1clean-house.ru

Строительный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Оценка устойчивости откосов методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения

Расчет устойчивости откоса по кругло цилиндрическим поверхностям скольжения.

Расчет коэффициента устойчивости выполняется по двум методам:
1) метод кругло-цилиндрических поверхностей скольжения.
2) метод касательных сил (для призм с произвольной поверхностью скольжения).

Коэффициент устойчивости и оползневое давление определяются с учетом внешних нагрузок (сосредототоченные, распределенные силы, сейсмичность), анкеров (преднатяжение и сцепление по корню), нагелей (сцепление по боковой поверхности). С помощью программы можно определить положение круглоцилиндрической поверхности скольжения с минимальным коэффициентом устойчивости, или с допустимым коэффициентом устойчивости при максимальном объеме призмы сдвига.

Расчет устойчивости откоса по кругло цилиндрическим поверхностям скольжения.

Меры по увеличению устойчивости откосов

Если откос не устойчив, необходимо принимать меры по увеличению его устойчивости:

А- уположение откоса

Б- поддержание откоса подпорной стенкой

В- осушение грунтов откоса

Г- закрепление грунтов в откосе.

Методы расчета откосов

Во всех расчетах напряженное состояние полагается плоско деформированным, то есть рассматривается узкая полоса склона шириной 1 м, условия ее работы сохраняются для всего склона.
В этих методах поверхность скольжения считается известной заранее. При расчетах устойчивости склона или оползневого давления призма скольжения делится вертикальными линиями на ряд отсеков. Обычно отсеки принимаются такими, чтобы без потери точности можно было в их пределах принимать поверхность за плоскость, а очертание склона, действие внешних сил и т.п. практически однородными.
Рассматриваются условия равновесия i-го отсека (Рис. 1, Рис. 2, Рис. 3). Все внешние активные силы (вес грунта в отсеке, внешняя нагрузка и т.д.), действующие на i-й отсек, приводятся к равнодействующей Pi. Последнюю раскладываем в точке ее приложения на составляющие: нормальную PNi и касательную PQi к плоскости возможного сдвига отсека.

PNi= Picos αi;
PQi = Pisin αi.

Метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения

Этот метод достаточно подробно рассмотрен в литературе и часто применяется на практике. Описание метода можно найти в книге Клейн Г.К. «Строительная механика сыпучих тел».

Рис.1. Схема расчета по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения.

Предполагаем, что центр O и радиус кривизны R поверхности скольжения заранее известны. В этом методе силы взаимодействия между соседними отсеками не учитываются, опираясь на то, что сумма этих сил должна быть равна нулю, а суммарный момент от них относительно точки O невелик. Касательная сила от всех нагрузок PQi=Pisin αi является сдвигающей силой, вызывающей сползание откоса.
Сила сопротивления сдвигу сыпучего тела, находящегося за поверхностью скольжения (реакция), может быть представлена в виде суммы сил трения и сцепления:

Ti =Ni tanφi+ cisi,

где
Ni – нормальная реакция опоры.
si – длина дуги поверхности скольжения в пределах данного элемента i
φi – угол внутреннего трения в пределах дуги si
ci – удельное сцепление в пределах дуги si.

Из уравнения проекций всех сил на нормаль к площадке отсека получаем.

Ni =PNi =Pi cosαi,

Второе уравнение проекций остается неудовлетворенным, так как силы взаимодействия между отсеками не рассматривается. Условие равновесия откосов сводится к уравнению моментов всех сил, действующих на сползающую призму, относительно центра O поверхности скольжения.

Учет сейсмического воздействия при расчете противооползневых удерживающих конструкций осуществляется добавлением к расчетным усилиям, так называемой сейсмической силы Qci. Сейсмическая сила Qci приближенно определяется как доля от веса массы грунта, которая претерпевает сейсмическое воздействие:

где
μ – коэффициент динамической сейсмичности, значения которого рекомендуется при расчете естественных склонов принимать по табл. 1. При расчете искусственных откосов (насыпи дорог, плотины т.д.) значения коэффициента из табл. 1 следует (приближенно) увеличивать в 1,5 раза.

Направление силы Qci рекомендуется считать наиболее неблагоприятным. В связи с этим будем принимать, что сейсмические силы в каждом отсеке оползневого блока направлены параллельно основанию отсека. Условие равновесия откосов сводится к уравнению моментов всех сил, действующих на сползающую призму, относительно центра O поверхности скольжения.

При этом силы сопротивления сдвигу уменьшены в k раз с учетом необходимости обеспечить определенный запас устойчивости откоса против разрушения.

Тогда коэффициент выражается:

Учитывая, что , окончательно получим::

Для расчетов деформаций, устойчивости грунта и оценки прочности оснований необходимо знать механические характеристики используемых грунтов. На механические свойства оказывают влияние характер структурных связей частиц, гранулометрический и минеральный состав и влажность грунтов. Основными механическими свойствами грунтов считают: сжимаемость; сопротивление сдвигу; водопроницаемость, сжимаемость грунтов.

Предельным сопротивлением сдвигу (растяжению) называется способность грунта противостоять перемещению частей грунта относительно друг друга под воздействием касательных и прямых напряжений. Этот показатель характеризуется прочностными свойствами грунтов и используется в расчетах оснований зданий и сооружений. Способность грунта воспринимать нагрузки не разрушаясь, называют прочностью.

Водопроницаемость характеризуется способностью грунта пропускать через себя воду под действием разности напоров и обуславливается физическим строением и составом грунта. При прочих равных условиях при физическом строении с меньшим содержанием пор, и при преобладании в составе частиц глины водопроницаемость будет меньшей, нежели у пористых и песчаных грунтов соответственно.

Показатели сопротивления грунта сдвигу определяются различными способами, среди которых можно выделить три группы:

— способы определения сопротивления сдвигу по одной или двум заранее фиксированным плоскостям в сдвиговых приборах;

— способы определения сопротивления сдвигу путем раздавливания при одноосном и трехосном сжатии;

— способ определения сопротивления сдвигу по углу естественного откоса.

Лабораторные испытания грунтов для определения показателей трения и сцепления способом поперечного сдвига производят путем среза нескольких образцов исследуемого грунта. При этом в зависимости от характера предварительной подготовки образцов к опыту различают:

а) сдвиг нормально уплотненных образцов (завершенное уплотнение), когда образцы перед опытом предварительно уплотняются под разными нагрузками до окончания процесса консолидации; срез каждого образца производится при той же вертикальной нагрузке, под которой он предварительно уплотнялся;

Читать еще:  Облицовка дачного дома под кирпич

б) сдвиг переуплотненных образцов, когда образцы предварительно уплотняются до окончания процесса консолидации, а сдвигаются без нагрузки или при меньших нагрузках;

в) сдвиг недоуплотненных образцов (незавершенное уплотнение), когда образцы предварительно не уплотняются или уплотняются в продолжение короткого времени, за которое не наступает полная консолидация; срез производится при различных вертикальных нагрузках.

Поможем написать любую работу на аналогичную тему

Расчет устойчивости откоса по кругло цилиндрическим поверхностям скольжения.

Расчет устойчивости откоса по кругло цилиндрическим поверхностям скольжения.

Расчет устойчивости откоса по кругло цилиндрическим поверхностям скольжения.

Оценка степени устойчивости откоса методом кругло-цилиндрической поверхности скольжения

Оценить устойчивость склона высотой Н=12.0 м. Склон сложен суглинком с параметрами: Wпр=32%, γ=20 кН/м3, φ=11º, с=12.5 кПа, γпр=20(1+0,32)=26,4 кН/м3. Крутизна склона характеризуется углом наклона линии склона к горизонту β=45º.

Метод кругло-цилиндрических поверхностей скольжения — наиболее рас-пространённый из приближённых методов расчёта устойчивости массивов грунтов. Задача расчёта заключается в определении коэффициента устойчиво-сти природного склона или откоса для наиболее опасной поверхности скольже-

При чрезмерной крутизне откоса происходит обрушение его части по по-верхности, которую без особой погрешности можно принять за кругло-цилиндрическую с радиусом R. Считая задачу плоской, толщина расчётного элемента откоса по направ-лению его протяжённости принимаются равной 1 м. На плоскости чертежа след поверхности скольжения имеет вид части ок-ружности радиуса R с центром в точке О. Степень устойчивости откоса оценивается по величине коэффициента, представляющего собой соотношение суммы моментов (относительно центра в точке О) сил, удерживающих призму обрушения в устойчивом состояний, к сумме моментов сил, выбывающих потерю устойчивости призмы обрушения:

Для обеспечения надлежащей степени устойчивости необходимо, чтобы коэффициент запаса устойчивости К3А]I был больше 1;

В зависимости от класса сооружения требуемая величина коэффициента запаса устойчивости Кзап=1,25-1,80.

Решение задачи осложняется неопределённостью положения центра вра-щения О. Его координаты, а также значение радиуса R, необходимо определять применительно к наиболее невыгодному положению центра О, которому соот-ветствует наименьшее из всех возможных значение Кзап

Для облегчения определения местоположения центра О предложен ряд приёмов. Наименее трудоёмким является способ определения координат положения центра О по графику норвежского учёного Ямбу, когда по углу наклона откосной Линии к го-ризонту β и обобщённому показателю λ=γпр*H*tgφ/c определяют относительные координаты х„ и у„ центра вращения О. Абсолютные координаты центра вращения при этом равны:

х = х0Н=-0.24*12=-2.88 м.

у = у0H=1.7*12=20.4 м.

λ= (γпр*H*tgφ)/c =(26.4*12*tg11º)/12.5=4.9 м.

Точку начала координат помещают в точку пересечения нижнего горизонта откоса и откосной Линии. Ось абсцисс (ось х) с положительными значениями х направляется вправо от начала координат, ось ординат (ось у) вертикально вверх от начала координат.

Радиус R поверхности скольжения определяется по расстоянию от центра вращения О до точки переселения нижнего горизонта откоса и откосной линии (схема приведена в задании).

Радиусом R из точки О проводят в пределах тела откоса часть кругло- цилиндрической поверхности, определяющей очертание потенциально опасной призмы обрушения.

Для определения коэффициента устойчивости откоса призма обрушения разбивается на ряд блоков с соблюдением ряда правил:

· поверхность скольжения в пределах конкретного блока должна нахо-диться в грунте одного типа и состояния;

· вертикальные границы между смежными блоками должна проходить через точки перелома очертания откосной линии (если откосная линия имеет сложное очертание);

· целесообразно при разбивке призмы обрушения на расчётные блоки ширину блоков принимать одинаковыми.

Вес каждого блока Рi определяют как

где у — удельный вес грунта, кН/м; Si — площадь i-го блока, определяемая как площадь трапеции или треугольника, м2 ; l — толщина i-го блока, равная 1,0 м.

Вес каждого блока Рi раскладывается на нормальную Ni и касательную Qi; составляющие, приложенные в точке пересечения линии действия силы тяжести с поверхностью скольжения:

где αi- угол между направлением нормали к поверхности скольжения i-го блока (в точке пересечения линии действия силы тяжести и поверхности скольжения) и линией действия силы тяжести (веса) i-блока.

Расчет устойчивости откосов

Вы будете перенаправлены на Автор24

Угол естественного откоса

Угол естественного откоса – это угол, при котором неукрепленный каким-либо образом откос песчаного грунта может сохранять равновесие или угол наклона поверхности грунта в свободно насыпанном состоянии (без уплотнения) к горизонтальной плоскости.

Следует отметить, что определение угла естественного откоса грунта имеет важное значение при проектировании различных грунтовых сооружений, например:

  • насыпные плотины;
  • намывные плотины;
  • котлованы;
  • дамбы и т.д.

Значения угла естественного откоса вычисляются также для проведения мероприятий по их укреплению.

Сущность расчета

Под откосом понимается поверхность, образованная в ходе хозяйственной деятельности человека. Такая поверхность ограничивает природный горизонтальный массив либо искусственно возведенную выемку (либо насыпь).

Склоном обычно называют откос, образованный природным путем, т.е. поверхность, ограничивающую массив грунта естественного сложения. При неблагоприятных сочетаниях разнородных факторов массив грунта, ограниченный склоном или откосом может перейти в неустойчивое состояние и потерять равновесие.

К основным причинам потери устойчивости грунтовых откосов относят:

  • устройство непозволительно крутого откоса или подрезка склона, находившегося в состоянии, приближающемся к предельному;
  • увеличение внешних нагрузок (возведение зданий или сооружений в непосредственной близости, складирование материалов вблизи откосов и т.д.);
  • неправильное определение расчетных характеристик грунта или снижение его сопротивления сдвигу вследствие повышения влажности;
  • воздействие гидродинамического давления, сейсмических сил или динамических воздействий различной природы (движение техники, забивка свай, работы промышленного оборудования и т.д.).
Читать еще:  Очистка кирпича сухим льдом

Для обеспечения устойчивости откосов в первую очередь необходимо назначить угол его заложения, т.е. угол между горизонтальной площадкой и наклонной поверхностью. Одним из наиболее распространенных способов расчета угла заложения и оценки устойчивости откосов насыпей и естественных склонов является метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения. Сущность данного метода заключается в получении данных о форме поверхностей скольжения при оползнях вращения опытным путем.

Готовые работы на аналогичную тему

Главная задача расчета заключается в определении коэффициента устойчивости откоса выемки (или насыпи) для максимально опасной поверхности скольжения.

Основные параметры расчета

В случаях, когда сопротивление частиц сдвигу определяется исключительно силами трения, угол естественного откоса совпадает с углом внутреннего трения (φ = φ0). Однако, в реальном проектировании сопротивление грунта сдвигу зависит от множества факторов (например, от зацепления частиц).

Таким образом, величина силы трения будет определяться по формуле:

φ = φт + φз + φс + …

φт – составляющая, привносимая за счет сил трения, φз – то же, за счет зацепления, φс – то же, за счет среза частиц.

Следует заметить, что составляющая φт в большей мере зависит от минерального состава грунта, а также от наличия поверхностных пленок. Составляющая φз зависит от окатанности и формы частиц грунта.

Угол естественного откоса является легко определяемой и весьма удобной для последующих расчетов характеристикой прочности несвязных грунтов. Вышеописанный способ актуален для определения величины внутреннего трения сыпучих грунтов (например, чистых песков). Следует заметить, что при помощи такой методики можно определить угол внутреннего трения лишь приближенно. В чистых песках величина угла внутреннего трения приближенно равна углу естественного откоса.

На практике угол естественного откоса определяют на приборе УВТ, состоящем из металлического столика-поддона, резервуара и обоймы. Поддон закрепляется на трех опорах и перфорируется небольшими отверстиями для водонасыщения грунта. Шкала, предусмотренная в центре столика, имеет деления от 5 до 45 градусов. В соответствии с этой шкалой и определяется угол естественного откоса.

Если требуется определить угол естественного откоса грунта в воздушно-сухом состоянии, на столик устанавливают обойму, в которую насыпается песок до полного заполнения. После заполнения песок незначительно уплотняется. После этого обойму вертикально поднимают и по вершине образовавшегося конуса берут отсчет по вышеупомянутой шкале.

Данный опыт повторяют трижды, после чего определяют среднее арифметическое значение. Расхождение между повторениями не должно превышать 1 градус.

Если требуется определить угол естественного откоса грунта в водонасыщенном состоянии, то после заполнения обоймы грунтом резервуар заполняют водой. После полного насыщения пробы определяется угол естественного откоса вышеописанным методом.

На значение угла естественного откоса несвязных грунтов влияет однородность гранулометрического состава. Например, монодисперсные грунты, как правило, обладают большими значениями φ, чем полидисперсные грунты с аналогичным минеральным составом. Так происходит потому, что в смеси небольшие частицы заполняют образующиеся промежутки между крупными, что облегчает их смешение по поверхностям откосов.

Большое влияние на трение также оказывает количество воды в грунте (ее присутствие снижает значение φ). В песчаных грунтах повышенная влажность значительно снижает угол внутреннего трения.

Оценка устойчивости откосов методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения

Прочность земляного полотна определяется в наиболее неблагоприятный период года — период весеннего оттаивания грунта. Продолжительность этого периода обычно невелика и не превышает 1-1.5 недели, поэтому очень важно оперативно выполнить работы в указанный период.

Оценка прочности дорожной одежды выполняется по упругому прогибу установкой динамического нагружения с падающим диском и жестким штампом. В процессе измерения к штампу прикладывают нагрузку несколькими ступенями, которые остаются неизменными до конца испытания. Обычно принимаются следующие ступени: 4,8, 12, 16,20,24 кН. Для каждой ступени вычисляют давление. Относительную упругую деформацию определяют по показаниям двух мессур (приборов для измерения линейных перемещений и деформаций). По данным измерений строят графики зависимости относительной деформации от давления подошвы штампа на грунт при нагружении и разгрузке. По этому графику находят значение расчётной относительной упругой деформации, а затем вычисляют модуль упругости грунта

(3.8)

где π/4 — поправочный коэффициент, учитывающий жёсткость штампа;

(3.9)

где Рнагр, Рразгр — давление штампа на грунт соответственно при нагружении и после разгрузки, Па; µ — коэффициент Пуассона для грунта; — относительная упругая деформация.

По этим данным строят линейный график прочности.

Прочность и устойчивость земляного полотна обеспечивается:

Ø — соблюдением проектных геометрических параметров;

Ø — обеспечением стока поверхностных вод и отводом влаги из-под конструкции дорожной одежды;

Ø — необходимым возвышением бровки земляного полотна над уровнем грунтовых и атмосферных вод;

Ø — возведением земляного полотна из устойчивых грунтов с послойным уплотнением до требуемого значения;

Ø — назначение оптимальной крутизны откосов насыпей и выемок с предохранением их поверхности от оползания, водной и ветровой эрозии.

Устойчивость склонов и откосов рассчитывают из условий плоской задачи: по прочности (1-е предельное состояние) и деформируемости (2-е предельное состояние).

Расчет устойчивости склонов и откосов по прочности сводится к определению коэффициента запаса устойчивости с помощью различных расчетных методов (метод круглоцилиндрической поверхности скольжения, метод горизонтальных сил Маслова-Берера, метод Шахунянца, метод наклонных сил Чугаева и др.), а также к сравнению его с требуемой величиной.

Расчетные характеристики грунтов (объемная масса, угол внутреннего трения и сцепление) следует принимать соответствующими наименее благоприятным условиям устойчивости оползневого склона в годовом и многолетнем циклах.

Геодезической основой расчетной схемы являются расчетные поперечники, характеризующиеся наиболее неблагоприятным сочетанием различных факторов, таких, как высота и крутизна склона, мощность смещающихся масс, расположение слабых прослоек, наклон слоев, уровень грунтовых вод и др.

Читать еще:  Отделка колонн дома кирпичом

Целью разработки проекта устройства насыпи был выбор технических решений наиболее рациональных с позиций экономических, технологических, экологических и временных, обеспечивающих надежную конструкцию земляного полотна.

Особенности при выполнении работ:

Выполнение работ по возведению насыпи требует особого внимания к контролю качества ведения работы и её результатов по каждому технологическому процессу и организации научного сопровождения хода строительства.

Своевременное регулирование технологии отсыпки и реакция на процесс и тенденции хода осадок и их стабилизации с регламентацией технологических перерывов.

Соблюдение указаний нормативных документов.

Порядок расчёта устойчивости откосов земляного полотна разработан в соответствии с «Указаниями по расчёту высоких насыпей и глубоких выемок автомобильных дорог».

Коэффициент запаса устойчивости откоса земляного полотна (табл.3.8)

(3.10)

где N — нормальная, по отношению к поверхности скольжения, составляющая веса вышележащего слоя грунта, м; L — длина дуги скольжения в пределах грунта насыпи и основания, м; T — касательная к дуге скольжения составляющая сила веса, т; Q — вес грунта в объёме отсека, т; — угол внутреннего трения грунта насыпи и основания.

Таблица 3.8 — Допускаемые значения коэффициента П

Песчаные грунты с постоянной влажностью

Глинистые грунты с постоянной влажностью и песчаные с переменной влажностью

Глинистые грунты с переменной влажностью

Коэффициент запаса устойчивости откосов оползневых участков после проведения противооползневых мероприятий принимается при расчете по прочности не менее 1,3. При учете сейсмического воздействия величина активных сдвигающих сил должна быть увеличена на сейсмический коэффициент =1,03-1,1. Если общая устойчивость склонов и откосов земляного полотна обеспечена ( =1,3), но есть опасность развития длительных деформаций ползучести во времени, необходимо дополнительно выполнять расчеты по деформируемости.

Устойчивость оползневых склонов по деформируемости особенно следует проверять в тех случаях, когда угол внутреннего трения грунтов, слагающих склон, незначителен, а структурное сцепление равно нулю (пластичные глинистые грунты и др.).

Если задаться значением запаса устойчивости ny , то, решив ее относительно h пр , можно найти значение проектной мощности оползня, обеспечивающей заданный запас устойчивости, по формуле:

(3.11)

где — объемный вес грунтов оползневой массы в элементарной призме; и — угол внутреннего трения и сцепление грунтов по поверхности скольжения оползня.

Коэффициент запаса устойчивости не дает возможности оценить количественно как надежность склона, так и степень риска. Это связано с тем, что в прогнозе коэффициента запаса не учитываются разбросы величин внешних сил, геометрических размеров, разброс физических характеристик грунта и т.д. Был принят нормальный закон распределения для всех расчетных величин коэффициента устойчивости и, используя функции Лапласа, установлена крутизна склона при заданной вероятности устойчивости склона

(3.12)

где Мсопр — момент сопротивления вращению объема грунта вокруг определенной точки; Мвращ— величина вращающего момента.

Формула показывает, что при коэффициенте запаса устойчивости вероятность обрушения П=0,5. Это означает, что каждый второй склон, запроектированный таким образом, может обрушиться, то есть риск оценивается в 50%.

Определение вида и центра критической дуги скольжения, при которой коэффициент запаса устойчивости будет минимальным, проводится методом последовательного приближения с повторением расчёта устойчивости для нескольких дуг с наименее выгодным соотношением удерживающих и сдвигающих сил. При назначении радиуса дуги скольжения следует учитывать, что критическая дуга обычно образует центральный угол 100-135º. Центр критической дуги скольжения отыскивается следующим образом.

Расчётная схема №1 (рис. 3.24). Центр «О» располагается на линии, проходящей через бровку откоса и точку «В», лежащую на глубине H и расстоянии 3 H от подошвы откоса. Для первого приближения центр критической дуги назначается на пересечении линии СВ и линией АО, проведённой под углом 25º к среднему откосу. При последующих этапах проверки центры О12 ,К намечается выше через (0,25-0,3) H .

Рис. 3.24 — Расчётная схема №1 — для дуг скольжения, проходящих через подошву откоса, кроме случаев, когда угол откоса

Расчётная схема №2 (рис. 3.25). Центр «О» располагается в зоне между вертикалью и нормалью, проведёнными из середины откоса «М». При первом приближении центр назначается на биссектрисе угла FMD на расстоянии Н от точки «М». На продолжении линии ОМ через 0,25 H откладываются центры дуг скольжения для проверочных расчётов. Повышение устойчивости откосов может производиться как путём уполаживания, так и путём устройства контрбанкетов, размер которых определяется величиной необходимой пригрузки внешнего края призмы обрушения.

Рис. 3.25. — Расчётная схема №2 для дуг скольжения, проходящих через основание и подошву откоса при

Алгоритм расчёта устойчивости откосов земляного полотна следующий:

1. Ввод глубины откоса H и радиуса дуги R

2. Расчёт по формуле:

и . (3.13)

3. Расчёт по формуле:

и . (3.14)

. (3.15)

В случае переход к п. 5, иначе переход к п. 6.

5. Определение равнодействующей веса грунта , переход к п.7

(3.16)

6. Определение равнодействующей веса грунта

.. (3.16)

7. Расчёт ординаты

, . (3.17)

8. Расчёт приближения

. (3.18)

9. При условии переход к п. 2, иначе к п.10.

10. Расчёт нормальной составляющей веса вышележащего слоя грунта

(3.19)

и касательной к дуге скольжения составляющей силы веса

(3.20)

, , . (3.21)

, , . (3.22)

13. Расчёт коэффициента запаса устойчивости по формуле

(3.23)

Для повышения устойчивости основания насыпи против выпора или выдавливания могут применяться следующие конструктивные мероприятия:

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector