Nmexpertiza.ru

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

Расчет устойчивости откосов высоких насыпей

11.7. 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.

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

2. Подверженный силовому воздействию воды

I Горизонтальные слои

II Падение в сторону выемки

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.

Коэффициент устойчивости

где

Qi — вес i-го блока; ai — средний угол наклона поверхности скольжения в пределах i-го блока к горизонту; ji и сi — 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 lср и среднюю крутизну откоса b по графику определяют относительные координаты центра опасной дуги скольжения: х и у;

умножая х и у 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 lср > 8, разрешается использовать кривую, отвечающую условию lср = 8.

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

находят средневзвешенные значения g, с и j:

где

h1, h2. hп — мощности отдельных слоев в пределах высоты откоса;

g1, g2. gп — удельный вес грунта в пределах этих слоев;

с1, с2. сп и tgj1, tgj2. tgjn — сцепление и коэффициенты трения грунтов в пределах слоев;

по средневзвешенным значениям gср, сср и tgjcp находят осредненное значение:

по lср и bср (по графику) определяют хо и уо и затем х и у;

из найденного центра проводят дугу скольжения и для этой кривой уточняют расчет, определяя средневзвешенные значения tgjcp и сcp по дуге скольжения:

где

ln — длина отрезка кривой скольжения в пределах n-го слоя;

an -средний угол наклона этого отрезка к горизонту;

Qn — вес блока, ограниченного кривой скольжения и вертикальными гранями, проходящими через концы отрезка ln;

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 Ky и угол внутреннего трения j, можно по графику (рис. 11.8) найти угол наклона откоса к горизонту i, отвечающий заданному коэффициенту устойчивости Ky. Для этого значения с и tgj уменьшают в Ky 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).

Читать еще:  Утепленные пластиковые откосы монтаж

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

Hi — распор (давление на стенку блока) при отсутствии в грунте между блоками трения и сцепления; Ri — не погашенная трением и сцеплением часть распора;

Qi — вес блока;

ai — угол наклона поверхности скольжения данного блока к горизонту;

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

значение ypi:

где

ci и ji — расчетные значения сцепления и угла внутреннего трения на поверхности скольжения в пределах i-го блока;

li — 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:

Kст = рбез/рo, где

рбез — максимальная нагрузка на поверхности основания, при которой на данном горизонте отсутствует запредельное состояние;

рo — проектная нагрузка на основание (рo = gсрh); h — высота откоса; gср — средневзвешенный удельный вес грунта откоса.

Безопасная нагрузка

где

с и j — сцепление и угол внутреннего трения грунта основания на данном горизонте;

gср — средневзвешенный удельный вес грунта основания откоса выше рассматриваемого горизонта;

z — глубина расположения рассматриваемого горизонта от поверхности основания откоса;

b — функция очертания поперечника насыпи или выемки, значения угла внутреннего трения на рассматриваемом горизонте и относительной глубины этого горизонта.

Рис. 11.9. График для определения коэффициента b при расчете откосов выемок по схеме выдавливания

При простом (трапецеидальном) очертании поперечного профиля насыпи или выемки значения р определяют по графикам рис. 11.3 (для насыпей) и рис. 11.9 (для выемок).

При сложном очертании поперечного профиля (переменная крутизна откосов, бермы и т. п.) функция b может быть определена в первом приближении путем алгебраического суммирования значений b, полученных для данного горизонта при некоторых простых эпюрах (трапецеидальных), дающих в сумме расчетную эпюру нагрузки. При разделении фактической эпюры на простые необходимо, чтобы все эпюры имели общую ось симметрии, а основание их совпадало бы с фактической поверхностью основания (рис. 11.10).

Рис. 11.10. Схема замены сложной эпюры простыми (ADEFGK = ADGK + MEFN — MDGN)

Если j, с и g изменяются по глубине основания, расчет устойчивости следует проводить, используя графическое построение (рис. 11.11). Для этого строят график изменения по глубине z величины f1 = с + gсрztgj и график изменения по глубине b, после чего по нескольким точкам строят график изменения по глубине отношения этих функций (т.е. pбез). Минимальное значение pбез определит расчетный горизонт, а отношение pбез к проектной нагрузке ро — значение Кбез.

Рис. 11.11. Графическое построение для определения Кбез при слоистой толще

Опасность выдавливания полностью исключается при условии Кбез ³ 1.

В некоторых случаях в зависимости от особенностей инженерно-геологических условий, особенностей строительства и ответственности сооружения могут быть допущены некоторые зоны разрушения в основании, т.е. зоны, в которых Кст

Индекс классификационной группы по табл. 11.21

1.ДИПЛОМ Алексеев М.О. 455гр (Проект усиления земляного полотна на участке ПЧ-7 ДВДИ), страница 4

Описание файла

Файл «1.ДИПЛОМ Алексеев М.О. 455гр» внутри архива находится в следующих папках: Проект усиления земляного полотна на участке ПЧ-7 ДВДИ, Alekseev_Maksim_Olegovich_2017. Документ из архива «Проект усиления земляного полотна на участке ПЧ-7 ДВДИ», который расположен в категории «готовые вкр 2017 года». Всё это находится в предмете «дипломы и вкр» из восьмого семестра, которые можно найти в файловом архиве ДВГУПС. Не смотря на прямую связь этого архива с ДВГУПС, его также можно найти и в других разделах. .

Онлайн просмотр документа «1.ДИПЛОМ Алексеев М.О. 455гр»

Текст 4 страницы из документа «1.ДИПЛОМ Алексеев М.О. 455гр»

Реакция в любой точке элемента интерполируется из реакции узлов элементов. Каждый узел полностью описывается рядом параметров, зависящих от типа анализа и используемого элемента. Для расчетов конструкции реакция узла представляется, в целом, тремя перемещениями и тремя вращениями. Для расчета напряжений решающая программа находит перемещения в каждом узле, а затем вычисляет деформации и конечное напряжение.

Программное обеспечение разрабатывает уравнение, управляющее поведением каждого элемента, учитывая его соединения с другими элементами. Эти уравнения связывают реакцию с известными свойствами материала, ограничениями и нагрузками. В каждом из элементов произвольно выбирается вид аппроксимирующей функции. В простейшем случае это полином первой степени. Вне своего элемента аппроксимирующая функция равна нулю. Значения функций на границах элементов (в узлах) являются решением задачи и заранее неизвестны. Коэффициенты аппроксимирующих функций обычно ищутся из условия равенства значения соседних функций на границах между элементами (в узлах). Затем эти коэффициенты выражаются через значения функций в узлах элементов. Составляется система линейных алгебраических уравнений. Количество уравнений равно количеству неизвестных значений в узлах, на которых ищется решение исходной системы, прямо пропорционально количеству элементов. Далее программа упорядочивает уравнения в большую систему совместных алгебраических уравнений и находит неизвестные.

Когда к телу прикладываются нагрузки, оно пытается компенсировать их воздействие, создавая внутренние силы, которые в целом изменяются от одной точки к другой.

У метода конечных элементов есть ряд преимуществ, проявляющихся на реальных задачах: произвольная форма обрабатываемой области; высокая точность расчета.

2.4.2 Расчет устойчивости откоса насыпи

Для расчета устойчивости методом конечных элементов использована программа GenIDE32, разработанная в ТОГУ профессором Горшковым Н.И. и Красновым М.А. [14]. Данная программа позволяет решать различные задачи геотехники, в том числе определение устойчивости оползневого склона и расчет укрепительных мероприятий. При этом, чтобы запроектировать укрепительные мероприятия, необходимо определить коэффициент Пуассона и модуль общей деформации для реальных условий.

Для дальнейшего расчета построены 3 модели земляного полотна, на ПК2+40, ПК2+65 и ПК3+40, включающие 4 макроэлемента: основание, насыпь, балластную призму и шпалу (рис. 2.6, 2.7, 2.8).

Физико-механические характеристики грунтов задавались по материалам инженерно-геологических изысканий. Прочностные характеристики (угол внутреннего трения и удельное сцепление) приняты в соответствии с ручными расчетами методом Г.М. Шахунянца (С = 5.8 кПа, φ = 15.7º). Физико-механические характеристики приведены в табл. 2.5.

Физико-механические характеристики элементов

Расчет устойчивости откосов высоких насыпей

Для проверки устойчивости откосов производятся специальные расчеты. В проектных организациях для расчетов устойчивости откосов земляного полотна используют электронные вычислительные машины.

Устойчивость откосов зависит от высоты насыпи, крутизны откосов и рода грунта или точнее от физических характеристик грунта. К этим характеристикам относятся объемный вес, сцепление и трение между частицами грунта. В свою очередь эти характеристики тесно связаны с влажностью грунта: в сухом грунте они лучше, а во влажном хуже. Вот почему так важно обеспечивать надежный отвод воды. Нужно, чтобы вода нигде не застаивалась, ибо сильно- и долгосмачиваемый грунт теряет свою устойчивость.

Для того чтобы повысить устойчивость высоких насыпей, их откосам придают ломаное очертание; после каждого перелома устраивают все более пологий откос. Например, если верхняя часть насыпи имеет откос крутизной 1:1,5, то ниже принимают крутизну 1:1,75, а иногда 1:2. При таких пологих откосах получается очень широкое основание насыпи. Нередко бывает выгоднее сделать насыпи берменную присыпку из грунта или возвести подпорную стену для поддержания более крутого откоса.

При возведении насыпи на косогоре в зависимости от поперечного уклона косогора рекомендуют различные по сложности меры для придания ей устойчивости. Если уклон находится в пределах 1:10 — 1:5, то ограничиваются перед отсыпкой насыпи снятием с основания дерна и вспашкой грунта. При уклоне 1:5 — 1:3 основание насыпи устраивают в виде уступов. При уклоне круче 1:3, помимо уступов, сооружают подпорные стены, контрбанкеты, контрфорсы.

Подпорные стены могут иметь различную форму. Для их устройства используют местные материалы. Контрбанкет отсыпают из камня, щебня, гравия, песка, а при затруднениях с этими материалами — даже из местного грунта. Контрфорсы (рис. 1.6) — отдельные массивы из бетона или камня, врезанные в откос, поддерживают не только тот грунт, который расположен над ними, но и грунт, находящийся между ними, за счет трения грунта о стенки контрфорсов. Возможно исполнение контрфорсов в виде контрфорснодренажных прорезей, которые еще и осушают грунт.

Если потеря устойчивости откосов связана с повышенной влажностью грунтов, то принимают меры для осушения этих грунтов или их укрепления.

Насыпи на поймах рек¹ устраивают так, чтобы бровка их была выше самого высокого уровня воды (с учетом подггора и высоты набегающих волн) не менее чем на 0,5 м.

Учитывая, что при насыщении водой насыпь может стать менее устойчивой, чем в сухом состоянии, откосы ее делают более пологими, чем обычно, а при необходимости устраивают и берменные присыпки. Кроме того, для защиты насыпи от размыва ее откосы покрывают одеждами. Важную роль в защите пойменных насыпей от размыва играют регуляционные сооружения: дамбы, траверсы, буны, запруды.

Если мосты или трубы, к которым примыкает пойменная насыпь, не справляются с пропуском воды, то возможен или размыв насыпи, или переливание воды через путь со всеми вытекающими последствиями.

Чтобы не допустить засорения и загромождения труб и малых мостов (стогами сена или соломы, корчагами, деревьями), перед ними устраивают ограждения в виде частокола из свай. Осенью отверстия этих искусственных сооружений прикрывают щитами для предупреждения заноса их снегом.

Насыпи на засоленных грунтах требуют следующих профилактических мер. Если основание насыпи не обводняется грунтовыми водами или оно располагается выше высоты подъема таких вод по капиллярам, то при постройке насыпи срезают засоленный грунт в ее основании. При близкорасположенных грунтовых водах грунт срезают не только под основанием насыпи, но и в зоне берм и водоотводов. При этом в случае использования для возведения насыпи глинистых грунтов нижнюю часть насыпи отсыпают из песка на высоту около 1 м. Эта дренирующая постройка играет роль капиллярного прерывателя.

Насыпи на болотах устраивают с учетом типа болота. Различают три типа болот: 1 тип — болота, заполненные торфом устойчивой консистенции (такой торф может сжиматься, но не выдавливаться); 2 тип — болота, заполненные торфом неустойчивой консистенции; 3 тип — болота, заполненные илом и болотной водой («бузой») и покрытые торфяной коркой (сплавиной).

На болотах 1 типа возможно либо полное выторфовывание, либо частичное выторфовывание, либо обжатие торфа (без предварительного выторфовывания²) при устройстве насыпи. Если применяются глинистые грунты, то в нижней части насыпи делают капиллярный прерыватель из песчаного грунта. Водоотводные канавы устраивают с минимальной глубиной и с шириной по дну 0,8 м. Высота Н насыпи над поверхностью болота зависит от глубины выторфовывания. Так, при V = 2,0 м Н = 1,2 — 1,5 м; при V = 1,5 м Н = 1,6 — 2,0 м; при V = 1,0 м Н = 2,1 — 2,5 м.

На болотах 2 типа (рис. 1.7) насыпи опускают на минеральное дно болота; вместо канав устраивают торфоприемники прямоугольного сечения.

На болотах 3 типа насыпи тоже, как правило, опускают на минеральное дно. Для их возведения используют дренирующий грунт. Продольные откосы делают положе (1:1,75 — 1:2, лишь для насыпей из камня и щебня 1:1,5). В прежнее время на болотах при мощной сплавине насыпи возводились на сланях, т. е. на настилах из бревен. Возможно применение песчаных свай. Допустимая (наибольшая) поперечная крутизна минерального дна болота, т. е. в направлении, перпендикулярном оси пути (чтобы не было сползания по наклонной поверхности), принимается для болот 1, 2 и 3 типов соответственно 1:10, 1:15, 1:20. Если поперечная крутизна минерального дна болота превышает допустимую, то насыпи проектируют по индивидуальным проектам. При текущем надзоре за насыпями на болотах главное внимание должно быть уделено содержанию канав (ликвидации застоев воды).

—————————
¹ Поймами рек называются площади берегов, которые затопляются водой в период весенних паводков.
² В этом случае у подошвы откосов насыпи в торфе делают продольные прорези.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector