Определение устойчивости откосов земляного полотна

3.4. Расчет устойчивости откосов земляного полотна

Расчеты устойчивости земляного полотна проводятся применительно к периодам неблагоприятного состояния грунтов. Расчеты основываются на закономерностях механики грунтов, изучающей деформации и сопротивления грунтов внешним нагрузкам.

Устойчивость откосов земляного полотна оценивается величиной коэффициента устойчивости, определяемого из основного уравнения статики

Согласно действующим нормативным документам, устойчивость земляного полотна считается обеспеченной, если .

Разработан графоаналитический метод, который заключается в следующем: задаются очертанием откоса и проверяют устойчивость откоса путем вычисления коэффициента устойчивости.

Наблюдения показали, что обрушение откосов происходит по вогнутым поверхностям, называемым кривыми скольжения, близким к поверхности кругового цилиндра. Отсюда название метода – метод круглоцилиндрических поверхностей.

Для насыпных откосов и откосов выемок из однородных грунтов кривую скольжения можно принимать по дуге окружности радиуса R (рис. 3.5).

Рис. 3.5. Схема к определению коэффициента устойчивости сползающего

Кривые скольжения проходят через любую точку на поверхности насыпки и через подошву откоса, если насыпь возведена на прочном основании. Если основание под насыпью слабое, то кривые скольжения захватывают и грунт основания.

Расчет устойчивости откосов графоаналитическим методом основан на обосновании определенного положения центра кривой скольжения и а построении из этого центра кривых скольжения, проходящих через разные точки земляного полотна.

Для каждого положения кривой скольжения определяют коэффициент устойчивости.

Положение центра кривой скольжения зависит от свойств грунтов, слагающих откосы земляного полотна.

Для грунтов обладающих только сцеплением и малым углом внутреннего трения положения центра кривой скольжения находят на пересечении двух прямых, проведенных под углом α₁ и β к бровке.

Величины α₁ и β зависит от крутизны откоса. Из опыта принимают α₁ = 25 ÷ 29°, β = 37 ÷ 40°.

Для общего случая, когда грунт обладает и сцеплением и внутренним трением центры кривых скольжения, будут находиться на продолжении прямой АВ (рис. 3.6). Точку А получаем, откладывая углы α₁ и β, точку В, откладывая вниз от подошвы насыпи высоту Н и в сторону 4,5 Н. Этот метод построения центров кривых скольжения получил имя шведского ученого Феллениуса.

Рис. 3.6. Расчетная схема для нахождения центров кривой скольжения

Продолжение линии АВ является геометрическим местом центров кривых скольжения. Определенному положению центра кривой скольжения соответствует минимальное значение коэффициента устойчивости .

Чтобы найти наиболее опасное положение кривых скольжения, намечают несколько возможных положений кривых скольжения. Например, может быть намечено семейство кривых, проходящих через подошву откоса и выходящих на поверхность в ¼, ½ и ¾ ее ширины.

Положение центра каждой кривой скольжения находят на пересечении перпендикуляра, восстановленного из середины хорды, стягивающей концы кривой скольжения, с продолжением прямой АВ.

Для каждой кривой определяют коэффициент устойчивости. Для этого массив грунта разбивается вертикальными плоскостями на ряд призм шириной 3–5 м и толщиной 1 м (перпендикулярно чертежу). Вычисляется вес каждой призмы. Вес подвижной нагрузки от автомобилей учитывается введением эквивалентной нагрузки, добавляемой к весу грунтового массива.

В соответствие с п. 5.2.2 ГОСТа 52748 – 2007 [4] при расчете устойчивости подпорных стенок и откосов насыпи нормативная нагрузка (НК) от транспортных средств приводится к эквивалентному слою грунта земляного полотна по формуле

,

где К = 8,3 – нормативная нагрузка НК, кН;

d = 3,6 – база нормативной нагрузки НК, м;

c = 2,7 – колея нормативной нагрузки НК, м;

– плотность влажного грунта, кН/м 3 .

Соответственно удельное давление на поверхности насыпи

р = Н_эγ_гр = 2,246х20 = 44,93 кН/м 2 .

Полученная равномерно распределенная нагрузка во-первых неправомерно неизменна для дорог всех категорий, во-вторых завышена, по сравнению с европейскими нормами.

Силу тяжести каждой призмы переносят из центра тяжести на линию скольжения. Определяют моменты сдвигающих и удерживающих сил относительно центра кривой скольжения

,

где L – длина кривой скольжения.

Касательные силы Qsinα_i призм, расположенные слева от вертикальной оси ОУ, войдут в знаменатель со знаком «–», так как будут действовать против направления скольжения массива. На этом основан эффект повышения устойчивости откосов пригрузкой подошв насыпей.

Метод круглоцилиндрических поверхностей не дает возможности сразу запроектировать откос с данным заранее коэффициентом устойчивости. Задача решается методом последовательных приближений. Если для какого-нибудь положения кривой скольжения получится 9 / 27 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 > Следующая > >>

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Крутизна откосов земляного полотна

Крутизну откосов характеризуют коэффициентом заложения,котрый определяется отношением высоты откоса к его горизонтальной проекции-заложению.

Откосам малых насыпей для возможности съезда автомобилей с дороги в аварийных случаях целесообразно придавать заложение 1:5 или 1:6.Это способствует также уменьшению заносимости дороги снегом и повышает безопасность движения.

При высоте насыпи менее 6м исходя из требований экономии земляных работ откосы устраивают с заложением 1:1,5.Такие насыпи вполне устойчивы.Более крутые откосы высоких насыпей при увлажнении грунта могут оползать под действием собственного веса грунта или веса съехавшего на обочину автомобиля.

Принимают сл.коэффициенты заложения откосов:не круче 1:4 для насыпей высотой до 3м на дорогах 1-3категорий и 1:3 для насыпей высотой до 2м на дорогах остальных категорий.Более высокие насыпи, а также насыпи на ценных плодородных землях, строящиеся из грунта,привозимого из закладываемых вдалеке от дороги грунтовых карьеров ,или строящиеся в местах,где съезд с дороги невозможен,допускается возводить с более крутыми откосами 1:1.5 при обязательной установке ограждений на высоких насыпях.В мелких песчаных и пылеватых грунтах в районной с влажным климатом крутизну откосов уменьшают до 1:1.75

Для устойчивости высоких насыпей, за исключением случаев отсыпки их из валунных,гравелистых и щебенистых грунтов,которым можно придавать постоянную крутизну до высоты 12м, нижнюю часть откосов, начиная с 6м от бровки земляного полотна,делают более пологой с заложением откосов 1:1.75.При возведении насыпей из камня слабовыветривающихся скальных пород откосам придают заложение от 1:1.3 до 1:1,5

В зависимости от гидрогеологических условий и наличия выклинивающихся водоносных горизонтов сущ.сл.классификация откосов:безводные,затопленные, несущие грунтовые потоки, дренируемые водотоками, подверженные инфильтрации, несущие расчлененные грунтовые потоки.

Кольцевые развязки.

Наиболее безопасным типом пересечения в одном уровне явля­ется кольцевое с большим радиусом центрального островка, при котором все маневры автомобилей сводятся к.включению в поток и выходу из него (рис. 13.6). Транспортные средства, прибываю­щие к пересечению по всем дорогам, сливаясь в один поток, оги­бают островок, расположенный в центре пересечения. Размеры кольца назначают такими, чтобы обеспечивалась заданная ско­рость движения по нему, а участки кольца между пересекающи­мися дорогами имели длину, обеспечивающую возможность сво­бодной перегруппировки автомобилей, вливания их в кольцевой поток и выхода в нужном направлении.

Движение автомобилей по кольцу в одном направлении обес-иечираёт четкую организацию и придает ему упорядоченность. Однако кольцевые пересечения занимают большую площадь, а в связи с непрерывно происходящими на них перегруппировками .автомобилей скорость движения существенно снижается по срав­нению со скоростью щ подходах.

Расчетная скорость движения по кольцевой проезжей части за­висит от диаметра центрального островка:

Диаметр центрального островка, м — . 60

Скорость, км/ч .,„„,,„„„, 20 25 30

Поэтому широкое распространение имеют пересечения со сред­ними (25-60 м) диаметрами центрального островка, на которн траектории движения пересекаются под острыми углами, и с малыми (