книги из ГПНТБ / Опыт оценки устойчивости склонов сложного геологического строения методом конечных элементов и экспериментами на моделях

мещений

смежных

блоков, что привело, как будет

показано

ниже, к

существенной неравномерности р а с ­

Вертикальные

(нормальные)

напряжения

(о^ по

слабым

прослоям

практически

соответствуют

н а п р я ж е ­

ниям,

рассчитанным

по весу

в ы ш е л е ж а щ е й

толщи

п о ­

р о д . Только

вблизи

поверхности

склона

наблюдается

некоторое несоответствие,

вызванное влиянием

конту­

ра. Например, по нижнему глинистому прослою ( Е2 )

величина вертикальных

напряжений

возрастает

от

0,5

к г / с м

на контуре

склона д о

29,0

к г / с м

в

глубине

массива. В узловой точке № 158

вертикальное

н а п р я ж е ­

ние, рассчитанное

по весу

вышележащей

толщи

( 6o<=

£.l[ihi

)і составляет

25j6

к г / с м ,

а

напряжение,

полученное методом

конечных элементов,

в

варианте

1а -

25,7 к г / с м ,

в

варианте

16

-

25,0

к г / с м .

В целом

изменение

модуля

деформации

глин

в

прослоях и заполнителя

трещин

несущественно

измени ­

ло вертикальные напряжения

в них. Необходимо о т ­

жений

в

узлах

пересечения слабых

прослоев

и

трещин

ф и с .

9 - 4 а ) . В

варианте

р а с ч е т а 1а эти

перепады

ч е т ­

ко

проявились^в верхнем

прослое,

г д е

они

составляют

д о

4.0

к г / с м

. С

глубиной ( в среднем

и

нижнем

про ­

слоях

глин) перепады вертикальных

напряжений

у м е н ь ­

ш а ю т с я . При снижении модуля деформации

глинистых

прослоев и заполнителя трещин (вариант

16)

р а с п р е д е ­

ление

вертикальных

напряжений становится

более

равномерным (рис . 9 - 4 а ) .

К а с а т е л ь н ы е

( с д в и г а ю щ и е )

напряжения

%< по

слабым

прослоям

имеют

наибольшие

значения

в п р е д е ­

лах

склона, нарастая

с удалением

от

его

поверхности

и д а л е е

резко

уменьшаясь д о нуля

(рис .

9-4а) •

М а к ­

симальные значения

касательных

напряжений

по

вари ­

анту

1а

р а с ч е т а составляют 2jO-3.0

к г / с м

, по вариан­

ту

16

равны 1-2.0

к г / с м

. Наиболее

существенные п е ­

р е п а д ы

напряжений

зафиксированы

в местах

п е р е ­

сечения

прослоев

трещинами T t ,

Т

и Т

;

расположен—

ными

в пределах склона, и составляют

д о 2.0 к г / с м

по обоим

вариантам.

Анализ прочности глин

в прослоях

производился

т

Т п р

путем

сопоставления

действующих

и

предельных

значений

касательных

напряжений ( с м .

85

главы

в т о ­

рой ) . В качестве примера приводятся

результаты т а ­

кого

анализа д л я

глин среднего прослоя

(глины

Е ^ ) .

Изменение значений

коэффициента

з а п а с а

устойчивос ­

ти 7

(рис. 9-46)

показывает,

что

неустойчивые

о б ­

ласти

( *1 < 1)

приурочены

к зонам,

примыкающим

к

контуру

склона.

При

величинах

сцепления

С = 0 . 2 к г / с м

и угла внутреннего трения

f

»

16

в

расчетах

по

обоим

вариантам

э т а

область

развивается

в глубину

склона,примерно,

на ЗО метров .

Если

предположить,

женными

значениями

сцепления

0 0 . 1

к г / с м

и

угла

внутреннего трения

*f = 8

(уменьшены

в

д в а

р а з а

по сравнению с вариантом 1а), то

область

з н а ч и т е л ь ­

ных сдвиговых деформаций распространяется в

массив

на глубину примерно

60 метров .

Н а

участках,

р а с п о ­

ложенных правее трещины Т^, глины

прослоя

н а х о д я т ­

ся

в

устойчивом

состоянии

( ?

»

1).

(ои

Распределение нормальных ( горизонтальных)

и

касательных

напряжений

по

вертикальным

трещинам

характеризуется

ярко

выраженной

неравномерностью,

что вызвано блоковой структурой массива

с

присущими

ей особенностями деформирования . В

качестве

примера

на рис. 9-5 показано распределение напряжений по

т р е ­

щинам

Т

,

и Tg . Эпюры

напряжений

д л я

обоих

в а ­

риантов

р а с ч е т а

близки по характеру

и

различаются

в

основном

значениями

напряжений. Скачкообразное и з ­

менение

напряжений

приурочено

к

зонам

пересечения

трещинами прослоев глин, уменьшение м о д у л я

д е ф о р м а ­

ции заполнителя

трещин и прослоев

глин

в

10

р а з

не

привело к качественному изменению характера

р а с п р е ­

деления

напряжений

и проявилось в

величинах

п о с л е д ­

них. Р а с п р е д е л е н и е

касательных

напряжений

в

вариан -

т е

16 заметно

выровнялось,

а их абсолютные

з н а ч е ­

ния

уменьшились

(исключая трещину Tg, по

которой

произошла смена знака касательных напряжений) .

Ана­

лиз напряженного состояния в вертикальных трещинах

показал, что на

значительных

по протяженности

у ч а с ­

тках в верхней зоне массива

действующие

к а с а т е л ь ­

ные

напряжения

превышают предельное

сопротивление

сдвигу .

Перемещения

во

втором

варианте

р а с ч е т а

(рис . 9 - 6)

сходны по характеру

с полученными в

п р е д ы д у щ и х

в а ­

ных

характеристик

и

объемных весов пород

условных

п а ч е к ,

только

по

абсолютной величине. В частности,

максимальная

о с а д к а

поверхности

в

варианте

16

равна

66.0

см,

а

во

втором

варианте оказалась равной

35,8см .

Картина

перемещений

в д а н н о м

случае

является

у с ­

ловной

и

не д а е т

истинного

представления

о

кинема ­

тике

системы .

Н а

рис.

9-7а

и 9-76 показано

распределение

н о ­

рмальных и касательных напряжений по

прослоям п е с ­

ков

С и

глин

E j . Зпюра

нормальных

напряжений

по

прослою

песков

имеет скачкообразный

вид

в с л е д с т ­

вие неравномерности

осадки отдельных

б л о к о в . М а к с и ­

мальные

перепады

напряжений

в

местах

пересечения

этого

прослоя

вертикальными

трещинами

составляют

около

3,0

к г / с м

. Д л я

прослоя глин

Ej

характерно

б о ­

лее

плавное

изменение

вертикальных

напряжений,что

объясняется

меньшим

перекосом

блоков,

опирающихся

на этот прослой. Эпюра нормальных

напряжений

в

ни ­

ж н е м прослое

глин Е^

является

практически

ровной.

К а с а т е л ь н ы е

напряжения

в ^прослое

песка

С,

равные

приблизительно

0,1 к г / с м

у

поверхности

скло ­

на,

имеют

максимальное

значение

2,1 к г / с м

на

р а с ­

стоянии

70

метров

от

нее

(узлы

151 и

152

на

рис.

9-2)

и

1,7 к г / с м

в

узлах

164 и

165 (рис . 9 - 2) .

В

гли ­

нистом

прослое

Ej

в

приповерхностной зоне

н а п р я ж е ­

ния

д о с т и г а ю т

l t

5

к г / с м

, увеличиваясь

д о

1,9

к г / с м

м е ж д у

узлами

84 и

П О ,

т . е . на

расстоянии

О

0,5

1,0 м

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

j

1

П о л о ж е н и е б л о к о в

i1

I

д о д е ф о р м а ц и и

1I

П о л о ж е н и е б л о к о в

после деформации

4 6

Н о м е р а у з л о в

58

7t M 97

Ив 125 156 I M 162 175 188

201 2 « 227

MO 255

2Ь6

279

Н о м е р а у з л о в

глин

[ ,

u их

номера

РИС. 9-7. Распределение нормальных

и касательных

t~c

напря­

жений по прослоям песков

С (а), глин Е т (б)

и коэффи­

циентов устойчивости (в) . Вариант П

1

сив касательные

напряжения

по этому

прослою

плав­

но уменьшаются

д о

нуля. В нижнем

прослое глин

максимум напряжений

%ы (1,7

кг/см )

отмечается

м е ж д у узлами

81

и

107 (рис.

8-2),

расположенными

соответственно

на

расстоянии

70 и

120

метров

от по­

верхности склона. Величина напряжений

Т<< на

свобо­

дном конторе (узел 52 ) составляет в этом

прослое

1,5 кг/ см .

Анализ прочности

пород прослоев С и

(рис.

9-7в) показал следующее. В прослое песка

не

выявле­

ны зоны предельного равновесия, возможно

з а

исклю­

чением незначительного

по протяженности участка в

жащих на этом

прослое (

м е ж д у

узлами

100

и 152).

Протяженность

этой зоны

около

70 метров.

Правее

указанной области значения

коэффициента устойчивости

1 резко увеличиваются

(рис.

9 - 7в) .

Сопоставление действующих

t«< и

предельных

чивости 7.

<

1. Эта зона

имеет протяженность около

65 метров

от

поверхности

склона и почти полностью

(*l<

1), имеющая развитие около 55 метров.

Распределение

нормальных С?^ и касательных %і

напряжений по трем

вертикальным трещинам Т , Т

и T g

приведено на рис. 9-8. Отличие физико-механи­

характер изменения напряжений по глубине и

с у щ е с т ­

венную разницу в

значениях

напряжений.

Примечательно,

что

на

отдельных

участках

т р е ­

щин,

приуроченных

к

у з л а м пересечения

со

слабыми

прослоями

Ej

и Е^,

о т м е ч а е т с я

наличие

р а с т я г и в а ю ­

щих

напряжений

Си

,

что

с в и д е т е л ь с т в у е т

о

т е н д е н ­

ции к раскрытию трещин.

При пересечении

трещинами

верхнего прослоя песков такие зоны не фиксируются,

хотя

в

трещинах

и

нормальные

напряжения

близки к нулю. Максимальная величина

р а с т я ж е н и я

(трещина Т^)

составляет

4,3> к г / с м

, в

остальных

слу ­

чаях

не

превышая

2,5

к г / с м

. Резкий,

как

правило,

характер

изменения

напряжений

^ы.

(вплоть д о

и з ­

менения

знака)

при

пересечении

слабых

прослоев

о б ъ ­

ясняется

особенностями

кинематики

" ж е с т к и х "

блоков

породы, главным образом, их разворотом .

Распределение

касательных

напряжений

по

г л у ­

бине отличается существенной неравномерностью и

х а ­

рактеризуется

з а м е т н ы м

увеличением

абсолютных

з н а ­

чений

напряжений

ю

сравнению с вариантами 1а и 16.

Т а к ,

д л я трещины Т(

максимальная

величина

с о ­

ставляет

-

5,8

к г / с м

( в

варианте

1а она

равна

2,5

к г / с м ^ ) ,

д л я

трещины

Т^

-

равна

4,0

кг/<£м

(2,6

к г / с м ^

и

д л я

трещины

Т ^

-

- 2 , 0

к г / с м

(0,75

к г / с м

) . Н а

значительных по протяженности

участках

вертикальных

трещин

отмечаются

сдвиговые

р а з р у ш е ­

ния.

Обобщая

изложенное

в ы ш е , отметим,

что

п р о в е ­

денный

анализ

напряженного

состояния

в

слабых

про ­

слоях и трещинах выявляет закономерности

изменения

напряжений

и

на этой

основе

возможно

выделить

о б ­

ласти, в которых начинается развитие

значительных

сдвиговых

деформаций . Однако,

условность

принятой

в этих расчетах обшей постановки

з а д а ч и

(§1

н а с т о я ­

щей

главы)

з а с т а в л я е т

сомневаться

в истинности

полу­