Nmexpertiza.ru

НМ Экспертиза
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Примеры расчета откосов по методу круглоцилиндрических поверхностей

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.

Читать еще:  Как клеить монтажной пеной откосы

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;

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.

13.2. Задания к практическим занятиям по расчету устойчивости откосов в грунтах.

1. Выполнить расчеты очертания поверхности равноустойчивого откоса по решению В.В. Соколовского. Высоту откоса принять самостоятельно Н ≥ 6,0м.

Напластование грунтов в откосе и их характеристики принять по вариантам из таблиц 10.6 и 10.7.

Расчеты выполнить для коэффициентов устойчивости kst=1,0 и kst=1,2.

2. Выполнить расчеты очертания поверхности равноустойчивости откоса по решению Н.Н. Маслова. Высоту откоса и грунтовые условия принять как в задании 1. Расчеты выполнить при

3. Выполнить расчеты очертания равноустойчивого откоса по решению Н.Н. Маслова для условий из задания 2. с учетом влияния фильтрующейся грунтовой воды.

13.3. Примеры расчета устойчивости откосов в грунтах.

Пример 1. Выполнить расчеты очертания поверхности равноустойчивого откоса по решению проф. Соколовского В.В. Высота откоса 10,0 м, грунт суглинок:

Решение: Определяется величина α:

Далее задаются различные значения х и определяются координаты точек на поверхности откоса (z). Расчеты приведены в таблице.

(м)

x· tgφ

Величина допустимой равномерно распределённой нагрузки на поверхности грунта: .

Очертание поверхности равноустойчивого откоса по решению Соколовского.

Пример 2. Выполнить расчеты очертания поверхности равноустойчивого откоса по условиям примера 1 при коэффициенте устойчивости

Решение: — Определяются величины ср и φр:

— Вычисляется величина α:

Расчеты координат zi точек откосов по заданным координатам х приводятся в таблице.

Очертание откоса помещено на поле графика к примеру 1.

(м)

x· tgφр

Величина допустимой нагрузки на поверхности грунта: .

Пример 3. Выполнить расчеты очертания равноустойчивого откоса для условий из примера 1 по методу проф. Маслова (Метод Fр) при коэффициенте устойчивости

Решение: Толща откоса по высоте разбивается на 5 условных слоев мощностью hi=2,0 м.

Нормальные напряжения по горизонтальным площадкам в уровне каждого слоя определяются собственным весом грунта ()

Угол сдвига определяется:

Для условий

Расчеты приводятся в табличной форме.

0,4900четы приводятся в табличной форме.

унта ()дкам в уровне каждого ца.юдения за состоянием тела железобетонного днища в процессе

Пример 4. Выполнить расчет очертания равноустойчивого откоса по примеру 3 с учетом влияния фильтрующейся воды. Уровень грунтовых вод расположен на глубине 2,0 м от поверхности. Коэффициент пористости грунта е = 0,8. Расчеты выполнить для коэффициента устойчивости

Читать еще:  Бронхолитин откос от армии

Решение: Всю толщу грунта по высоте откоса разбиваем на условные слои hi=2,0 м. Удельный вес грунта выше уровня грунтовых вод принимается ниже уровня грунтовых вод

Влияние взвешивающего действия воды на очертание откоса

Расчеты выполнены в табличной форме:

1,2 xi,

Очертание поверхностей равноустойчивых откосов в грунте

с учетом влияния фильтрующейся воды (к примеру 4)

Пример 5. Оценить степень устойчивости откоса выемки в сравнительно однородном пласте суглинка:

Высота откоса Н=8м. Уклон поверхности откоса i=1:1,5.

Решение 1: Проверяется очертание откоса по решению В.В. Соколовского – А.М. Сенкова.

y· tgφI

Очертание поверхностей откоса по решению Соколовского В.В. к примеру 5

1.- поверхность заданного откоса очертание поверхности откоса при; 3 – очертание поверхности равноустойчивого откоса по решению Соколовского В.В. в координатах по глубине заданного откоса; 4 – призма обрушения грунта на заданном откосе, для которой; 5 – очертание поверхности равноустойчивого откоса при Р=0.

