База нормативной документации: www.complexdoc.ru

11. Определяют дополнительную нагрузку на сваю от ростверка и дополнительно проверяют прочность материала сваи:

11.7. Проверка устойчивости откосов при проектировании высоких насыпей и глубоких выемок

В зависимости от инженерно-геологических особенностей грунтовой толщи, образующей откос и его основание, и от гидрогеологических условий работы откосы насыпей и выемок классифицируют в соответствии с табл. 11.21.

Таблица 11.21.

Классификация откосов насыпей и выемок

431

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

По табл. 11.21 устанавливают индекс классификационной группы откоса. Например, откосу выемки, сложенному горизонтальными слоями, не несущему грунтовой воды, соответствует индекс (В)-Б-М.

Различают общую и местную устойчивость откоса. В результате нарушения обшей устойчивости происходит смещение значительных по размерам массивов грунта, слагающего откос. Нарушения местной устойчивости возникают в приоткосной зоне, непосредственно подверженной воздействию погодноклиматических факторов, вызывающих циклические процессы набуханиявысушивания, промерзания, оттаивания и связанного с ними нарушения сплошности и снижения прочности грунта (выветривание).

Основные формы нарушения общей устойчивости: скольжение; выдавливание; расползание.

Расчет по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения (КЦПС)

находит наиболее широкое применение.

Коэффициент устойчивости

где

Qi - вес i-го блока; ai - средний угол наклона поверхности скольжения в пределах i-го блока к горизонту; ji и сi - угол трения и сцепление грунта на поверхности скольжения в пределах i-го блока.

Для выделения блоков предварительно ограничивают отсек обрушения проведением дуги скольжения из вероятного центра вращения. Отсек делят на блоки вертикальными сечениями. Ширина блоков принимается примерно одинаковой (не более 2-3 м). Желательно, чтобы границы блоков проходили через точки перелома линии поперечного профиля откоса и через точки пересечения различных слоев, слагающих откос, с поверхностью скольжения.

В целях упрощения расчета центр наиболее опасной поверхности скольжения целесообразно определять, используя график Н. Янбу (рис. 11.7).

432

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Рис. 11.7. График Н. Янбу для определения центра опасной кривой скольжения в методе КЦПС

Порядок использования графика:

определяют параметр

где

Н - высота откоса;

g - расчетное значение удельного веса грунта;

j и с - угол внутреннего трения и сцепление;

зная lср и среднюю крутизну откоса b по графику определяют относительные координаты центра опасной дуги скольжения: х0 и у0;

умножая х0 и у0 на Н, получают абсолютные координаты центра х и у;

из найденного центра проводят расчетную дугу скольжения через нижнюю бровку откоса, делят отсек на блоки и вычисляют коэффициент устойчивости, используя зависимость (11.6).

При малых значениях с, когда lср > 8, разрешается использовать кривую, отвечающую условию lср = 8.

433

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Для откоса, неоднородного в геологическом отношении по высоте, расчет выполняют в два этапа:

находят средневзвешенные значения g, с и j:

где

h1, h2,..., hп - мощности отдельных слоев в пределах высоты откоса;

g1, g2,..., gп - удельный вес грунта в пределах этих слоев;

с1, с2,...., сп и tgj1, tgj2,..., tgjn - сцепление и коэффициенты трения грунтов в пределах слоев;

по средневзвешенным значениям gср, сср и tgjcp находят осредненное значение:

по lср и bср (по графику) определяют хо и уо и затем х и у;

из найденного центра проводят дугу скольжения и для этой кривой уточняют расчет, определяя средневзвешенные значения tgjcp и сcp по дуге скольжения:

434

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

где

ln - длина отрезка кривой скольжения в пределах n-го слоя;

an -средний угол наклона этого отрезка к горизонту;

Qn - вес блока, ограниченного кривой скольжения и вертикальными гранями, проходящими через концы отрезка ln;

вычисляют исправленное значение :

и по графику Н. Янбу находят уточненные координаты центра опасной кривой скольжения, относительно которой и определяют расчетный коэффициент

Расчет по графику Д. Тейлора может быть осуществлен для однородного ненагруженного откоса. Зная число устойчивости с/gН, требуемый минимальный коэффициент устойчивости Ky и угол внутреннего трения j, можно по графику (рис. 11.8) найти угол наклона откоса к горизонту i, отвечающий заданному

прохождения кривой скольжения при пологом откосе (зона В); через нижнюю бровку откоса (кривая 1), ниже этой точки (кривая 2) и при наличии на уровне подошвы откоса прочного грунта (кривая 3). При крутом откосе рассматривают один вариант (зона А).

435

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Рис. 11.8. График Д. Тейлора для расчета устойчивости по методу КЦПС

Расчет по методу плоских поверхностей скольжения (ППС) выполняют,

используя метод горизонтальных сил (Маслова - Берера). Коэффициент устойчивости

где

Hi - распор (давление на стенку блока) при отсутствии в грунте между блоками трения и сцепления; Ri - не погашенная трением и сцеплением часть распора;

Qi - вес блока;

ai - угол наклона поверхности скольжения данного блока к горизонту;

ypi - угол сопротивления сдвигу на поверхности скольжения данного блока при нормальном давлении р от его веса.

Последовательность расчета:

436

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

на основе анализа инженерно-геологических условий (характер слоистости, наклон слоев, наличие слабых прослоек и т.д.) намечают наиболее вероятные поверхности скольжения в виде одной плоскости или комбинации нескольких плоскостей;

для каждой расчетной поверхности скольжения отсек обрушения разделяют вертикальными сечениями на отдельные блоки с таким расчетом, чтобы границы блоков соответствовали местам перелома поверхностей скольжения и в пределах каждого блока на поверхности скольжения сохранялись постоянными значения сдвиговых характеристик грунта;

в пределах каждого блока определяют:

значение ai принимая его положительным при наклоне поверхности скольжения в сторону общего смещения отсека и отрицательным при наклоне в противоположную сторону (в пассивной зоне):

значение ypi:

где

ci и ji - расчетные значения сцепления и угла внутреннего трения на поверхности скольжения в пределах i-го блока;

li - длина участка поверхности скольжения в пределах i-гo блока.

Во втором слагаемом, стоящем в скобках и числителе, подразумевается еще один сомножитель, равный единице длины блока.

Расчет на выдавливание грунта основания из-под подошвы откоса осуществляется по методу Союздорнии (В.Д. Казарновский) аналогично расчету устойчивости насыпей на слабых грунтах (см. разд. 11.6). Метод основан на ограничении развития в основании зон предельного равновесия.

Степень устойчивости откоса в целом оценивают по минимальному значению коэффициента стабильности, определяемому для различных горизонтов:

Kст = рбез/рo, где

рбез - максимальная нагрузка на поверхности основания, при которой на данном горизонте отсутствует запредельное состояние;

437

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

рo - проектная нагрузка на основание (рo = gсрh); h - высота откоса; gср - средневзвешенный удельный вес грунта откоса.

Безопасная нагрузка

где

с и j - сцепление и угол внутреннего трения грунта основания на данном горизонте;

gср - средневзвешенный удельный вес грунта основания откоса выше рассматриваемого горизонта;

z - глубина расположения рассматриваемого горизонта от поверхности основания откоса;

b - функция очертания поперечника насыпи или выемки, значения угла внутреннего трения на рассматриваемом горизонте и относительной глубины этого горизонта.

438

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Рис. 11.9. График для определения коэффициента b при расчете откосов выемок по схеме выдавливания

При простом (трапецеидальном) очертании поперечного профиля насыпи или выемки значения р определяют по графикам рис. 11.3 (для насыпей) и рис. 11.9 (для выемок).

При сложном очертании поперечного профиля (переменная крутизна откосов, бермы и т. п.) функция b может быть определена в первом приближении путем алгебраического суммирования значений b, полученных для данного горизонта при некоторых простых эпюрах (трапецеидальных), дающих в сумме расчетную эпюру нагрузки. При разделении фактической эпюры на простые необходимо, чтобы все эпюры имели общую ось симметрии, а основание их совпадало бы с фактической поверхностью основания (рис. 11.10).

Рис. 11.10. Схема замены сложной эпюры простыми (ADEFGK = ADGK + MEFN - MDGN)

Если j, с и g изменяются по глубине основания, расчет устойчивости следует проводить, используя графическое построение (рис. 11.11). Для этого строят график изменения по глубине z величины f1 = с + gсрztgj и график изменения по глубине b, после чего по нескольким точкам строят график изменения по глубине отношения этих функций (т.е. pбез). Минимальное значение pбез определит расчетный горизонт, а отношение pбез к проектной нагрузке ро - значение Кбез.

439

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Рис. 11.11. Графическое построение для определения Кбез при слоистой толще

Опасность выдавливания полностью исключается при условии Кбез ³ 1.

В некоторых случаях в зависимости от особенностей инженерно-геологических условий, особенностей строительства и ответственности сооружения могут быть допущены некоторые зоны разрушения в основании, т.е. зоны, в которых Кст < 1. Для анализа размеров зон используется их построение с помощью таблиц или графиков напряжений или с помощью компьютерного расчета.

Расчет насыпи на расползание по основанию ведут, определяя коэффициент устойчивости

где

g - удельный вес грунта насыпи;

h и В - ее высота и ширина поверху;

m - крутизна откоса;

с и j - сцепление и угол внутреннего трения на границе насыпи и ее основания (принимаются в зависимости от конкретных условий наименьшие из значений для грунтов основания или насыпи);

x - коэффициент бокового давления.

440

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Проверку по условию равноустойчивости (метод Fp осуществляют для оценки рациональности очертания откоса и выявления наиболее напряженных участков. Степень соблюдения принципа равноустойчивости оценивают для различных участков откоса по высоте по значению коэффициента запаса:

где

j - угол внутреннего трения на данном горизонте;

gср - средний удельный вес грунта;

с - сцепление грунта на данном горизонте;

z - глубина данного горизонта, считая от верха откоса;

a - угол наклона поверхности откоса к горизонтали на уровне данного горизонта.

Построение равноустойчивого откоса осуществляют графическим методом в такой последовательности (рис. 11.12):

Рис. 11.12. Построение равноустойчивого откоса по методу Fp

массив, в котором проектируют откос, разбивают на расчетные слои по высоте с учетом геологического строения, но не более 2-3 м;

для каждого из расчетных горизонтов (границы расчетных слоев) определяют угол сопротивления сдвигу:

ypz = arctgFp = tgjz + с/рz, где

Fp - коэффициент сдвига;

441

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

рz = gср - природная нагрузка на данном горизонте; строят равноустойчивый откос (a = ypz), начиная с нижней точки.

Выбор метода расчета зависит от конкретных условий работы сооружения. Применять один метод расчета можно лишь в тех случаях, когда с большой вероятностью известна форма нарушения устойчивости.

В сложных случаях необходимо проводить комплексный расчет по вероятным схемам. При выборе метода расчета можно руководствоваться табл. 11.22.

Таблица 11.22.

Условия применения различных методов расчета

442

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

П р и м е ч а н и я: 1. Заведомо прочным можно считать основание из скальных, полускальных и песчано-гравийных грунтов.

2. Из оснований, сложенных глинистыми грунтами, к прочным следует относить основания, отвечающие условию с ³ gh/Мj, где с - сцепление грунта; g - удельный вес грунта насыпи; h - ее высота; Мj- коэффициент, являющийся функцией угла внутреннего трения j; при j =0°С Мj =3,14; при j = 10°С Мj = 4,2: при j = 20°С Мj = 8,7; при j = 30°С Мj = 7,9.

Учет в расчетах силового воздействия воды необходим при подтоплении откосов. Силовое воздействие воды может быть в виде эффекта взвешивания, фильтрационного давления или того и другого.

Возможны три расчетные схемы:

полное и постоянное затопление части откоса;

наличие в откосе водоносных горизонтов с установившимся режимом фильтрации;

мгновенный спад уровня воды при ранее затопленном откосе.

Учет силового воздействия воды (взвешивающий эффект) по первой схеме заключается в том, что учитывают взвешивающий эффект при определении как сдвигающих, так и удерживающих сил. Учет силового воздействия по второй и третьей схемам сводится к определению сдвигающих сил без учета взвешивания, а удерживающих сил с учетом взвешивания. По третьей схеме за расчетный горизонт воды на откосе принимают горизонт подтопления до его мгновенного спада.

Во всех случаях в зоне обводнения значения j и с принимают с учетом обводнения (т.е. при влажности W, соответствующей полному водонасыщению).

Взвешивающее воздействие воды учитывают путем введения в расчет уменьшенного значения удельного веса

-

.

443

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Для несвязных грунтов

где

п -пористость в долях единицы; gо - удельный вес твердой фазы; gск - то же сухого грунта;

Dв - то же воды.

Для глинистых грунтов

где

gW - удельный вес влажного грунта; Dв - то же воды,

При расчете по методу Fp учет фильтрационного давления воды осуществляют, вводя в расчет фиктивный угол трения:

где

рв - вес грунта с учетом взвешивания в зоне обводнения;

рi - то же без учета взвешивания; j - фактический угол трения.

444

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Учет сейсмических воздействий осуществляют, умножая сдвигающие силы на сейсмический коэффициент Кс. Значения Кс принимаются в зависимости от расчетной сейсмичности:

При определении расчетной сейсмичности jрас необходимо учитывать грунтовые условия:

При расчете вновь проектируемых насыпей или выемок необходимо обеспечивать определенное значение коэффициента устойчивости, значение которого зависит от применяемого метода расчета и инженерно-геологических условий и может определяться по табл. 11.23.

Таблица 11.23.

Требуемые значения коэффициента устойчивости, Ку

445