при наличии подпора подземных вод, берут максимальное его значение.

Определение ЛуСт описанным выше методом связано с громоздкими графическими построениями и аналитическими подсчетами, поэтому в практике проектирования используют готовые решения этой задачи, выполненные для некоторых наиболее часто встречающихся случаев.

Очевидными преимуществами по сравнению с рассмотренными обладает метод расчета устойчивости склона, разработанный В. В. Соколовским . Автор получил решение для определения очертания равноустойчивого откоса, сложенного из грунтов, обладающих как трением, так и сцеплением.

Читайте так же:
Гидроизоляция пенетроном технология

Этот метод исключает громоздкие построения и расчеты, позволяет установить положение устойчивого откоса и предельную нагрузку на его горизонтальную плоскость.

Второй метод заключается в определении оползневого давления или

величин сдвигающих сил (Р,) в соответствующих сечениях при известной линии скольжения (рис. 9.2). Она представляет собой чаще всего слабоволнистую линию. Для проведения расчета ее схематизируют (рис. 9.2, д). Оползневое давление в любом сечении на основе равенств (9.4) и (9.5)

Рассмотренные методы расчета устойчивости склона не исчерпывают все многообразие существующих. С точкии зрения решения градостроительных задач наиболее оптимальными являются методы расчета устойчивости склонов по деформациям, поскольку возможность рационального освоения участков оползневых зон требует прогноза допустимых величин деформации в зависимости от использования склона и прилегающей к нему территории.

Вместе с тем методы расчета устойчивости по деформациям не получили широкого распространения в отличие от приближенных методов предельного равновесия. Объясняется это тем, что для реальных условий достаточная точность оценки деформаций возможна лишь при анализе большого количества факторов, оказывающих решающее значение на поведение склона. Поэтому даже если бы имелись надежные аналитические методы прогноза деформаций, определение всех факторов в необходимом для расчета виде было бы трудно осуществить на практике. В настоящее время соответствующие аналитические методы еще не разработаны, хотя значительный прогресс достигнут с помощью методов конечных элементов.

При использовании метода конечных элементов поведение сплошной оползневой среды аппроксимируют суммарным поведением ее основных элементов. Общую непрерывность среды моделируют требованием одинакового поведения соседних элементов в выбранных точках контакта. Затем составляют большую группу уравнений, решение которых требует использования ЭВМ. Задача может быть решена для различных этапов, т. е. стадий строительства и эксплуатации склонов.

Приложение И (рекомендуемое). Методы расчета устойчивости откосов

И.1. Применительно к конкретным геологическим условиям и конструкции плотины при соответствующем обосновании могут быть использованы проверенные практикой упрощенные методы расчета устойчивости откосов. При однородных характеристиках грунта и отсутствии фильтрационных сил допускается пользоваться методами, предполагающими монолитную призму обрушения. В тех же условиях при плоской поверхности откоса и несвязном грунте достаточно оценивать устойчивость малого объема (частицы) грунта на его поверхности сопоставлением коэффициента внутреннего трения материала с крутизной откоса. В общем случае допускается использование инженерных методов, оперирующих с расчлененной на вертикальные отсеки призмой обрушения, учитывающих условия равновесия призмы и отсеков в предельном состоянии и напряженное состояние сооружения и его основания.

Информация об изменениях:

Пункт И.2 изменен с 26 мая 2018 г. — Изменение N 1

И.2. В качестве инженерных методов расчета устойчивости откосов могут быть использованы методы, основанные на гипотезе наклонных сил взаимодействия между элементами призмы обрушения.

Угол наклона к горизонту сил взаимодействия может быть определен из условий равновесия призмы обрушения в предельном состоянии, которое достигается пропорциональным изменением характеристик прочности грунтов от расчетных значений и с до критических и . При произвольной поверхности сдвига для оценки устойчивости призмы обрушения сопоставляют проекции равнодействующих активных сил и сил сопротивления на направление сил взаимодействия. При круглоцилиндрической поверхности сдвига можно сопоставлять как моменты равнодействующих этих сил , относительно оси поверхности сдвига, так и их проекции.

Читайте так же:
Чем отличается пеноплекс от пенопласта

Критерием устойчивости призмы обрушения является соотношение:

где , , — коэффициенты сочетаний нагрузок, условий работы, надежности по ответственности сооружения.

Откос устойчив, если обеспечена устойчивость призмы обрушения с наиболее опасной поверхностью сдвига.

Проекции равнодействующих определяют из условия равновесия элементов призм обрушения (рисунок И.1) по формулам:

где Q = qdx — равнодействующая активных сил, действующих на элемент призмы обрушения;

— угол наклона к оси х силы взаимодействия Е между элементами призмы обрушения;

dx — ширина призмы;

— угол отклонения силы Q от вертикали;

— угол наклона элемента поверхности сдвига к горизонту;

C = cds — сила сцепления, действующая на элемент поверхности сдвига, длина дуги которого ds.

Моменты равнодействующих определяют по формулам:

где r — радиус поверхности сдвига;

b — возвышение точки приложения силы Q над поверхностью сдвига.

Угол в обоих случаях допустимо определять по приближенной зависимости:

Устойчивость откоса в предположении круглоцилиндрической поверхности сдвига можно проверять по формулам (И.2) и (И.3). Отношения и — разные механические понятия, поэтому оценки устойчивости по ним получаются разными. Однако эти оценки совпадают при и достаточно близки при .

Если принять в качестве универсальной оценки устойчивости отношение

т.е. подобрать такие значения характеристик прочности, при которых и , результаты расчета обоими способами должны совпадать. Такой расчет может служить контролем правильности определения угла , т.е. соблюдения условий равновесия призмы обрушения в предельном состоянии для найденной наиболее опасной поверхности сдвига.

Влияние воды, насыщающей откос, допускается учитывать двумя способами:

вес грунта в пределах каждого элемента определяют с учетом ее капиллярного поднятия, а по контуру элемента (поверхности откоса, поверхности сдвига и плоскостям раздела между элементами) определяют давление воды фильтрационным расчетом;

вес грунта элемента определяют с учетом его взвешивания водой; на уровне ее поверхности к грунту прилагают капиллярные силы, и к насыщенному водой объему грунта элемента прилагают фильтрационные силы, определяемые расчетом.

Оба способа дают тождественные результаты и распространяются на неустановившуюся фильтрацию, в том числе при незавершенной консолидации грунта. При вычислении активной силы и активного момента давление воды по плоскостям раздела можно не учитывать: в сумме они равны нулю. При вычислении можно не учитывать также давление воды по круглоцилиндрической поверхности сдвига, так как его момент равен нулю.

Влияние сейсмических воздействий на откос определяют в форме объемных сейсмических сил, действующих на объем грунта каждого элемента с учетом его насыщения водой, и изменения давления воды на поверхность откоса в пределах элемента.

В расчеты откосов с учетом сейсмических воздействий вводят динамические характеристики прочности грунтов, если они отличаются от статических, а также в соответствующих случаях учитывают возникновение избыточного порового давления как следствия сейсмических толчков.

Сейсмические воздействия относятся к особым нагрузкам; при их учете другие особые нагрузки можно не учитывать.

Информация об изменениях:

Приложение И дополнено пунктом И.3 с 26 мая 2018 г. — Изменение N 1

И.3 При обосновании проектного профиля грунтовых гидротехнических сооружений I и II классов рекомендуется использовать методы расчета устойчивости по напряжениям.

К таким методам относятся методы расчета по фиксированным поверхностям сдвига, в которых силы, действующие на поверхности сдвига, определяются из результатов расчетов напряженно-деформированного состояния, а также методы численного моделирования разрушения.

Читайте так же:
Как правильно утеплить пристройку к дому

Напряженно-деформированное состояние системы «сооружение — основание» при таком моделировании следует определять по нелинейным моделям грунта, дающим статически допустимые (удовлетворяющие условиям прочности и уравнениям равновесия) поля напряжений. Параметры нелинейных моделей грунта назначаются по нормативным значениям деформационных и расчетным значениям прочностных характеристик грунтов основания.

Для численного моделирования разрушения при расчете напряженно-деформированного состояния системы пропорционально уменьшают параметры внутреннего трения грунтов и c. Коэффициент устойчивости определяется по соотношению (И.5), где и — уменьшенные значения параметров прочности при разрушении. О наступлении разрушения при таких расчетах следует судить по моменту резкого роста расчетных смещений или отсутствию сходимости итерационного процесса решения нелинейной задачи.

Информация об изменениях:

Приложение И дополнено пунктом И.4 с 26 мая 2018 г. — Изменение N 1

И.4. Входящее в критерий устойчивости откосов плотины значение коэффициента условий работы согласно 9.11 при расчете приближенными инженерными методами, в которых не учтены все условия равновесия, принимается равным 0,95. При использовании точных инженерных методов, в которых учтены все условия равновесия, или методов расчета устойчивости по напряжениям значение коэффициента принимается равным 1,0.

<< Приложение
Ж (рекомендуемое). Проектирование плотин со стальными диафрагмами
Приложение >>
К (рекомендуемое). Особенности расчета асфальтобетонных диафрагм и их влияние на работу плотины
Содержание
Свод правил СП 39.13330.2012 "СНиП 2.06.05-84* Плотины из грунтовых материалов". Актуализированная редакция СНиП.

Откройте актуальную версию документа прямо сейчас или получите полный доступ к системе ГАРАНТ на 3 дня бесплатно!

Если вы являетесь пользователем интернет-версии системы ГАРАНТ, вы можете открыть этот документ прямо сейчас или запросить по Горячей линии в системе.

Расчет устойчивости откоса по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения

Считается, что потеря устойчивости откоса может произойти в результате вращения отсека грунтового массива относительно центра О по дуге окружности с радиусом R. Смещающийся отсек рассматривают как недеформируемый массив [9, с. 172].

Сущность метода заключается в определении минимального коэффициента устойчивости, удовлетворяющего условию:

где Л/Уд. — момент удерживающей силы;

Л/сдв. — момент сдвигающей силы.

  • 1. Определяют центр и радиус поверхности смещения:
    • • от верхней бровки откоса откладывают отрезок, равный ширине бермы обрушения;
    • • точки А и В соединяют прямой линией (рис. 59);
    • • из середины отрезка АВ строят перпендикуляр;
    • • из точки В под углом 36 к горизонту проводят линию до пересечения с перпендикуляром;
    • • полученную точку О принимают за центр окружности и радиусом R очерчивают дугу окружности, которая будег являться поверхностью скольжения отсека.
    • • наклон поверхности откоса в одном блоке должен быть одинаковым (рис. 60);
    • • прочностные характеристики грунта в блоке должны быть постоянны;
    • • вертикальный радиус (/?в) должен быть границей блока;
    • • ширина блока не должна быть больше 4 м.

    Определение центра и радиуса поверхности смещения

    Рис. 59. Определение центра и радиуса поверхности смещения

      3. Определяют силы, действующие в отдельном блоке:

        • удерживающие силы: Т ‘ = N tg ya.

      Расчетно-графическая работа №

      Задание: произвести расчет устойчивости откоса насыпи по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения.

      • • высота насыпи h = 9,6 м;
      • • коэффициент заложения откоса m = 2;
      • • ширина бермы обрушения а = 3,2 м;
      • • грунт насыпи — суглинок;
      • • удельный вес грунта у = 17,4 кН/м 3 ;
      • • угол внутреннего трения грунта 3 ;
      • • угол внутреннего трения грунта 2 ;

      Р, = 5, • у • 1 = 5,6 • 17,4 • 1 = 97,44 кН;

      ?Pi = 97,44 кН; так как блок находится в пределах насыпи;

      М = Р, cos р! = 97,44 • 0,67196 = 65,47 кН;

      Г, = Pt sin р, = 97,44 • 0,74058 = 72,16 кН;

      f = tg = 1/2 ? 1,6 • 3,2 + 1/2 • 2,4 ? 3,2 + + 3,2 • 1,9 = 2,56 + 3,84 + 6,08 = 12,48 м 2 ;

      Р2 = 52у 1 = 12,48 • 17,4- 1 =217,15 кН;

      ХР2 = 217,15 кН; так как блок находится в пределах насыпи;

      У2 = Р2 cos р2 = 217,15 • 0,79493 = 172,61 кН;

      Т2 = Р2 sin р2 = 217,15 • 0,60669 = 131,74 кН;

      sin рз = xfR = 0,47280;

      •$3 = Sip-ка + Ар-ка + 5Прям-ка = 1/2 ? 1,6 ? 3,2 + 1/2 • 1,7 • 3,2 + + 3,2 • 2,8 = 2,56 + 2,72 + 8,96 = 14,24 м 2 ;

      Pi = S, • У • 1 = 14,24 • 17,4 • 1 = 247,77 кН;

      ^Pi = 247,77 кН; так как блок находится в пределах насыпи;

      1V3 = A cos рз = 247,77 • 0,88116 = 218,32 кН;

      Т3 = Р3 sin рз = 247,77 • 0,47280 = 117,14 кН;

      fi = tg ф = tg 15° = 0,26.

      sin р4 = xJR = 0,33891;

      А = Ар-ка + Арка + Арям-ка = 1/2 ’ 1,6 ’ 3,2 + 1/2 ? 1,1 • 3,2 + + 3,2 ? 2,9 = 2,56 + 1,76 + 9,28 = 13,6 м 2 ;

      А = Ау 1 = 13,6- 17,4- 1 =236,64 кН;

      ХА = 236,64 кН; так как блок находится в пределах насыпи;

      № = Р4 cos р4 = 236,64 • 0,94081 = 222,63 кН;

      Г4 = A sin р4 = 236,64 • 0,33891 =80,19 кН;

      /4 = tg9 = tg 15 = 0,26.

      sin р5 = xs/R = 0,20502;

      A = Srp-Ka + Ар-ка + Арям-ка = 1/2 ? 1,6 • 3,2 + 1/2 ? 0,6 ? 3,2 + + 3,2 • 2,4 = 2,56 + 0,96 + 7,68 = 11,2 м 2 ;

      Р5 = 55 у 1 = 11,2- 17,4- 1 = 194,88 кН;

      ХА = 194,88 кН; так как блок находится в пределах насыпи;

      W5 = A cos р5 = 194,88 • 0,97875 = 190,73 кН;

      А = A sin р.з = 194,88 ? 0,20502 = 39,95 кН;

      sin pft = xJR = 0,06694;

      5б = $тр-ка + Srp-ка + ^прям-ка = 1/2 ’ 1,6 • 3,3 + 1/2 • 0,2 ’ 3,3 + + 1,5 ? 3,3 = 2,64 + 0,33 + 4,95 = 7,92 м 2 ;

      / Э 6= 5бпас.- Упас. ’ 1 + 5босн.’ Уосн. ’ 1 = 7,59 17,4 1 + 0,33 18 1 = = 132,06 + 5,94= 138.00 кН;

      ЕРб = Рбосн. + Рбнас. = 5,94 + 132,06 = 138,00 кН;

      N6 = Рь cos р6 = 138,00 ? 0,99775 = 137,68 кН;

      Г6 = Рь sin р6 = 138,00 ? 0,06694 = 9,23 кН;

      Si = 5-ка + 5тр.ка = 1/2 • 1,5 ? 3,0 + 1/2 • 0,2 ? 3,0 = 2,25 + 0,3 = = 2,55 м 2 ;

      Р? = 5’7 „ас. • Унас. ’ 1 + $7 осн. ’ Уосн. ‘ 1 =2,25 17,4 1 + 0,3 ‘ 18 ’ 1 = = 39,15 + 5,4 = 44,55 кН;

      = Лосн. + /’бпас. = 5.4+ 39,15 = 44.55 кН;

      yV7 = Р7 cos р7 = 44,55 ? 0,99802 = 44,46 кН;

      Т7 = Р7 sin р7 = 44,55 • 0,06276 = 2,79 кН;

      fi = tg ф = tg 19 =0,34.

      Все рассчитанные данные вносятся в табл. 17. Силы Р, Т, N и Т ‘ прикладываются в середине поверхности смещения каждого блока (рис. 61).

      голоса
      Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию