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

Р а с ч е ты

по т р е т ь е м у

варианту

проводились

по

более

совершенной схеме

и,

как б у д е т

показано,

д а л и

принципиально иные результаты . В первом цикле

р а с ­

чета решалась

з а д а ч а уплотнения

массива пород

с пе ­

рвоначальной

горизонтальной

дневной

поверхностью.

О с а д к а поверхности

на всем

протяжении

составила

33,5 см. Нормальные

напряжения

& ы

в

слабых

п р о с ­

лоях имеют постоянные значения.

В частности,

напря ­

жения

в

прослое

С составили

около

15,3 кг^см

,

в прослоях

Ej

и Е^

соответственно 26,7

к г / с м

и

30, 0

к г / с м

. Касательные

напряжения

практически равны

нулю.

Учет

разгрузки

массива

з а

счет

' у с л о в н о - м г н о в е н ­

цикле

рассматривался

как квазисплошной.

П о д ъ е м

о т ­

дельных

у з л о в

(рис . 9-9)

составил:

узел

16-3,7

с м ;

узел

180

- 6^4 см ;

"

43 -

9,3

с м ;

'

195 -

5,5

см ;

'

58-15,5 см ;

'

234 -

1,8

см ;

'

100-13.3

см ;

*

260 - 0,7 см ;

'

312 - 0 , 1 см .

Распределение

напряжений

и

по

прослоям

глин, в частности, по прослою Е

(рис . 9 - 1 0 а и б)

о т ­

личается

плавным

характером, а по

прослою

песков -

существенной

неравномерностью. Значения

напряжений

в точности

соответствуют

полученным

в варианте I I .

Это приводит к идентичным результатам при анализе

прочности

грунтов

прослоев (рис .

9 - І О в ) .

Напряжения

в вертикальных

трещинах

определя -

лись через дополнительные перемещения . Характер

и з ­

менения

напряжений по глубине (рис . 9-11)

аналогичен

отмеченному

во

втором

варианте

(рис . 9 - 8),

но

с у щ е с т ­

венное различие имеется в значениях напряжений

^

(рис .

9 - Ц а ) .

В^ частности,

величина

р а с т я ж е н и я

д о с т и ­

гает

5,0

к г / с м

и

более (8,8 к г / с м

в

т р е щ и н е

Т

) .

220

•1

71

8<i

97

«0155 156 149 102 17518« 201 214 227

240 255

26S

279

' 5»

71

Sil 97

НО 1 » m 149 IM ITS IM Ml 214 t t t 2 4 0 " ! »

_

Номера узлов

ш

2 7 9 *

- - о - -

I I ц и к л

— - х -

Ш ц и к л

— • —

Ш ц и к л

58

71

84

97

110 ИЗ 136

149 162

175

- 5

О

3 "r/cMS -5

0 5 " / с м 1

-5

5

І к г / с м 5

Рис. 9 - И . Распределение

нормальных

(оы. (а)

и касательных^

(б)

напряжений по вертикальным

трещинам Т т ,

Т

и Т

5

. Вариант

Ш

1

а

Отличия

в

величинах

напряжений

t o { (рис .

9 - П б )

в е с ь ­

ма

незначительны.

"Начальное"

напряженное

состояние

пород

склона

в расчетах

по

варианту

I I и III (второй цикл)

получи­

лось

различным

и з - з а

различных

условий

формирования

поля

напряжений,

принятых

в

расчетных

схемах .

М о ж ­

но

о ж и д а т ь ,

что

при

наклонном

залегании

слоев

и

н а ­

клонных

трещинах

эти

различия

проявляются

сильнее.

В третьем цикле расчета расчлененность

массива

на отдельные блоки возросла. Это явилось

с л е д с т в и е м

того, что при автоматическом анализе результатов,

п о ­

лученных во втором цикле, на отдельных участках

т р е ­

щин,

в зонах,

г д е

фиксируется

увеличение

их

р а с к р ы ­

тия,

значения

деформационных

показателей

k h

и

К^,

были

положены равными нулю. К р о м е

т о г о ,

в тех

слабых

прослоях

и

трещинах,

г д е значения

коэффициентов

у с ­

тойчивости

1

оказались

меньше

1,

показатели

д е ф о р ­

мируемости

k t

были

уменьшены

в 10

р а з

по

сравнению

с их

начальными

значениями.

Д л я

сопоставления

результатов

в перемещениях

приведем

величины

вертикальных перемещений

д л я

тех

>îe

узлов;

узел

16

- 3 , 7 ( п о д ъ е м ) ;

узел

180

-

7,2см(подъем) ;

43

-

9,4см

(

"

) ;

"

195

-

2>9см

(

"

) ;

58

-

15,7см(

"

) ;

"

234

-

0 , 8 с м (

"

) ;

*

100

-

13.4см(

"

) ;

"

260

- 0 , 2 с м (

"

).;

"

312

- 0 , 3 с м

(

»

) .

Произошло раскрытие вертикальных трещин из

массива

к

поверхности.

Приведенный

на

рис. 9 - Ю а

график изменения

но ­

рмальных

напряжений

в

прослое

глин

заметно

отличается от полученного во втором цикле.

Р а з р ы в

межблочных контактов повлек нарушение сплошности

•массива и более независимые перемещения

отдельных

блоков, сопровождающиеся их разворотом . Эпюра н а ­

пряжений

(о^с , имевшая ранее равномерный

в и д ,

при ­

обрела скачкообразный с

разрывами

напряжений

в

з о -

нах

пересечения

прослоя

вертикальными

трещинами .

В прослое

глин

Е^,

м е ж д у

узлами

58 и 97 (рис .

9- ІОб), в котором по результатам второго цикла

р а с ­

чета

деформационный

показатель

был уменьшен в

Ю раз , произошло значительное

сдвиговое

п е р е м е щ е ­

ние вышележащего блока. К а с а т е л ь н ы е

напряжения

на этом

участке

уменьшились

з а

счет снижения

з н а ч е ­

ния

K-t

и перераспредилились

на

соседний

элемент

(узлы 9 7 - 1 Ю ) ,

в котором коэффициент

устойчивости

7,

стал меньше единицы. В целом, по

прослою, с у м ­

марная п л о щ а д ь эпюры Xи уменьшилась . В м е с та х

пересечения прослоя

трещинами

образовались

разрывы

в значениях касательных напря жений .

По

вертикальным трещинам

нормальные

и к а с а ­

тельные

напряжения

в областях

нарушения

м е ж б л о ч ­

ных контактов стали равны нулю

( р и с . 9 - 1 1 ) .

П р о и с ш е д ­

шие по поверхностям

контакта

сдвиговые

разрушения

процессы,-отмеченные в т р е т ь е м цикле,

получили

д а л ь ­

нейшее

развитие в четвертом'цикле . Картина п е р е м е ­

щений,

зафиксированная

в этом цикле,

показана

на рис .

9-9 и д л я нее характерны

существенные

различия

в пе ­

ков по трещинам и прослоям

привели

к тому,

что по ­

верхность склона приобрела пилообразное очертание

(пары

узлов 114 и 127,

153 и 167). Блоки,

р а с п о л о ж е н ­

ные з а

бровкой

склона^дали

дополнительную

о с а д к у

и

отмечается

их перекос .

Д л я

сравнения

с

предыдущими

циклами

приве ­

д е м значения вертикальных

перемещений

д л я ранее в ы ­

бранных

узлов

узел 16

-

3,7см

( п о д ъ е м ) ;

узел

180

-

11Т4

с м ( п о д ъ е м )

43

-

9,4см

(

"

) ;

*

1 9 5 - 1 , 3

с м ( о с а д к а )

58

- 15,5см

(

'

) ;

"

234

-

1,6

см(

»

)

». 1 0 0 - 1 3 , 6 с м

(

"

' ) ;

'

260

-

1,2

см(

'

(

312

-

0,7

см(

'

)

15-1655

225

График изменения вертикальных

напряжений

по проело ю глин Ej

(рис. 9 - Ю а )

характеризуется

в

этом цикле е щ е большей неравномерностью, причем

изменения значений

напряжений

(к* при

пересечении

прослоя

трещинами

достигают

6,5 к г / с м

(узлы

175 и

188).

Распределение

горизонтальных

напряжений

т а к ж е

отличается неравномерностью

( р и с . 9 - Ю б ) ,

кроме

участка м е ж д у узлами 58 и П О ,

г д е

произошли

с д в и ­

говые разрушения . В целом по прослою

отмечается

уменьшение касательных напряжений.

И м е е т с я т е н д е н ­

ция к стабилизации процесса разрушения, так как

значительные

сдвиговые деформации

не

получили

р а з ­

вития в глубину массива (рис .

9 - 1 0 в ) .

Распределение нормальных и касательных напря­

жений

по

вертикальным трещинам

(рис . 9 - 11

а,б)

ука ­

з ы в а е т ,

что

напряжения действуют

только

на

у ч а с т ­

ках контактов

м е ж д у блоками,

которые

не

претерпева­

ют разрыва . Нормальные напряжения

g

отдельных

т о ­

чках достигают значений 30 - 60

к г / с м

и более .

За

точках

контакта существенно^ уменьшились и, как п р а ­

вило,

не превышают 1 к г / с м .

О с н о в н ы е

в ы в о д ы

Проведенные расчеты показывают, что использо ­

вание

м е т о д а конечных элементов д л я определения

свойств

(главы

в т о р а я - ч е т в е р т а я ) . Все эти факторы

входят

в расчеты м е т о д о м конечных элементов, при­

чем степеньгих

учета зависит от детальности и з у ч е ­

цессе р а с ч е т а изменяться, находясь

в

зависимости

от

в и д а напряженно-деформированного

состояния массива .

В частности, используя критерии прочности,

м о ж н о

в ы ­

явить в массиве области разрушения

и

при

наличии

с о ­

зующих деформируемость пород в запредельном

с о с ­

тоянии,

оценить их

влияние

на н а п р я ж е н н о - д е ф о р м и р о ­

ванное

состояние

и

общую

устойчивость

склона.

Д л я

приближенной оценки местной

устойчивости

можно использовать прием, заключающейся в

о п р е д е ­

лении коэффициента

з а п а с а

прочности в точке(

с м . г л а ­

ву вторую) . Этот

прием позволяет

выделить

в

м а с с и ­

ве отдельные зоны разрушения . Однако, учет

таких

зон

в

повторных

расчетах

приводит

к тому,

что

в м а с ­

сиве

происходит

перераспределение

напряжений,

о б ­

разуются новые зоны предельного равновесия, а на

участках,

ранее

характеризовавшихся

коэффициента­

ми

устойчивости

*l<

I i после значительных

д е ф о р м а ­

ций

м о ж е т произойти

стабилизация

сдвиговых

д е ф о р ­

маций. В процессе перемещения блоков

могут

т а к ж е

меняться

показатели

сопротивления

с д в и г у

на

о т д е л ь ­

ных

участках

вплоть

д о полного исчезновения

сцепле ­

ния.

Все

это

з а т р у д н я е т

строгий анализ

общей

устой ­

чивости

склона.

П р е д с т а в л я е т с я

целесообразным

сопровождать

геологические

процессы

характеризуются

значительными

перемещениями

больших

м а с с

горных пород .

Сопостав ­

ление

результатов

расчетов

в

перемещениях,

получен ­

ных в

отдельных циклах,

позволит судить о т е н д е н ц и ­

ях в изменении перемещений и

с д е л а т ь

вывод

относи ­

тельно

прогрессирующего развития или затухания про ­

цессов

разрушения .

Иллюстрацией

к

сказанному могут

служить р е з у л ь ­

таты

р а с ч е т о в

по

третьему

варианту. В

п р е д ы д у щ е м

рараграфе приведены

данные

о вертикальных

п е р е м е -

циклах расчета . Во ГІ цикле перемещения

обусловле ­

ны "условно-мгновенным" врезом,

в

последующих - на

эти

перемещения

накладываются

дополнительные.возника-

ющ ие

и з - з а

изменения

показателей

механических

свойств

на

участках

, г д е формируются предельные

с о ­

стояния.

Т о г д а разность

м е ж д у

величинами

п е р е м е щ е ­

ний д л я

двух

циклов

характеризует тенденцию

развития

процесса

деформаций:

I I цикл

III цикл

1У

цикл

узел

16

см ;

О.О

с м ;

О.О

с м ;

узел

43

+

9,3

с м ;

+0,1

см ;

0 , 0

с м ;

узел

58

+ 15,5

см;

+

0,2

см ;

- 0 . 2

с м ;

у з е л Ю О

+13.3

см ;

+

о , і

с м ;

+0,2

с м ;

узелІвО

+

6.4

см ;

+0,8

см;

+3,2

с м ;

узел

195

+

5,5

с м ;

-

2.6

с м ;

-4.2

с м ;

узел234

+

1,8

см ;

-

1,0 см ;

- 2 , 4

с м ;

узел260

+

0,7

см ;

-

0.9

с м ;

-

1.0

с м ;

узел

312

+ о , і см ;

-

0,4

см ;

- 0,4

см .

Знак

"плюс"

обозначает

п о д ъ е м ,

знак

"минус"

-

о с а д к у

точки.

Характерно,

что

перемещения точек

16 и

4 3 , л е ж а -

щих у

подошвы

склона,

стабилизировались

довольно

быстро . Перемещения точек 100,

180 в

средней

и

в е ­

рхней

частях склона

продолжают

развиваться .

Бровка

склона

(точка

195)

,и

точки,

н а х о д я щ и е с я

на

плато(234,

260, 312), имеют сложную кинематику, что обусловлено

характером

перемещений

блоков породы,

слагающих

склон.

Д а н н ы е о

перемещениях блоков

породы

(рис . 9 - 9)

и

об

изменении

значений

коэффициентов

устойчивости

в

прослоях

от

цикла

к циклу (рис . 9~10в)

формально

свидетельствуют

о

затухании

оползневого

процесса . Од ­

нако,

это

относится

лишь к принятой в

р а с ч е т е

м о д е ­

ли склона блочного строения с "условно-сплошными"

блоками породы . Значительные перемещения

блоков,

перекосы,

вызвавшие

местные концентрации

н а п р я ж е -

стать определяющими в

развитии

местных оползне ­

вых п о д в и ж е к ,

влияющих

на общую

устойчивость с к л о ­

на.

Р е ш а ю щ е е

значение

д л я получения р е з у л ь т а т о в ,

четной схемы

и исходных показателей свойств

пород .

В настоящей

работе рассматривались

д в е схемы, при ­

чем схема третьего варианта расчета, позволяет, в

принципе, более объективно

оценить

н а п р я ж е н н о - д е ф о р ­

мированное состояние пород

склона,

отразить

особен ­

ности

геологической истории формирования и блокового

строения на устойчивость

и учесть нелинейность и з м е ­

нения

свойств грунтов в

зонах ослабления.