Stroi-doska.ru

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

Расчет угла откоса котлована

5rik.ru

Материалы для учебы и работы

Расчет устойчивости откосов

При разработке котлованов, устройстве выемок и насыпей, планировке площадок с уступами, возведении сооружений на склонах и в некоторых других случаях возникает необходимость в оценке устойчивости грунтов в откосах. Устройство очень кpyтыx откосов может вызвать нарушение его устойчивости и привести к авариям пологие откосы значительно удорожают строительство, поэтому задачей проектировщика является отыскание оптимальной крутизны откоса.

Основные виды нарушения устойчивости откосов:

оползни вращения, когда массы грунта сползают по криволинейным поверхностям скольжения (рис. 2.16, а);

— оползни скольжения (прислоненный откос), когда массы грунта сползают по подстилающей породе (рис. 2.16, 6);

— оползни разжижения, когда в результате каких-либо воздействий происходит разжижение грунтов и разжиженные массы перемещаются как вязкая жидкость;

— оползни медленного течения, когда грунт как очень вязкое тело постепенно сползает по склону, при этом поверхностные слои перемещаются быстрее ниже расположенных (рис. 2.16, в);

— обвалы, когда перемещаются поверхностные слои грунтов, не обладающие сцеплением;

— оползни обрушения, когда разрушается основание откоса (выдавливанием, суффози­ей и т. п.) И часть массива грунта откалывается, а иногда даже опрокидывается (рис. 2.16, г). Рис. 2.16. Основные виды оползней.

Потеря устойчивости отко­сов происходит в силу следующих причин:

1. устранение естественной опоры грунта в результате разработки траншеи и котлованов;

2. увеличение внешней нагрузки на откос (складирование материалов, возведение сооружений);

3. устройство недопустимо крутых откосов;

4. увеличение веса и снижение сцепления и трения грунта при его увлажнении.

В ряде случаев нарушение устойчивости происходит в результате влияния нескольких причин. Обследования большинства оползней показали, что в однородных грунтах, обладающих трением и сцеплением, потеря уcтойчивости откосов происходит в результате смещения массива грунта по круглоцилиндрической поверхноcти скольжения.

Сущноcть этого, метода заключается в следующем. Задаваясь углом вращения О откоса АВ (рис. 2.17), по радиусу R проводят поверхнocть скольжения АС через точку А, затем призму обрушения АВС делят на n* отсеков и суммируют вес каждого отсека с внешней нагрузкой (при наличии последней), прикладывая равнодействующую в точке, расположенной на поверхности скольжения. Эту силу Рi раскладывают на две составляющие: нормальную Ni к заданной поверхности и касательную Ti. Учитывается также и сцепление грунта по всей поверхности скольжения. Коэффициент надежности откоса в этом случае вычисляется как отношение момента удерживающих сил, к которым относятся силы трения, сцепления и касательная составляющая веса удерживающих отсеков к моменту сдвигающих сил (касательная составляющая веса сдвигающих отсеков). Если в этом отношении сократить радиус вращения, то получим

где fi=tgφ1,ci — соответственно коэффициент внутреннего трения и сцепления і-го участка; li— длина дуги скольжения на i-м участке; Niiсоsα — нормальная составляющая; Tirt=Pisina- касательная составляющая, действующая против движения призмы обрушения; Tis — то же, но направленная по ходу движения призмы.

В общем случае через точку А можно провести бесконечное множество поверхностей скольжения, поэтому на практике расчет осуществляют по специальной методике, для нескольких (минимум четырех) центров вращения О с определением минимального значения γn. Сущность такого приема заключается в следующем: из верхней точки откоса В проводят наклонную линию под углом 360 к горизонту (рис. 2.18). На этой линии располагают точки 01′ 02′ ОЗ’ 04,. на расстояниях, указанных на рис. 2.18, где m=ctga. Эти точки принимают в качестве центров вращения. Проводят сле­ды круглоцилиндрических поверхностей скольжения АС1. АС2. АСз. А.С4,. и для каждой точки поверхности вычисляют значение коэффи­циента запаса устойчивости по формуле (2.22). Затем откладывают некотором масштабе значения a11-1; a22-1; a3=γ3l; а44 -1 в виде отрезков, перпендикулярных линии В04 в соответствующих точках. Через концы этих отрезков строят плавную кривую. К этой кривой проводят касательную, параллельную линии ВО 4′ и точку касания проецируют на линию ВО 4′ для полученной точки О делают пятое построение, аналогичное рис. 2.17, и по формуле (2.22) находят минимальное значение коэффициента запаса устойчивости, которое должно быть не менее 1,1. 1,3 в зависимости от класса сооружения.

Если в основании откоса залегают относительно слабые грунты с углом внутреннего трения менее 100, необходимо дополнительно рассматривать возможность потери устойчивости по круглоцилиндрической поверхности, указанной пунктиром на рис. 2.18, с выпира­нием грунтов основания откоса.

Устойчивость прислоненного откоса определяется, если можно наметить вероятный сдвиг масс грунта по ломаной поверхности скольжения (рис. 2.19).

Оползающий массив грунта разбивают вертикальными плоскостями на ряд отсеков и рассматривают силы, действующие на каждый из них, начиная сверху вниз.

При рассмотрении i-го отсека учитывают приложенную к нему внешнюю нагрузку и силу тяжести грунта отсека, сумму которых Q, раскладывают на два направления: перпендикулярное плоскости сдвига этого отсека по основанию и параллельное ей. Нормальная сила Н, позволяет учесть силы трения ПО основанию Ai Вi. Кроме того, учитывают сцепление грунта при сдвиге по этой плоскости. Дополнительно на отсек действуют неуравновешенное оползневое давление от вышележащих отсеков Еi-I и неизвестное оползневое давление на нижележащие отсеки Ei. Рассмотрение уравнений равновесия (сумм проекций всех сил на направление Аi Вi и нормаль к этому направлению) позволяет найти значение оползневого давления Еi передаваемого на следующий отсел. Расчет начинают с первого отсека, на который не давит сверху оползневое давление, т. е. для которого Еi-I =0. Переходя от отсека к отсеку, достигают последнего отсека, который должен быть устойчивым при Еi-1≤0, т. е. сила Еi должна иметь противоположное (отрицательное) направление.

Читать еще:  Кого посадили за откос от армии

Чтобы откос имел определенный запас устойчивости, сдвигающие силы от собственного веса и внешних нагрузок увеличивают на коэффициент запаса устойчивости γi.

При расчете устойчивости по круглоцилиндрическим поверхностям и прислоненных откосов можно учитывать слоистость и даже линзообразность залегания отдельных грунтов, фильтрационное давление потока грунтовых вод и сейсмические воздействия.

  • Практический курс: расчет котлованов и откосов. Технологии укрепления грунтов

    Код 28287

    • О мероприятии
    • Преподаватели
    • Отзывы
    • Также по теме

    для руководителей и специалистов строительных и проектных организаций.

    1. Технология струйной цементации грунтов:
      • описание различных вариантов технологии (Jet1, Jet2, Jet3, SuperJet, CrossJet);
      • определение диаметра колонн в различных грунтах;
      • расход цемента и различных добавок;
      • порядок проектирования струйной цементации;
      • определение расчетных параметров (прочность, модуль деформации);
      • описание технологических параметров;
      • контроль качества выполненных работ;
      • опыт применения технологии для укрепления грунтов в основании зданий и для проходки тоннелей, ограждения котлованов, устройства противофильтрационных завес, усиления фундаментов.
    2. Расчет ограждений котлованов с анкерами и распорной системой:
      • основы расчета ограждения котлованов (понятие различных активных, пассивных давлений, давление в состоянии покоя, пластические деформации грунта);
      • принципы проектирования ограждения котлованов (расчет шага и длины свай, подбор армирующего элемента);
      • расчет ограждений котлованов различного типа («стена в грунте», из буровых свай, из труб, шпунт) на прочность;
      • принципы проектирования анкеров (назначение шага анкеров, угла наклона);
      • расчет грунтовых анкеров по несущей способности по грунту и по материалу по нескольким методикам;
      • мастер-класс по расчету ограждения котлованов в программе GeoWall.
    3. Экскурсия на объекты. Для желающих будет организована экскурсия на объект с применением технологии струйной цементации грунтов или устройством грунтовых анкеров.
    4. Расчет устойчивости откосов:
      • методы расчета устойчивости откосов;
      • методы крепления откосов анкерами, нагелями;
      • использование геосинтетических материалов для крепления откосов;
      • мастер-класс по расчету устойчивости откосов в программе GeoStab.

    В рамках семинара планируется обзор и рассмотрение как теоретических основ, так и практических навыков работы в программном комплексе.

    Семинары проводят руководители отделов, имеющие практический опыт проектирования подземных конструкций 5-10 лет, имеющие ученую степень кандидата технических наук, а также разработчики программ.

    «ИнжПроектСтрой»:

    • Малинин Павел Алексеевич — технический директор, член Российского общества по механике грунтов и геотехнике и фундаментостроению (РОМГГиФ), опыт проектирования и выполнения работ в геотехнике 15 лет;
    • Струнин Павел Владимирович — руководитель проектного отдела, к.т.н., опыт работы — 7 лет;
    • Салмин Игорь — руководитель отдела разработки геотехнических программ, опыт работы 5 лет;
    • Резяпкин Иван Павлович — ведущий инженер «МИАКОМ», Москва.

    Для участников семинара:
    обучение по программе с выдачей Удостоверения;
    комплект информационно-справочных материалов;
    экскурсионная программа;
    обеды (шведский стол) и кофе-паузы в ресторане.

    ВНИМАНИЕ!
    Участие в семинаре может быть оформлено в соответствии с требованиями 44-ФЗ и 223-ФЗ
    По вопросам участия нашей организации в государственных и муниципальных закупках обращаться по телефонам: (812) 331-88-88 или 8-921-878-45-93.

    Устойчивость грунтовых откосов

    Откосы образуются при возведении различного рода насыпей, устройстве выемок, разработке котлованов, траншей, карьеров или при вертикальной планировке площадок с уступами. Устройство пологих откосов удорожает строительство. Крутые откосы могут обрушиться. Важной задачей является отыскание безопасной крутизны откоса.

    Основными причинами потери устойчивости откосов являются:

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

    · увеличение внешней нагрузки на откос (возведение сооружений или складирование материалов на откос);

    · влияние взвешивающего действия воды на грунты в основании;

    · проявление гидродинамического давления воды, выходящей через поверхность откоса;

    · динамические воздействия при движении транспорта, забивке свай, проявлении сейсмических сил и др.

    Обычно все эти факторы проявляются во взаимодействии, что необходимо иметь в виду при изысканиях и проектировании в каждом отдельном случае.

    5.4.1. Устойчивость откоса идеально сыпучего грунта ( ; с = 0)

    Рассмотрим равновесие частицы А, которая лежит на поверхности откоса (рис. 5.7). Вес р этой частицы разложим на составляющие: N – нормальную к поверхности откоса и T – касательную к ней. Кроме того, на частицу действует сила трения T’. В таком случае ; ; T’ = fN, где f – коэффициент трения грунта, равный тангенсу угла внутреннего трения ( ). Составим уравнение проекций сил на направление поверхности откоса BC в условиях предельного равновесия: .

    или

    . (5.14)

    Таким образом, если угол заложения откоса равен или меньше угла внутреннего трения грунта , устойчивость откоса обеспечена. Предельный угол заложения откоса в сыпучих грунтах равен углу внутреннего трения грунта. Этот угол называют углом естественного откоса.

    5.4.2. Расчет устойчивости откосов методом круглоцилиндрических

    поверхностей скольжения

    Суть метода расчета в том, что определяется коэффициент устойчивости откоса для наиболее опасной поверхности скольжения.

    Коэффициент устойчивости – это отношение моментов всех сил, удерживающих откос, к моментам всех сил, сдвигающих откос относительно центра дуги скольжения. За поверхность скольжения принимают круглоцилиндрическую поверхность в виде дуги с центром О, который может быть взят произвольно, но так, чтобы в результате построения получился клин, способный потерять устойчивость, т.е. оползать. Образующийся клин делят на ряд элементов вертикальными сечениями и находят вес каждого элемента рi (рис. 5.8). Раскладываем силы веса на две составляющие: Ni , действующую нормально к заданной поверхности скольжения, и Ti , касательную к этой поверхности. Кроме того, учитывают сцепление грунта по всей поверхности скольжения.

