33. Способы учета фильтрационных и взвешивающих сил при расчете устойчивости склонов.

Действие подземных вод на устойчивость оползневого скло­на: насыщая породы, изменяют их физико- механические свойства; роль смазки; взвешивают минеральный скелет горных пород, что вызывает уменьшение нормальных напряжений в плос­кости скольжения; при своем движении оказывают фильт­рационное или гидродинамическое давление.

«Метод взвешивания». Физический смысл этого метода заклю­чается в том, что напор фунтовых вод оказывает на сползающую толщу пород взвешивающее противодействие и тем самым сни­жает нормальное давление вдоль поверхности скольжения, а сле­довательно и силу трения, что ведет к уменьшению сопротивле­ния сдвигу в контактной зоне. Определяя сдвигающую силу S*, исходя из объемного веса полностью водонасыщенного грунта, а удерживающую силу трения — из веса того же грунта, но с учетом взвешивания, получим:

К_у=N*tgφ/ S*=(γ-γ_в)*V*cosα*tgφ/(γ*V*sinα)= (γ-γ_в)*tgφ/(γ*tgα)

При расчетах устойчивости склонов с учетом движущихся в породах подземных вод приходится определять объемный вес горных пород с различной степенью водонасыщения. Если γ_s — это удельный вес минеральной части скелета, а n — пористость горной породы, то объемный вес:

сухого грунта (скелета) γ_сух= γ_s*(1-n),

влажного грунта γ_вл= γ_s*(1-n)*(1+0.01W),

водонасыщенного грунта γ_вод= γ_s*(1-n)+γ_w*n,

взвешенного в воде γ_взв=(γ_s-γ_w)*(1-n) - Д/з

Оценка влияния гидростатического взвешивания и гидроди­намического давления может быть осуществлена, по крайней мере, двумя различными, но равнозначными способами. В первом гид­ростатические и гидродинамические силы учитываются непос­редственно. Во втором указанные силы заменяются эквивалент­ными контурными силами, приложенными вдоль поверхности скольжения оползневого тела.

Во всех способах сдвиговые характеристики горных пород вдоль поверхности скольжения принимаются для их полного во­донасыщения.

Фильтрационное давление в единице объема (V=S*1) породы численно равно градиенту гравитационного потенциала и имеет то же направление.

В лекциях только один метод описан (второй) он описан в вопросе 34

34. Учет фильтрационных и взвешивающих сил при расчетах устойчивости склонов путем замены объёмных сил поверхностными.

Э тот способ применяется, когда удерживающие и сдвигающие силы оказываются явно выраженными. Пусть на оползень воздействует фильтрационный поток, движущийся в сторону склона, рассмотрим один из отсеков. На единицу объема в пределах выделен­ного отсека действуют: вертикально вниз направленная сила, равная объемному весу пород с учетом взвешивания γ_взв, а также горизон­тальная f_x и вертикальная f_z составляющие удельной фильтрацион­ной силы, величины которых определяются: f_z =γ_в*δH/δz, f_x= γ_в*δH/δx, H – гидростатический напор

Для оп­ределения величин гидростатической и гидродинамической сил, действующих на весь отсек, необходимо суммировать все единичные силы по его объему V=S*1 м (или площади S в случае плоской задачи). В результате интегрирования получим общий нес пород, слагающих отсек, с учетом взвешивания G* = γ_взв*S , а также горизонтальную (Ф_х) и вертикальную (Ф_z) составляющие гидродинамической силы. Их равнодействующая:

Ф^*=γ_в∫_s∫(δH/δn)ds= γ_в∫_s∫gradHds направлена по касательной к линии тока. По теореме Гаусса-Остроградского ∫_s∫gradHds=∫_Lhdl? Dl – элемент контура L, ограничевающего площадь S, т.к. H=σ_H/γ_в+z где σ_H-давление воды, то Ф^*=γ_в∫_Lσ_Hdl+ γ_взв*S, т.е. силу Ф^* можно заменить двумя силами.

Таким образом, если в расчет вводить вес пород блока вмес­те с заключенной в них водой, то совместное действие гидроста­тических и гидродинамических сил в пределах расчетного блока может быть условно сведено к расчетной контурной силе Ф. Для ее определения необходимо геометрически суммировать силы нейтрального давления σ_H вдоль контура L, перпендикулярно ко­торому они ориентированы. Такой способ замены фильтрацион­ных объемных сил контурными является точным.