Расчет основания с откосом

КРЕДО ОТКОС 2.1

проверка устойчивости откосов земляного полотна

• Нашли дешевле? Снизим цену!
• Доставка и самовывоз: бесплатно
• Способы оплаты

• ОТКОС 2.1

В программе ОТКОС решаются задачи анализа устойчивости земляного полотна при проектировании оснований зданий и сооружений, а также автомобильных дорог.

С программой поставляется начальная база из песчаных и пылевато-глинистых грунтов, которую можно дополнять новыми грунтами и уточнять их физико-механические характеристики.

Формирование и корректировка базы данных по грунтам

Метод определения параметров добавляемого грунта устанавливается в соответствии с полнотой исходных данных и в зависимости от способа их получения.

• По лабораторным испытаниям — расчетные параметры грунтов принимаются на основе статистической обработки результатов лабораторных испытаний. Метод рекомендуется при обследовании существующих насыпей и выемок. Это самый надежный метод, например, для реконструкции или для детального проектирования земляного полотна в сложных грунтово-геологических условиях.

При создании грунта пользователя по лабораторным испытаниям реализована возможность задания всех физико-механических характеристик грунта без перерасчета. Поля параметров доступны для редактирования.

• Минимум данных — расчетные параметры прочности грунтов принимаются по литературным и справочным источникам. Метод рекомендуется для предварительных оценок устойчивости откосов выемок и насыпей при недостаточности данных.

Добавленные грунты можно экспортировать в отдельный файл, для последующего использования в других проектах.

Исходные данные

Исходными данными для выполнения задачи по оценке устойчивости земляного полотна служат:

• общие данные по объекту;

• данные по конструкции и грунтам земляного полотна;

• данные по грунтам основания.

Основные функции

В программе ОТКОС решаются задачи механики грунтов и выполняются расчеты устойчивости откосов, в том числе:

• Расчет толщины эквивалентного слоя грунта по ГОСТ Р 52748-2007 (от нормативной нагрузки НК).

• Расчет толщины эквивалентного слоя по классическому методу (с учетом различных методических рекомендаций, пособий и др. нормативных документов).

• Задание пользователем толщины эквивалентного слоя.

• Поиск опасной кривой скольжения методом покоординатного спуска.

• Расчет устойчивости земляного полотна по модифицированному методу Терцаги для каждой кривой скольжения, в том числе:

• разбивка оползающего массива на блоки,
• расчет площади и веса блоков с учетом параметров каждого слоя земляного полотна в каждом блоке,
• расчет сдвигающих сил, сил трения и сцепления в каждом блоке,
• расчет сдвигающих и удерживающих моментов.
• Расчет устойчивости насыпи, в т.ч. насыпи на слабом основании с использованием армирующих прослоек из геосинтетических материалов по расчетным схемам и формулам в соответствии с ОДМ 218.5.003-2010 «Рекомендации по применению геосинтетических материалов при строительстве и ремонте автомобильных дорог. Федеральное дорожное агентство (РОСАВТОДОР), Москва 2010». В зависимости от местоположения геосинтетических материалов выполняются расчеты в соответствии с разделами:

• для армоэлементов на слабом основании при расчете дефицита удерживающих сил на уровне основания — Раздел 8.

• Для армоэлементов в насыпи — Раздел 11.

• Применение геосинтетических материалов для обеспечения устойчивости на откосах — Раздел 8 п.б «Назначение конструктивных решений».

• Расчет параметров равноустойчивого откоса по методу Н.Н. Маслова;

• Расчет устойчивости подтопленной насыпи;

• Расчет с учетом сейсмического воздействия;

• Расчет местной устойчивости откосов земляного полотна.

Результаты

По результатам расчетов в программе можно создать чертеж с отображением всей схемы конструкции откоса или отдельных фрагментов этой схемы.

Результаты расчетов могут быть представлены также в виде отчетов, состав которых уточняется пользователем

При этом в отчет попадают данные по внешней нагрузке, данные по армированию насыпи и основания, данные по геосинтетическим материалам.