    Читать еще:  Инструкция по замеру откосов

    ; ; ;

    .

    Определим фактический коэффициент устойчивости откоса:

    , (5.15)

    где – коэффициент внутреннего трения; li – длина дуги го элемента; R – радиус дуги скольжения; Ti и Ni – касательная и нормальная составляющие силы веса рi; с – сцепление грунта.

    Обычно проводят серию подобных расчетов при разных положениях центра дуги скольжения О и находят минимальное значение коэффициента устойчивости . Полученное значение является мерой оценки устойчивости откоса. Соответствующая этому значению коэффициента устойчивости круглоцилиндрическая поверхность скольжения рассматривается как наиболее опасная. При > устойчивость откоса считается обеспеченной ( – коэффициент надежности, принимаемый от 1,1 до 1,5).

    Простой расчет призмы возможного обрушения. Давление грунтов на подпорные стенки. Построение профиля откоса. Расчет крепления стенок котлованов и траншей

    Понятие призмы обрушения используется при расчётах откосов , устойчивых к обрушению и предотвращения оползней .

    См. также

    Напишите отзыв о статье «Призма обрушения»

    Примечания

    Литература

    • А. З. Абуханов, «Механика грунтов»
    • Шубин М. А. Подготовительные работы при сооружении земляного полотна железной дороги. — М .: Транспорт, 1974.

    Ссылки

    • // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб. , 1890-1907.

    Отрывок, характеризующий Призма обрушения

    Площадки, ограничивающие не рабочие уступы, называются – бермами. Различают предохранительные бермы, бермы механической очистки и транспортные бермы. Предохранительные бермы равны 1/3 расстояния по высоте между смежными бермами. Бермы механической очистки обычно больше либо равны 8 метров (для заезда бульдозеров для очистки осыпанной породы).

    Транспортные бермы – это площадки, оставляемые на нерабочем борту карьера для передвижения транспортных средств. Предохранительные бермы – это площадки, оставляемы на нерабочем борту карьера для повышения его устойчивости и задержания осыпающихся кусков породы. Обычно они слегка наклонены в сторону вышележащего откоса уступа. Бермы должны оставляться не более чем через 3 уступа. Призма обрушения – это неустойчивая часть уступа между откосом уступа и плоскостью естественного обрушения и ограниченная верхней площадкой. Ширина основания призмы обрушения (Б) называется бермой безопасности и определяется по формуле: .

    Порядок развития открытых горных работ

    Порядок развития открытых горных работ в пределах карьерного поля не может устанавливаться произвольно. Он зависит от типа разрабатываемого месторождения, рельефа поверхности, формы залежи, положения залежи относительно господствующего уровня поверхности, угла её падения, мощности, строения, распределения по качеству полезных ископаемых и типов вскрышных пород. Дальнейшим следствием является выбор вида открытых горных разработок: поверхностного, глубинного, нагорного, нагорно-глубинного или подгорного. Дальнейшим нашим действием является принципиальное предварительное решение о карьерном поле – его возможных глубине, размерах по дну и поверхности, углах откосов бортов, а так же общих запасов гонной массы и полезных ископаемых в частности. Устанавливаются так же возможные места расположение потребителей полезных ископаемых, отвалов, хвосто-хранилищ и их ориентировочные вместимости, что позволяет наметить возможные направления и пути перемещения карьерных грузов. На основании вышеуказанных рассуждений устанавливаются возможные размеры карьерного поля, его местоположении в увязке с рельефом поверхности, а так же примерные контуры горного отвода будущего предприятия. Только после этого с учётом планируемой мощности карьера приступают к решению задачи о порядке развития горных работ в пределах карьерного поля. Для ускоренного ввода карьера в эксплуатацию и сокращения уровня капитальных затрат горные работы начинают вести там где залежь полезного ископаемого находится ближе к поверхности. Главная цель открытых горных работ – добыча из недр полезных ископаемых с одновременной выемкой большого объёма покрывающей и вмещающей залежь вскрышных пород достигается при чёткой и высокоэкономичной организации ведущего и наиболее дорого процесса открытых горных работ – перемещение горной массы из забоев в пункты приёма на складах и отвалах (до 40%). Эффективность перемещения карьерных грузов достигается организацией устойчиво действующих потоков полезных ископаемых и вскрышных пород применительно к которым решаются вопросы вскрытия рабочих горизонтов карьерного поля, а так же и мощностей используемых транспортных средств. Технические решения при открытой разработке месторождений и экономические её результаты определяются соотношениями объёмов вскрышных и добычных работ в целом и по периодам деятельности карьера. Количественная оценка этих соотношений производится с применением коэффициента вскрыши.

    Крутые траншеи и полутраншеи

    По углу наклона капитальные траншеи делятся на крутые. Крутые траншеи глубинного вида обычно имеют внутреннее заложение. По расположению относительно борта карьера они подразделяются на поперечные и диагональные. Поперечные крутые траншеи применяются в тех случаях когда общий угол откоса борта карьера меньше. Диагональные крутые траншеи обычно применяются для размещения конвейерных и автомобильных подъёмников. Крутые траншеи характерны при оставлении на нерабочем борту транспортных берм (съездов).

    Временные съезды

    Основное отличие временных съездов от скользящих – следующее:

    1. Временные съезды не перемещаются (не скользят) при попеременной отработке верхнего и нижнего под уступов в пределов съездов;

    2. Строительство временных съездов как правило (в скальных и полу скальных породах) включает обуривание и взрывание породного блока в пределах съезда на высоту уступа и проходку съезда чаще всего с перемещением взорванной породы пол откос экскаватором или бульдозером;

    3. Отработка старых съездов осуществляется путём выемки взорванной породы с погрузкой в автомобильный транспорт;

    Читать еще:  Как заделать дверной откос ламинатом

    Трасса временных съездов простая или петлевая, коэффициент удлинения простой временной трассы зависит в основном от ширины рабочей площадки. Автомобильные съезды могу примыкать к горизонтам на руководящем уклоне, смягчённом уклоне (с пологой вставкой) и на площадке. Примыкание на руководящем уклоне характерно для съездов на верхних, уже отработанных горизонтах при сквозном движении автомобилей по этим съездам.

    При решении практических задач из общего напряженного состояния массива грунта обычно выделяют в отдельную задачу определение усилий, передающихся грунтом на вертикальные или наклонные грани сооружения. Типичными конструкциями, для которых существенно важна оценка давления грунта Е, являются различного рода подпорные стены (рис. 6.1, а), стены подвальных помещений (рис. 6.1, б), устои мостов (рис. 6.1, в), гидротехнические сооружения (рис. 6.1, г), ограждения котлованов, перемычки и др.

    Рис. 6.1. Давление грунта на различные сооружения.

    1 — область («призма») обрушения грунта;

    2 — область («призма») выпора грунта.

    Как убедительно показали эксперименты и натурные наблюдения, давление грунта Е на сооружение существенно зависит от направления, величины и характера смещений вертикальных или наклонных контактных граней сооружения, по которым происходит взаимодействие с грунтовым массивом.

    Рассмотрим влияние смещений на примере простейшей подпорной стены (рис. 6.2). В случае уверенно неподвижной стены (рис. 6.2, в) деформации грунта происходят без бокового расширения и поэтому при действии только собственного веса грунта можно принять σ x = ξσ z = ξγ гр z, где ξ — коэффициент бокового давления грунта (см. раздел 3.3, ф-ла 3.23). При этом суммарное боковое давление на единицу длины стены (в направлении, перпендикулярном плоскости хz) определится как E 0 = ξγ гр h 2 /2. Давление E 0 принято называть давлением покоя , поскольку величина коэффициента ξ в E 0 отвечает случаю отсутствия боковых смещений грунта.

    Рис. 6.2. Зависимость давления грунта от величины и направления

    горизонтального смещения стенки или сооружения.

    Под действием давления грунта могут возникать смещения U сооружения в сторону от грунта засыпки (на рис. 6.2 приняты со знаком минус, т.е. U

    Устойчивость откоса грунта, обладающего трением и сцеплением

    Причины, приводящие к нарушению устойчивости массивов грунта в откосах

    1. Увеличение крутизны откоса (подмыв берегов реки).

    2. Увеличение нагрузки на откос (строительство на бровке)

    3. Обводнение грунтов (уменьшение механических характеристик:(С; и увеличение объемного веса грунта).

    4. Деятельность строителей (устройство котлованов, выработок с вертикальными стенками).

    Виды оползней

    1. Оползни по поверхности в глубине массива (в движение приходит весь массив грунта в целом;

    характерно для грунтов, обладающих трением и сцеплением).

    2. Сползание по поверхности откоса (осыпь) (характерно для песчаного грунта).

    3. Разжижение грунтов (для водонасыщенных грунтов при динамических воздействиях).

    Устойчивость откоса грунта, обладающего трением (С = 0)

    Рассмотрим равновесие песчинки на откосе:

    Q – вес песчинки;

    N – нормальная составляющая веса песчинки;

    Т – касательная составляющая веса песчинки;

    Влияние гидродинамического давления

    Через откос выходит вода при высоком У. Г. В. (откос дренирует).

    Рассмотрим равновесие песчинки в месте выхода воды

    DI – гидродинамическое давление;

    В предельном состоянии угол должен быть равен 90 –α , т. е. откос должен быть положе.

    Гидродинамическое давление воды возникает в момент откачки воды из котлована

    Устойчивость откоса грунта, обладающего только сцеплением

    = 0 (жирные глины)

    С – составляет основную прочность откосов. На какую глубину (h) можно откопать котлован с вертикальными стенками?

    С – силы сцепления, действующие вдоль откоса

    но α – мы приняли произвольно (sin изменяется в пределах 0…1), при max использовании сил сцепления:

    hmax при α = 45°; sin2α = 1; тогда hмах=2C/ϒ

    Пусть С = 0,1 кг/м 2 = 1 т/м 2 = 0,01 МПа = 0,01 МН/м 2 ; ɣ= 2 т/м 3 = 20 кН/м 3 = 20·10–3 МН/м 3

    hmax= 2 1/2 = 1 м, следовательно откос будет устойчив при вертикальной стенке не более 1 м.

    Другой способ расчета:

    Устойчивость откоса грунта, обладающего трением и сцеплением

    =0; С 0 (графо-аналитический метод расчета)

    Пусть обрушение откоса происходит по круглоцилиндрической поверхности относительно центра вращения т. О.

    Как рассчитать устойчивость такого

    уст – коэффициент устойчивости

    Порядок вычислений:

    1) откос делим на призмы;

    2) определяем вес каждой части – призмы – Qi;

    3) раскладываем Qi на Ti и Ni;

    4) находим С и L – длину дуги.

    Недостаток этого метода – произвольное решение. (Точкой О мы задались произвольно.) Необходимо найти наиболее опасный центр вращения, с ἠуст = min, т. е. наиболее вероятную поверхность обрушения.

    Центры вращения – т. О располагаются на одной линии под 36 на расстоянии 0,3h.

    Для всех точек О1, О2, О3, О4 … – строим поверхности скольжения – определяем ἠ1, ἠ 2, ἠ ,ἠ – откладываем их в масштабе, соединяем и графически находим ἠуст = min , т. е. наиболее вероятную поверхность обрушения; если при этом уст ἠуст > 1, то откос устойчив, в противном случае необходимо принимать меры по увеличению устойчивости откоса.

    Прислоненный откос

    Поверхность скальной породы

    Еi – оползневое давление

    Порядок расчета устойчивости откоса:

    1. Разбиваем откос на ряд призм и рассматриваем равновесие каждой призмы с учетом бокового давления грунта.

    2. Расчет начинаем с первого элемента (сверху). Если все элементы устойчивы, то откос устойчив.

    голоса
    Рейтинг статьи
  • Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector