13. Устойчивость земляных масс в откосах.

13.1. Расчетные методы по оценке устойчивости откосов.

Перемещение грунтовых масс на склонах является следствием преодоления сил удерживающих грунты в статическом равновесии сдвигающими силами.

Сдвигающие напряжения в массиве откоса возникают под действием собственного веса грунта, под воздействием дополнительных нагрузок на откосе от построенных сооружений, складируемых грузов, воздействия фильтрующей воды. Может возникать ослабления удерживающих сил на откосе из-за изменения свойств грунта при увлажнении, подрезкой склона у основания за счет отрывки траншей, канав и т.д.

Очертания поверхностей скольжения на склонах обычно имеет криволинейную форму. Если склон сложен разнородными грунтами, то поверхность скольжения будет иметь криволинейное очертание с переломами на границах слоев.

Устойчивость откосов сложенных сыпучими грунтами при отсутствии грунтовых вод.

Рис 13.1. Схема к расчету устойчивости откоса в сыпучем грунте.

сдвигающая сила; удерживающая сила; сила веса;

угол внутреннего трения , для расчетов по устойчивости принимается значение по условиямI Г.П.С.

Приведенные расчеты предельно устойчивого откоса выполнены при коэффициенте устойчивости

При коэффициенте устойчивости

Устойчивость откосов сложенных сыпучими грунтами при фильтрации грунтовых вод.

Давление фильтрующей воды определяется величиной пористости () и величиной градиента ():

удельный вес воды, принимается 1 г/см³;

Рис. 13.2. Схема к расчету устойчивости откоса в сыпучем грунте при наличии фильтрующегося потока воды.

вес грунта во взвешенном состоянии.

Расчеты по устойчивости проводят для характеристик грунта:

Для коэффициента устойчивости откоса

Устойчивость откосов в грунтах обладающих внутренним трением () и сцеплением () по решению Соколовского В.В.

С упрощениями предложенными А.М. Сенковым.

.

Рис. 13.3 Схема к построению предельно устойчивого откоса по решению проф. В.В. Соколовского.

допустимая нагрузка на поверхности грунта.

При отсутствии нагрузки на поверхности грунта верхний участок откоса может быть вертикальным на высоте:

При нагрузке на поверхности откоса (Р) более величины (Р_о). Очертание откоса строится с условной глубины

Очертания откоса построенного по решению Соколовского В.В. обеспечивает одинаковые показатели устойчивости во всех точках его поверхности.

При решении практических задач требуется обеспечить устойчивость откосов на разном уровне, что осуществляется введением коэффициента устойчивости к_St. При к_St=1,0 к расчету принимаются характеристики грунта для I-ой группы предельных состояний: Прик расчету принимаются расчетные значения характеристик грунта:

Решение Соколовского наиболее удобно применять по зависимостям в относительных координатах:

Графики зависимости приведены на рис. 13.4.

Рис. 13.4. Зависимости очертаний предельно устойчивых откосов от угла внутреннего трения (φ) в относительных координатах: а- большой высоты; б- небольшой высоты.

Последовательность построение очертания равноустойчивого откоса:

- Определяются расчетные характеристики грунта:

- Определяются условная глубина горизонтальной поверхности откоса:

- В пределах заданной высоты откоса выделяются условный слой , для которых определяются приведенная глубина заложения от условной поверхности:

;

- Для полученных иопределяются горизонтальные координатыточек на поверхности равноустойчивого откоса по рис. 13.4.

- определяют верхнюю точку очертания откоса: х=0; у=0:

Полученные точки на поверхности равноустойчивого откоса соединяются хордами.

Приближенный метод построения очертания равнопрочного откоса в грунтах при с≠0 и φ≠0. (метод Маслова Н.Н.)

При оценке устойчивости откосов в условиях ппредельного напряженного состояния предлагается использовать показатели: угол сопротивления сдвигу и коэффициент сопротивления сдвигу

Рис. 13.5. Схема к определению коэффициента сдвига () и угла сдвига в связных грунтах.

Из приведенной зависимости следует, что с увеличением напряжения (σ) в грунте коэффициент сдвига и угол сдвига уменьшаются.

При построении очертания равнопрочного откоса его высота условно разбивается на слои мощностью h_i. В уровне подошвы каждого выделенного слоя определяется напряжение При наличии нагрузки на поверхности грунта интенсивностью Р:

Для каждого условного слоя определяется очертание откоса в виде хорды с наклоном к горизонтальной поверхности:

Рис. 13.6. Схема построения равнопрочного откоса по углу сдвига (ψ).

При слоистом напластовании грунтов по высоте откоса в каждом условно выделенном слое необходимо учитывать характеристики природных грунтов:

Расчет устойчивости откоса производится в разных условиях эксплуатации с различными показателями коэффициента устойчивости (к_st) при к_st=1,0 принимаются показатели грунта при к_st>1,0 принимаются показатели грунта для I-ой группы предельных состояний,

Метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения для расчета устойчивости откосов.

Метод является наиболее распространенным из приближенных методов расчета устойчивости массивов грунта. Задача расчета заключается в определении коэффициента устойчивости, для наиболее опасной поверхности скольжения. Очертания поверхности скольжения принимают круглоцилиндрической на основании многочисленных наблюдений. Коэффициент устойчивости (к_st) определяется соотношением моментов удерживающих и сдвигающих сил относительно центра дуги скольжения. Сдвигающие силы обеспечиваются весом грунта. Удерживающие силы обеспечиваются внутренними сопротивлениями грунта сдвигам.

Для расчетов тело сползающего грунта условно делится вертикальными плоскостями на отдельные блоки объемом V_i и весом G_i. На дуге скольжения в i-ом блоке обеспечиваются нормальные силы и сдвигающие усилияВеличина удерживающих сил:

Сумма моментов удерживающих сил:

Сумма моментов сдвигающих сил:

Величина коэффициента устойчивости определяется:

- требуемая величина коэффициента устойчивости для проектируемого сооружения.

Рис. 13.7. Схема к расчету устойчивости откоса по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения.

Центр наиболее опасной поверхности скольжения лежит на оси М-М. Схема построения оси М-М приведена на рисунке 13.7. величины углов β₁ и β₂ принимаются по таблице 13.1. в зависимости от уклона откоса . Расчет ведется по схеме последовательного приближения к.

Уклон откоса,	β1, град	β2, град
1,73:1	29	40
1:1	28	37
1:1,5	26	35
1:2	25	35
1:3	25	35
1:5	25	37

При расчете устойчивости откосов принимаются характеристики грунта для I ГПС: В случае если откос представлен слоистым напластованием грунтов при расчете устойчивости принимаются характеристики грунтов пересекаемых поверхностью скольжения.

Учет влияния фильтрующей воды на устойчивость откоса по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения.

Давления фильтрующейся воды в грунте являются одним из факторов снижения его устойчивости.

Рис. 13.8. Схема к учету влияния фильтрующейся воды на устойчивость откоса.

Наличие воды в грунте обеспечивает увеличение веса каждого блока, условно выделенного в теле скольжения, и как следствие увеличение суммы сдвигающих сил. Вес грунта ниже уровня грунтовых вод принимается при полном водопоглощении (G_sat).

Наличие фильтрующейся воды обеспечивает снижение удерживающих сил внутреннего трения за счет взвешивания скелета грунта в воде (G_sw).

Коэффициент устойчивости откоса в потоке фильтрующейся воды определится из зависимости:

Для практических расчетов предлагается учитывать взвешивающее действие воды путем введения фиктивной величины угла внутреннего трения ()

При однородном грунте в теле откоса

- удельный вес грунта во взвешенном состоянии;

-удельный вес грунта в водонасыщенном состоянии.

- вес i-го блока грунта частично погруженного в воду, без учета взвешивающего действия воды.

При наличии в теле откоса слоев под воздействием потока фильтрующей воды и слоев с отсутствием такого воздействия в расчете возможно упрощенно учитывать взвешивающее действие воды введением β_ср. В грунте выше уровня грунтовых вод β=1. При обводнении грунта в откосе с двух сторон β=1.

Рис. 13.9. Схема к учету влияния фильтрующей воды.

При малой разнице между удельными весами грунтов слагающих откос возможна упрощенная зависимость для определения:

=0,5 для грунта в фильтрующемся потоке грунтовых вод.