Stroi-doska.ru

Строй Доска
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Чем оценивается устойчивость откосов

автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему: Оценка устойчивости грунтовых откосов и несущей способности оснований сооружений на основе анализа распределения напряжений и перемещений

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Потапова, Наталия Николаевна

Глава 1. Обзор и анализ существующих методов расчета устойчивости грунтовых массивов, цели и задачи исследования.

1.1 .Современное состояние вопроса изучения устойчивости откосов и склонов, оснований сооружений.

1.1.1. Методы оценки устойчивости массивов однородного сложения.

1.1.2. Аналитические методы оценки устойчивости неоднородных откосов и склонов.

1.2. Анализ недостатков расчетных методов, цели и задачи исследования.

Глава 2. Теоретические основы расчета устойчивости откосов и склонов по напряжениям и перемещениям.

2.1. Выбор модели исследования, метода решения задачи, расчетной схемы и граничных условий.

2.2. Определение величины коэффициента устойчивости в точке.

2.3. Построение наиболее вероятной поверхности разрушения и определение коэффициента устойчивости.

2.4. Общая схема расчета устойчивости откосов и склонов на основе предлагаемого критерия устойчивости.

Глава 3. Расчет устойчивости откосов.

3.1. Определение коэффициентов устойчивости для различных значений углов наклона откосов однородного сложения и коэффициентов бокового давления грунтового массива.

3.2. Построение графиков для определения параметров однородных откосов.

3.3. Примеры решения практических задач и сравнение полученных результатов с известными.

3.4. Расчет устойчивости нагруженного откоса.

3.5. Расчет устойчивости двухслойных откосов в случае, когда наиболее вероятная поверхность разрушения совпадает с контактом слоев.

3.6. К решению упругопластической задачи.

Глава 4. Экспериментальная проверка полученных теоретических результатов моделированием на эквивалентных материалах.

4.1. Экспериментальное определение предельных высот откосов.

4.2.Определение физико-механических характеристик эквивалентного материала модели.

4.3. Аналитический расчет предельной высоты модели.

Глава 5. Применение полученных результатов при расчете устойчивости грунтовых массивов и оснований сооружений.

5.1. Сопоставление результатов аналитических исследований с натурными наблюдениями.

5.2. Экономическая эффективность предлагаемого метода расчета устойчивости откосов и склонов.

Введение 2001 год, диссертация по строительству, Потапова, Наталия Николаевна

Современное строительство характеризуется не только количественным ростом, но и качественным. Все больше строится исключительных по своим масштабам сооружений. Их надежность в значительной мере зависит от устойчивости оснований, на которых они возводятся. Из-за дефицита площади городской застройки на практике в качестве оснований иногда приходится использовать откосы и склоны, сохраняя природный ландшафт и решая важные экологические проблемы. Нарушение устойчивости откоса или склона, являющегося основанием сооружения приводит к перемещению и самого сооружения. Особую опасность представляют оползни и обвалы [44] для всех видов инженерных сооружений, так как они связаны, помимо огромного мате-риаль-ного ущерба, с человеческими жертвами. Оползни опасны для зда-ний, промышленных объектов, железнодорожных линий, автомобильных до-рог, особенно расположенных на берегах рек и склонах. Известны многочисленные случаи деформаций мостов как следствие оползневых явлений. Наряду с требованием обеспечения необходимой устойчивости и прочности толщи грунта при строительстве выдвигается условие наиболее экономичного решения проблем. В этой связи определение углов наклона и высот откосов и склонов имеет большое значение. Отметим, что в практике разработки месторождений открытым способом устойчивость бортов карьеров обеспечивается правильным выбором этих параметров. От точности расчетов зависит стоимость инженерного сооружения и безопасность ведения работ. Изменение объема вскрышных пород при изменении угла наклона борта карьера пропорционально квадрату его глубины, что особенно важно для глубоких карьеров. Так, например, при увеличении угла откоса с 30° до 35° при глубинах 100-700 м объем вскрышных пород уменьшается соответственно на 1,5-74,5 млн. м3 на 1 км протяженности борта [91]. Потеря устойчивости бортов и уступов является и может стать причиной обрушения, принести значительный материальный ущерб [16].

В связи с вышеизложенным разработка надежного и эффективного способа расчета устойчивости грунтовых массивов и в частности откосов и склонов, а также оснований сооружений является актуальной задачей.

Исследованием напряженного состояния массивов, их устойчивостью и процессами разрушения, несущей способности оснований сооружений успешно занимались многие советские и зарубежные ученые: Авершин С.Г., Ахпате-лов Д.М., Бартоломей А.А., Ватутин С.А., Богомолов А.Н., Витке В., Вернер X., Газиев Э.Г., Гольдштейн М.Н., Грицко Г.И., Гулакян КА., Демин A.M., Дорош-кевич Н.М., Дорфман А.Г., Емельянова Е.П., Зелинский И.П., Золотарев Г.С., Курленя М.В., Маслов Н.Н., Миренков В.Е., Мочалов A.M., Никифоровский B.C., Попов И.В., Пшеничкин А.П., Ревуженко А.Ф., Сапожников В.Т., Степанов В.Я., Соколовский В.В., Тейлор Д., Тер-Мартиросян З.Г., Терцаги К., Трумбачев В.Ф., Федоров И.В., Фисенко Г.Л., Цветков В.К., Цытович Н.А., Чугаев P.P., Ша-дунц К.Ш., Шахунянц Г.М. Шемякин Е.И., Файрхарст Ч., Феллениус В. и другие.

В решение этих проблем значительный вклад внесли коллективы институтов ВНИМИ, ВИОГЕМ, Московского и Свердловского горных, Магнитогорского горно-металлургического, Геотехнической механики АН Украины, Физики и механики горных пород АН Кыргызстана, ИГД им. А.А.Скочинского, ГИДРОПРОЕКТ им. СЛ.Жука, ВолгГАСА, МГУ им. М.В.Ломоносова, МИСИ, МАДИ и др. Однако, многие вопросы еще не достаточно изучены, используемые методы расчета устойчивости откосов и склонов содержат ряд недостатков.

Читать еще:  Оборудование для производства откосов пвх

Существующие недостатки в той или иной степени влияют на точность результатов расчетов устойчивости откосов и склонов, подчеркивают актуальность проблемы и открывают перспективы для дальнейших поисков.

Основная идея настоящего исследования, которая принадлежит проф. Цветкову В.К., заключается в том, чтобы используя известный в механике принцип «возможных перемещений» и понятие коэффициента устойчивости, сформулировать критерий, в котором учитываются как действующие в массиве силы, так и перемещения. Предполагается, что для равновесия грунтового массива необходимо и достаточно, чтобы сумма работ всех действующих сил (удерживающих и сдвигающих) на действительных перемещениях точек приоткосной зоны равнялась нулю. Математически это выражается уравнением: =IFy;i iriCosaj+ ZFC;( ,г; cosai=0, где ¥уд i и FCii; — удерживающие и сдвигающие силы;

— величины перемещений точек приложения этих сил; oii — углы между положительными направлениями сил и перемещений. Отсюда следует, что, если величина Ка=1А Уд ; / DA сд i, то при КА>1 — массив устойчив, при КА Похожие работы

4.3. Устойчивость откосов и склонов

Откосом называется искусственно созданная поверхность, ограничивающая природный грунтовый массив, выемку или насыпь. Откосы образуются при возведении различного рода насыпей (дамбы, земляные плотины и т.д.) и выемок (котлованы, траншеи, каналы и т.п.). Склоном называется откос, образованный природным путём и ограничивающий массив грунта естественного сложения.

Основными причинами потери устойчивости откосов и склонов являются:

— устройство недопустимо крутого откоса или подрезка склона, находящегося в состоянии, близком к предельному;

— увеличение внешней нагрузки (возведение сооружений, складирование материалов на откос или вблизи его бровки);

— изменение внутренних сил (изменение удельного веса грунта при изменении его влажности);

— неправильное назначение расчетных характеристик прочности грунта или снижение его сопротивления сдвигу за счёт повышения влажности и др. причин;

— проявление гидродинамического давления, сейсмических сил, различного рода динамических воздействий (движение транспорта, забивка свай и т.п.).

4.3.1. Понятие о коэффициенте запаса устойчивости откосов и склонов.

Коэффициент устойчивости часто принимается в виде:

, (4.13)

где φ, с – расчетные значения характеристик сопротивления сдвигу грунта, принятые в проекте; φ’, с’ – то же, соответствующие предельному состоянию откоса или склона.

Устойчивость откоса или склона считается обеспеченной, если, где=1,1…1,3 — нормативный коэффициент устойчивости.

Группы методов используемых для расчетов устойчивости склонов и откосов:

При этом анализируются два типа задач:

1). Оценка устойчивости откоса или склона заданной крутизны

2). Определение оптимальной крутизны откоса или склона при заданном .

4.4. Простейшие методы расчетов устойчивости

4.4.1. Устойчивость откосов в идеально сыпучих грунтах (ϕ ≠0; с=0)

Имеется откос с углом заложения α, при заданном φ для песка, слагающего откос (рис.4.4, а). Рассмотрим равновесие частицы, свободно лежащей на поверхности откоса: т.к. грунт обладает только внутренним трением, то устойчивость будет обеспечена, если T≤T’.

Задавшись весом частицыP и учитывая, что коэффициент внутреннего трения грунтов , получим;

;

, откуда или

при α=φ в идеально сыпучих грунтах угол естественного откоса – α равен углу внутреннего трения грунта.

Окончательно

при откос обладает необходимым запасом устойчивости.

В случае, если требуется определить угол заложения будущего откоса с запасом устойчивости, то α соответственно определиться как:

4.4.2. Учет влияния фильтрационных сил

Если уровень подземных вод находится выше подошвы откоса, возникает фильтрационный поток, выходящий на его поверхность, что приводит к снижению устойчивости откоса.

В этом случае при рассмотрении равновесия частицы необходимо добавить гидродинамическую составляющую D.

Гидравлический градиент в точке выхода потока равен:

, а гидравлическая составляющая в единице объема грунта равна:

γw – удельный вес воды;

n – пористость.

Учитывая, что вес единицы объема грунта PV, где V=1.

Уравнение предельного состояния запишется как:

т.к., после преобразования получим

Угол заложения откоса при заданном нормативном коэффициенте устойчивости:

.

4.4.3. Устойчивость вертикального откоса в идеально связных грунтах (ϕ=0; с≠0)

Если высота откоса, сложенного связными грунтами, не превышает предельного значения h, то связный грунт может держать вертикальный откос.

Наиболее неблагоприятное напряженное состояние возникает у подошвы откоса в т.А (рис.4.1, в) Именно здесь начинает формироваться состояние предельного равновесия.

Максимальное главное напряжение в этой точке равно природному, т.е. . Поскольку откос ограничен свободной вертикальной поверхностью, минимальное главное напряжение в т.А равно нулю, т.е..

Условие предельного равновесия имеет вид:

Учитывая, что здесь φ=0 (по условию задачи), а также подставляя сюда σ1 и σ3, после преобразования будем иметь: .

Читать еще:  Безопасная установка кранов у откосов

Коэффициент устойчивости вертикального откоса при hh:

Высота вертикального откоса в идеально связных грунтах, отвечающего заданному запасу устойчивости:

Оценка устойчивости откосов и склонов методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения

Метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения широко применяется на практике.

Сущность метода круглоцилиндрических поверхностей скольже­ния сводится к следующему. Предположим, что грунтовый массив смещается по круглоцилиндрической поверхности АС с центром в точке О (рис. 19). Условием равновесия призмы обрушения будет: сумма моментов всех сил относительно точки вращения 0 равна нулю, т.е. . Для составления уравнения моментов относительно точки вращения 0 разобьем призму скольжения АВС вертикальными сече­ниями на ряд отсеков. Разбивка призмы обрушения на отсеки произ­водится с учетом неоднородности грунта призмы и профиля склона так, чтобы в пределах отрезка дуги скольжения основания каждого -го отсека прочностные характеристики и были бы постоянными.

Силой, действующей на каждый отсек, будет его вес .

Принимаем условно за точку приложения веса каждого отсека точку пересечения отвесной линии (вес отсека) с серединой отрезка соответствующей дуги скольжения.

Разложим вес отсека Qi на нормальную Ni (по направлению ра­диуса вращения) (Ni и касательную Ti (по направлению, перпендику­лярному радиусу) составляющие к дуге скольжения в точке их прило­жения.

(57)

Момент сил, сдвигающих отсек относительно точек вращения О, определится по формуле

(58)

где — число отсеков в призме обрушения.

Рис. 19. Схема к расчету устойчивости откосов

методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения

Удерживающие силы в пределах основания каждого отсека бу­дут обусловлены сопротивлением сдвигу за счет сил внутреннего тре­ния, пропорциональных нормальной составляющей , и сцепления грунта по поверхности скольжения:

(59)

где li — длина дуги основания i -того отсека;

φi — угол внутреннего трения;

ci — сцепление грунта.

Момент сил, удерживающих призму скольжения, определится по формуле

(60)

Коэффициент устойчивости η откоса будет равен отношению мо­мента сил, удерживающих призму скольжения, к моменту сил сдви­гающих:

(61)

Однако уравнение (61) не дает однозначного ответа на постав­ленный вопрос, так как можно провести множество круглоцилинд­рических поверхностей с центром в точке О. Необходимо из всех воз­можных дуг поверхностей скольжения выбрать наиболее опасную. Для решения этой задачи с достаточным приближением применяют следующий прием.

Из верхней грани откоса проводят наклонную линию (вверх) под углом 36° к горизонту (рис. 20). На этой линии намечают точки и т.д. — центры дуг поверхностей скольжения — по следующему принципу. Точка находится на расстоянии (0,25 + 0,4m)h, где ; h — высота откоса. Остальные центры последовательно от­мечают на расстоянии 0,3h от предыдущего.

Рис. 20. Определение центра вращения наиболее опасной

Удерживающие силы в пределах основания каждого отсека бу­дут обусловлены сопротивлением сдвигу за счет сил внутреннего тре­ния, пропорциональных нормальной составляющей , и сцепления грунта по поверхности скольжения:

(59)

Для каждой дуги поверхности скольжения, проведенной из цен­тров и т.д., определяют коэффициенты устойчивости по фор­муле (61). Минимальное значение коэффициента устойчивости определит положение наиболее опасной поверхности скольжения.

Как указывает Н.А. Цытович, некоторые усовершенствования и упрощения расчетов ‘по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения внесены Г.И. Тер-Степаняном и М.Н. Гольдштейном.

Коэффициент устойчивости в этом случае вычисляют по формуле

(62)

где А и В — коэффициенты, зависящие от геометрических размеров сползающей призмы, выраженные в долях от высоты откоса h.

f=tgφ — коэффициент внутреннего трения.

Значения этих коэффициентов и приведены в табл. 8.

Величина h, вычисляемая из выражения (62), будет иметь вид

(63)

По формулам (62) и (63) и данным табл. 8 можно легко вычислить значения коэффициентов устойчивости откоса и предельную высоту откоса h при принятой устойчивости.

Значение коэффициентов А и В для приближенного расчета

Устойчивости откосов

Заложе-ние откоса 1:mПоверхность скольжения проходит через нижнюю кромку откосаПоверхность скольжения проходит через основание и имеет горизонтальную касательную на глубине
ABABABABAB
1: 1,002,345,792,566,13,175,924,325,85,785,75
1: 1,252,646,052,666,323,246,624,435,865,865,8
1: 1,502,646,52,86,533,326,134,545,935,945,85
1: 1,752,876,582,936,723,416,264,656,025,9
1: 2,003,236,73,16,873,536,44,786,086,15,95
1: 2,253,197,273,267,233,666,564,96,166,185,98
1: 2,503,537,33,467,623,826,745,086,266,266,02
1: 2,753,598,023,684,026,955,176,366,346,05
1: 3,003,598,913,938,44,247,25,316,476,446,09

Пример. Определить предельную высоту откоса с уклоном 1:2, если , 22°, =12 кПа, =18 кН/м 3 . Поверхность скольжения про­ходит через нижнюю кромку откоса. Значения коэффициентов А и В находим по табл. 8. Подставив их в формулу (63), будем иметь

Читать еще:  Расстояние от оси до основания откоса котлована

(м)

ДЕ №3 / Оценка устойчивости склонов, откосов и массивных подпорных стенок

1.)При увеличении шероховатости задней грани подпорной стенки активное давление грунта на стенку…..

1.) увеличивается 2.) равняется природному

3.) уменьшается 4.) не изменяется

2.) Для повышения устойчивости откоса рекомендуется…..

1.) увеличить влажность грунта 2.) увеличить высоту откоса

3.) уменьшить крутизну откоса 4.) уменьшить модуль деформаций грунта

3.) Эпюра активного давления сыпучего грунта на подпорную стенку при горизонтальной поверхности засыпки и вертикальной гладкой стенке имеет вид ….

1.) прямоугольника 2.) трапеции

3.) круга 4.) треугольника

4.) При расчете коэффициента устойчивости откоса в методе круглоцилиндрических поверхностей скольжения определяется отношение моментов…………в массиве скольжения.

1.) сил сцепления и касательных 2.) сил трения и касательных

3.) веса грунта и касательных сил 4.) удерживающих и сдвигающих сил

5.) При определении активного давления грунта на подпорные стенки поверхность скольжения призмы обрушения принята….

1.) ступенчатой 2.) криволинейной

3.) горизонтальной 4.) плоской наклонной

6.) При неизменном значении угла внутреннего трения в грунте за стенкой и увеличении удельного сцепления в грунте пассивное давление грунта на стенку…..

1.) увеличивается 2.) не меняется

3.) равняется активному 4.) уменьшается

7.) Устойчивость откосов грунта считается обеспеченной, если коэффициент устойчивости больше или равен коэффициенту …..

1.) однородности 2.) фильтрации

3.) пористости 4.) нормативному

8.)При оценке устойчивости откоса связного грунта (j=0; с¹0) (см. рис.) к сдвигающим силам относят ….

1.) гидродинамическое давление воды

2.) силы удельного сцепления

3.) силы трения грунта

4.) касательную составляющуюдавленияот веса откоса

9.) С увеличением глубины заложения фундамента несущая способность грунта …

1.) увеличивается2.) уменьшается

3.) не меняется 4.) равняется природному напряжению на этой глубине

10.)Каким методом можно рассчитать устойчивость откоса?

1.) методом послойного суммирования

2.) методом угловых точек

3.) методом круглоциллиндрических поверхностей скольжения

4.) методом режущего кольца

5.) методом статических нагрузок на штамп

11.) Что препятствует оползанию откосов?

1.) наличие сцепления и коэффициента трения грунта откоса

2.) нагрузка по верхней брови откоса

3.) вес оползающего блока обрушения

4.) переувлажнение грунта откоса и утяжеление его

5.) повышение крутизны откоса

12.) Что препятствует оползанию откосов?

1.) наличие сцепления и коэффициента трения грунта откоса

2.) нагрузка по верхней брови откоса

3.) вес оползающего блока обрушения

4.) переувлажнение грунта откоса и утяжеление его

5.) повышение крутизны откоса

|следующая страница ==>
Тест по дисциплине «Механика грунтов»|ПОСТРОЕНИЕ ЦЕЛЕВОЙ МОДЕЛИ ОРГАНИЗАЦИИ («ДЕРЕВА ЦЕЛЕЙ»)

Дата добавления: 2014-07-10 ; просмотров: 515 ; Нарушение авторских прав

Устойчивость откосов и склонов

Критерий оценки устойчивости

Устойчивость грунта в откосах

Количественная оценка устойчивости откосов и склонов основана на требованиях СНиП 2.02.01-83*. Критерием устойчивости является коэффициент запаса устойчивости, который должен быть больше нормативного:

. (6.1)

Коэффициент запаса устойчивости характеризует соотношение удерживающих Муд и опрокидывающих Мопр моментов рассматриваемого объема грунта. При этом предполагается, что оползневый массив грунта жестко смещается по поверхности скольжения.

Наиболее простым является метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения. На рис. 6.7 показана расчетная схема для определения коэффициента запаса устойчивости склона методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения с учетом сил инерции (сейсмики) Qc и фильтрации Qф (аb – поверхность скольжения; cd – депрессивная кривая).

Рис. 6.7. Расчетная схема для определения коэффициента

запаса устойчивости склона

Коэффициент устойчивости определяется следующим выражением:

, (6.2)

где — угол наклона основания отсека к горизонту.

Инерционные (сейсмические) силы учитываются на основе принципа квазистатических сил, т.е. , где — коэффициент сейсмичности, определяемый в зависимости от балльности. При этом следует выбирать наиболее неблагоприятное направление действия сейсмических сил.

В фильтрующих откосах необходимо также учитывать фильтрационные силы, действующие на каждый элементарный объем, т.е. , где — удельный вес воды, — компоненты гидравлического градиента в горизонтальном и вертикальном направлениях.

Суммарные силы фильтрации определяются путем интегрирования по площади фильтрующего массива:

, (6.3)

где F – площадь между круглоцилиндрической поверхностью и депрессивной кривой.

Равнодействующая фильтрационная сила определяется по формуле:

, (6.4)

Метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения позволяет оценить длительную устойчивость склонов и откосов путем учета изменчивости во времени прочностных свойств грунтов, гидрологических условий и влажностного режима. В этом случае коэффициент длительной устойчивости имеет вид:

. (6.5)

В формуле (6.5) переменными параметрами являются угол внутреннего трения , сцепление , поровое давление , а также фильтрационные силы и силы сейсмики.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector