Stroi-doska.ru

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

Устойчивость откосов методы определения устойчивости

Устойчивость откосов связанных и сыпучих грунтов. Метод круглоцилиндрических поверхностей при исследовании устойчивости откосов.

Устойчивость откосов должна быть обеспечена при;

1. при откопке котлованов и траншей и т.п.

2. при строительстве зданий на бровке откосов

3. при проектировании земляных сооружений (насыпи, дамбы, грунтовые платины и т.п.

4. при оценке устойчивости естественных откосов

Виды оползней и разрушений: 1. скольжения, 2 вращения, 3. разжижения.

Существуют аналитический и графический методы расчёта

Аналитический наиболее простые решения были получены для идеально сыпучих и связанных грунтов.

Идеально сыпучие грунты.(с=0, φ≠0 )

T’- сила трения T’=N*f где f- коэф. Трения

Из условия равновесия

P sinα – f P cosα = 0 откуда f= tg φ

Идеально связанные грунты (с≠0, φ=0)

допущения; — обрушение откоса по некоторой линии АD “c”- удельное сцепление

определяем вес призмы

P=((a*b)*(b*d)*γ)/2) * h = (h 2 *γ*ctgα)/2

(γ*h 2 *ctgφ*sinα)/2- (c/2)*(h/sinα) = 0

Метод круглоцилендрических поверхностей

Этот метод применяется для любых грунтов с введением допущений;

Основан на опытных данных о форме поверхности скольжения одной части грунта относительно другой

-Поверхность скольжения при обрушении круглоцилиндрическая;

-Отдельные блоки не оказывают давления друг на друга

Разбиваем на ряд отсеков и определяем для каждого вес ‘’P’’ и силу удельного сцепления ,,с,,

Силу Р раскладываем на состовляющие

Устойчивость откоса оценивается соотношением моментов удерживающих сил к моменту сдвигающих сил (относительно точки ,,О,,)

η – коэф устойчивости откоса и откос устойчив если η≥1,1….1,5

Для определения наиболее опасного положения поверхности скольжения

(координаты точки О )нужно ; провести из точки В лини ю под углом 36 0 Далее рассматриваем положение точек О1….Оn по этой линии. Определяем значения η и на перпендикулярах к линии ОВ стрем эпюру. По экстремуму эпюры определяем опасное положение точки О.

Определение давления сыпучих и связных грунтов на ограждения.

Данная задача ставится в следующих случаях;

1. при расчёте заглубленных сооружений на боковое давление грунта

2. при расчёте подпорных стен

3. при расчёте давления на конструкции от сыпучих материалов

Существуют аналитический и графоаналитический методы расчёта.

Аналитический наиболее простые решения получены для идеально сыпучих грунтов и однородных связанных грунтов.

Активное давление Еа действует в направлении смещения подпорной стены.

Ер- пассивное давление старается удержать подпорную стену от смещения.

Еа и Ер – определяются в предельнонапряжённом состоянии грунта.

Идеально-сыпучий грунт

Рассмотрим элементарный объём V на глубине z

γ – удельный вес грунта

на основании теории прочности Мора-Куллона

σ3=σ1*tg 2 (45 0 -φ/2)

Для определения активного и пассивного давления нужно найти равнодействующую.

tg 2 (45±(φ/2)) – обозначим ч-з αа; αр – коэф. Активного и пассивного давления

Ea= (γ*H 2 *tg 2 αа)/2 Eр= (γ*H 2 *tg 2 αр)/2

Однородно-связанные грунты

z’- расстояние от края подпорной стены до пересечения эпюр

Заменяем Ре на действие грунта высотой h и γ

σ3=γ(h+z)tg 2 (45-φ/2)-Pe

σ3=γztg 2 (45-φ/2) — 2c*tg(45-φ/2)

σφ3— характеризует давление без учёта удельного сцепления

σc3— показывает на сколько на сколько снижается давление при учёте сил сцепления z’ = 2c / (γ*tg(45-φ/2))

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСНЫХ СООРУЖЕНИЙ ОТВАЛЬНО-ХВОСТОВОГО ХОЗЯЙСТВА ОАО СТОЙЛЕНСКИЙ ГОК Семинар 1

А.М. Гальперин, А.В. Крючков, В.В. Семёнов, 2007 УДК 622.271 А.М. Гальперин, А.В. Крючков, В.В. Семёнов ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСНЫХ СООРУЖЕНИЙ ОТВАЛЬНО-ХВОСТОВОГО ХОЗЯЙСТВА ОАО СТОЙЛЕНСКИЙ ГОК Семинар 1 О ценку устойчивости откосных сооружений хвостохранилищ и гидроотвалов (упорных призм и дамб обвалования) следует производить с учетом сил гидростатического взвешивания и гидродинамического давления, а также нестабилизированного состояния глинистых водонасыщенных пород [1, 2, 3]. Для расчета устойчивости нестабилизированных породных масс сухих и гидравлических отвалов наиболее пригодны методы алгебраического суммирования сил (при монотонной криволинейной поверхности скольжения) и многоугольника сил [4]. Избыточное давление воды в порах глинистых пород (поровое давление) оказывает существенное влияние на устойчивость откосных сооружений. Поровое давление возникает в результате восприятия поровой водой внешней нагрузки. Уплотнение и упрочнение пород определяются скоростью рассеивания порового давления. При возникновении порового давления уменьшаются эффективные (воспринимаемые минеральным скелетом породы) напряжения и, соответственно, уменьшает сопротивление породы сдвигу. При расчете устойчивости обводненных откосов, сложенных подверженными влиянию гидростатического взвешивания породами, сопротивление сдвигу в каждой точке поверхности скольжения снимается с графика сопротивления сдвигу при нормальном напряжении, уменьшенном на величину гидростатического давления. Если поверхность скольжения не является монотонной и криволинейной, для расчетов устойчивости применяются модификации метода многоугольника сил. Используются значения С и ϕ консолидированной глинистой породы и дополнительно учитываются поровое давление, а также равнодействующая сил гидродинамического давления и гидростатического взвешивания. При наличии графиков сопротивления глинистых пород сдвигу, соответствующих различным стадиям их уплотнения, расчет устойчивости выполняют при значениях С и ϕ, которые получены по тотальным напряжениям. Графики τ = ƒ(σ) принимаются с учетом степени уплотнения соответствующей расчетным моментам. При криволинейной монотонной поверхности скольжения метод многоугольника сил применяется для поверочных расчетов. При использовании метода многоугольника сил коэффициент запаса устойчивости откосов определяют построением замкнутого многоугольника при расчетных значениях параметров сопротивления сдвигу 135

Значения коэффициентов запаса устойчивости для отвальных массивов Отвалообразующие породы Тип отвала Основание отвала Скальные и полускальные Внешний Прочное породы Внутренний Слоистое Рыхлые песчано-глинистые Внешний Прочное породы Слоистое Внутренний Прочное Слоистое Слабые глинистые породы Внешний Прочное Слабое, слоистое Внутренний Прочное Слоистое Рекомендуемый коэффициент запаса устойчивости 1,05 1,05 * -1,10 1,10 1,10 * -1,20 1,10 * -1,15 1,20 1,20 1,20 * -1,30 1,20 1,20 * -1,30 Скальные, полускальные. Нагруженный Любое 1,10 * -1,20 Рыхлые песчано-глинистые породы 1,20 * -1,30 * Показатели физико-механических свойств пород отвалов и их оснований определяются методом обратных расчетов или натурными испытаниями. arctg ϕ С ϕ р = ; C р =, (1) η η или введением значения η в расчетную Р величину сдвигающих сил T p, которая i для одного блока массой P i с углом наклона основания α i имеет вид Р Ti = η P i sin αi. (2) Универсальность и математическая обоснованность метода многоугольника сил дают основание рекомендовать его для проведения массовых расчетов, трудоемкость которых существенно снижается при использовании компьютеров. При углах откоса положе 45 и большом числе блоков границы между ними можно принимать вертикальными, а направления реакций совпадающими с наклоном площадок скольжения в основании последующего блока. Тогда реакция между блоками определяется по формуле η Pi sin αi ( Pi cos αi Pui) tgϕi Cili E = + Ei 1 cosαi sin δitgϕi (3) где Р i масса пород в пределах блока; α i угол наклона основания блока; δ I = 136 α i — α i+1 — угол наклона реакции E i к основанию i-го блока. Метод многоугольгника сил позволяет также определять некомпенсированное оползневое давление Е н.к. и через него необходимые параметры пригрузки откосов для обеспечения нормативного коэффициента запаса η н устойчивости в соответствии с выражением [1] Р Енк ηн, (4) tgϕ.. пр = где ϕ — угол трения по контакту пригрузка-основание. Рекомендуемые «Правилами обеспечения устойчивости откосов» [4] значения коэффициента запаса устойчивости отвалов приведены в таблице. Отвал меловых пород ОАО «Стойленский ГОК» размещается в отроге «Крутой Лог» балки «Чуфичева». На территории отвала меловых пород в ненагруженном основании близ водоема 1 (ближайшего к головной дамбе хвостохранилища ЛГОКа) шурфами были вскрыты пески мощностью около 3 м, перекрывающие слабые глинистые от-

Читать еще:  Геосинтетика для укрепления откосов

ложения, опробование которых осуществлялось с помощью бура геолога и при зондировании установкой УГК-1. Пески имеют локальное распространение, границы которого четко не фиксируются. Расчеты устойчивости мелового отвала производились по 3-м наиболее слабым профилям, положение которых показано на плане (рис. 1). Расчеты выполнялись описанными выше методами алгебраического суммирования сил по вероятной поверхности скольжения и многоугольника сил. Принимались следующие характеристики физикомеханических свойств пород тела и основания отвала: насыпь ϕ = 20 о, С = 1 тн/м 2, γ = 1.7 тн/м 3 ; пески в основании γ = 1.9 тн/м 3, ϕ = 30 о, С = 0 тн/м 2, слабый слой в основании — γ=1.8 тн/м 3, ϕ = 14 о, С = 1.7 тн/м 2. Прочностные характеристики меловых пород приняты по результатам испытаний по закрытой схеме в стабилометрах М-2, выполнявшихся ранее кафедрой геологии на образцах отвальных масс Щигровского карьера [3]. Эти показатели рассматриваются как предварительные и их следует уточнить с помощью комплексного зондирования насыпей. Прочностные характеристики слабых глинистых отложений основания приняты по результатам трехосных испытаний в стабилометре УСВ-2. Оценивалась общая устойчивость системы откосов и местная устойчивость нижнего яруса, нижняя бровка которого находится в непосредственной близости к канаве для сброса фильтрационных вод из хвостохранилища ЛГО- Ка. Расчеты выполнялись для профилей с минимальными значениями ширины берм. Наихудший коэффициент запаса устойчивости получен для профиля III- III, где η общ 1.02. (рис. 2) В натурных условиях отмечаются локальные деформации нижнего яруса отвала меловых пород. Следует отметить, что прочностные и плотностные характеристики меловых отвальных пород, принятые по данным для объектааналога, нуждаются в уточнении. Нами рекомендуется выполнить комплексное зондирование меловых техногенных отложений в 2007 г. с использованием мобильной установки для пенетрационного каротажа СПК-Т или GT-50. Для обеспечения устойчивости отвала на перспективу предлагается создание водосбросного коллектора для отвода фильтрационных вод хвостохранилища ЛГОКа на правом борту существующей канавы. Укладка коллектора D 500 мм производится в траншее с засыпкой грунтом на глубину, превышающей глубину сезонного промерзания. Действующая в настоящее время канава подлежит засыпке скальной вскрышей и служит в качестве контрфорса и дренажа для отвода поверхностных вод. Необходимо разработать проект коллектора, включающий гидравлические расчеты и дополнительные расчеты устойчивости отвала. Для оперативного дистанционного контроля устойчивости ограждающих дамб гидроотвалов и хвостохранилищ кафедрой геологии МГГУ предложено использовать систему датчиковпьезодинамометров, заложенных по возможным поверхностям скольжения. В раздельнозернистых грунтах эти датчики служат для определения пьезометрических уровней, в тонкодисперсных породах для замера порового давления. После установления датчиков и снятия первой серии 137

Профиль 3-3 Крутой Лог Высота откоса = 92 м. Угол откоса = 22.82гр. X A = 52.80 У A = 100.32 X B = 56.40 У B = 95.18 X C = 267.82 У C = 9.96 90 40 X D = 268.00 У D = 10.00 Х О = 227.60 У О = 215.05 Метод алгебр. сумм. Куст. = 1.0211 Кмin. = 1.0211-10 Метод многоуг. сил. Куст = 1.0211 0 50 100 150 200 250 300 Свойства горных пород 1.7 20.0 1.0 1.8 14.0 1.7 1.8 22.0 3.5 Рис. 2. Расчет коэффициента запаса устойчивости сухого отвала СГОКа показаний производят расчет устойчивости откосов с использованием натурных данных. Затем выполняют расчеты устойчивости для вариантов, соответствующих различным положениям депрессионной кривой и степеням уплотнения слоев глинистых пород, которые принимают выше или ниже установленных при первичных замерах. Подобная схема контроля применялась на гидроотвалах «Березовый Лог», «Балка Чуфичева», «Балка Суры» (Лебединский ГОК), хвостохранилище и гидроотвале Михайловского ГОКа, хвостохранилище Вяземского ГОКа. Эффективный контроль за состоянием откосных сооружений осуществляется путем комплексного зондирования приоткосных зон и использованием стационарных датчиков-пьезодинамометров, заложенных по расчетным профилям в теле и основании дамбы на различных этапах формирования намывного массива. В МГГУ В.Н. Зуем разработана программа оперативного определения коэффициента запаса устойчивости η в зависимости от измеренного пьезодинамометрами давления воды, приведенного к 139

вероятным поверхностям скольжения. Расчет устойчивости 140

GOLOVNAYA_DAMBA_P3_15.11.2006 Н откоса = 32.00м; Угол откоса = 7.04гр x =83.44 A y A =200.60 x =83.73 B y =200.10 B x C =227.65 y C =174.80 x D =228.00 y =175.00 D x O =179.40 y =254.52 O 169 132 Метод алгебр. сумм. Kmin =1.3760 Kust =1.3760 Метод многоуг. сил Kust =1.3746 100 200 300 Свойства пород (плотность, т/куб. м; угол внутреннего трения, град.; сцепление, т/кв. м) 400 1.97, 27.0, 0.1 1.78, 20.0, 2.5 1.7, 9.0, 1.3 1.98, 29.0, 0.05 1.95, 26.0, 0.1 2.01, 31.0, 0.1 1.7, 10.0, 1.1 1.85, 28.0, 0.1 2.02, 24.0, 0.2 Рис. 4. Расчет коэффициента запаса устойчивости головной дамбы CГОК по профилю 3 выполняется методами алгебраического суммирования и многоугольника сил. Определение текущего коэффициента запаса устойчивости производится в зависимости от площади эпюры давления воды, определяемой путем снятия замеров величин Р w или h w по вероятной поверхности скольжения [1]. Из-за необходимости проведения полевых испытаний разработанных устройств для удаленного контроля порового давления, обеспечивающих накопление и передачу информации по сети сотовой связи бурение измерительных скважин в 2006 г. не производилось. Для замеров порового давления на хвостохранилище в 2006 г. была использована существующая сеть пьезометров на головной дамбе и дамбе защиты отвалов. С помощью переносного датчика порового давления были произведены замеры по 4-м створам. Показания датчика вводились в программу расчетов устойчивости и определялись коэффициенты запаса устойчивости обследованных откосных сооружений. На рис. 3. дан план головной дамбы с 3-мя расчетными профилями. Расчеты 141

показали, что минимальный коэффициент запаса устойчивости головной дамбы составляет η=1.37 для профиля 3. (рис. 4) Установлено, что коэффициенты запаса устойчивости близки к нормативным значениям (η>1.3) и состояние объекта на 2006 г. не вызывает опасений. Заключение 1. Для профилей отвала меловых пород с минимальными значениями ширины берм получены значения коэффициента запаса устойчивости меньше нормативного (η 1.3), состояние хвостохранилища с позиций устойчивости его откосных сооружений на 2006 г. не вызывает опасений. Для комплексной оценки состояния намывного массива целесообразно также осуществлять контроль состояния его внутренних зон и рассмотреть возможности создания в них дренажных элементов по предложенной МГИ и трестом «Энергогидромеханизация» технологии для повышения вместимости и ускорения водооборота. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Гальперин А.М. Геомеханика открытых горных работ. М., изд. МГГУ, 2003. 2. Мироненко В.А., Стрельский Ф.П. Практическое применение принципов гидрогеомеханики в целях повышения промышленной и экологической безопасности горных работ. Инж.геология, 1989, 5, с. 3-14. 3. Геомеханика отвальных работ на карьерах. М., Недра, 1972. Авт.: Ржевский В.В., Панюков П.Н., Истомин В.В., Гальперин А.М. 4. Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. СПб., ВНИМИ, 1998. 142 Коротко об авторах Гальперин Анатолий Моисеевич профессор, доктор технических наук, зав. кафедрой геологии, Московский государственный горный университет. Крючков А.В. ОАО «Стойленский ГОК», Семёнов В.В. ОАО «Стойленский ГОК», Доклад рекомендован к опубликованию семинаром 1 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. В.А. Ермолов.

Читать еще:  Когда отношения идут под откос

Презентация на тему Методы расчета и обеспечения устойчивости откосов и склонов

Презентация на тему Презентация на тему Методы расчета и обеспечения устойчивости откосов и склонов, предмет презентации: География. Этот материал содержит 31 слайдов. Красочные слайды и илюстрации помогут Вам заинтересовать свою аудиторию. Для просмотра воспользуйтесь проигрывателем, если материал оказался полезным для Вас — поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте наш сайт презентаций ThePresentation.ru в закладки!

  • Главная
  • География
  • Методы расчета и обеспечения устойчивости откосов и склонов

Слайды и текст этой презентации

МЕТОДЫ РАСЧЕТА И ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСОВ И СКЛОНОВ

Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования Новосибирский Государственный Архитектурно-Строительный Университет (Сибстрин)

Методы расчета устойчивости откоса в грунтах разных типов

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

Методы расчета устойчивости откоса в грунтах разных типов

Методы расчета устойчивости откоса в грунтах разных типов

Методы расчета устойчивости откоса в грунтах разных типов

Типы нарушения равновесия грунтовых склонов

1) оползни вращения (с криволинейными поверхностями обрушения);

2) оползни скольжения (по зафиксированным поверхностям);

Типы нарушения равновесия грунтовых склонов

Типы нарушения равновесия грунтовых склонов

3) оползни разжижения (грязевые потоки перенасыщенных водой грунтов).

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 (изменение удельного веса, сопротивления сдвигу и других характеристик грунта при изменении его влажности и других причин);
ошибки в назначение расчетных характеристик прочности грунта;
проявление гидродинамического давления, сейсмических сил, различного рода динамических воздействий (движение транспорта, забивка свай и т. п.).

Причины потери устойчивости откосов и склонов

Методы расчета устойчивости откоса в грунтах разных типов

Сопротивление грунта сдвигу пропорционально давлению (нормальному напряжению σ) на площадке сдвига.

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 Tсд≤Tуд’. Элементарная частица грунта на свободной поверхности испытывает силу тяжести G, которую можно разложить на нормальную N и касательную T(сд) к наклонной поверхности составляющие:

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

Элементарная частица грунта удерживается на наклонной поверхности силой трения, равной произведению нормальной компоненты силы тяжести на коэффициент трения (равного тангенсу угла внутреннего трения). Тогда из уравнения равновесия проекций всех сил на наклонную плоскость получим:

Полученный результат можно обобщить в виде определения: угол наклона к горизонтальной плоскости свободной поверхности откоса, сложенного идеально сыпучим грунтом, равен углу внутреннего трения этого грунта. Это можно использовать как теоретическую основу экспериментального метода определения угла внутреннего трения сыпучего грунта.

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

Задавшись весом частицы P и учитывая, что коэффициент внутреннего трения грунтов получим:

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

При откос обладает необходимым запасом устойчивости.
Если требуется определить угол заложения будущего откоса с запасом устойчивости, то α соответственно равен:

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

Если высота откоса, сложенного связными грунтами, не превышает предельного значения h0, 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.

Условие предельного равновесия имеет вид:

Высота вертикального откоса в идеально связных грунтах отвечает условию обеспечения запаса устойчивости

Устойчивость откосов в идеально связных грунтах (ϕ=0; с≠0)

При и , используя выражение условия предельного равновесия, получим:

Нетрудно заметить, что учет внутреннего трения грунта приводит к некоторому увеличению предельной высоты вертикального откоса.

Устойчивость вертикального откоса в грунтах, обладающих трением и сцеплением (ϕ ≠0; с≠0)

При расчете общей устойчивости насыпи применяют, как правило, метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения (КЦПС), учитывая при этом, что величину сцепления (быстрый сдвиг) свай Ссв рекомендуется принимать в пределах 150 кПа независимо от возможных более высоких значений, полученных при проведении лабораторных или полевых испытаний. В этом случае при отсутствии экспериментальных данных для выполнения предварительной оценки общей устойчивости могут быть приняты следующие расчетные параметры сцепления Ср св и угла внутреннего трения φр.св:

Метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения

Метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения

В зависимости от решаемой задачи слабое основание может укрепляться сваями, объединенными (рисунок 5) в виде: блоков, одиночных свай, стенок и фигурных стенок.

Рис. 5 – Схема расположения свай из укрепленного грунта в плане:
а) сваи-блоки; б) одиночные сваи; в) сваи-стенки;
г) фигурные сваи-стенки

Метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения

где β — коэффициент, зависящий от расположения свай относительно предполагаемой кривой скольжения, β=0 для пассивной зоны, 0,1 – для зоны прямого сдвига и 0,3 – для активной зоны – расположение зон – по рисунку 3.

Метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения

Метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения основан на построении круглоцилиндрической поверхности, по которой происходит поступательно-вращательное движение верхней части грунтового массива при потере им устойчивости. Применяется для расчетов устойчивости откосов, подверженным опасности оползания (оползням вращения).

Предполагается, что потеря устойчивости откоса (склона) может произойти в результате вращения отсека грунтового массива относительно некоторого центра О.
Суть метода заключается в анализе устойчивости склона против сдвига по ряду возможных поверхностей скольжения, представленных дугой окружности с радиусом r и центром в т.О.
Отсек грунтового массива, ограниченный свободной поверхностью и поверхностью скольжения, разбивается вертикальными линиями на n элементов таким образом, чтобы можно было принять основание каждого отсека плоским, а прочностные характеристики постоянными.
Смещающийся массив рассматривается как недеформируемый отсек, все точки которого участвуют в общем движении.

Метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения

Коэффициент устойчивости принимается в виде:

где Мsr и Msa – моменты относительно центра вращения О всех сил, соответственно удерживающих и смещающих отсек.
Порядок вычислений:
1. Грунтовый массив разбивается на отдельные элементы.
2. Вычисляются вертикальные силы, действующие на каждый элемент: собственный вес грунта Pgi и равнодействующая нагрузки на его поверхности Pqi.
3. Равнодействующая сил Pgi+Pqi раскладывается на нормальную Ni и касательную

4. Находим c и li – длину дуги.

Момент сил, вращающих отсек вокруг т. О, определится как:

n – число элементов в отсеке

Метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения

Удерживающие силы обуславливаются сопротивлением сдвигу за счет внутреннего трения и сцепления грунта.
Сила трения:

При наличии внешних вертикальных нагрузок они включаются в величину веса блока (призмы).

Читать еще:  Коэффициент зависящий от угла естественного откоса груза

При kst ≥ kнst устойчивость откоса относительно выбранного центра вращения т.О обеспечена.
— Основная сложность при практических расчетах заключается в том, что положение центра вращения О и выбор радиуса r, соотносящие наиболее опасному случаю, неизвестны.
— Обычно проводится серия таких расчетов при различных положениях центров вращения и значениях r.
— Чаще всего наиболее опасная поверхность скольжения проходит через нижнюю точку откоса (склона). Кроме слабых грунтов с минимальными φ и с.

Метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения

Выделим верхнюю часть откоса окружностью радиусом ОА с центром в точке О, проходящей через основание откоса в точке А. Рассмотрим условие равновесия выделенной части откоса, для чего разделим ее вертикальными плоскостями, перпендикулярными чертежу, на элементарные объемы. Условие равновесия рассмотрим на примере i–го элементарного объема. Проведем центральную вертикальную ось площади этого объема и касательную к поверхности скольжения в точке ее пересечения с центральной осью. Обозначим угол наклона касательной к горизонтальной оси ai. Вес элементарного объема грунта обозначим Gi и приложим в точке пересечения центральной оси с поверхностью скольжения. Разложим силу Gi на нормальную и касательную к поверхности скольжения составляющие Ni и Ti:
Ni = Gi cos ai; Ti = Gi sin ai.
Сдвигающей силой является касательная составляющая силы тяжести Tсд,i = Ti. Удерживающими силами являются сила трения и сила сцепления по поверхности скольжения: Туд,i = tg ji Gi cos ai + li ci ,
где li – длина дуги поверхности скольжения в пределах i-го объема грунта; ci и ji – сцепление и угол внутреннего трения грунта в пределах дуги li.

Метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения

Условием равновесия по поверхности скольжения АС, пересекающей откос, является равенство нулю суммы моментов сдвигающих и удерживающих сил относительно центра О круглоцилиндрической поверхности скольжения:

Для анализа устойчивости грунтового массива вместо уравнения (6.6) чаще всего используют выражение для коэффициента устойчивости, равное отношению момента удерживающих сил к моменту сдвигающих сил:

Угол a отсчитывается от горизонтали и считается положительным при повороте ее на острый угол до совмещения с касательной против хода часовой стрелки. При отрицательном угле a касательная составляющая силы тяжести и соответствующий ей момент являются удерживающими, что автоматически учитывается формулами.

Предел суммирования по i n определяет количество элементарных объемов грунта, на которые разделяется верхняя часть откоса, отделенная от остального массива поверхностью скольжения. С увеличением n увеличивается точность расчетов по формулам (6.6) и (6.7). Формулы (6.6) и (6.7) являются не конечными, а промежуточными результатами. Решение задачи состоит в отыскании минимального коэффициента устойчивости откоса h для всех возможных траекторий поверхностей скольжения.

Для упрощения решения задачи существуют следующие рекомендации

Предполагается, что центры возможных круглоцилиндрических поверхностей скольжения лежат на прямой (рис. 6.4), соединяющей вершину откоса В с точкой в глубине массива, отстоящей от основания откоса (т. А) по горизонтали на 4,5 Н и от верха откоса (точка В) по глубине на 2 Н. Варьируя на указанной линии положением центров поворота Оj, строят график зависимости коэффициента устойчивости откоса hj от положения центра поворота Оj. Решением задачи является минимальный коэффициент устойчивости откоса hj,min.

ВЕРОЯТНОСТНАЯ ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСОВ ГРУНТОВЫХ ПЛОТИН

  • Авторы:БАЛЬЗАННИКОВ М.И 1 , ШАКАРНА С.М 2
  • Учреждения:
    1. Самарский государственный архитектурно-строительный университет
    2. «Арм-Проект», г. Санкт-Петербург
  • Выпуск: Том 1, № 1 (2011)
  • Страницы: 92-95
  • Раздел: Статьи
  • URL:https://journals.eco-vector.com/2542-0151/article/view/53990
  • DOI:https://doi.org/10.17673/Vestnik.2011.01.18
  • Цитировать

Полный текст

  • Аннотация
  • Полный текст
  • Об авторах
  • Список литературы
  • Статистика

Аннотация

Рассматриваются подходы к оценке устойчивости откосов грунтовых плотин с учетом изменчивости и неопределенности показателей свойств материалов сооружения и грунтов основания, а также изменчивости действующих нагрузок. Подчеркивается необходимость и целесообразность использования вероятностных методов оценки. Приводится алгоритм и пример анализа устойчивости откоса грунтовой плотины.

Ключевые слова

Полный текст

Нарушение устойчивости откосов является одной из главных причин аварий на грунтовых гидротехнических сооружениях. Кроме того, достаточно часто негрунтовые гидротехнические сооружения расположены на откосах естественных грунтовых массивов, нарушение устойчивости которых приводит к аварии сооружения. При оценке устойчивости откосов грунтовых плотин сталкиваются со значительными трудностями, среди которых выделяются следующие [1]: значительная изменчивость действующих нагрузок, что затрудняет подбор их расчётных параметров; существенная изменчивость, а иногда и полная неопределенность показателей свойств материалов и грунтов сооружения и его основания. В настоящее время существует много методов расчета устойчивости откосов грунтовых плотин, причем большинство их основано на сопротивлении активных сил, действующих на гипотетическую призму обрушения, и реактивных сил сопротивления, могущих возникнуть в предельном состоянии на поверхности сдвига, отделяющей призму от остального грунтового массива. Призма обрушения сохранит равновесие, а откос грунтовой плотины будет устойчив, если обеспечивается неравенство: , где F(k), R(k) – активный и реактивный члены уравнения предельного равновесия или соответственно обобщенное сдвигающее силовое воздействие и обобщенная несущая способность. Исходные параметры – характеристики грунтов, материал конструкции, действующие нагрузки и другие факторы – случайные по своей природе. Действующие нормы допускают производить оценку устойчивости откоса грунтовой плотины по методу предельных состояний, где изменчивость входных и выходных величин учитываются посредством задания их расчетных значений определенной обеспеченности и используют соответствующие нормативные коэффициенты. Условие недостижения предельного состояния при этом записывается в следующем виде [2]: ksp ≥ λnλfc/λc, где kspкоэффициент устойчивости, полученный при расчетных значениях показателей свойств грунтов и параметров нагрузок; λn, λfc, λc нормативные коэффициенты: надежности по ответственности, по сочетанию нагрузок, по условиям работы. Учитывая, что kS,P = RP/FP, где RP и FP расчетные (т. е. определенной обеспеченности) значения обобщенной несущей способности и обобщенного сдвигающего силового воздействия, определяемые как RP = RН/λg и FP = λfFН, где RН и FН так называемые нормативные (средние) значения R и F; а λg λf коэффициенты надежности по грунтам и нагрузкам, можно получить условие недостижения предельного равновесия по поверхности скольжения призмы в виде: RН ≥ λnλfcλfλgFН/λc, где RН и FН можно трактовать как средние значения или же приближенные значения математических ожиданий величин R и F. Соответствующее среднее значение коэффициента устойчивости kS,Н (т. е. приближенное значение его математического ожидания) при условии недостижения предельного равновесия выразится как: kS,Н ≥ λnλfcλgλf/λc. Из последнего выражения можно предположить, что предельное состояние по выбранной поверхности скольжения наступит при достижении математическим ожиданием коэффициента устойчивости kS значения λnλfcλgλf/λc. Следовательно, если область допустимых значений математического ожидания kS можно определить интервалом [λnλfcλgλf/λc, ∞], то любого kS, значение которого может оказаться как меньше, так и больше kS,Н, интервалом [1, ∞]. Таким образом, устойчивость грунтового откоса плотины может быть обеспечена при любом случайном значении kS, если kS ≥ 1. И наоборот, если kS ×

Об авторах

М. И БАЛЬЗАННИКОВ

Автор, ответственный за переписку.
Email: vestniksgasu@yandex.ru

доктор технических наук, профессор, ректор Самарского государственного архитектурно-строительного университета, заведующий кафедрой природоохранного и гидротехнического строительства

С. М ШАКАРНА

ведущий специалист проектно-конструкторской организации «Арм-Проект», г. Санкт-Петербург

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector