Устойчивость в откосе грунтов обладающих трением и сцеплением.

Условие устойчивости в откосе сложенном глинистыми грунтами, обладающими трением и сцеплением оказываются весьма сложными, даже если принять во внимание, что массив грунта однороден, а сопротивление сдвигу его неизменно во времени.

Основные методы расчета устойчивости откоса:

1.КЦПС

2.Метод горизонтальных сил (ППС)

3.Метод равноустойчивого откоса(Fp)

4.СоюздорНИИ

Необходимо задаться системой точек О и в приделах поля размещения найти такую точку, относительно которой коэф-т надежности будет минимален. Из верхней точки откоса В проведем линию наклоненную под углом 36 градусов.

На этой линии расположим точки О₁, О₂, О₃, О₄, на расстояниях указанных на рисунке. Далее проводим следы КЦПС, аС₁, аС₂, аС₃, аС₄. Для каждой такой поверхности вычисляем коэф-т устойчивости:

Где f_i и c_i соответственно коэф-т внутреннего трения грунта и удельное сцепление грунта на i-ом участке

l_i – длинна дуги пов-ти скольжения на участке

Т_iуд – касательная составляющая направленная по ходу движения призмы обрушения

n – число блоков, отсеков приводящим к сдвигающим силам

Далее откладываем значение а₁, а₂, а₃, а₄, в виде отрезков перпендикулярных линии ВО₄ в соответствующих точках. Затем соединив кривой эти точки найдем наименьшее значение а, это и есть центр вращения (О) наиболее опасной поверхности скольжения (ОС), так как на этой поверхности отношение удерживающих и сдвигающих сил наименьшее. По формуле определим значение коэф-та запаса устойчивости. Оно не должно превышать 1,3.

Метод плоских поверхностей скольжения (ппс)

В ряде случаев поверхность скольжения можно представить состоящей из ряда плоских участков, например когда происходит движение рыхлых отложений по не ровной поверхности скальных пород.

След поверхности скольжения в этом случае будет представлять собой ломаную линию. Оползающий массив грунта вертикальными плоскостями разбивают на ряд отсеков и рассматривают силы действующие на каждый из них, начиная сверху вниз. Вес каждого блок F_i раскладывают на нормальную N_i и касательную составляющую Т_i. Касательные составляющие стремятся сместить массив вниз по откосу, а нормальные составляющие вызывают силы трения, которые вместе со сцеплением препятствуют этому движению. Коэф-т устойчивости определяется как отношение сил удерживающих массив грунта к силам стремящимся его сместить. В этом случае определяется оползневое давление Е_i, т.е. давление которое испытывает каждый блок со стороны вышележащих блоков. При таком определении рассматривается условия равновесия каждого блока, начиная с верхнего. С учетом величины реакции Е₁ со стороны нижнего блока. Величина этой реакции принимается равной оползневому давлению. Условия равновесия любого блока можно получить приравняв к нулю сумму проекций на плоскость скольжения всех сил действующих на блок:

Е₁+N₁tgα+cl₁-T₁=0 для первого блока

Рассматривая условия равновесия второго блока следует учитывать действие силы Е₁ , но с обратным знаком. Для любого последующего блока формула:

Е_i+N_itgφ+cl_i-T_i-E_i-1=0

E_i=F_iCosθ_i+cl_i-F_iSinθ_i-E_i-1=0

E_i=F_isinθ_i-tgφF_iCosθ_i-cl_i+E_i-1

Переходя от отсека к отсеку достигает отсека n, который должен быть устойчивым при Е_n<0 ,т.е. сила Е должна иметь отрицательное значение, т.е. противоположное направлению.

Метод равноустойчивого откоса (метод Fp).

Метод расчета равноустойчивого откоса выполняется для:

1. Оценки рациональности очертания откоса

2. Выявление наиболее напряженных участков

Откос будет находится в состоянии предельного равновесия если в каждой точки его поверхности угол откоса будет равен углу сопротивления грунта сбвигу.

α=φ_pz

α - угол который составляет в данной точке поверхность откоса с горизонтом

φ- угол сопротивления сдвигу

Поскольку угол сопротивления сдвигу меняется следовательно и угол откоса должен изменится по высоте откоса.

1. При очень высоком откосе угол альфа в его нижней части будет стремится к углу внутреннего трения грунта.

2. По мере приближения к бровке откоса он становится круче, у поверхности массива угол альфа = 90 градусов.

Построение откоса осуществляется графическим методом в следующем порядке:

1. Массив грунта разбиваем на расчетные слои по высоте с учетом геологического строения, но расчетный слой не должен превышать 3х метров

2. Для каждого из расчетных горизонтов определяем угол сопротивления сдвигу по след-ей формуле: φ_pz=argtgFp=arctg(tgφ+c/p_z)

3. Строим равноустойчивый откос начиная с нижней точки

Фундаменты в районах распространения вечно-мерзлых грунтов.

Грунты называются вечно-мерзлыми если они в природных условиях не оттаивают в течении нескольких лет. Вечно-мерзлые грунты могут находится в таком состоянии до сотен и тысяч лет. По площади вечно-мерзлые грунты имеют сплошное или прерывисто островное распространение. С поверхности вечно-мерзлые грунты перекрыты деятельным слоем, которые ежегодно оттаивают летом и вновь замерзают зимой. Толщина деятельного слоя может колебаться от метра до трех. При строительстве зданий и сооружений на вечно-мерзлых грунтах должны быть учтены особенности возведения фундаментов на вечно-мерзлых грунтах (ВМГ). ВМГ в основании массивных ф-тов могут оттаивать в следствии повышенного поступления теплоты в грунт через ф-т, так как теплопроводность материала ф-та значительно превышает теплопроводность грунта. Неравномерное оттаивание явл-ся одной из основных причин неравномерных осадок ф-тов. Характерной особенностью мерзлых грунтов явл-ся резкое уменьшение их объема при оттаивании, что явл-ся следствием резких просадок оттаившего грунта и может привести к значительным повреждениям и даже разрушением зданий и сооружений, возведенных на этих грунтах.

Практикой строительства выработано два принципа использования вечно-мерзлых грунтов в качестве оснований фундаментов:

1. Строительство зданий и сооружений с сохранением их оснований вечно-мерзлого состояния грунтов, как в период строительства, так и в течении всего срока эксплуатации сооружения.

2. Строительство зданий и сооружений на предварительно оттаивших грунтах или на грунтах в оттаивающем состоянии.

При строительстве по первому принципу сохранении вечно-мерзлого состояния грунтов в основании обеспечивается следующими мероприятиями:

1. Возведение зданий на подсыпках.

2. Теплоизоляция поверхности грунта под полом здания.

3. Устройство вентилируемых подполий.

Под зданиями жилого и общественного назначения подполья устраиваются открытыми или закрытыми с отверстиями в цокольном ограждении. По своим размерам подполья бываю высокие (для котельных) и низкие (для обычных домов и общественных помещений).

4. Расположение первого не отапливаемого этажа в здании.

В первом этаже здания размещаются не отапливаемые помещения, отпадает необходимость устройства подполья

5. Прокладка под полом здания вентиляционных каналов.

Используются при больших размерах здания, а также в производственных зданиях с большими на них нагрузками. Тепло поступающее в грунт отводится вентиляционными железобетонными трубами, в то время как с другой стороны поступает наружный холодный воздух.

6. Искусственное охлаждение грунтов в основании здания.

В основании здания устанавливаются замораживающие колонки в которые подают охлаждающий рассол, т.е. жидкий хладоноситель.

Замерзший при температуре от – 26 до -55 под действием низкой температуры грунт вокруг колонки замораживается – метод применяется крайне редко. При строительстве по второму принципу допускается оттаивание вечномерзлого грунта, как перед началом строительства, так и в период эксплуатации. Оттаивание грунтов перед началом строительства производится с помощью воды, пара или электронагрева. После оттаивания грунты бывают сильно переувлажнены и относятся к водонасыщенным сильно сжимаемым грунтам. Слабые разжиженные грунты могут быть заменены непучинестым грунтом. Необходимо учесть возможность развития неравномерных осадок при оттаивании грунта в период эксплуатации, так как при оттаивании объем грунта уменьшается. Таким образом при строительстве по второму принципу необходимо предусмотреть меры по уменьшению чувствительности к-ии к неравномерным осадкам. К числу таких мер относятся: 1.проектирование зданий простой конфигурации в плане. 2. устройство осадочных швов. 3. Увеличение прочности к-ии зданий за счет устройства ж/б поясов и армирования кладки. 4. Проектирование по возможности равноэтажных зданий.

К-ии и способы устройства ф-тов в условиях вечномерзлых грунтов.

При возведении зданий и сооружений с сохранением вечной мерзлоты (первый принцип) необходимо исключить возможность размораживания грунтов в основании зданий. Ф-ты должны иметь большую глубину заложения. При строительстве по первому принципу целесообразнее всего использовать свайные ф-ты. Выбирают способы погружения свай в зависимости от вида вечномерзлого грунта. Мерзлые грунты подразделяются на:

1. Твердомерзлые, практически не сжимаемые (глины температура ниже минус 1,5 градусов, суглинки - ниже минус 1, Е₀>100 МПа)

2. Пластично-мерзлые, обладают вязкими свойствами (глины температура выше минус 1,5 градуса, суглинки – выше минус 1 градуса, супеси – выше минус 0,6 градуса, пески – выше минус 0,3 градуса, Е₀<100 МПа)

Существуют два способа погружения свай в твердомерзлые грунты:

1. Оттаивают паровой иглой и забивают сваю в мешок талого грунта, после забивки сваи талый грунт вновь замерзает и свая оказывается погруженной в вечномерзлый грунт. Для предпослоичного оттаивания можно также применять солнечное тепло, гидравлический метод и электронагревания.

2. В целях минимального нарушения теплового режима, очень часто применяют буроопускные сваи.

Для устройства таких свай бурят скважины больше диаметра сваи, скважину на одну треть заполняют грунтовым раствором (песок+цемент+вода), вибрированием в этот раствор погружают сваю, грунтовый раствор вытесненный сваей, поднимается и заполняет пространство между сваей и мерзлым грунтом. Далее грунтовый раствор замерзает и свая оказывается погруженной в вечномерзлый грунт. Нагружение свай допускается только при полном смерзании их с грунтом. В пластичномерзлые грунты сваи обычно погружают в лидерные скважины.