Stroi-doska.ru

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

Инженерные методы расчета устойчивости откосов

Методы расчета устойчивости склонов.

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

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

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

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

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

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

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

1) обоснованную расчетную схему — детальный геологический разрез;

2) обоснованные расчетные данные;

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

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

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

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

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

Поэтому при предельном равновесии коэффициент устойчивости откоса:

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

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

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

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

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

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

Читать еще:  Можно ли красить откосы акриловой краской

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

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

Дата добавления: 2016-12-27 ; просмотров: 3454 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Вопрос 7 – Метод кругло цилиндрических поверхностей скольжения

Основным недостатком рассмотренных выше методов является то, что полученные решения справедливы при относительно однородных пол физико-механическим свойствам массивах грунтов. В случае искусственно образованных откосов (откосы земляного полотна насыпей автомобильных дорог, плотин, дамб и т.п.) такая ситуация встречается достаточно часто. Однако при оценке устойчивости откосов глубоких выемок и природных склонов необходимо учитывать неоднородность грунтовых массивов. По инженерно-геологическим условиям потенциальные поверхности скольжения в массиве могут быть выраженными (прослои, оползневые смещения и т.д.) и не совпадать с предсказываемыми теорией предельного равновесия.

На практике чаще используют приближенные инженерные методы расчета.

К ним относят: метод кругло цилиндрических поверхностей скольжения, метод Шахунянца и др.

Метод кругло цилиндрических поверхностей скольжения впервые предложен К. Петерсоном в 1916 г. Метод называли «методом шведского геотехнического общества». В настоящее время имеются его различные модификации.

Потеря устойчивости откоса или склона, представленного на рисунке 26,а, может произойти в результате вращения отсека грунтового массива относительно некоторого центра О. Поверхность скольжения в этом случае будет представлена дугой окружности с радиусом r и центром в точке О. смещающийся массив рассматривают как недеформируемый (отвердевший) отсек, все точки которого участвуют в общем смещении. Коэффициент устойчивости определяют по формуле (7.19):

где Мsr и Мsa — моменты относительно центра вращения о всех сил, соответственно удерживающих и смещающих отсек.

Для определения входящих в формулу (7.19) моментов отсек грунтового массива разбивают вертикальными линиями на отдельные элементы. Характер разбивки назначают с учетом неоднородности грунта отсека и профиля склона так, чтобы в пределах основания каждого элемента прочностные характеристики φ и с были постоянными.

Вычисляют вертикальные силы, действующие на каждый элемент: собственный вес грунта в объеме элемента Рgiи равнодействующая нагрузки на его поверхности Рqi. При необходимости могут быть учтены и другие воздействия (фильтрационные, сейсмические силы). Рассмотрим принципы их учета.

Равнодействующая сил Рgi + Рqi считается приложенной к основанию элемента и раскладывается на нормальную Niи касательную Tiсоставляющие к участку дуги скольжения в точке их приложения.

Момент сил, вращающих отсек вокруг точки О, определится по выражению (7.21): n n

где n — число элементов в отсеке.

Принимают, что удерживающие силы T ‘i в пределах основания каждого элемента обусловливаются сопротивлением сдвигу за счет внутреннего трения и сцепления грунта. Тогда с учетом выражения (5.2) можно записать (7.22):

где li — длина дуги основания i-го элемента, определяемая по формуле:

bi — ширина элемента.

Отсюда, выражение для определения момента сил, удерживающих отсек, будет иметь вид (7.24):

Рисунок 26 — Схема к расчету устойчивости откосов

методом кругло цилиндрических поверхностей скольжения:

1, 2, i … – номера элементов

Учитывая формулу (7.19), окончательно получим (7.25):

При k st ≥ k н st устойчивость отсека массива грунта относительно выбранного центра вращения О считается обеспеченной.

Сложность при практических расчетах заключается в том, что положение наиболее опасной поверхности скольжения неизвестно (неизвестно положение центра вращения и радиус дуги). Поэтому обычно проводится серия подобных расчетов при различных положениях центров вращения Ои значениях r. Чаще всего наиболее опасная поверхность скольжения проходит в районе нижней точки (подошвы) откоса или склона.

Один из приемов определения положения наиболее опасной поверхности скольжения заключается в следующем. Задаваясь координатами центров вращения О1 , О 2 , … , О nна некоторой прямой положения центров вращения, определяют коэффициенты устойчивости k st , i для соответствующих поверхностей скольжения и строят эпюру значений этих коэффициентов (Рисунок 26, в). Через точку Оmin , соответствующую минимальному коэффициенту устойчивости, проводят по нормали второй отрезок и, располагая на нем новые центры вращенияО’1 , О’2 , … , О’n , определяют коэффициенты устойчивости

k st , i , для соответствующих поверхностей скольжения и строят эпюру этих коэффициентов (Рисунок 26, в). По этой эпюре вновь оценивают минимальное значение коэффициента устойчивости k st min. Полученное значение k st min и является мерой оценки устойчивости откоса или склона. Соответствующая этому значению коэффициента устойчивости кругло цилиндрическая поверхность скольжения рассматривается как наиболее опасная. Приведенная выше технология поиска наиболее опасной поверхности скольжения скорее соответствует технике «ручного» счета. В современных компьютерных программах при поиске наиболее вероятных поверхностей скольжения, как правило, назначается областьвозможных центров вращения с вариациями радиусов дуги скольжения. При k st min ≥ k н st устойчивость откоса и склона, согласно проектному заданию, считается обеспеченной.

Читать еще:  Пластиковые откосы темный дуб

Выполнение указанных расчетов «вручную» весьма трудоемко, поэтому разработаны многочисленные компьютерные программы с соответствующим сервисным обеспечением, позволяющие с минимальными затратами времени по вводу исходных данных получить обширную информацию об устойчивости откосов и склонов в количественных параметрах и графической интерпретации.

Расчет устойчивости бортов, уступов и отвалов карьеров

Обязательным элементом определения параметров откосов карьеров является оценка их устойчивости. Под устойчи­востью любого откоса (борта, уступа, отвала) карьера по­нимается его способность сохранять в течение времени эксплуа­тации установленные проектом геометрические параметры и форму при воздействии внутренних и внешних сил. К геомет­рическим параметрам, определяющим устойчивость бортов, уступов и отвалов, относят высоту и угол наклона поверхности откоса. Задача расчета устойчивости заключается в определе­нии или оптимального угла наклона откоса при установленной технико-экономическим расчетом его высоте, или, наоборот, вы­соты откоса при условии, что угол его наклона, например, от­вала задается, исходя из технологии формирования откоса. Методы расчета устраняют такие виды нарушений устойчиво­сти как оползни и обрушения.

Из всех известных методов расчета устойчивости откосов наиболее широко применяются инженерные методы, основан­ные на предельном равновесии прибортового массива по потен­циальным поверхностям скольжения, построенным тем или иным способом, рис. 4.3

Рис. 4.3 Схема построения потенциальной поверхности скольжения в однородном прибортовом массиве

К ним относятся:

а) расчет однородного борта по круглоцилиндрической поверхности скольжения;

б) алге­браическое сложение сил по потенциальной поверхности сколь­жения;

в) метод многоугольника сил.

Расчет параметров устойчивости однородных бортов карьеров основан на том, что предельно напряженный прибортовой клин АВСDЕ (рис. 163) ограничен в мас­сиве потенциальной поверх­ностью скольжения, которая делится на три части: верти­кальная плоскость отрыва СD, вычисляемая по формуле (VI.6.3); наклонная площадка скольжения ЕD, отклоняющаяся от вертикали на угол = 45°—р/2; круглоцилиндрическая поверхность скольжения АЕ, пересекающая основание откоса под углом к его плоскости. По характерным участкам борта карьера вкрест простира­ния его строят детальные инженерно-геологические разрезы, на которых должны быть выделены слои или группы слоев пород с различными показателями сопротивления сдвига рi, и Ki и трещиноватости. Исходя из опыта эксплуатации карьеров с аналогичными горно-геологическими условиями, задаются приближенным значением угла наклона борта , под которым строят поверхность откоса АВ. Для построения потенциальной поверхности скольжения вычисляют ширину призмы возмож­ного обрушения и глубину вертикальной трещины отрыва H90. Ширину призмы возможного обрушения вычисляют по фор­муле

(VI.6.4)

В формулах (VI.6.3), (VI.6.4) в качестве р и К принимаются средние их значения. В том случае, когда сцепление пород оп­ределялось в образцах, сцепление их в массиве Км опреде­ляют по формуле

(VI.6.5)

где К — сцепление породы в образце, Па; а — коэффициент, зависящий от прочности пород и характера трещиноватости; W— интенсивность трещиноватости, обратно пропорциональ­ная среднему расстоянию между трещинами l, м. От точек F и D под углом к вертикали проводят плоскости скольжения до пересечения с точкой Е. В точке А под углом к поверхности откоса проводят касательную к поверхности скольжения. Пер­пендикуляры ОА и ОЕ к прямой аа и DЕ — радиусы кругло-цилиндрической поверхности скольжения, а точка О — центр окружности. После построения потенциальной поверхности скольжения СDЕА вычисляют средние весовые характеристики сопротивления сдвигу пород по поверхности скольжения:

(VI.6.6)

где Кi и рi— — сцепление и угол внутреннего трения отдельных слоев пород, Па, и угл. градус; li — длина линии скольжения по отдельным слоям, м; — нормальное напряжение в середине каждого слоя, вычисляемое по формуле:

где — средний наклон поверхности скольжения в отдельных слоях (наклон касательной к поверхности скольжения в сере­дине слоя), угл. градус.

Влияние погрешностей определения прочностных характери­стик пород, методики расчета, влияния динамических нагрузок при массовых взрывах, снижения прочности пород с течением времени в расчетах параметров борта учитывают посредством коэффициента запаса, на величину которого снижают характе­ристики сопротивления сдвигу пород. С учетом назначения от­коса, срока службы, коэффициента запаса, n принимают от 1,1 до 1,5. Характеристики сопротивления сдвигу пород, уменьшенные на величину коэффициента запаса, называют расчет­ными.

Методы расчета устойчивости бортов разрезов и карьеров , а также откосов отвалов

В практике прогнозирования устойчивости откосов широкое применение нашли инженерные методы расчета устойчивости уступов, бортов карьеров и отвалов. Это методы алгебраического сложения сил и комбинированные методы. Мы рассмотрим только метод алгебраического сложения сил. С остальными инженерными методами расчета устойчивости откосов можно ознакомиться в работах [4], [7], [8].

Читать еще:  Водоотводная канава вдоль откоса

Метод алгебраического сложения сил заключаются в следующем (рис.2.1)

Призму обрушения на поперечном сечении откоса разбивают вертикальными линиями на ряд блоков одинаковой ширины (толщина блоков считается равной 1 м). Полученным блокам присваивают номера, начиная от верхнего блока к нижнему (рис.1.2.1, а). Для каждого блока определяют ширину аi и высоту hi (рис 1.2.1,б). Вычисляют масштаб векторов сил по формуле:

M=a (1.2.1)

где а – ширина блока, м.

– объемный вес горных пород, Н/м 3 ;

М – знаменатель масштаба чертежа.

Вычисляют давление каждого блока на основание Рi и его касательную Тi и нормальную Ni составляющие:

Ti =Pi sin i= mhi sin I , (1.2.2)

Ni= Picos I= mhicos i;

где h – высота i – го блока, м;

угол наклона поверхности обрушения i – го блока, град.

Рассчитывают удерживающие массив в равновесии силы и определяют коэффициент запаса устойчивости по формуле

Кз= , (1.2.3)

Где li –длина поверхности обрушения в основании i – го блока, м.

li = ai/cos i , (1.2.4)

В обводненных массивах напряженное состояние изменяется под действием грунтовых вод. Гидростатическое давление воды проявляется архимедовыми силами взвешивания, снижающими давление столба породы под возможной поверхностью обрушения. В результате гидростатического взвешивания уменьшаются силы трения в массиве.

Гидростатическое взвешивание в каждой точке поверхности обрушения определяется как вектор силы, направленной перпендикулярно к этой поверхности (рис.1.2.2)

Линией АДЕ представлена эпюра сил гидростатического взвешивания по поверхности обрушения АГЕВ. Разделив призму обрушения АБВЕГ на вертикальные блоки, определим величину вектора гидростатических сил в основании i –го блока:

Фi = в hвi li (1.2.5)

где Фi – сила гидростатического взвешивания ; в – объемный вес воды, hвi – средняя высота уровня воды в блоке над поверхностью обрушения, li – участок поверхности обрушения в основании i – го блока , по которому распределены силы гидростатического взвешивания.

Тогда можем записать уравнение равновесия для i го блока в виде:

Тi= (Ni — Фi)tg + c li , (1.2.6)

Где Тi и Фi – сдвигающие и нормальные силы в основании i – го блока; – угол внутреннего трения породы с – сцепление.

Уравнение равновесия всей призмы обрушения получается в результате суммирования сил по всем блокам:

= tg Фi) + cL, (1.2.7)

Где n – количество выделенных блоков в призме обрушения, L – длина поверхности обрушения в поперечном сечении откоса.

Величина коэффициента запаса устойчивости откосов обводненного откоса с учетом гидростатического давления может быть определена по формуле :

Кз= (1.2.8)

Рис.2.1.3. Метод многоугольника сил:

а – схема деления на блоки; б – многоугольник сил; в – график зависимости невязок в многоугольнике сил от коэффициента запаса устойчивости откоса (n)

Метод многоугольника сил применяется для расчета устойчивости откосов, сложенных трещиноватыми горными породами и поверхностями ослабления большой протяжности.

Строится многоугольник сил в следующем порядке(рис.2.1.3,а). Определяют массу первого блока и в масштабе чертежа откладывают по вертикальной оси его величину Р1. Из конца вектора Р1 строятся последовательно векторы Сnl1, Cnl3, соответственно параллельные направлениям боковых граней блока и поверхностям скольжения DO и DB. Из начала вектора Р1(0) проводят луч, параллельный R1 (реакция со стороны основания блока), до пересечения с лучом, проведенным из конца вектора Сn l2, параллельным R3 (реакция со стороны боковой грани блока). От начала вектора Сnl3 откладывают по вертикали массу второго блока Р2. От конца вектора Р2 аналогично отстраивают последовательно Сn l2, Сnl4. Далее от конца вектора Сnl4 проводят луч R4 до пересечения с лучом R2 проведенным от конца вектора R1 , и т.д , включая последний блок.

Многоугольник замыкается, если коэффициент запаса устойчивости откоса соответствует заданному (рис 2.1.3, б). Если многоугольник не замыкается , то определяются невязки . Построив график зависимости задаваемых коэффициентов запаса от невязок, устанавливается действительный коэффициент запаса (рис.2.1.3,в).

Методы расчета позволяют учесть следующие дополнительные нагрузки на откосы: массу горно-транспортного оборудования, сейсмические воздействия массовых взрывов и землетрясений, влияние фильтрационных подземных вод.

Инженерные методы расета устойчивости откосов позволяют учитывать различные геологические особенности строения откосов, дополнительные нагрузки на откосы от горног и транспортног оборудования, сейсмические воздействия взрывов, влияние фильтрующих вод.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector