Программа для расчета устойчивости земляных откосов

Рекомендации по расчету устойчивости земляного полотна (Приложение Г к СП 32-104-98)

Рекомендации
по расчету устойчивости земляного полотна

Оценку общей устойчивости земляного полотна (насыпей и откосов выемок) рекомендуется осуществлять по первому предельному состоянию — несущей способности (по условиям предельного равновесия).

Устойчивость откосов должна быть проверена по возможным поверхностям сдвига (круглоцилиндрическим или по другим, в том числе ломаным поверхностям) с нахождением наиболее опасной призмы обрушения, характеризуемой минимальным отношением обобщенных предельных реактивных сил сопротивления к активным сдвигающим силам.

Критерием устойчивости земляных массивов является соблюдение (для наиболее опасной призмы обрушения) неравенства

где — коэффициент сочетания нагрузок, учитывающий уменьшение вероятности одновременного появления расчетных нагрузок;

T — расчетное значение обобщенной активной сдвигающей силы;

— коэффициент условий работы;

— коэффициент надежности по назначению сооружения (коэффициент ответственности сооружения);

R — расчетное значение обобщенной силы предельного сопротивления сдвигу, определенное с учетом коэффициента надежности по грунту .

Расчетные значения T и R определяются с учетом коэффициента надежности по нагрузке . Учет коэффициента надежности по нагрузке осуществляется путем умножения на него всех действующих сил (в том числе веса призмы обрушения или ее отсеков).

Сейсмические нагрузки следует принимать с коэффициентом надежности по нагрузке , равным единице (СНиП 2.06.05-84*, СНиП 2.02.01-83*, СНиП 2.01.07-85).

Значения коэффициента принимаются при расчете устойчивости откосов высотой более 3 м для выемок равным 1,1, а при расчете устойчивости насыпей — 1,15 (СНиП 2.01.07-85).

В тех случаях, когда снижение устойчивости может произойти за счет уменьшения действующих сил, следует принимать .

Значения коэффициента надежности по грунтам устанавливаются в соответствии с указаниями СНиП 2.02.01-83*, а также ГОСТ 20522.

Учет коэффициента надежности по грунтам осуществляется путем деления нормативных значений прочностных характеристик грунтов (удельного сцепления, угла внутреннего трения) на величину коэффициента надежности, устанавливаемую в зависимости от изменчивости этих характеристик, числа определений и значения доверительной вероятности, принимаемой d = 0,95.

Численные значения коэффициентов , , приведены в таблицах Г.1 — Г.З.

При поиске наиболее опасной призмы обрушения за критерий устойчивости может быть принята зависимость для оценки коэффициента устойчивости в следующем виде:

Полученные расчетом значения коэффициента устойчивости при соответствующем сочетании нагрузок не должны превышать величины более чем на 10% и его численное значение должно быть не менее чем 1,05*.

Для оценки воздействия землетрясений на объекты с расчетной сейсмичностью 7 и более баллов расчеты устойчивости откосов следует выполнять по формуле (Г.1) с учетом сейсмической силы, прикладываемой к призме обрушения (или ее отсекам), определяемой по формуле

где — коэффициент сейсмичности, равный 0,025, 0,05, 0,10 — соответственно для интенсивности расчетного сейсмического воздействия 7, 8 и 9 баллов (СНиП II-7-81*);

G — вес призмы обрушения (или ее отсеков) с учетом коэффициента надежности по нагрузке.

Угол наклона вектора сейсмичности силы к горизонту принимается наиневыгоднейшим для устойчивости — обычно параллельно поверхности смещения призмы (или ее отсеков).

Устойчивость откосов можно считать обеспеченной, если условия, определяемые формулой (Г.1), удовлетворяются, в противном случае принимается решение о перепроектировании очертаний земляного полотна, об армировании откосов, устройстве берм, контрбанкетов и т.д. либо о стратегии восстановления его при землетрясении.

При проектировании проверяется общая и местная устойчивость откосов земляного полотна [8, 43, 18, 44].

Проверка местной устойчивости необходима при глинистых грунтах, характеризуемых влажностью на границе текучести , а также при легковыветривающихся скальных грунтах в выемках с целью выявления возможности появления поверхностных сплывов на откосах и прогнозирования интенсивности осыпания продуктов выветривания с откосов в процессе эксплуатации.

Нагрузки и воздействия

Расчеты общей устойчивости земляного полотна, его основания и поддерживающих сооружений следует выполнять на основное сочетание действующих нагрузок и воздействия:

веса и давления грунтов;

веса сооружений и их частей, в том числе верхнего строения пути, подпорных стен и т.п.;

подвижной временной нагрузки;

гидростатического и гидродинамического воздействия воды на участках подтопления.

При этом необходимо учитывать сопротивляемость грунтов силовым воздействиям и возможное изменение прочностных свойств грунтов (угол внутреннего трения, удельное сцепление).

В сейсмических районах расчеты следует выполнять на особое сочетание постоянных и временных нагрузок, реакций и сейсмического воздействия.

Нагрузка на основную площадку от веса верхнего строения пути [18, 44] принимается равной:

17 кПа (1,7 ) для железных дорог линий высокоскоростных, особогрузонапряженных I — III категорий;

15 кПа (1,5 ) для линий IV категории.

С учетом средней ширины балластного слоя нагрузка от верхнего строения пути на один метр по длине земляного полотна составит соответственно кН (8,3 тс) и 64 кН (6,4 тс).

Временная нагрузка на основную площадку от подвижного состава принимается равной воздействию грузовых вагонов, с нагрузкой на ось 4-осного вагона 294 кН (30 тс).

Значение временной нагрузки устанавливается исходя из напряжений на уровне основной площадки, определяемых для расчетной единицы подвижного состава по Правилам расчетов верхнего строения железнодорожного пути на прочность [18].

При оценке прочности грунтов непосредственно основной площадки следует принимать максимальное значение напряжения, соответствующее подрельсовому сечению. При оценке общей устойчивости откосов насыпей к указанному значению следует вводить коэффициент 0,85, учитывающий неравномерность распределения напряжений в продольном и поперечном направлениях. При этом нагрузка от поезда на один метр по длине насыпи определяется по формуле

где — длина шпалы, м;

— величина, численно равная толщине балластного слоя под шпалой, м;

— напряжение на уровне основной площадки в подрельсовом сечении, кПа .

При расчете устойчивости насыпи воздействие на земляное полотно временной нагрузки и веса верхнего строения пути учитывается посредством введения в расчет фиктивного слоя грунта высотой h, определяемой по формуле

где — удельный вес грунта в верхней части насыпи .

Эпюру нагрузки рекомендуется принимать трапецеидальной формы шириной поверху, равной длине шпалы, понизу — .

Для ориентировочных расчетов устойчивости насыпей при вибродинамическом воздействии на грунты проходящих поездов повышенного веса и с высокими скоростями может использоваться методика МИИТа, тестируемая в МПС, или методика Ленгипротранса, разработанная на основании научных исследований ЛИИЖТа.

По методике МИИТа учет динамического состояния насыпи как системы (единого целого) в статической расчетной схеме производится интегрально с помощью единого показателя — интегрального параметра — I.

При определении высоты фиктивного слоя в расчет вместо вводится приведенное значение нагрузки от поезда . Значение I принимается по прилагаемому графику [18, 44], рисунок Г.1.

По методике Ленгипротранса динамическое состояние насыпи учитывается в расчетах устойчивости посредством снижения прочностных характеристик грунта.

Вибродинамическое воздействие измеряется амплитудой среднечастотной составляющей колебаний. Амплитуда колебания грунтов является функцией многих переменных, значение ее существенно изменяется по глубине и при удалении от источника колебаний.

При проверке устойчивости насыпи для каждого отсека определяется амплитуда колебаний и соответствующие ей значения угла внутреннего трения и удельного сцепления ( , ). Дальнейшие расчеты выполняются по обычной методике.

Для уточненных расчетов устойчивости и прочности земляного полотна поездная нагрузка должна учитываться исходя из реальной расстановки осей в экипаже, статических и динамических нагрузок от колес на рельсы, типа верхнего строения и т.д.

Соответствующие пакеты прикладных программ разработаны в лаборатории конструкций земляного полотна АО ЦНИИС.

Расчет устойчивости откосов в нескальных грунтах

В расчетах необходимо проверять поперечники с наиболее неблагоприятными для устойчивости условиями (большая высота откоса, наличие подтопления, прослойки слабых грунтов и т.д.).

Расчетные схемы следует принимать с учетом возможных форм нарушения общей устойчивости. При расчетах проектируемых насыпей, при однородном строении существующих массивов или расположении в них слоев близком к горизонтальному рекомендуется расчет по круглоцилиндрической поверхности скольжения.

При этом в качестве основной рекомендуется методика проф. Г.М. Шахунянца (рисунок Г.2).

Возможно применение других методов, известных по литературным источникам или разработанных в проектных организациях и проверенных практикой. К числу таких методов относится, например, метод инж. Л.Л. Перковского по расчету насыпей на слабых основаниях (иольдиевых глинах, илах), широко апробированный Ленгипротрансом.

При наличии в рассматриваемом грунтовом массиве фиксированных поверхностей ослабления следует применять методику расчета по ломаным поверхностям скольжения [43, 44].

При расчете устойчивости откосов по круглоцилиндрической поверхности обрушения рекомендуется использовать формулу проф. Г.М. Шахунянца

где K — коэффициент устойчивости откоса;

— коэффициент внутреннего трения для основания i-го отсека;

— удельное сцепление, Па;

— длина плоскости возможного смещения в пределах i-го отсека;

— равнодействующая всех сил;

— нормальная составляющая сила;

— тангенциальная составляющая направлена в сторону, обратную направлению возможного смещения блока, удерживающая отсек от возможного смещения;

— тангенциальная составляющая , стремящаяся сдвинуть отсек по своему основанию.

Расчет устойчивости откосов скальных выемок [8]

Расчет общей устойчивости скальных откосов и склонов необходимо начинать с изучения решетки трещиноватости скального массива, с установления положения возможных поверхностей обрушения (скольжения), которые определяются ориентацией по отношению к проектируемому откосу поверхностей ослабления (трещиноватости, слоистости).

При оценке общей устойчивости скальных откосов рекомендуется руководствоваться расчетными схемами, представленными на рисунке Г.3. Условия применения указанных схем приведены в таблице Г.4.

Как правило, поверхности обрушения совпадают с существующими в массиве поверхностями ослабления, но в некоторых условиях этого не наблюдается.

Все приведенные на рисунке Г.3 формы поверхностей обрушения можно объединить в четыре группы:

плоские поверхности (схемы А, Б);

призматические и полигональные поверхности (схемы В, Г, Д, Е);

криволинейные и комбинированные поверхности (схемы Ж, З, И, К);

объемные желобчатые поверхности обрушения (схема Л).

Порядок построения возможных поверхностей обрушения откосов, методика установления расчетных параметров, последовательность выполнения расчетов и расчетные формулы для определения обобщенных значений активной сдвигающей силы Т и силы предельного сопротивления сдвигу R представлены в Руководстве по проектированию противообвальных сооружений [8].

После выявления решетки трещиноватости для рассматриваемого объекта выбирается по рисунку Г.3 одна или несколько расчетных схем. Расчеты выполняются по всем выбранным схемам.

Оценка устойчивости скального массива производится по формулам Г.1, Г.2 настоящего приложения.

Решение об устойчивости откосов принимается на основании анализа результатов расчетов по всем рассмотренным схемам — по наименьшему из полученных значений.

Расчет устойчивости откоса

F_i=N_itg , кН/м

4

6

Сумма сдвигающих сил

=105,9+261,9+256,5+176,1+56,5-4,6-36,3=816,0 кН/м;

Сумма удерживающих сил

=(19,6+95,3+161,7+197,3+129,8+96,4+62,2)+

==2,18.

Вывод: откос находится в стабильном устойчивом состоянии. Уменьшение коэффициентавозможно при обводнении откоса, так как это приведет к снижению прочностных характеристик грунта.

Лабораторная работа № 7 Расчёт подпорной стенки на плоский сдвиг по подошве

Цель работы: ознакомление с методикой расчета подпорных стен.

Когда устойчивость откоса требуемой крутизны не обеспечивается, а уположить откос нельзя, для его поддержания приходится устраивать подпорные стенки. Последние, поддерживая грунт, испытывают с его стороны давление, которое называют активным давлением(Е_a). Обычно подпорная стенка заглубляется в грунт и её смещению препятствует грунт с передней стороны стенки (рис. 12). Такое сопротивление грунта называетсяпассивным давлением(Е_p). Препятствует горизонтальному смещению также сила трения стенки о грунт по подошве (f).

Рис. 12. Схема действия сил на подпорную стенку

Подпорная стенка сохраняет устойчивость при условии:

E_a(G f+E_p),

где G— вес подпорной стенки на погонную длину 1 м, кН (т).

Рассмотрим случай, когда подпорная стенка с вертикальной гладкой поверх­ностью поддерживает массив песчаного грунта горизонтального сложения. Тогда величины равнодействующих активного и пассивного давлений определяются по следующим формулам:

;

где – удельный вес грунта, кН/м 3 ;

H – высота подпорной стенки, м;

h – глубина заглубления стенки в грунт, м;

 – угол внутреннего трения грунта, град.

Точки приложения Е_аиЕ_р находятся соответственно на расстоянии 1/3Ни 1/3hот подошвы подпорной стенки.

Об устойчивости откосов и склонов, включая армогрунтовые

В последние годы инженерам все чаще приходится решать задачи, связанные со строительством сооружений на природных склонах, или же возводить искусственные откосы. В связи с этим оползневая опасность и предотвращение катастроф, связанных с ней, становятся все более актуальными проблемами.

В настоящей статье приводятся некоторые актуальные примеры аварий, вызванных некачественными инженерными изысканиями и проектированием на оползневых склонах и предлагаются пути повышения качества расчетов.

Значительная часть населения Земли живет в условиях оползневой опасности. Причин обрушения естественных склонов и искусственных откосов существует очень много. Это и деградация свойств грунтов при увлажнении, и сейсмика, и изменение конфигурации (подмыв, подрезка), и пригрузка, и техногенные воздействия и т.д. Устойчивость возводимых откосов можно оценить достаточно точно, поскольку в них свойства грунтов измеряются и контролируются. Грунтовые массивы можно укреплять нагелями, геосинтетикой, искусственными волокнами (фиброй), подпирать сваями и/или стенами. Для таких откосов нужны свои методы расчета.

Искусственные земляные массивы также подвержены авариям. Приведем для примера две известных крупных аварии, произошедших совсем недавно в США.

Разрушение ограждающей дамбы шламохранилища горной разработки меди и золота (компания British Imperial) в Британской Колумбии на западе Канады (Mount Pouley, Canada, B.C.) в августе 2015 г. привело к утечке ?10 миллионов м3 шлама в окружающие леса, озера и реки. По заключению независимой комиссии экспертов, авария произошла из-за недочетов изысканий (был пропущен прослой слабого грунта в основании дамбы), и проектирования (завышена крутизна откоса).

Вторая авария – это разрушение самой высокой в США армогрунтовой насыпи высотой 73 м, возведенной для удлинения взлетно-посадочной полосы в аэропорту Йигер, вблизи г. Чарльстоун, штат Западная Вирджиния США (Yеager Airport, Charlestone, West Virginia, USA). Причины этой аварии активно обсуждались в Интернете на англоязычном сайте Geotechnical Engineering. Выдвигались различные версии, но единодушия не было. На наш взгляд, армирующие полотнища были слабо скреплены друг с другом на внешней стороне откоса, т.е. фактически «драпировали», а не удерживали грунт от выдавливания наружу. Такие дефекты имеют тенденцию прогрессировать. Это привело к длительному (?2 года) разрушению за счет последовательного выдавливания грунта из насыпи наружу в местах нарушений слабых соединений армирующих элементов. Это началось, возможно, в одной или нескольких точках, а затем процесс разрушения начал прогрессировать.

Эти и множество других примеров показывают актуальность разработки и уточнения методов проектирования и расчета устойчивости искусственных откосов, включая армированные.

Методы расчёта устойчивости

Исследования устойчивости откосов/склонов продолжается уже 100 лет, за это время было разработано много методов расчета, которые можно разделить на три следующие группы:

Большинство методов расчета устойчивости откосов/склонов дают решения в условиях плоской задачи при допущении о форме линии скольжения (разрушения): прямая, окружность, логарифмическая спираль, ломаная линия, искомая линия. В некоторых методах учитывается образование закола в верхней части откоса. Решение получается минимизацией коэффициента устойчивости K=R/F, по геометрическим параметрам виртуальных линий скольжения, где F – сумма сдвигающих, а R – сумма удерживающих усилий вдоль линии скольжения. В отличие от этих методов в методе Моргенштерна-Прайса [1] форма линии скольжения определяется конечными приращениями.

К.Терцаги в своей книге [2] предложил учитывать закол (вертикальную трещину) в верхней части откоса, который предшествует разрушению, инициируя затем потерю общей устойчивости.

Решения В.В. Соколовского [3] разработаны для оценки устойчивости однородных откосов в условиях предельного состояния, которое достигается сразу во всех точках области разрушения (статическое разрушение). Очевидно, что устойчивость при прогрессирующем (кинематическом) разрушении меньше, чем при статическом.

Ко второй группе относятся методы построения «равнопрочного» или «равноустойчивого» профиля откоса в условиях плоской задачи. Такой профиль возникает после обрушения ранее существовавшего массива грунта. Предполагается, что, сравнивая форму такого откоса с формой существующих откосов, можно оценить, насколько устойчивы последние.

Впервые такие откосы рассматривал В.В.Соколовский [3] (не называя их «равнопрочными» или «равноустойчивыми»), который показал, что после обрушения существующего откоса образуется новый откос, который имеет выполаживающуюся нижнюю часть и вертикальную и даже нависающую верхнюю часть — «закол», ведь связный грунт может работать на растяжение. Такие откосы мы часто видим по берегам рек и водоемов.

Н.Н.Маслов предложил и термин, и метод определения «равнопрочного» контура откоса [4], напоминающего по форме профили берега рек и водоемов, которые периодически оползают за счет подмыва водой.

Контур такого «равнопрочного» откоса по Н.Н.Маслову возникает за счет разрушения однородного полубесконечного тела с горизонтальной поверхностью в условиях плоской задачи. Но такое разрушение невозможно без значительного внешнего воздействия, что физически необъяснимо. Кроме того, в разрешающем уравнении для определения «равнопрочной» линии разрушения такого откоса автором была допущена ошибка: неучет наклона линии скольжения при учете вклада сцепления грунта. Тем не менее, «равнопрочные» откосы Н.Н.Маслова по форме очень похожи на откосы, образовавшиеся после оползней.

В [5] дана форма аналогичного, но уже «равноустойчивого» откоса, и такая же, как у откосов Соколовского. Но в формуле 6.53 на стр. 155 допущена опечатка, т.к. эта формула дает высоту устойчивого вертикального откоса, а не нагрузку, как указано в [5].

Метод конечных элементов (PLAXIS, MIDAS) дает возможность упругопластического расчета двухмерных и трехмерных откосов/склонов. Но в этих методах не учитывается образование сдвиговых разрывов грунта в «пластических» зонах. Поэтому результаты решения зависят от влияния размера ячейки сетки разбиения расчетной области на конечные элементы.

Итак, за прошедшие 100 лет начиная с появления первого метода расчета устойчивости откоса по гипотезе о круглоцилиндрической форме поверхности скольжения, предложенного в 1916 г. Р.Петерсоном (позднее «метод Шведского Геотехнического Общества»), разработано много таких методов, но, в основном, они отличаются лишь принятой формой линии скольжения, что не является существенным фактором. Гораздо важнее учет пространственного характера разрушения и пространственной неоднородности грунтовых массивов. Но именно это в данном методе не учитывается.

Направления новых исследований

Два примера недавних аварий (см. выше) указывают направления новых исследований.

Авария дамбы хвостохранилища (см. рис.1) произошла, на наш взгляд, из-за растяжения этой дамбы вдоль ее продольной оси, имеющей неправильную кольцевую форму, давлением жидких отходов изнутри наружу. Этот эффект был усилен прослойкой слабых ледниковых глин, залегающих ниже основания дамбы. В данном случае проектный расчет в условиях плоской задачи не представителен. Это типичная пространственная задача. Такой расчет можно сделать методом конечных элементов, по крайней мере для осесимметричного случая, но именно решение пространственной задачи отражает реальность. Как уже указано выше, в программах МКЭ грунтовая среда – всегда сплошная и не учитывает возникновение сдвиговых разрывов при достижении предельного состояния, что ведет к завышению прочности грунта на сдвиг.

Прогрессирующее разрушение откоса армогрунтовой насыпи (рис. 2, 3) продолжалось около двух лет. Не было аварийных разрушений, постепенно армогрунтовый откос пришел в непригодное состояние.

Это важный случай из практики, т.к. сейчас широко используются методы армирования откосов различными материалами и способами.

Уточнение параметрической формы линии скольжения при расчете устойчивости откоса не является существенным, т.к. это мало влияет на величину расчетного коэффициента устойчивости. Гораздо важнее учесть влияние возможной неравномерности свойств грунтов, слагающих откос, между точками измерения параметров грунта. При отсутствии таких данных параметры грунтов можно варьировать с помощью аппроксимирующей функции между точками измерения, оценивая получаемую разницу результатов расчета, например, в %. Для этого нужно выполнять не один, а серию расчетов, учитывающих разброс исходных данных.

Большинство существующих методов расчета армогрунтовых откосов предполагают замену арматуры на усилия, равные ее прочности на разрыв, и иногда на срез. А.Savitzky [6] предложил заменять арматуру на эквивалентное сцепление грунта, что сводит расчет устойчивости армогрунтового откоса к расчету откоса с увеличенным сцеплением (В.А.Барвашов [7]).

Автор надеется, что представленная информация инициирует дискуссию по рассмотренным вопросам.

Проектирование и строительство земляных плотин

Книга содержит краткое обобщение трудов известных гидротехников России и собственных изданий автора. Изложен перечень документов по расчету и строительству земляных плотин, в том числе возведения сухим способом и намывом. По ней удобно произвести квалифицированное проектирование и строительство земляных плотин, не прибегая к помощи специализированных организаций. Книгу можно использовать для обучения техников и инженеров в неспециализированных институтах.

Оглавление

• 1. Назначение и конструкции земляных плотин
• 2. Классификация гидротехнических сооружений по капитальности
• 3. Типы земляных плотин
• 4. Условия работы земляной плотины
• 5. Дренаж плотин и расчет фильтрации земляных плотин и основания
• 6. Устойчивость откосов плотины

Приведённый ознакомительный фрагмент книги Проектирование и строительство земляных плотин предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.

6. Устойчивость откосов плотины

Минимально возможный профиль земляной плотины представляет собою трапецию с откосами, обычно не круче 1: 1,5. Вес плотины такого профиля настолько значителен, что о сдвиге ее под действием горизонтальных сил от давления воды верхнего бьефа не может быть речи. Поэтому расчет земляной плотины на сдвиг не производят.

Неустойчивыми могут оказаться откосы плотины как сами по себе, так и в связи с недостаточной устойчивостью основания.

1. В насыпях из сыпучих (несвязных) грунтов, лишенных сцепления и обладающих лишь внутренним трением, если отсутствуют фильтрационные силы, устойчивый откос представляет собою плоскость, наклоненную к горизонту под углом φ, где φ — угол внутреннего трения или естественного откоса. Всякий откос с углом наклона θ ¿ φ является неустойчивым.

Для песчаных грунтов естественной влажности углы внутреннего трения варьируют от 25 0 для песков до 43 0 для гравелистых грунтов в зависимости от плотности.

2. Связные грунты (глина, суглинки) кроме внутреннего трения частиц (угла φ) располагают силами сцепления с, измеряемые в единицах давления (паскалях и др.).

В литературе [2] приведен график приближенного метода расчета для однородных земляных откосов из связных грунтов, предполагающий поверхность сползания откоса круглоцилиндрической. По этому графику, зная объемный вес грунта Υ₁ (т/м 3 ), угол внутреннего трения φ сцепление с (т/м 2 ), и высоту откоса h (м), можно определить угол безопасного откоса Θ.

Рис. 6.1. График расчета устойчивости откосов для однородных связных грунтов [2].

Вычисленное значение заложения откоса m по графику для плотин 1-го и 2-го класса следует увеличить на коэффициент безопасности по СНиП.

3. Как правило, откосы земляной плотины не являются однородными по составу; даже в плотине из однородного грунта часть последнего, лежащая ниже кривой депрессии, имеет иные физические свойства, чем вышележащий сухой грунт: иной объёмный вес, иное сцепление, наличие фильтрационных сил. Кроме того, в большинстве случаев основание плотины может деформироваться вместе с откосами.

Для таких случаев приходится пользоваться при расчете общим методом круговых (цилиндрических) поверхностей скольжения (метод К. Терцаги) [3, 2]. Этот метод сводится к вычислению отношения момента силы веса отсека к моменту сил сцепления относительно произвольно выбранного центра кривой скольжения. По этому отношению определяется коэффициент устойчивости откоса с учетом влияния фильтрационных сил.

Вычисления продолжаются с многократно переносимым центром скольжения, из которых выбирается наиболее опасный центр с минимальным коэффициентом устойчивости.

Расчеты громоздки и требуют много времени для вычисления.

Для проведения расчета необходимо знать фактические величины сцепления, трения, объемного веса участков грунтов, которые определяются лабораторными испытаниями, а также фильтрационных сил, вычисляемых по построенной фильтрационной сетке.

В настоящее время расчет устойчивости выполняется по разработанным программам для ЭВМ. Эти расчеты выполняются специализированными проектными организациями (ОАО «Гидропроект» и др.). Расчетную схему устойчивости приводим ниже. [2].

РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ ОБВОДНЕННЫХ ОТКОСОВ

Расчет общей устойчивости обводненных откосов отличается наличием в приоткосном массиве сил гидростатического взвешивания и гидродинамического давления.

Последовательность расчета: на разрез наносится депрессионная кривая; определяется положение наиболее опасной поверхности скольжения (без учета гидростатических и гидроди­намических сил); выделенный «оползневой клин» разбивается вертикальными линиями на отдельные блоки; результирующая гидростатических и гидродинамических сил в пределах i-го блока определяется по формуле

где g_b — плотность воды; H_i и g_i — соответственно напор и ордината кривой скольжения, средние в пределах блока; а — ширина блока; a_i — средний угол наклона касательной к кривой скольжения в пределах блока.

Коэффициент запаса устойчивости устанавливается из вы­ражения

η=

где P_i — масса i-го блока вместе с заключенной в нем водой; — масса воды над поверхностью откоса; b — угол откоса.

Воздействие гидростатических и гидродинамических сил на общую устойчивость откосов будет существенным при условии, что значительная часть призмы возможного оползания нахо­дится ниже депрессионной (пьезометрической) кривой, или же при больших перепадах напоров в прибортовой зоне. Особенно большое значение эти силы приобретают в случаях: наличия в основании откоса недренируемых напорных горизонтов; расположения карьера вблизи реки или от­крытого водоема; подтопленного откоса.

Если подтопленный откос сложен невзвешиваемыми породами, то для оценки его устойчивости целесообразно применять метод многоугольника сил.

Оценку устойчивости откосных сооружений гидроотвалов (упорных призм и дамб обвалования) следует производить с учетом сил гидростатического взвешивания и гидродинамического давления, а также нестабилизированного состояния глинистых водонасыщенных пород.

Для расчета устойчивости нестабилизированных породных масс сухих и гидравлических отвалов наиболее пригодны методы алгебраического суммирования сил (при монотонной кри­волинейной поверхности скольжения) и многоугольника сил.

Избыточное давление воды в порах глинистых пород (поровое давление) оказывает существенное влияние на устойчивость откосных сооружений. Обычно оно возникает в ре­зультате восприятия поровой водой внешней нагрузки. Уплотнение и упрочнение пород определяются скоростью рассеивания порового давления. Возникновение порового давления уменьшает сопротивление породы сдвигу.

РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ ОТВАЛОВ

Наиболее распространенным видом деформаций отвалов являются оползни, возникающие, в основном, в результате несоответствия геометрических параметров отвалов несущей спо­собности отвальной массы и пород основания отвала.

В зависимости от положения нижней границы поверхности скольжения оползни разделяют на надподошвенные, подошвенные (контактные) и подлодошвенные.

Надподошвенныеоползни отвалов характеризуются плав­ной криволинейной поверхностью скольжения, образующейся в теле отвала и выходящей в нижнюю бровку откоса.

Подошвенные(контактные) оползни характеризуются ломаной поверхностью скольжения, проходящей по контакту отвал — основание или контакту между слоями в породах основания.

Подподошвенныеоползни возникают при размещении отвалов на основании, породы которого обладают низкой несущей способностью или в них сохраняются высокие напоры. Они характеризуются плавной криволинейной поверхностью скольжения, захватывающей породы основания, и образованием вала выпирания у нижней бровки откоса.

Горно-геологические условия отвалообразования можно представить в виде следующих основных схем:

• отвалы прочных или слабых пород на прочном основании;

• то же, на наклонном слоистом основании;

• то же, на слабом слое (подподошвенный тип оползня).

Расчеты предельных параметров внешних и внутренних отвалов производятся с коэффициентом запаса.

Рекомендуемые значения коэффициента запаса устойчивости приведены в таблице.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.