Сибирский федеральный университет

• Главная
  • О вузе
  • Структура
  • Поступление
  • Новости
  • Обучение
  • Фото
  • Наука
  • Видео
  • Спорт
  • Внеучебная жизнь
  • Университет 4.0
  • International
• Наука
  • Главная
  • Новости
  • Аспирантура
  • Докторантура
  • Научная аттестация
  • Научные мероприятия
  • Научные проекты
  • Гранты и конкурсы
  • Научные лаборатории
  • Инновации, разработки
  • Научные школы
  • Полезные материалы
  • Научный журнал СФУ
• Публикации сотрудников

Аналитический способ расчета устойчивости откоса на слабом основании неограниченной мощности

Перевод названия: Analytical method of calculation of stability slopes at weak bases unlimited capacity

Тип публикации: статья из журнала

Год издания: 2015

Ключевые слова: коэффициент запаса, safety factor, blade, the base of the blade, the blade power, design scheme, Maximum height, general slope angle, slope limit, отвал, основание отвала, мощность отвала, расчетная схема, предельная высота, генеральный угол откоса, предельный откос

Аннотация: При разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом и отсыпке вскрышных пород во внешние и внутренние отвалы часто возникает задача определения устойчивости откосов, расположенных на слабом основании большой мощности. Существующие способы решения данной задачи зачастую графические, обладают рядом недостатков, которые устраняются в предложенном аналитическом способе расчета. Результаты наблюдений за деформациями карьерных откосов на ряде месторождений Казахстана, выполненных авторами, позволили создать модель деформирования откосов на слабом основании и выявить форму и местоположение потенциальной поверхности скольжения. Показано, что потенциальная поверхность скольжения в откосах, расположенных на слабом основании большой мощности, может аппроксимироваться дугами трех окружностей разных радиусов. На основе положений теории предельного равновесия разработан аналитический способ расчета параметров предельного откоса. Реализация решения задачи на ЭВМ значительно облегчает расчеты и анализ по обоснованию параметров устойчивых откосов, что дает способу заметные преимущества по сравнению с существующими графическими решениями. Для оценки точности разработанного способа расчета были выполнены поверочные расчеты параметров предельного откоса на участках оползней бортов Тургайского бокситового рудоуправления предлагаемым аналитическим способом и численно аналитическим способом профессора П.С. Шпакова. Сравнительные результаты решения аналитическим и численноаналитическим способами показали, что результаты расчетов не сильно отличаются друг от друга (в пределах 3%). In the development of mineral deposits by open pit and dumping overburden in the external and internal piles often arises the problem of determining the stability of slopes, located on low basis high power. The existing methods for solving this task, often graphic, have a number of disadvantages which are eliminated in the proposed analytical method of calculation. The results of observations of the pit slope deformations on the number of fields in Kazakhstan, carried out by the authors, has allowed to create a model of deformation of slopes on a weak base and identify the shape and location of the potential surface of sliding. It is shown that the potential slip surface in slopes located on a weak base big capacity, can approximiately three arcs of circles of different radii. On the basis of the provisions of the limit equilibrium theory to develop an analytical method of calculating the parameters of the marginal slope. The implementation of the decision of tasks on the computer greatly facilitates the calculations and analysis of the justification of the parameters of stable slopes, giving way noticeable advantages over existing graphics solutions. To assess the accuracy of the developed method of calculation were performed confirmatory calculations of the parameters of the limiting slope at the sites of landslides sides Turgay bauxite ore proposed analytical method and numerical analytical method of Professor P.S. Shpakov. Comparative results of analytical solution and numerical-analytical methods showed that the results of the calculations are not much different from each other (within 3%)

Издание

Журнал: Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал)

ТехЛиб СПБ УВТ

Библиотека Санкт-Петербургского университета высоких технологий

Расчет оснований по несущей способности

Дается по Руководству по проектированию оснований зданий и сооружений, составленному в развитие главы СНиП II-15-74 «Основания зданий и сооружений» и приводит рекомендации, детализирующие эти нормы проектирования по вопросам номенклатуры грунтов и методов определения расчетных значений их характеристик; принципов проектирования оснований и прогнозирования изменения уровня грунтовых вод; вопросов глубины заложения фундаментов; методов расчета оснований по деформациям и по несущей способности; особенностей проектирования оснований зданий и сооружений, возводимых на региональных видах грунтов, а также расположенных в сейсмических районах и на подрабатываемых территориях.

РАСЧЕТ ОСНОВАНИЙ ПО НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ

3.289(3.4). Расчет оснований по несущей способности должен производиться в случаях, если:

а) на основание передаются значительные горизонтальные нагрузки (подпорные стены, фундаменты распорных конструкций и т. п.), в том числе сейсмические;

б) фундамент или сооружение в целом расположены на бровке откоса или вблизи крутопадающего слоя грунта;

в) основание сложено водонасыщенными глинистыми и заторфованными грунтами, указанными в п. 3.76 настоящей главы (п. 6.13 Рук.);

г) основание сложено скальными грунтами.

