Расчет устойчивости откосов методом шахунянца

Методы расчета устойчивости склонов.

Сравнительно-геологический метод оценки современной устойчивости склона и прогноза его дальнейшего развития и метод природных аналогов.

Расчетные методы основанные на анализе напряженного состояния массива пород: 1) в пределах всего склона и 2) только вдоль известной или предполагаемой поверхности скольжения.

Методы экспериментального моделирования: на поляризационно-оптических и эквивалентных материалах.

Приближенные методы основаны на расчетах предельного равновесия масс горных пород на склонах и в откосах по поверхностям скольжения. Такие расчеты включают в себя:

1) оценку устойчивости склонов и откосов, сложенных неоднородными породами, и 2) оценку устойчивости склонов и откосов, сложенных однородными породами. Из этой группы методов большей известностью пользуются методы, предложенные Феллениусом, Терцаги, Вернацким, Тейлором, Фрелихом, Чугаевым, Гольдштейном, Шахунянцем, Масловым и Фисенко.

Метод расчета устойчивости склонов и откосов, сложенных неоднородными горными породами. Этот метод применим для склонов и откосов, в геологическом строении которых имеются явные границы раздела в напластовании горных пород, ориентированные неблагоприятно, т.е. наклоненные к основанию склона или образованные наклонными трещинами.

Расчетная схема склона или откоса при использовании этого метода аналогична схеме расчета устойчивости оползня, имеющего наклонную поверхность скольжения с тем отличием, что на расчетном геологическом разрезе намечают не выявленную, а возможную или возможные поверхности скольжения. В остальном весь расчет устойчивости склона или откоса производят так же, как и при расчете устойчивости оползня. Для этого подготавливают:

1) обоснованную расчетную схему — детальный геологический разрез;

2) обоснованные расчетные данные;

3) обоснование момента, для которого производится расчет, т.е. наиболее неблагоприятное сочетание силовых воздействий.

Метод расчета устойчивости склонов и откосов, сложенных однородными горными породами. В однородных изотропных породах, не имеющих каких-либо видимых границ разделов, ориентированных наклонно к основанию склона или откоса, поверхность скольжения обычно имеет вогнутую, условно круглоцилиндрическую форму. Поэтому расчет устойчивости в таких случаях обычно называют методом расчета по кругло-цилиндрической поверхности скольжения. Наиболее вероятными местами выхода этой поверхности скольжения на поверхность земли обычно являются бровка склона или откоса или часть их, приближающаяся к бровке, и их основания.

При расчете устойчивости таких склонов и откосов на геологическом разрезе радиусом произвольной длины намечают несколько поверхностей скольжения и по каждой из них проверяют устойчивость масс горных пород, ограниченных поверхностями скольжения и рельефа склона. Склон или откос можно считать устойчивым, если по каждой намеченной поверхности скольжения коэффициент устойчивости будет больше единицы.

Сущность расчета устойчивости склонов и откосов, сложенных однородными породами, состоит в следующем. Предполагается, что оползание пород может произойти по одной из намеченных поверхностей. Предельное равновесие масс горных пород по этой поверхности определяется равенством моментов действующих сил относительно центра вращения. Соответственно коэффициент устойчивости откоса в этом случае должен быть равен единице. Момент сил вращения, т.е. момент силы тяжести, равен произведению составляющей силы тяжести на плечо, равное радиусу. Так как угол наклона поверхности скольжения в разных ее точках неодинаков, соответственно и составляющая силы тяжести в этих точках изменяется. Поэтому момент сил вращения определяется как произведение суммы составляющих силы тяжести на радиус.

Момент удерживающих сил равен произведению суммы сил сопротивления сдвигу на плечо.

Поэтому при предельном равновесии коэффициент устойчивости откоса:

Метод расчета устойчивости склонов и откосов ВНИМИ. Этот метод разработан Г.Л. Фисенко и относится к числу сравнительно новых инженерных методов. Его основой является определенный порядок построения наиболее вероятной поверхности скольжения, при определении формы и расположения которой учитываются следующие основные положения теории предельного равновесия сыпучей среды:

1. Нарушение устойчивости склона или откоса происходит в виде оползания части слагающих их горных пород по поверхности скольжения, имеющей в однородных породах форму, близкую к круглоцилиндрической.

2. Элементарные площадки скольжения в однородных горных породах могут возникать начиная лишь с глубины, где напряжения будут не менее: у1=2ctg (45°-ц/2).

3. Вдали от бровки склона или откоса ось главных напряжений совпадает с вертикалью, при приближении к их поверхности изменяет наклон в сторону склона (откоса), а на плоских и вогнутых поверхностях склонов и откосов совпадает с ними.

4. С изменением направления главных напряжений изменяется и наклон площадок скольжения от угла (45° — ф/2) к вертикали в некотором удалении от откоса до угла (45° — ф/2) к поверхности откоса при его пересечении.

5. В однородных горных породах площадки скольжения возникают на глубине, соответствующей максимально возможной высоте вертикального откоса.

Метод Н.Н. Маслова оценки устойчивости склонов и откосов. Это один из широко известных приближенных методов, названный автором методом равнопрочного откоса или методом Fp. Равнопрочным принято называть такой откос, у которого в любом горизонтальном сечении обеспечена устойчивость слагающих его горных пород.

Зная угол сопротивления сдвигу горных пород каждого горизонта, слагающих склон или откос, и учитывая распределение напряжений от собственного веса пород, можно наметить очертание устойчивого склона или откоса.

Дата добавления: 2016-12-27 ; просмотров: 3467 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Вопрос 10 – Другие методы расчета устойчивости откосов

Определение устойчивости откосов и склонов при произвольной поверхности скольжения (слабые грунты, трещины в скальных породах, контакт дисперсных пород и скального основания – прислоненные откосы) отличается от решения плоских и кругло цилиндрических.

Метод Г.М. Шахунянца имеет широкое применение при расчете устойчивостиприслоненных откосов, когда поверхность скольжения определена инженерно-геологическими условиями. В этом методе достаточно строго соблюдены законы строительной механики (законы равновесия).

Как и в методе кругло цилиндрических поверхностей скольжения, выделенный потенциальный оползневый отсек разбивается на ряд элементов. Все силы, действующие на элемент (вес грунта в пределах элемента P_gi , внешняя нагрузка Р_qi и т.д.), приводятся к равнодействующей Р_i , которая раскладывается в основании элемента на составляющие: нормальную N_i и тангенциальную T _iк плоскости основания элемента.

При рассмотрении условий равновесия i-го элемента в отличие от схемы отвердевшего отсека учитывают влияние на него вышележащего и нижележащего элементов отсека: Е_i-1 и Е _I (Рисунок 26, б).

В общем случае Г.М.Шахунянц предполагает, что указанные силы на контакте элементов направлены под некоторыми углами к горизонтали. В упрощенном варианте эти силы принимают горизонтальными.

Тогда расчетная формула для определения коэффициента устойчивости в так называемом «ускоренном» способе расчета имеет вид (7.29):

b _i — ширина элемента.

Учет сейсмических и гидродинамических воздействий при необходимости осуществляют аналогично рассмотренному ранее.

Метод Г.М. Шахунянца (и другие подобные) может быть использован в более сложных случаях, когда поверхности скольжения, отличные от кругло цилиндрических, имеют предполагаемый характер, но явно не обозначены. В этом случае определение наиболее опасной поверхности возможного смещения осложняется.

Также могут быть использованы численные методы, позволяющие более строго оценить напряженное состояние массивов с учетом современных теорий описания прочности и деформирования грунтов.

Одним из наиболее эффективных способов повышения устойчивости откосов и склонов является их выполаживание или создание уступчатого профиля с образованием горизонтальных площадок (берм) по высоте откоса. Однако это всегда связано с большим объемом земляных работ. При относительно небольшой высоте откоса может оказаться эффективной пригрузка подошвы в его низовой части или устройство подпорной стенки, поддерживающей откос. Положительную роль также играет закрепление поверхности откоса одерновкой, мощением камнем (щебневание в ячейках), укладкой бетонных (железобетонных) плит, покрытие откосов геотекстилем с гидропосевом трав.

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.002 с) .

Программа — Расчет устойчивости склона по методу Шахунянца Г.М

Выполняет расчет устойчивости склона по методу Шахунянца Г. М.
Автор программы «Opolz» (с) Шабарин В. Н. Программа распространяется свободно. Сведений о сертификации нет. Мною не тестировалась, поэтому корректность вычислений определяйте сами.
Несколько общих рекомендаций и пояснений по пользованию программой от меня (в зип-архиве нет руководства, хелпа, так что это описание сохраните для своей работы с программой):

«гаммаW» — удельный вес воды = 1
«Куз» — заданный коэффициет устойчивости (Кst) для расчета оползневого давления на удерживающую конструкцию.
Куз (Кst) должно при основных сочетаниях нагрузок на оползневых и оползнеопасных склонах составлять соответственно для защитных сооружений первой степени ответственности: 1,35 и 1,25; второй: 1,3 и 1,2; третьей: 1,25 и 1,15; четвертой: 1,2 и 1,1
При особых сочетаниях нагрузок: для первой: 1,3 и 1,2; второй: 1,25 и 1,15; третьей- 1,2 и 1,1; четвертой 1,15 и 1,05.
«Мю» — сейсмическая сила (учёт сейсмических воздействий производится введением в формулу коэффициента динамической сейсмичности (?) значения которого принимают для расчётной сейсмичности 6 баллов ?=0,0; 7 баллов ?=0,025; 8 баллов ?=0,05; 9 баллов ?=0,1
При расчетах искуственных откосов рекомендуется увеличить ? в 1,5 раза).
Укажите количество расчетных отсеков.
«Альфа» — угол наклона поверхности скольжения к горизонту, ?, град.
«С» — удельное сцепление грунта по поверхности скольжения, тс/м2 (1кг/см2=10 тс/м 2 )
«Фи» — Угол внутреннего трения грунта по поверхности скольжения, ?, град.
«Гамма» — средний объемный вес грунта (с учетом водонасыщенной части расчетного отсека), т/м3
«Нср» — средняя высота расчётного отсека от поверхности до плоскости скольжения, H, м.
«А» — длина подошвы расчётного отсека L, м. (хотя я неуверен? ) или может быть ширина расчётного отсека? (длина проекции следа отсека на горизонтальную плоскость = L*cos?), a, м
«h» — средняя мощность водонасыщенного грунта в отсеке, h, м (если воды нет h=0)
«Бетта» — Угол депрессионной кривой к горизонту в расчётном отсеке, ?ф, град. (воды нет — не проставлять)
«Рдоп» — Пригрузка расчётного отсека зданием, сооружением, Pp, т/м2

«Еоползн» — Оползневые давления, т/м, показывают возможное давление на предполагаемую удерживающую конструкцию, обеспечивающую в данном сечении склона коэффициент устойчивости не ниже заданного (Кst). В расчетах принято допущение о распределении оползневого давления по высоте сечения склона в виде треугольной эпюры, а реакция удерживающего сооружения направлена по горизонтали. Таким образом, определяется горизонтальная составляющая оплзневого давления.

«Еотп» — Давление отпора, т/м — учет контрфорсного действия нижележащих отсеков.

При отсутствии грунтовых вод заполнить таблицу до столбца h включительно (все h=0) иначе расчет не активируется, при наличии грунтовых вод заполнить столбцы «h», «Бетта».

Условные допущения в расчётной модели:
используется гипотеза затвердевшего тела (призма возможного смещения рассматривается в виде затвердевшего клина); рассматривается узкая полоса склона шириной 1 м; условия ее работы сохраняются для всего склона; допускается определенная форма поверхности скольжения; «

При вводе числовых значений следите за разделителем — должна быть «точка», «запятая» — ошибка! Будте внимательны при заполнении исходных данных.
В правом верхнем углу окна программы при запуске появляются цифры с запятой-разделителем — это ошибка, исправьте!

Контекстная справка

Шахунянц

Метод Шахунянца — это общий метод отсеков пределного равновесия, основанный на удовлетворении условия равновесия сил на отдельных блоках. Блоки образуются в результате разбивки области над поверхностью скольжения плоскостями сечения. Статическая схема блоков и сил, действующих на них отображена на рисунке:

Статическая схема — Метод Шахунянца

На каждом блоке предполагается воздействие следующих сил:

вертикальная равнодействующая сил на блоке ( вес блока, пригрузка блока, сейсмика, усилие анкеров, …)

горизонтальная равнодействующая сил на блоке (пригрузка блока, сейсмика, усилие анкеров, армировка грунта, …)

силы между блоками

реакция под блоком в перпендикулярном направлении к отсеку поверхности скольжения

сила трения на отсеке поверхности скольжения

угол наклона отсека поверхности скольжения

длина отсека поверхности скольжения

угол внутреннего трения грунта на отсеке поверхности скольжения

удельное сцепление грунта на отсеке поверхности скольжения

Для расчёта предельного равновесия сил на блоках метод Шахунянца вводит следующие предпосылки:

• поверхности разделяющие блоки всегда вертикальны
• наклон межблочных сил E_i равен нулю, силы действуют в горизонтальном направлении

Порядок решения:

Силы P_yi и P_xi при помощи отношений (1), (2) трансформируются в направления сил T_i и N_i . При этом для угла α_i со знаком +(одинаково на схеме) сила P_Ni направлена против силы N_i , и сила P_Qi направлена против силы T_i .

(1)

(2)

На отсеке поверхности скольжения между силами действует отношение:

(3)

поровое давление на отсеке поверхности скольжения

На блоке действуют условия сложения равновесия:

Условие в перпендикулярном направлении к отсеку поверхности скольжения:

(4)

Условие в горизонтальном направлении к отсеку поверхности скольжения:

(5)

Подставляя отношение (3) в уравнение (5), получаем уравнение:

(6)

Далее, подставлением отношения (4) в уравнение (6) получаем уравнение:

(7)

(8)

Применением математического отношения:

(9)

уравнение (8) принимает вид:

(10)

Из последующих преобразований:

(11)

вытекает рекурентное отношение для межблочных сил E_i :

(12)

На этом этапе в расчёт вводится коэффициент устойчивости склона K_u . Коэффициент устойчивости — это значение, с помощью которого силы, действующие на отдельные блоки грунта приведены в состояние предельного равновесия. Предельное равновесие достигается тем, что на коэффициент устойчивости переумножаются активные силы, т.е. силы, воздействие которых способствует движению массива над поверхностью скольжения по направлению вниз. Активные силы в выражении (12) отражены в члене P_Qi . В нём находятся и активные силы, которые способствуют сползанию блока, но также и силы, удерживающие блок от сползания. Активные силы, способствующие сползанию имеют условное обозначение P_Qi,sd , силы, удерживающие сползнание блока получают обозначение P_Qi,ud . Следовательно отношение (12) приобретает вид:

(13)

При значении P_Qi со знаком + , сила способствует оползанию склона и будет рассмотрена как активная сила P_Qi,sd . При значении P_Qi со знаком — , сила удерживает сползание склона и будет рассмотрена как P_Qi,ud . Следовательно, вычитание значения P_Qi,ud , со знаком — в выражении (13) — это фактическое прибавление плюсового значения, следовательно, можно формально записать:

(14)

В начале поверхности скольжения значение равно E₀ = 0 . Следовательно, для значения E₁ действует:

(15)

Значение E₂ , следовательно, представлено:

(16)

Подобным образом можно определить значения всех остальных межблочных сил, причём соблюдается правило, что на последнем блоке в конце поверхности скольжения должно равняться E_n = 0 . В соответствии с предыдущими отношениями это можно записать:

(17)

Из данного уравнения прямо вытекает выражение для расчёта коэффицента устойчивости K_u :

(18)