Расчет устойчивости откоса по методу бишопа

Геотехнический расчет устойчивости склонов (откосов) в парке «Зарядье»

Какая задача стояла перед инженером?

Проект предусматривал возведение насыпей различной конфигурации для формирования уникального рельефа парковой зоны и обсыпки подземных объектов. Согласно СП116.13330.2012 требовалась оценка устойчивости склонов, формирующих рельеф.

Геологические условия

• План организации рельефа. М1:500;
• Технический отчет об инженерно-геологических условиях участка проектируемого строительства подземного паркинга;
• Поперечные профили (сечения) склонов/откосов;
• Паспорт на песок 1кл. сеяный для строительных работ.

Для расчетного анализа в программном комплексе геотехнических расчетов Plaxis 2D по методу конечных элементов выбраны сечения склонов 1-1, 2-2, 3-3, 4-4, 5-5.

Грунты и строительные материалы, присутствующие в расчетных моделях:

1) Техногенный грунт ИГЭ-1 (существующий);
2) Почва для посадок – суглинок легкий с содержанием гумуса до 10%;
3) Песок средней крупности.

1) Почва для посадок – суглинок легкий с содержанием гумуса до 10%;
2) Песок средней крупности;
3) Пеностекло ПСЩ 140 30/60;
4) Гранитный щебень фр.20-40.

1) Почва для посадок – суглинок легкий с содержанием гумуса до 10%;
2) Песок средней крупности;
3) Мелкий песок.

1) Почва для посадок – суглинок легкий с содержанием гумуса до 10%;
2) Песок средней крупности;
3) Мелкий песок.
4) Гранитный щебень фр.20-40;
5) Техногенный грунт ИГЭ-1 (существующий).

1) Почва для посадок – суглинок легкий с содержанием гумуса до 10%;
2) Песок средней крупности;
3) Мелкий песок.

Внутренние конструкции объекта по проекту обсыпаются (вне зоны промерзания) песками мелкими, с коэффициентом фильтрации после уплотнения не менее 1,5 м/сут и содержанием пылеватых и глиняных частиц не более 20%. Верхний слой насыпей (под растительным слоем – глубиной не менее 1,5м от планировочных отметок) и пазухи котлованов сооружений (подпорных стен и др.) – песком средней крупности с коэффициентом фильтрации после уплотнения не менее 3 м/сут и содержанием глиняных частиц не более 10%.

Таблица 1. Характеристики грунтов

Геотехнический расчет устойчивости насыпи

Численный анализ деформаций и устойчивости насыпи выполнен при помощи программного комплекса геотехнических расчетов PLAXІS 2D методом конечных элементов:

при создании геометрической модели грунтовый массив разбивается на сеть 15 узловых треугольных изопараметрических конечных элементов, в которых перемещения определяются во всех узлах, а напряжения (вычисляются по методу К.Терцаги) – в 12 точках.

Грунтовая модель – упругопластическая, Кулона-Мора, оценивается дренируемое/ недренируемое состояние грунтов. Коэффициент взаимодействия (трения, скольжения и т.п) материалов/интерфейсов – 0,6. Плитные конструкции – перекрытия и т.п. характеризуются продольной и изгибной жесткостью, моделируются 5-ти узловыми линейными элементами.

Учитывая, что проектом предусмотрено устройство дренажей глубокого заложения, уровень подземных вод при выполнении расчетов не рассматривался. По верху откоса для проверки критических условий работы сооружения принята нагрузка от толпы людей (10кН/м 2 , кроме сечения 5-5).

Геотехнический расчет устойчивости проведен методом снижения прочности (SRM – shear reduction method), который по принципу расчета схож с методом Р.Р. Чугаева, известном в гидротехническом строительстве. Метод снижения прочности реализован в программах, работающих на основе метода конечных элементов и конечных разностей (Plaxis, GEO5, Phase2, FLAC). Прогноз разрушения осуществляется путем одновременного понижения обоих показателей сдвиговой прочности (удельного сцепления с и угла внутреннего трения φ):
c_r = с / К уст и φ _r = φ / К уст , где К_уст – коэффициент снижения прочности, соответствующий коэффициенту устойчивости в момент разрушения.

Требуемый коэффициент устойчивости согласно разделу 5 СП116.13330.2012 следует определять по формуле: К_тр= γ_н ∙ ψ / γ ­ _d, где γ_н — коэффициент надежности по назначению сооружения – повышенный (класс сооружения КС-3), ввиду уникальности объекта строительства (п.10 ГОСТ 27751-2014), минимальное значение γ_н = 1,1; ψ – коэффициент сочетания нагрузок, ψ = 1,0; γ ­ _d – 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. Принят практически минимальным, γ ­ _d = 0,8, исходя из степени точности исходных данных и уникальному типу сооружения.

Таким образом, К_тр = 1,1 ∙ 1 / 0,8 = 1,38

Приложение 7. Пример расчета устойчивости откоса гидроотвала

Пример расчета устойчивости откоса гидроотвала

А. Расчет произведен по методу круглоцилиндрических поверхностей сдвига грунта способом массового давления P.P. Чугаева с учетом фракционирования намываемого грунта по зонам (см. приложение 3).

В качестве примера рассмотрим гидроотвал, проектируемый из вскрышных глинистых грунтов с содержанием 60% частиц менее 0,05 мм. Размеры гидроотвала: высота откоса H = 23 м; заложение откоса — 3,5; заложение кривой депрессии m = 5,5.

Расчетные физико-механические характеристики грунтов принимаем по пп. 5.7-5.13 настоящей инструкции. Схема расчета устойчивости показана на рисунке.

Грунт 1 — верхний слой намытого грунта выше депрессионной кривой :

объемная масса практически сухого грунта ;

угол внутреннего трения = 30°;

удельное сцепление = 0,07 .

Грунт 2 — нижний слой намытого грунта ниже депрессионной кривой :

объемная масса взвешенного в воде грунта ;

объемная масса грунта, насыщенного водой ;

угол внутреннего трения = 26°;

удельное сцепление = 0,04 .

Грунт 3 — грунт основания гидроотвала:

объемная масса взвешенного в воде грунта ;

объемная масса грунта, насыщенного водой, ;

угол внутреннего трения = 20°;

удельное сцепление = 0,11 .

Коэффициент запаса рассчитываем для наиболее опасного положения отсека обрушения, соответствующего минимальному значению , для которого дугу сдвига находят методом подбора. Сопоставляя полученные значения, устанавливаем . По таблице можно определить минимальное значение коэффициента запаса при предполагаемом, наиболее опасном положении отсека и дуге сдвига радиусом R = 75 м, проходящей на границе упорной призмы I и промежуточной зоны II.

Согласно указанному способу отсек обрушения разбиваем на вертикальные «столбики» (фрагменты) шириной и через центр окружности скольжения проводим ось у. При этом необходимо, чтобы в пределах подошвы каждого «столбика» грунт оказывался однородным по углу внутреннего трения и сцеплению С. Ширину «столбика» в данном случае принимаем b = 8 м.

Для расчета из числа имеющихся значений и С выбираем по одному (любому); эти значения назовем «основными» для области грунта вдоль намеченной дуги сдвига и обозначим и .

Принимаем ; . При этом получаем поправочные коэффициенты v и :

Для неоднородного грунта (см. рисунок)

где и — удерживающие и сдвигающие усилия, ;

, , — мощность слоя соответственно грунта 1; 2; 3, м;

— длина дуги сдвига в основании «столбика» грунта, м;

х — расстояние от вертикали, проходящей через центр дуги сдвига, до середины расчетного «столбика», м (вправо от вертикали х имеет отрицательное значение, влево — положительное).

Подставив данные из таблицы, находим

Таким образом, для приведенных условий , что отвечает требованиям СНиП II-53-73 к устойчивости откосов гидроотвала II класса.

Б. Оценка устойчивости упорной призмы гидроотвала под давлением глинистых грунтов центральной зоны произведена по методу М.М. Гришина и Б.Н. Федорова.

Коэффициент запаса устойчивости

где b — оптимальная ширина основания упорной призмы гидроотвала, м;

— объемная масса грунта упорной призмы при естественной влажности, ;

— угол внутреннего трения сдвигаемого грунта упорной призмы, град;

— объемная масса глинистых грунтов центральной зоны, ;

H — высота гидроотвала, м;

— угол наклона наружного откоса гидроотвала, град;

— угол внутреннего трения глинистого грунта центральной зоны, град.

Оптимальная расчетная ширина в основании упорной призмы

В качестве примера рассмотрим тот же гидроотвал, что и в случае А. Подставив в формулу значения H = 23 м, заложения откоса , глубины прудка-отстойника 0,2-0,4 м, , , = 10°, = 26°, получим

Фактическая ширина упорной призмы гидроотвала с указанными параметрами 48 м, что обеспечивает его устойчивость при возведении до высоты 25 м.

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.

Н.В. Крупина Расчет устойчивости откосов методами равноустойчивогооткоса Fp, КЦПС и ППС

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра автомобильных дорог

РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСОВ МЕТОДАМИ РАВНОУСТОЙЧИВОГО ОТКОСА F p , КЦПС И ППС

Методические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине «Устойчивость откосов, основания и фундаменты» для студентов специальности «Автомобильные дороги и аэродромы» 29100 дневной формы обучения

Составители Н.В.Крупина А.И. Столярчук

Утверждены на заседании кафедры

Протокол № 4 от 5.02.99 Рекомендованы к печати учебно-методической комиссией

по специальности 291000 Протокол № 4 от 5.02.99

Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса КузГТУ

Массив грунта, ограниченный наклонной поверхностью, называется откосом. Откосы могут быть естественными (природными) и искусственными, образованными в результате инженерной деятельности человека.

При проектировании различных объектов вблизи естественного откоса или земляного сооружения, включающего откос, необходимо произвести расчет устойчивости этого откоса, т.к. потеря устойчивости выемки или насыпи автомобильной дороги может на длительное время вывести автомобильную дорогу из эксплуатации, прервать сообщение между населенными пунктами. Восстановление автомобильной дороги требует привлечение больших дополнительных финансовых и людских трудозатрат. Поэтому расчет устойчивости откосов является одним из важных вопросов при проектировании автомобильных дорог.

Каждому студенту предлагается согласно своего варианта, указанного в задании, выбрать по инженерно-геологической карте (прил. 1) и таблице (прил. 2) свой геологический разрез, направление рассчитываемого борта и глубину выемки. Геологический разрез представлен в плоскости, перпендикулярной проектируемому откосу, расположенному в его геометрическом центре. Вид и мощность слоев грунта, а также уровень грунтовых вод по скважинам определяют по таблице прил.3. В таблице прил. 4 даны физико-механические характеристики грунта.

СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Курсовая работа состоит из расчетно-пояснительной записки с необходимыми таблицами, схемами и графиками объемом 25-30 страниц и одного листа форматом А1, на котором расположены: геологический разрез, чертежи откосов методами F р , КЦПС, ППС (без учета и с учетом воздействия воды).

Расчетно-пояснительная записка должна содержать:

— -бланк задания на проектирование с необходимыми исходными данными;

— оценку инженерно-геологических условий;

— метод расчета равноустойчивого откоса F р ;

— метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения (КЦПС);

— метод плоских поверхностей скольжения (ППС);

— список использованной литературы

Графическая часть курсовой работы должна содержать:

— инженерно-геологический разрез (М 1:50; 1:100; 1:200), горизонтальный и вертикальный масштабы могут быть различными;

— схемы для расчета устойчивости откоса (методами F р , КЦПС, ППС) с учетом и без учета воздействия воды.

ОЦЕНКА ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ

При оценке инженерно-геологических условий строительной площадки студент на основании полученных исходных данных должен осветить в пояснительной записке:

1) географическое положение площадки;

2) геологическую характеристику площадки (описание грунтов в порядке их залегания сверху вниз, мощность слоев и особенности их залегания);

3) гидрогеологические условия строительной площадки (наличие и уровень грунтовых вод);

4) показатели физико-механических свойств грунтов для каждого слоя, средние значения физико-механических свойств основных грунтов, слагающих откос, заносят студенты в табл. 1

Расчет устойчивости откосов

Вы будете перенаправлены на Автор24

Угол естественного откоса

Угол естественного откоса – это угол, при котором неукрепленный каким-либо образом откос песчаного грунта может сохранять равновесие или угол наклона поверхности грунта в свободно насыпанном состоянии (без уплотнения) к горизонтальной плоскости.

Следует отметить, что определение угла естественного откоса грунта имеет важное значение при проектировании различных грунтовых сооружений, например:

• насыпные плотины;
• намывные плотины;
• котлованы;
• дамбы и т.д.

Значения угла естественного откоса вычисляются также для проведения мероприятий по их укреплению.

Сущность расчета

Под откосом понимается поверхность, образованная в ходе хозяйственной деятельности человека. Такая поверхность ограничивает природный горизонтальный массив либо искусственно возведенную выемку (либо насыпь).

Склоном обычно называют откос, образованный природным путем, т.е. поверхность, ограничивающую массив грунта естественного сложения. При неблагоприятных сочетаниях разнородных факторов массив грунта, ограниченный склоном или откосом может перейти в неустойчивое состояние и потерять равновесие.

К основным причинам потери устойчивости грунтовых откосов относят:

• устройство непозволительно крутого откоса или подрезка склона, находившегося в состоянии, приближающемся к предельному;
• увеличение внешних нагрузок (возведение зданий или сооружений в непосредственной близости, складирование материалов вблизи откосов и т.д.);
• неправильное определение расчетных характеристик грунта или снижение его сопротивления сдвигу вследствие повышения влажности;
• воздействие гидродинамического давления, сейсмических сил или динамических воздействий различной природы (движение техники, забивка свай, работы промышленного оборудования и т.д.).

Для обеспечения устойчивости откосов в первую очередь необходимо назначить угол его заложения, т.е. угол между горизонтальной площадкой и наклонной поверхностью. Одним из наиболее распространенных способов расчета угла заложения и оценки устойчивости откосов насыпей и естественных склонов является метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения. Сущность данного метода заключается в получении данных о форме поверхностей скольжения при оползнях вращения опытным путем.

Готовые работы на аналогичную тему

Главная задача расчета заключается в определении коэффициента устойчивости откоса выемки (или насыпи) для максимально опасной поверхности скольжения.

Основные параметры расчета

В случаях, когда сопротивление частиц сдвигу определяется исключительно силами трения, угол естественного откоса совпадает с углом внутреннего трения (φ = φ0). Однако, в реальном проектировании сопротивление грунта сдвигу зависит от множества факторов (например, от зацепления частиц).

Таким образом, величина силы трения будет определяться по формуле:

φ = φт + φз + φс + …

φт – составляющая, привносимая за счет сил трения, φз – то же, за счет зацепления, φс – то же, за счет среза частиц.

Следует заметить, что составляющая φт в большей мере зависит от минерального состава грунта, а также от наличия поверхностных пленок. Составляющая φз зависит от окатанности и формы частиц грунта.

Угол естественного откоса является легко определяемой и весьма удобной для последующих расчетов характеристикой прочности несвязных грунтов. Вышеописанный способ актуален для определения величины внутреннего трения сыпучих грунтов (например, чистых песков). Следует заметить, что при помощи такой методики можно определить угол внутреннего трения лишь приближенно. В чистых песках величина угла внутреннего трения приближенно равна углу естественного откоса.

На практике угол естественного откоса определяют на приборе УВТ, состоящем из металлического столика-поддона, резервуара и обоймы. Поддон закрепляется на трех опорах и перфорируется небольшими отверстиями для водонасыщения грунта. Шкала, предусмотренная в центре столика, имеет деления от 5 до 45 градусов. В соответствии с этой шкалой и определяется угол естественного откоса.

Если требуется определить угол естественного откоса грунта в воздушно-сухом состоянии, на столик устанавливают обойму, в которую насыпается песок до полного заполнения. После заполнения песок незначительно уплотняется. После этого обойму вертикально поднимают и по вершине образовавшегося конуса берут отсчет по вышеупомянутой шкале.

Данный опыт повторяют трижды, после чего определяют среднее арифметическое значение. Расхождение между повторениями не должно превышать 1 градус.

Если требуется определить угол естественного откоса грунта в водонасыщенном состоянии, то после заполнения обоймы грунтом резервуар заполняют водой. После полного насыщения пробы определяется угол естественного откоса вышеописанным методом.

На значение угла естественного откоса несвязных грунтов влияет однородность гранулометрического состава. Например, монодисперсные грунты, как правило, обладают большими значениями φ, чем полидисперсные грунты с аналогичным минеральным составом. Так происходит потому, что в смеси небольшие частицы заполняют образующиеся промежутки между крупными, что облегчает их смешение по поверхностям откосов.

Большое влияние на трение также оказывает количество воды в грунте (ее присутствие снижает значение φ). В песчаных грунтах повышенная влажность значительно снижает угол внутреннего трения.