Простой расчет устойчивости откосов

Расчет устойчивости природных склонов и искуственных откосов.

МЕТОДИЧЕСКИЕ

УКАЗАНИЯ

к практическим занятиям по дисциплине:

«Механика II»

для студентов по направлению подготовки

Строительство»

Очной и заочной форм обучения

Методические указания к практическим занятиям составлены в соответствии с программой по дисциплине «Механика II» для бакалавров по направлению подготовки 270800.62 «Строительство» всех форм обучения.

Методические указания могут быть использованы при самостоятельной работе студентов.

Составители: Кузнецов Р.С.

Практическое занятие № 1…………………………………………………4

Практическое занятие № 2…………………………………………………5

Практическое занятие № 3…………………………………………………6

Практическое занятие № 4…………………………………………………10

Практическое занятие № 5…………………………………………………13

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №1

Определение названия глинистого грунта.

По заданным значениям влажностей определить: число пластичности I_P, показатель текучести I_L.

Число пластичности I_P — разность влажностей, соответствующая двум состояниям грунта: на границе текучести W_L и на границе раскатывания W_p.

Показатель текучести I_L — отношение разности влажностей, соответствующих двум состояниям грунта: естественному W и на границе раскатывания W_p, к числу пластичности I_p.

По таблицам: Б.11; Б.14; Б.16 ГОСТ 25100-95, — в соответствии со своим вариантом (табл. 1) и полученными значениями I_P и I_L, дать название глинистому грунту.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №2

Определение гранулометрического состава смеси грунтов.

При строительстве некоторых инженерных сооружений (дорог, линий трубопроводов, компрессорных станций, буровых вышек и т.д.) необходимо в качестве грунта основания иметь грунт, обладающий определенными физическими и прочностными характеристиками. Если природный грунт участка строительства не отвечает этим требованиям, используют искусственные смеси грунтов с заданным гранулометрическим составом, который, в свою очередь, определяет свойства грунта.

Два грунта, гранулометрический состав которых дан в таблице 2, смешаны в следующей весовой пропорции (табл. 3). Определить гранулометрический состав смеси.

1. Вычерчивается профиль оцениваемого откоса (в масштабе) и определяется линия центров вращения (точек О), из которых проводится несколько вероятных цилиндрических поверхностей скольжения. Устанавливается наиболее опасное сечение, при котором коэффициент устойчивости будет наименьшим.

2. Линия центров вращения определяется по следующему способу. Из подошвы откоса (точка А) опускают перпендикуляр длиной, равной высоте откоса Н, затем откладывают вправо (вглубь откоса) 4,5 Н и определяют точку М. Из точек А (подошва откоса) и В (бровка откоса) откладываются две вспомогательные линии под углами α и β, пересечение которых даст точку К. Величины углов α и β определяют из графика (см. рис. 1) в зависимости от угла внутреннего трения φ.

Рисунок 1 – График для нахождения вспомогательных углов α и β

Соединяя точки К и М, получают линию центров вращения, на которой отмеряют половину высоты откоса от точки К и ставят точку О (рис. 2).

Рисунок 2 – Графоаналитический метод расчета устойчивости откоса

Соединяем О с А и этим радиусом проводим линию скольжения оползня.

3. Кривая поверхности скольжения делится на несколько равных частей (не менее 15), из центра О через точки 1, 2, 3,… проводятся радиусы.

4. Из каждой точки на поверхности скольжения (1, 2, 3, …) проводятся вертикальные линии до пересечения с линией откоса (АВС). Точки пересечения обозначены соответственно 1′, 2′, 3’…

Из точек 1′, 2′, 3’… на соответствующие им радусы (О1, О2, О3, …) опускаются перпендикуляры -Т₁, Т₂, Т₃,… Величины этих перпендикуляров (Т) в масштабе сил изображают действующую в данном блоке сдвигающую силу.

5. Линии Т₁, Т₂, Т₃,…отсекают на радиусах отрезки N₁, N₂, N₃,…, которые в месштабе сил представляют собой величину нормальных напряжений, действующих в блоках.

6. Для нахождения величин, действующих на весь откос, нормальных и сдвигающих усилий, выполняются следующее построение.

Для каждой точки на кривой поверхности скольжения (точки 1, 2, 3,…) по вертикали откладываются величины N₁, N₂, N₃,… Для построения площади нормальных напряжений величины N₁, N₂, N₃,…,откладываются вверх от линии скольжения (точки 1′, 2′, 3’…). Значения сдвигающих усилий Т, в зависимости от знака откладываются или вверх от поверхности скольжения (положительные – те, что расположены справа от вертикального радиуса) или вниз (отрицательные – расположены слева от вертикального радиуса) от поверхности скольжения (точки 1», 2», 3»…).

Полученные точки соединяются плавными кривыми линиями. Таким образом получаются площади F₁(N), F₂(T) и F₃(T) (рис. 3)

Рисунок 3 – Площади сил, дествующих в данном откосе

Величины этих площадей дают нам в масшатабе чертежа значения сумм нормальных напряжений N и алгебраическую сумму сдвигающих сил, действующих в данном откосе,при объемном весе грунта равном ρ.

Суммы напряжений считают по формулам:

где ρ – фактический объемный вес породы.

7. Определив значения сумм нормальных (ΣN) и сдвигающих (ΣT) напряжений, подсчитать коэффициент устойчивости откоса n по формуле:

n =

где φ – угол внутреннего трения; с – сцепление, кг/см 2 , l – длина линии скольжения, м.

8. После определения коэффициента необходимо следать вывод о состоянии склона или откоса.

Если значение n > 1, значит, склон или откос находится в устойчивом состоянии.

Если n = 1, значит, склон или откос находится в состоянии предельного равновесия.

Простой расчет устойчивости откосов

При определенных условиях может происходить потеря устойчивости части грунтового массива, сопровождающаяся разрушением взаимодействующих с ней сооружений. Это связано с формированием в массиве некоторых областей, где соотношение между действующими напряжениями становится таким, что прочность грунта оказывается исчерпанной.

Оценка устойчивости массива грунтов основывается на анализе напряжений, возникающих в них от собственного веса и проектируемого сооружения, и сопоставлений с предельными их значениями.

Условие предельного равновесия в точке грунтового массива, характеризуются следующими выражениями теории предельного равновесия:

— для песка (4.1)

— для глинистого грунта (4.2)

Эти выражения позволяют дать оценку напряженного состояния грунта, т.е. установить, находится ли грунт в допредельном или предельном состоянии, а, следовательно, на сколько устойчив массив.

Предельное состояние грунта соответствует точке в рис. 4.1а, где осадка S уходит в бесконечность, т.о. теория предельного равновесия исследует только напряженное состояние массива грунтов и не дает возможности определить развивающиеся в нем деформации.

4.1. Критические нагрузки на грунты основания. Фазы напряженного состояния грунтовых оснований

Рассмотрим график зависимости на рис. 4.1, а.

Для связного грунта начальный участок графика Оа будет почти горизонтальным, протяженность этого участка определится величиной структурной прочности грунт, а деформация имеет упругий характер.

При увеличении давления (участок аб) осадка возрастает, развивается процесс уплотнения за счёт уменьшения пористости грунта. Зависимость близка к линейной, осадки стремятся к постоянной величине (4.1, б). Ни в одной точке основания не формируется предельное состояние. Наибольшее напряжение, ограничивающее этот участок, называется начальной критической нагрузкой p_{нач кр.}, а изменение нагрузки от 0 до p_{нач кр.} характеризует фазу уплотнения грунта.

При изменении давления под подошвой фундамента от 0 до p_{нач кр.} ни в одной точке основания не возникает предельное состояние, т.е. происходит только уплотнение грунта, что абсолютно безопасно для основания.

При дальнейшем увеличении нагрузки (участок бв рис.4.1, а) в точках, расположенных под краями фундамента, касательные напряжения по некоторым площадкам становятся равными их предельным значениям. По мере возрастания нагрузки эти точки объединяются в зоны, размеры которых увеличиваются. Возникают сдвиговые деформации, имеющие пластический характер. График зависимости всё больше отклоняется от линейного. Участок бв называют фазой сдвигов. Концу этой фазы соответствует р_и, называемая предельной критической нагрузкой, при которой в основании образуются замкнутые области предельного равновесия, и происходит потеря устойчивости грунтов, т.е. полное исчерпание несущей способности.

В зависимости от глубины заложения подошвы фундамента d/b очертания областей предельного равновесия имеют различный характер (рис. 4.2).

Нагрузки, соответствующие p_{нач кр.} и р_и называют критическими нагрузками, их определяют методами теории предельного равновесия.

4.1.1. Начальная критическая нагрузка

Начальная критическая нагрузка соответствует случаю, когда в основании под подошвой фундамента в единственной точке под гранью фундамента возникает предельное состояние.

Выберем в основании точку М (рис. 4.3) и определим такое контактное напряжение р, при котором в этой точке возникнет предельное напряженное состояние.

Расчет устойчивости откоса

Дмитрий Малявко 4 лет назад Просмотров:

1 ООО «БелЭкспертПроект» ООО «ЭкспертПроектСтрой» Реконструкция биогазовой станции «Лучки» расположенной в с. Лучки, Прохоровского района, Белгородской области Расчет устойчивости откоса Навозонакопители 2016

2 ООО «БелЭкспертПроект» ООО «ЭкспертПроектСтрой» Реконструкция биогазовой станции «Лучки» расположенной в с. Лучки, Прохоровского района, Белгородской области Расчет устойчивости откоса Навозонакопители Директор С.Л.Груздова Изм докумен. Подпись Дата Разраб. Резниченко Расчет устойчивости откоса Проверил Груздова П 1 Нач.отдела Груздова ГИП Главный инженер проекта Тихонова Е.А. Тихонова Стадия ов ООО «БелЭкспертПроект» 000 «ЭкспертПроектСтрой»

3 Оглавление 1. Исходные данные Характеристика сооружений Расчет откоса графоаналитическим методом многоугольников сил Г.М. Шахунянца Расчет откоса методом Федоровского-Курилло Выводы по результатам поверочных расчетов устойчивости откоса и рекомендации по его усилению Расчет откоса после усиления. 9 Изм докум. Подп. Дата 2

4 1. Исходные данные Характеристика сооружений Навозохранилище представляет собой 2 сооружения, прямоугольные в плане, с размерами по внешней бровке 100х70 м каждое. Глубина общая 5 м, рабочая 3,5м. Изм докум. Подп. Дата Рис. 1 Схема расположения навозохранилища 3

5 Рис.2 Поперечный разрез борта навозохранилища Борта навозохранилищ сложены уплотнённым грунтом со следующими характеристиками: ИГЭ-3 — суглинок светло-коричневый (d II-III ) твердый низкопористый просадочный. Мощность слоя составляет 2,6м 4,2м. Частные значения характеристик суглинка, их квадратичные отклонения и коэффициенты вариации приведены в приложении 3.5. Нормативное значение компрессионного модуля деформации суглинка в интервале давления 0,1-0,2МПа составляет 4,5МПа при естественной влажности и 2,9МПа в замоченном состоянии. С учётом корректировочного коэффициента на штампоопыты m k, равного 3,6 (т.5.1 СП ), значение модуля деформации составляют соответственно 16 и 10МПа. Степень изменчивости сжимаемости грунта составляет 1,6. Суглинки в условиях замачивания под нагрузкой обладают просадочными свойствами. Относительная просадочность (доли единиц) составляет при нагрузках (МПа): 0, ,0033 0, ,0067 0, ,0104 0, ,0140 0, ,0175 0, ,0215 Начальное давление, при котором проявляются просадочные свойства суглинков, составляет 0,15МПа (1,5 кг/см 2 ). Тип грунтовых условий по просадочности первый (СНиП *. Основания зданий и сооружений). Значения показателей прочности суглинка по результатам лабораторных испытаний в условиях неконсолидированного среза с предварительным водонасыщением составляют: Расчетное при 0,85 Нормативное Расчетное при 0,95 17 Удельное сцепление , кпа 18 Угол внутреннего трения , град. Таблица 1. Расчетные характеристики грунта Параметры среза Модуль Номенклатурный вид Плотность Сцеплени ИГЭ грунта Т/м 3 дефор. Угол внутр. е МПа трения, градус кпа Суглинок твердый 3 1,77/1,76 16/10 17/16 18/18 просадочный Изм докум. Подп. Дата 4

6 Согласно 9.14 СП Основания зданий и сооружений, при проектировании оснований подземных частей сооружений, устраиваемых с обратной засыпкой грунта, расчетные значения характеристик грунтов обратной засыпки (γ I,φ I, c I), уплотненных не менее чем до k сот = 0,95 их плотности в природном состоянии, допускается устанавливать по расчетным характеристикам тех же грунтов в природном состоянии (γ I,φ I, c I), принимая γ I = 0,95γ I ; φ I = 0,9φ I ; c I = 0,5c I, при этом следует принимать c I не более 7 кпа. Характеристики грунта после устройства борта навозохранилища: γ I = 0,95 х 1,77 = 1,68 т/м3; φ I = 0,9 х 18 = 16.2 градуса; c I = 0,7 т/м Расчет откоса графоаналитическим методом многоугольников сил Г.М. Шахунянца В основе расчета сохраняется гипотеза затвердевшего тела. Эта гипотеза нарушается, если поверхность смещения не плоскость и не поверхность круглого цилиндра (по которым вышележащий массив действительно может смещаться, как одно целое), так как при любом ином очертании поверхности при смещении в массиве возникают местные напряжения. Но эти местные напряжения могут при движении массива создавать лишь чисто местный эффект в виде отдельных трещин разрыва или местных уплотнений грунта. Так как расчет ведется для определения условий устойчивости массива, то представляется возможным сохранить как рабочую гипотезу предположение о затвердевшем теле. Данное предположение лежит в обычных рамках тех допущений, которые приняты практически в обычных расчетах строительной механики. В большом количестве случаев строительных расчетов деталь рассматривается как одно целое и рассчитывается на общие напряжения. Если требуется, то дополнительно учитывается влияние местных напряжений. Рис.3 Расчетная схема откоса Изм докум. Подп. Дата 5

7 Рассмотрим наиболее вероятную поверхность смещения и определим основные характеристики откоса для расчета его устойчивости: S площадь сечения откоса, м 2 ; l длина площадки смещения, м; P вес полосы откоса шириной 1м, т; N нормальная составляющая силы P к плоскости поверхности смещения откоса, т; Q тангенциальная составляющая силы Р, т; T сила трения, т; α угол наклона плоскости смещения к горизонтальной поверхности. Вес полосы откоса шириной 1 м определяется как произведение площади сечения S на удельный вес грунта в обводнённом состоянии γ в, с учетом коэффициента по нагрузке γ n =1,2. Значения N и Q определяются, к векторная сумма, равная Р. Сила трения T = N tg φ I. Исходные данные сведены в таблицу: Таблица 2. Исходные данные S, м2 l, м α, градус α, рад P, т N, т Q, т С, т T, т Согласно СП расчет противооползневых и противообвальных сооружений, проектируемых откосов и склонов производится исходя из условия: где F — расчетное значение обобщенного силового воздействия на сооружение или его конструктивные элементы (сила, момент, напряжение), определяемое в соответствии с СП , деформации (смещения) или другие параметры, по которым производится оценка предельного состояния; ψ — коэффициент сочетания нагрузок, принимающий значения: При расчетах по предельным состояниям первой группы: для основного сочетания эксплуатационного периода ψ 1,0; то же, для строительного периода и ремонта ψ=0,95; для особого сочетания нагрузок, в том числе сейсмической нагрузки на уровне проектного землетрясения (ПЗ) годовой вероятностью 0,01ψ 0,95; прочих нагрузок годовой вероятностью 0,001 и максимального уровня расчетного землетрясения (МРЗ) ψ 0,90. При расчетах по предельным состояниям второй группы на основное сочетание нагрузок ψ 1,0; R — расчетное значение обобщенной несущей способности, прочности, деформации (смещения) или другого параметра, устанавливаемого соответствующими нормами проектирования в зависимости от типа конструкции и используемых материалов с учетом коэффициентов надежности по материалу γ m и (или) грунту γ g ; γn — коэффициент надежности по ответственности сооружения: При расчетах по предельным состояниям первой группы в зависимости от уровня ответственности согласно ГОСТ Р 54257: 1а — γ n 1,25; 1б — γ n 1,20 ; 2 — γ n 1,15 ; 3 — γ n 1,10. При расчетах по предельным состояниям второй группы γ n 1,00. При расчетах устойчивости склонов, сохраняемых в естественном состоянии, γ n принимается как для сооружения или территории, которые могут перейти в непригодное состояние при разрушении склона. При расчетах природных склонов γ n 1,0; Изм докум. Подп. Дата 6

8 γd — коэффициент условий работы, учитывающий характер воздействий, возможность изменения свойств материалов со временем, степень точности исходных данных, приближенность расчетных схем, тип сооружения, конструкции или основания, вид материала и другие факторы; устанавливается в диапазоне 0,75 γ d 1,00 нормами проектирования отдельных видов сооружений. Расчет устойчивости проектируемых склонов и откосов в соответствии с зависимостью 5.1 допускается выполнять только для простейших форм поверхности скольжения, отделяющей призму обрушения от неподвижного массива грунта (в виде отрезка прямой или окружности). В этом случае зависимость 5.1 записывается в виде: где — нормированное значение коэффициента устойчивости склона (откоса); k st — расчетное значение коэффициента устойчивости, определяемое как отношение удерживающих сил (моментов) R, действующих вдоль линии скольжения, к сдвигающим силам (моментам) F. Результаты расчета сведены в таблицу: Таблица 3. Результаты расчета R, т F, т К st ψ γ n γ d [K st ] K st /[K st ] Вывод: при данных параметрах откос является неустойчивым и требует усиления. Отношение расчетного значения коэффициента устойчивости к нормированному K st /[K st ]=0, Расчет откоса методом Федоровского-Курилло Расчет проведён в расчетном комплексе SCAD Office 11.5, в модуле «Откос». Схема откоса Список грунтов Наименование Суглинок просадочный Угол внутреннего трения Удельное сцепление Удельный вес град Т/м 2 Т/м Тип Скважины Наименование Координата (м) Описание скважин Грунт Изм докум. Подп. Дата Отметка верхней границы 1) 1 0 Суглинок просадочный 208 2) 2 1 Суглинок просадочный 208 3) Суглинок просадочный ) Суглинок просадочный ) 5 15 Суглинок просадочный

9 Параметры расчета Номер задачи Левая граница начала оползня Правая граница начала оползня Левая граница конца оползня Правая граница конца оползня м м м Допускаемая погрешность 0.01 м Линии скольжения Номер задачи Коэффициент запаса устойчивости Цвет лини скольжения Вывод: при данных параметрах откос является неустойчивым и требует усиления. Коэффициент запаса устойчивости K=0,948. Откос необходимо укрепить методом устройства предохранительной бермы. Методика усиления приведена в техническом решении приложения 1. Изм докум. Подп. Дата 8

10 4. Выводы по результатам поверочных расчетов устойчивости откоса и рекомендации по его усилению 1. Устойчивость откоса лагуны при условии полного замачивания грунта земляного сооружения не обеспечена. 2. Наиболее вероятная линия скольжения откоса указана на рис Основными нагрузками на земляное сооружение откоса лагуны, приводящими к сдвигу массива являются: — давление жидкости; — собственный вес обводнённого грунта. 4. С целью обеспечения гарантируемой устойчивости откоса необходимо его усиление одним из следующих способов: — создание предохранительной бермы; — уполаживание откоса. 5. Рекомендуется усиление созданием предохранительной бермы. 5. Расчет откоса после усиления Расчет откоса после усиления представлен двумя расчетными схемами: Рис.4 Расчетная схема откоса после усиления 1 Рис.5 Расчетная схема откоса после усиления 2 Изм докум. Подп. Дата 9

11 Методика расчета приведена в разделе 2 данного отчёта. Исходные данные сведены в таблицу: Таблица 3. Исходные данные Сечение S, м2 l, м α, градус α, рад P, т N, т Q, т С, т T, т Результаты расчета сведены в таблицу: Таблица 4. Результаты расчета R, т F, т К st ψ γ n γ d [K st ] K st /[K st ] Вывод: при данных параметрах откос после усиления является устойчивым. Отношение расчетного значения коэффициента устойчивости к нормированному K st /[K st ]=2,34 для верхнего откоса и 1.75 для нижнего. Требуемый объем грунта для устройства предохранительной бермы м 3. Изм докум. Подп. Дата 10

GeoStab

Купить GeoStab

О продукте GeoStab

Программа GeoStab предназначена для оценки общей устойчивости откосов, склонов или котлованов в условиях сложного геологического строения грунтового массива. Программа позволяет проводить расчет коэффициента запаса устойчивости, а также определять оползневое давление.

Коэффициент устойчивости и оползневое давление определяются с учетом следующих факторов:

• внешние нагрузки (сосредоточенные, распределенные нагрузки, сейсмичность);
• грунтовые воды (учет взвешивания, гидродинамического воздействия, изменения сдвиговых характеристик и веса при обводнении);
• анкеры (преднатяжение и сцепление по корню);
• нагели (сцепление по боковой поверхности);
• армирование геосинтетическими материалами (учет сцепления с грунтом и прочности на разрыв);
• ограждения (учет прочности конструкции и заделки).

Коэффициент запаса устойчивости

Для призм с круглоцилиндрической поверхностью скольжения расчет ведется по методам:

1. Феллениуса;
2. касательных сил;
3. Янбу;
4. Бишопа;
5. Моргенштерна-Прайса;
6. Шахунянца;
7. Спенсера.

Для призм с поверхностью скольжения в виде ломаной линии:

1. касательных сил;
2. Янбу;
3. Моргенштерна-Прайса;
4. Шахунянца.

Преимущества:

1. простота использования программы;
2. произвольность геологического строения склона;
3. широкий набор методов определения коэффициента устойчивости;
4. возможность определения оползневого давления;
5. генерация развернутого отчета с представлением развернутой информации о силовых факторах в отсеках;
6. возможность оптимизационного поиска наиболее опасных призм сдвига;
7. наличие встроенных справочников характеристик грунтов и нагрузок.

(495) no skype addon 724-05-40 , (812) no skype addon 924-26-79
8-800-505-05-40 (бесплатный звонок)

+7 968 748-30-12

Консультации и приём заказов по Viber:

+7 968 748-30-12

Консультации и приём заказов по Skype:

architect-design.ru