Коэффициент устойчивости

Проверка устойчивости откосов при проектировании высоких насыпей и глубоких выемок

В зависимости от инженерно-геологических особенностей грунтовой толщи, образующей откос и его основание, и от гидрогеологических условий работы откосы насыпей и выемок классифицируют в соответствии с табл. 11.21.

Таблица 11.21.

Классификация откосов насыпей и выемок

Тип земляного полотна	Вид строения откоса по наличию слоистости	Разновидность по характеру слоистости	Разновидность по воздействию грунтовых и поверхностных вод
Насыпь (Н)	А. Однородный Б. Слоистый	- -	1. Безводный 2. Подверженный силовому воздействию воды
Выемка (В)	А. Однородный	I Горизонтальные слои II Падение в сторону выемки	1. Безводный
	Б. Слоистый	III Падение от выемки IV Сложное расположение слоев	2. Несущий поток грунтовых вод

По табл. 11.21 устанавливают индекс классификационной группы откоса. Например, откосу выемки, сложенному горизонтальными слоями, не несущему грунтовой воды, соответствует индекс (В)-Б-М.

Различают общую и местную устойчивость откоса. В результате нарушения обшей устойчивости происходит смещение значительных по размерам массивов грунта, слагающего откос. Нарушения местной устойчивости возникают в приоткосной зоне, непосредственно подверженной воздействию погодно-климатических факторов, вызывающих циклические процессы набухания-высушивания, промерзания, оттаивания и связанного с ними нарушения сплошности и снижения прочности грунта (выветривание).

Основные формы нарушения общей устойчивости: скольжение; выдавливание; расползание.

Расчет по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения (КЦПС) находит наиболее широкое применение.

где

Q_i - вес i -го блока; a _i - средний угол наклона поверхности скольжения в пределах i -го блока к горизонту; j_i и с_i - угол трения и сцепление грунта на поверхности скольжения в пределах i -го блока.

Для выделения блоков предварительно ограничивают отсек обрушения проведением дуги скольжения из вероятного центра вращения. Отсек делят на блоки вертикальными сечениями. Ширина блоков принимается примерно одинаковой (не более 2-3 м). Желательно, чтобы границы блоков проходили через точки перелома линии поперечного профиля откоса и через точки пересечения различных слоев, слагающих откос, с поверхностью скольжения.

В целях упрощения расчета центр наиболее опасной поверхности скольжения целесообразно определять, используя график Н. Янбу (рис. 11.7).

Рис. 11.7. График Н. Янбу для определения центра опасной кривой скольжения в методе КЦПС

Порядок использования графика:

определяют параметр где

Н - высота откоса;

g - расчетное значение удельного веса грунта;

j и с - угол внутреннего трения и сцепление;

зная l_ср и среднюю крутизну откоса b по графику определяют относительные координаты центра опасной дуги скольжения: х ₀ и у ₀;

умножая х ₀ и у ₀ на Н, получают абсолютные координаты центра х и у;

из найденного центра проводят расчетную дугу скольжения через нижнюю бровку откоса, делят отсек на блоки и вычисляют коэффициент устойчивости, используя зависимость (11.6).

При малых значениях с, когда l_ср > 8, разрешается использовать кривую, отвечающую условию l_ср = 8.

Для откоса, неоднородного в геологическом отношении по высоте, расчет выполняют в два этапа:

находят средневзвешенные значения g, с и j:

где

h ₁, h ₂,..., h_п - мощности отдельных слоев в пределах высоты откоса;

g ₁, g ₂,..., g_п - удельный вес грунта в пределах этих слоев;

с ₁, с ₂ ,...., с_п и tg j ₁, tg j ₂,..., tg j _n - сцепление и коэффициенты трения грунтов в пределах слоев;

по средневзвешенным значениям g_ср, с_ср и tg j_cp находят осредненное значение:

по l_ср и b_ср (по графику) определяют х _о и у _о и затем х и у;

из найденного центра проводят дугу скольжения и для этой кривой уточняют расчет, определяя средневзвешенные значения tg j_cp и с_cp по дуге скольжения:

где

l_n - длина отрезка кривой скольжения в пределах n-го слоя;

a_n -средний угол наклона этого отрезка к горизонту;

Q_n - вес блока, ограниченного кривой скольжения и вертикальными гранями, проходящими через концы отрезка l_n;

вычисляют исправленное значение :

и по графику Н. Янбу находят уточненные координаты центра опасной кривой скольжения, относительно которой и определяют расчетный коэффициент устойчивости. При необходимости можно определить и по вновь полученной кривой скольжения, сопоставить их с и и при большом различии повторить расчет.

Расчет по графику Д. Тейлора может быть осуществлен для однородного ненагруженного откоса. Зная число устойчивости с / gН, требуемый минимальный коэффициент устойчивости K_y и угол внутреннего трения j, можно по графику (рис. 11.8) найти угол наклона откоса к горизонту i, отвечающий заданному коэффициенту устойчивости K_y. Для этого значения с и tg j уменьшают в K_y раз и по параметрам и определяют для трех возможных вариантов прохождения кривой скольжения при пологом откосе (зона В); через нижнюю бровку откоса (кривая 1), ниже этой точки (кривая 2) и при наличии на уровне подошвы откоса прочного грунта (кривая 3). При крутом откосе рассматривают один вариант (зона А).

Рис. 11.8. График Д. Тейлора для расчета устойчивости по методу КЦПС

Расчет по методу плоских поверхностей скольжения (ППС) выполняют, используя метод горизонтальных сил (Маслова - Берера). Коэффициент устойчивости

где

H_i - распор (давление на стенку блока) при отсутствии в грунте между блоками трения и сцепления; R_i - не погашенная трением и сцеплением часть распора;

Q_i - вес блока;

a_i - угол наклона поверхности скольжения данного блока к горизонту;

y_pi - угол сопротивления сдвигу на поверхности скольжения данного блока при нормальном давлении р от его веса.

Последовательность расчета:

на основе анализа инженерно-геологических условий (характер слоистости, наклон слоев, наличие слабых прослоек и т.д.) намечают наиболее вероятные поверхности скольжения в виде одной плоскости или комбинации нескольких плоскостей;

для каждой расчетной поверхности скольжения отсек обрушения разделяют вертикальными сечениями на отдельные блоки с таким расчетом, чтобы границы блоков соответствовали местам перелома поверхностей скольжения и в пределах каждого блока на поверхности скольжения сохранялись постоянными значения сдвиговых характеристик грунта;

в пределах каждого блока определяют:

значение a_i принимая его положительным при наклоне поверхности скольжения в сторону общего смещения отсека и отрицательным при наклоне в противоположную сторону (в пассивной зоне):

значение y_pi:

где

c_i и j_i - расчетные значения сцепления и угла внутреннего трения на поверхности скольжения в пределах i -го блока;

l_i - длина участка поверхности скольжения в пределах i -гo блока.

Во втором слагаемом, стоящем в скобках и числителе, подразумевается еще один сомножитель, равный единице длины блока.

Расчет на выдавливание грунта основания из-под подошвы откоса осуществляется по методу Союздорнии (В.Д. Казарновский) аналогично расчету устойчивости насыпей на слабых грунтах (см. разд. 11.6). Метод основан на ограничении развития в основании зон предельного равновесия.

Степень устойчивости откоса в целом оценивают по минимальному значению коэффициента стабильности, определяемому для различных горизонтов:

K_ст = р_без / р_o, где

р_без - максимальная нагрузка на поверхности основания, при которой на данном горизонте отсутствует запредельное состояние;

р_o - проектная нагрузка на основание (р_o = g_срh); h - высота откоса; g_ср - средневзвешенный удельный вес грунта откоса.

Дата добавления: 2015-06-04