Расчет оснований по несущей способности в случаях, перечисленных в подпунктах «а» и «б» п. 3.4 настоящей главы (п. 3.289 Рук.), допускается не производить, если конструктивными мероприятиями обеспечена невозможность смещения рассматриваемого фундамента.

Если проектом предусматривается возможность выполнения работ по возведению здания или сооружения непосредственно после устройства фундаментов до обратной засыпки грунтом пазух котлованов, должна производиться проверка несущей способности основания по нагрузкам, фактически действующим в процессе строительства.

Рис. 3.28. Конструктивные мероприятия, препятствующие смещению фундаментов

а — наличие бетонного пола в подвале; б — жесткое крепление стенки откоса; в — пространственно жесткая система фундаментно-подвальной части здания (план)

3.290. К конструктивным мероприятиям, обеспечивающим невозможность горизонтального смещения фундамента, относятся:

устройство полов в подвале здания (рис. 3.28, а);

введение затяжек в распорные конструкции;

жесткое закрепление откоса (рис. 3.28, б);

объединение фундаментов в единую систему пространственно жесткой и прочной надфундаментной конструкцией, например при фундаментно-подвальной части здания с частым шагом поперечных стен на фундаментах в виде железобетонных перекрестных лент — рис. 3.28, в (в последнем случае обеспечивается также невозможность и вертикального смещения отдельного фундамента на участке между пересечениями поперечных стен) и т. п.

3.291(3.72). Целью расчета оснований по несущей способности (т. е. по первой группе предельных состояний) является обеспечение прочности оснований и устойчивости нескальных оснований, а также недопущение сдвига фундаментов по подошве и его опрокидывания, что сопровождается, как правило, значительными перемещениями отдельных фундаментов или сооружений в целом, при которых эксплуатация последних становится невозможной. Принимаемая в расчете схема разрушения основания (при достижении им предельного состояния) должна быть как статически, так и кинематически возможна для данного фундамента или сооружения.

3.292(3.73). Расчет оснований по несущей способности производится исходя из условия:

где N — расчетная нагрузка на основание, определяемая по указаниям пп. 3.6-3.9 настоящей главы (пп. 3.14-3.23 Рук.);

Ф
— несущая способность основания;

k_н
— коэффициент надежности, устанавливаемый проектной организацией в зависимости от ответственности здания или сооружения, значимости последствий исчерпания несущей способности основания, степени изученности грунтовых условий и принимаемый не менее 1,2.

3.293(3.74). Несущая способность (прочность) оснований, сложенных скальными грунтами Ф, независимо от глубины заложения фундаментов вычисляется по формуле:

где R_c
— расчетное значение временного сопротивления образцов скального грунта сжатию в водонасыщенном состоянии, определяемое в соответствии с требованиями пп.3.13-3.15 настоящей главы (пп. 3.53-3.59 Рук.);

— соответственно приведенные ширина и длина фундамента, вычисляемые по формулам:

где e_l и e_b
— соответственно эксцентриситеты приложения равнодействующей всех нагрузок в направлении продольной и поперечной осей фундамента.

3.294. Несущая способность скальных оснований по формулам (3.87) (22) и (3.88) (23) определяется из условия, чтобы среднее давление по приведенной подошве фундамента не превосходило временного сопротивления образцов скального грунта сжатию, определяемого в условиях одноосных испытаний.

3.295. Приведенные размеры фундамента при внецентренной нагрузке определяются из условия, чтобы равнодействующая всех сил оказывалась в центре тяжести приведенной прямоугольной подошвы фундамента (рис. 3.29).

Подошва фундамента сложного очертания должна при этом предварительно приводиться к эквивалентной по площади прямоугольной форме. Для круглого фундамента эквивалентной формой будет квадрат, а приведенной (для случая внецентренного расположения равнодействующей) — прямоугольник по рис. 3.30.

3.296(3.75). Несущая способность основания, сложенного нескальными грунтами, должна определяться исходя из условия, что в грунте образуются поверхности скольжения, охватывающие всю подошву фундамента или сооружения; при этом считается, что соотношение между нормальными р и касательными напряжениями т по всей поверхности скольжения, соответствующее предельному состоянию основания, подчиняется зависимости

Где φ_I и c_I
— расчетные значения соответственно угла внутреннего трения и удельного сцепления грунта, определяемые согласно требованиям пп. 3.13-3.15 настоящей главы (пп. 3.53-3.58 Рук.).

3.297(3.77). Несущая способность оснований из нескальных грунтов определяется на основе теории предельного равновесия грунтовой среды. При этом должны различаться случаи, когда допускается применять:

а) аналитические решения [в случаях и по указаниям п. 3.78 настоящей главы (п. 3.302 Рук.)];

б) графоаналитические методы с построением круглоцилиндрических поверхностей скольжения (в случаях и по указаниям п. 3.79 настоящей главы (пп. 3.308-3.312 Рук.).

3.298. Наиболее строгими методами определения величины несущей способности являются методы, основанные на теории предельного равновесия сыпучей среды. Поверхности скольжения в этом случае не задаются произвольно, а определяются в результате решения системы дифференциальных уравнений предельного равновесия. Однако строгие аналитические решения получены только для отдельных случаев, т. е. для ленточного фундамента при центральном загружении вертикальной или наклонной нагрузкой и круглого фундамента при центральном загружении вертикальной нагрузкой. Любые другие случаи загружения, формы фундамента в плане и характера основания учитываются в этих решениях эмпирическими коэффициентами, либо путем использования инженерных методов оценки несущей способности оснований.

3.299. При расчете несущей способности основания следует учитывать, что возможны различные схемы потери устойчивости, например, в виде плоского сдвига по подошве фундамента (или ниже ее) или по схеме глубинного сдвига по тем или иным поверхностям скольжения, огибающим фундамент и прилегающий к нему массив грунта.

Направление сдвига может быть также различно — в сторону горизонтальной составляющей равнодействующей всех сил или в сторону действия момента (в сторону, противоположную эксцентриситету).

Параметры элементов поверхностей скольжения могут быть известны или же заданы исходя из тех или иных теоретических предпосылок и. допущений и уточнены путем последовательных попыток расчета при поиске минимально возможной несущей способности основания для выбранной схемы потери устойчивости.

3.300. При выборе схемы потери устойчивости следует учитывать характер нагрузок и их равнодействующей (вертикальность, наклон, эксцентриситет), форму фундамента (ленточный, прямоугольный и пр.), характер подошвы фундамента (горизонтальность, наклон, наличие зуба и пр.), наличие связей фундамента с другими элементами здания или сооружения, ограничивающих возможность потери устойчивости, характеристику основания — вид и свойства грунтов, однородность геологического строения, наличие и наклон слоев и слабых прослоек, наличие откосов грунта вблизи фундамента и пр.

3.301. Основания ленточного фундамента следует проверять на устойчивость только в направлении короткой стороны (ширины) фундамента, а прямоугольного, квадратного и круглого — в направлении действия момента либо наклона равнодействующей (направления ее горизонтальной составляющей).

При проверке несущей способности основания фундамента следует учитывать, что потеря устойчивости может происходить по трем возможным вариантам (в зависимости от соотношения вертикальной и горизонтальной составляющих равнодействующей, а также величины эксцентриситета):

плоский сдвиг по подошве;

глубокий сдвиг в направлении горизонтальной составляющей нагрузки;

глубокий сдвиг в направлении момента.

Рис. 3.29. Схема для определения приведенных размеров прямоугольного фундамента

Рис. 3.30. Схема для определения приведенных размеров круглого фундамента

Проверку устойчивости основания отдельного фундамента следует производить с учетом работы основания всего сооружения в целом. Например, основание фундамента здания, примыкающего к подпорной стенке, следует рассчитывать по устойчивости вместе с основанием подпорной стенки. Призма обрушения в этом случае может быть ориентировочно ограничена поверхностью ABC (рис. 3.31).

3.302(3.78). Несущую способность оснований Ф для вертикальной составляющей нагрузки допускается определять с применением аналитических решений, если основание сложено нескальными однородными грунтами, находящимися в стабилизированном состоянии, и фундаменты имеют плоскую подошву, а пригрузка с разных сторон фундамента отличается по величине не более чем на 25%, пользуясь формулой:

где — обозначения те же, что и в формуле (3.88) (23) ;

Инженерные методы расчета устойчивости откосов и склонов

Устойчивость откосов и склонов

Общие положения

Откосом называется искусственно созданная поверхность, ограничивающая природный грунтовый массив, выемку или насыпь. Откосы образуются при возведении различного рода насыпей (дорожное полотно, дамбы, земляные плотины и. т.д.), выемок (котлованы, траншеи, каналы, карьеры и .п.) или при перепрофилировании территорий.

Склоном называется откос, образованный природным путем и ограничивающий массив грунта естественного сложения.

При неблагоприятном сочетании разнообразных факторов массив грунтов, ограниченный откосом или склоном, может перейти в неравновесное состояние и потерять устойчивость.

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 откосе или вблизи его бровки);

изменение внутренних сил (увеличение удельного веса грунта при возрастании его влажности или, напротив, влияние взвешивающего давления воды на грунты);

неправильное назначение расчетных характеристик прочности грунта или снижение его сопротивления сдвигу за счет, например повышения влажности;

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

Инженерные методы расчета устойчивости откосов и склонов

В проектной практике применяются инженерные методы расчета устойчивости, содержащие различного рода упрощающие предположения. Наиболее распространенный из них – метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения, относящий к схеме плоской задачи.

Рис. 1. Схема к расчету устойчивости откосов методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения: а) – расчетная схема; б) – определение положения наиболее опасной поверхности скольжения; 1, 2, … — номера элементов.

Этот метод был впервые применен К. Петерсоном в 1916 г. для расчета устойчивости откосов (тогда и долгое время назывался методом шведского геотехнического общества).

Рассмотрим широко используемую модификацию этого метода. Предположим, что потеря устойчивости откоса или склона, представленного на рис. 1, а, может произойти в результате вращения отсека грунтового массива относительно некоторого центра . Поверхность скольжения в этом случае будет представлена дугой окружности с радиусом r и центром в точке . Смещающийся массив рассматривается как недеформируемый отсек, все точки которого участвуют в общем движении. Коэффициент устойчивости принимается в виде

, (1)

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

Для определения входящих в формулу (1) моментов отсек грунтового массива разбивается вертикальными линиями на отдельные элементы. Характер разбивки назначается с учетом неоднородности грунта отсека и профиля склона так, чтобы в пределах отрезка дуги скольжения основания каждого i-го элемента прочностные характеристики грунта j и с были постоянными. Вычисляются силы, действующие на каждый элемент: вес грунта в объеме элемента и равнодействующая нагрузки на его поверхность . При необходимости могут быть также учтены и другие воздействия (фильтрационные, сейсмические силы и т.д.). Равнодействующие сил считаются приложенными к основанию элемента и раскладываются на нормальную и касательную составляющие к дуге скольжения в точке их приложения. Тогда

; (2)

Соответственно момент сил, вращающих отсек вокруг 0, определился как

(3)

где п – число элементов в отсеке.

Принимается, что удерживающие силы в пределах основания каждого элемента обусловливаются сопротивлением сдвигу за счет внутреннего трения и сцепления грунта. Тогда с учетом выражения для закона кулона можно записать

, (4)

где — длина дуги основания i-го элемента, определяемая как . Здесь — ширина элемента)

Отсюда момент сил, удерживающих отсек, будет иметь вид

. (5)

Учитывая формулу (1), окончательно получим

. (6)

При устойчивость отсека массива грунта относительно выбранного центра вращения 0 считается обеспеченной. Основная сложность при практических расчетах заключается в том, что положение центра вращения 0 и выбор радиуса r, соответствующие наиболее опасному случаю, неизвестны. Поэтому обычно проводится серия таких расчетов при различных положениях центров вращения и значениях r. Чаще всего наиболее опасная поверхность скольжения проходит через нижнюю точку откоса или склона. Однако если в основании залегают слабые грунты с относительно низкими значениями прочностных характеристик j и с, то это условие может не выполняться.

Один из приемов нахождения наиболее опасного положения поверхности скольжения заключается в следующем. Задавясь координатами центров вращения 0₁, 0₂, …, 0_n на некоторой прямой, определяют коэффициенты устойчивости для соответствующих поверхностей скольжения и строят эпюру значений этих коэффициентов (рис.1,б). Через точку 0_min, соответствующую минимальному коэффициенту устойчивости, проводят по нормали второй отрезок прямой и, располагая на нем новые центры вращения , , …, вновь оценивают минимальное значение коэффициента устойчивости. Тогда и определит положение наиболее опасной поверхности скольжения. При устойчивость откоса или склона будет обеспечена.