— По методу Соколовского на поверхности грунта действует нагрузка: .

По результатам расчёта заданный откос характеризуется пониженным показателем устойчивости , в зоне у поверхности мощностьювозможно образование призмы обрушения. При отсутствии нагрузки на поверхности откоса (Р=0) устойчивость откоса обеспечена .

Решение 2. Проверяется устойчивость откоса по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения. Проводится построение луча через верхнюю бровку откоса на котором будет лежать центр наиболее опасной кривой сдвига. Схема построения приведена на рисунке, искомый луч В-М. Центр О1 назначается на вертикали проходящей через середину откоса, О2 через 1/3 заложения откоса, О3 через 1/6 заложения откоса. Массив грунта отсекаемый радиусами R1, R2,R3 условно делится на блоки b=4,0м. Площадь сечения блоков определяется как площадь трапеций

В каждом выделенном блоке определяется сила веса для объема единичного размера вдоль откоса:

;

Определяется составляющая сдвигающего усилия:

Способы и расчеты укрепления откосов и склонов

Укрепление с помощью геосинтетиков используется для повышения устойчивости откосов, насыпей и склонов на глубинный сдвиг за счет работы горизонтальных слоев первичного армирования. Армированный земляной склон может быть восстанавливаемой частью откоса или применяться для усиления участков грунтовых насыпей.

Послойное укрепление позволяет уложить откос грунта под более крутым углом, чем в случае неармированного. Может возникнуть необходимость в повышении устойчивости склонной поверхности (особенно в период укладки и уплотнения грунта) за счет использования относительно коротких и более плотно уложенных слоев вторичного армирования или путем оборачивания армирующих слоев вокруг склонной поверхности. В большинстве случаев откосная поверхность должна быть защищена от эрозии. Для этих целей требуются геосинтетические материалы заполненные грунтом георешетка или геосетки, которые часто используются для временной анкеровки растительного слоя.

На нижней иллюстрации показана дренажная система, которая может потребоваться для устранения фильтрационного давления в армированной зоне.

Положение, количество, длина и прочность основного (первичного) армирования, которое требуется для обеспечения достаточного коэффициента устойчивости против разрушения откоса, определяется обычными методами предельного равновесия, модифицированными для учета стабилизирующих усилий от армирования. Проектировщик может использовать «метод отсеков» для круглоцилиндрической поверхности скольжения, сложной поверхности скольжения, двухчастного клина или ломаной поверхности сдвига. Предполагается, что армирующие слои предоставляют удерживающее усилие в точке пересечения каждого слоя с рассматриваемой потенциальной поверхностью сдвига. Коэффициент запаса (устойчивости) обычным методом Бишопа может быть определен с использованием следующего уравнения:

где MR и MD – соответственно удерживающий и сдвигающий моменты для неармированного откоса, α — угол между растягивающим усилием в арматуре и горизонталью, и Tallow – максимальная допускаемая прочность арматуры на растяжение. Так как геосинтетическая арматура растяжима, проектировщик может предположить, что арматурное усилие действует тангенциально к плоскости сдвига, когда RT cos α = R . В число потенциальных поверхностей сдвига должны включаться как проходящие частично через армированный массив грунта, а частично через грунт вне армированной зоны, так и полностью находящиеся в зоне армированного грунта.

Пример использования метода круглоцилиндрических поверхностей скольжения для расчета армогрунтового откоса на устойчивом основании.

Инженерные методы расчета устойчивости откосов и склонов

Устойчивость откосов и склонов

Общие положения

Откосом называется искусственно созданная поверхность, ограничивающая природный грунтовый массив, выемку или насыпь. Откосы образуются при возведении различного рода насыпей (дорожное полотно, дамбы, земляные плотины и. т.д.), выемок (котлованы, траншеи, каналы, карьеры и .п.) или при перепрофилировании территорий.

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

Читать еще:  Когда нужно делать откосы

При неблагоприятном сочетании разнообразных факторов массив грунтов, ограниченный откосом или склоном, может перейти в неравновесное состояние и потерять устойчивость.

Основными причинами потери устойчивости откосов и склонов являются:

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 (увеличение удельного веса грунта при возрастании его влажности или, напротив, влияние взвешивающего давления воды на грунты);

неправильное назначение расчетных характеристик прочности грунта или снижение его сопротивления сдвигу за счет, например повышения влажности;

проявление гидродинамического давления, сейсмических сил, различного рода динамических воздействий (движение транспорта, забивка свай и. т.п.).

Инженерные методы расчета устойчивости откосов и склонов

В проектной практике применяются инженерные методы расчета устойчивости, содержащие различного рода упрощающие предположения. Наиболее распространенный из них – метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения, относящий к схеме плоской задачи.

Рис. 1. Схема к расчету устойчивости откосов методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения: а) – расчетная схема; б) – определение положения наиболее опасной поверхности скольжения; 1, 2, … — номера элементов.

Этот метод был впервые применен К. Петерсоном в 1916 г. для расчета устойчивости откосов (тогда и долгое время назывался методом шведского геотехнического общества).

Рассмотрим широко используемую модификацию этого метода. Предположим, что потеря устойчивости откоса или склона, представленного на рис. 1, а, может произойти в результате вращения отсека грунтового массива относительно некоторого центра . Поверхность скольжения в этом случае будет представлена дугой окружности с радиусом r и центром в точке . Смещающийся массив рассматривается как недеформируемый отсек, все точки которого участвуют в общем движении. Коэффициент устойчивости принимается в виде

, (1)

где и — моменты относительно центра вращения всех сил, соответственно удерживающих и смещающих отсек.

Для определения входящих в формулу (1) моментов отсек грунтового массива разбивается вертикальными линиями на отдельные элементы. Характер разбивки назначается с учетом неоднородности грунта отсека и профиля склона так, чтобы в пределах отрезка дуги скольжения основания каждого i-го элемента прочностные характеристики грунта j и с были постоянными. Вычисляются силы, действующие на каждый элемент: вес грунта в объеме элемента и равнодействующая нагрузки на его поверхность . При необходимости могут быть также учтены и другие воздействия (фильтрационные, сейсмические силы и т.д.). Равнодействующие сил считаются приложенными к основанию элемента и раскладываются на нормальную и касательную составляющие к дуге скольжения в точке их приложения. Тогда

; (2)

Соответственно момент сил, вращающих отсек вокруг 0, определился как

(3)

где п – число элементов в отсеке.

Принимается, что удерживающие силы в пределах основания каждого элемента обусловливаются сопротивлением сдвигу за счет внутреннего трения и сцепления грунта. Тогда с учетом выражения для закона кулона можно записать

, (4)

где — длина дуги основания i-го элемента, определяемая как . Здесь — ширина элемента)

Отсюда момент сил, удерживающих отсек, будет иметь вид

. (5)

Учитывая формулу (1), окончательно получим

. (6)

При устойчивость отсека массива грунта относительно выбранного центра вращения 0 считается обеспеченной. Основная сложность при практических расчетах заключается в том, что положение центра вращения 0 и выбор радиуса r, соответствующие наиболее опасному случаю, неизвестны. Поэтому обычно проводится серия таких расчетов при различных положениях центров вращения и значениях r. Чаще всего наиболее опасная поверхность скольжения проходит через нижнюю точку откоса или склона. Однако если в основании залегают слабые грунты с относительно низкими значениями прочностных характеристик j и с, то это условие может не выполняться.

Один из приемов нахождения наиболее опасного положения поверхности скольжения заключается в следующем. Задавясь координатами центров вращения 01, 02, …, 0n на некоторой прямой, определяют коэффициенты устойчивости для соответствующих поверхностей скольжения и строят эпюру значений этих коэффициентов (рис.1,б). Через точку 0min, соответствующую минимальному коэффициенту устойчивости, проводят по нормали второй отрезок прямой и, располагая на нем новые центры вращения , , …, вновь оценивают минимальное значение коэффициента устойчивости. Тогда и определит положение наиболее опасной поверхности скольжения. При устойчивость откоса или склона будет обеспечена.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector