к экз

Один из приемов определения положения наиболее опасной поверхности скольжения заключается в следующем. Задаваясь координатами центров вращения О₁ , О ₂ , … , О _n на некоторой прямой положения центров вращения, определяют коэффициенты устойчивости k _{st , i} для соответствующих поверхностей скольжения и строят эпюру значений этих коэффициентов (Рисунок 26, в). Через точку О_min , соответствующую минимальному коэффициенту устойчивости, проводят по нормали второй отрезок и, располагая на нем новые центры вращения О'₁ , О'₂ , … , О'_n , определяют коэффициенты устойчивости

k _{st , i} , для соответствующих поверхностей скольжения и строят эпюру этих коэффициентов (Рисунок 26, в). По этой эпюре вновь оценивают минимальное значение коэффициента устойчивости k _{st min} . Полученное значение k _{st min} и является мерой оценки устойчивости откоса или склона. Соответствующая этому значению коэффициента устойчивости кругло цилиндрическая поверхность скольжения рассматривается как наиболее опасная. Приведенная выше технология поиска наиболее опасной поверхности скольжения скорее соответствует технике «ручного» счета. В современных компьютерных программах при поиске наиболее вероятных поверхностей скольжения, как правило, назначается область возможных центров вращения с вариациями радиусов дуги скольжения. При k _{st min} ≥ k ^н_st устойчивость откоса и склона, согласно проектному заданию, считается обеспеченной.

37 - Учет действия подземных вод.

Действие подземных вод на состояние оползневого склона проявляется различными путями. Вода оказывает взвешивающее действие на слагающие склон грунты, изменяя силы гравитации. Насыщая грунты, вода изменяет их физико-механические характеристики, уменьшая сопротивление сдвигу. Создавая поровое давление, подземные воды в еще большей степени снижают несущую способность грунтов.

Другим важным фактором является проявление гидродинамических (фильтрационных) сил. Обычно фильтрационный поток направлен в сторону подошвы склона и с этим направлением совпадают векторы гидродинамических сил. Таким образом, гидродинамические силы по общему направлению воздействия увеличивают результирующую сдвигающих усилий.

Методика учета воздействия фильтрационного потока на устойчивость склонов заключается в следующем. Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод, принимается с учетом взвешивающего действия воды, характеристики сопротивления сдвигу грунтов – соответствующими полному водонасыщению. В границах каждого элемента определяют гидравлический градиент (7.26):

i _i = sin β = Δh_w / l_w , (7.26)

где Δh_w - разница отметок поверхности подземных вод в границах элемента, l_w - длина участка депрессионной поверхности в пределах элемента.

Результирующая гидродинамической силы для элемента G_wi вычисляют по формуле (7.27):

G_wi = γ_w i_i Ω_wi , (7.27)

где Ω_wi – объем водонасыщенного грунта в пределах элемента.

Угол наклона результирующей принимают равным β. Результирующая гидродинамической силы проектируется на нормаль и касательное направление к подошве элемента и суммируется с нормальным и сдвигающим усилиями.

38 - Учет сейсмических воздействий.

Сейсмические воздействия являются мощным фактором активизации оползневых процессов. В истории известны многие примеры катастрофических оползней, сопровождающих землетрясения. С этим необходимо считаться при оценке устойчивости природных склонов и искусственных откосов в регионах повышенной сейсмоопасности.

Техника учета сейсмических сил в методе кругло цилиндрических поверхностей скольжения состоит в следующем. Вычисляется вес грунтов и насыщающей его воды в объеме каждого элемента. Сейсмическая сила G_si, приложенная к элементу, определяется по формуле (7.28):

G_si = μ P_gi , (7.28)

где P_gi - вес грунта и воды в объеме элемента отсека;

μ - коэффициент динамической сейсмичности, принимаемый при расчете естественных склонов по таблице В силу неопределенности прогноза направления действия сейсмической силы, чаще всего ее прикладывают горизонтально (из глубины массива грунтов в сторону свободной поверхности).

39 - Другие методы расчета устойчивости откосов.

Определение устойчивости откосов и склонов при произвольной поверхности скольжения (слабые грунты, трещины в скальных породах, контакт дисперсных пород и скального основания – прислоненные откосы) отличается от решения плоских и кругло цилиндрических.

Метод Г.М. Шахунянца имеет широкое применение при расчете устойчивости прислоненных откосов, когда поверхность скольжения определена инженерно-геологическими условиями. В этом методе достаточно строго соблюдены законы строительной механики (законы равновесия).

Как и в методе кругло цилиндрических поверхностей скольжения, выделенный потенциальный оползневый отсек разбивается на ряд элементов. Все силы, действующие на элемент (вес грунта в пределах элемента P_gi , внешняя нагрузка Р_qi и т.д.), приводятся к равнодействующей Р_i , которая раскладывается в основании элемента на составляющие: нормальную N_i и тангенциальную T _i к плоскости основания элемента.

При рассмотрении условий равновесия i-го элемента в отличие от схемы отвердевшего отсека учитывают влияние на него вышележащего и нижележащего элементов отсека: Е_i-1 и Е _I

В общем случае Г.М.Шахунянц предполагает, что указанные силы на контакте элементов направлены под некоторыми углами к горизонтали. В упрощенном варианте эти силы принимают горизонтальными.

Также могут быть использованы численные методы, позволяющие более строго оценить напряженное состояние массивов с учетом современных теорий описания прочности и деформирования грунтов.

Одним из наиболее эффективных способов повышения устойчивости откосов и склонов является их выполаживание или создание уступчатого профиля с образованием горизонтальных площадок (берм) по высоте откоса. Однако это всегда связано с большим объемом земляных работ. При относительно небольшой высоте откоса может оказаться эффективной пригрузка подошвы в его низовой части или устройство подпорной стенки, поддерживающей откос. Положительную роль также играет закрепление поверхности откоса одерновкой, мощением камнем (щебневание в ячейках), укладкой бетонных (железобетонных) плит, покрытие откосов геотекстилем с гидропосевом трав.

40 - Расчет устойчивости подпорных стенок.

Ограждающие конструкции предназначены для того, чтобы удерживать от обрушения находящийся за ними грунтовый массив.

Рисунок 27 – Примеры конструкций подпорных стенок:

а) массивной;

б) тонкостенной;

в) то же, заделанной в основание

Характерным примером ограждающей конструкции является подпорная стенка – конструкция, широко применяющаяся в дорожном, промышленном и других областях строительства (Рисунок 27).

Расчет устойчивости подпорных стенок выполняют в плоской постановке. По конструктивному исполнению различают массивные (или гравитационные) и тонкостенные подпорные стенки.

По характеру ограждающие конструкции делят на жесткие и гибкие. К жестким относят конструкции, которые под действием давления грунта практически не сжимаются. Гибкие подпорные стенки выполняют из шпунта, их называют шпунтовыми стенками. При воздействии нагрузки они изгибаются и характер эпюры давлений грунта на стенку зависит от ее деформаций. В дорожном строительстве наибольшее применение получили жесткие подпорные стенки.

Расчет устойчивости подпорных стенок при соответствующих кинематических схемах (активное давление на разного вида поверхности стенок: при равномерно распределенной нагрузке, при местной нагрузке, для случая засыпки связным грунтом; а также пассивное давление на стенку) производят на плоский сдвиг, глубинный сдвиг и опрокидывание. Расчеты производят аналогично изложенным в лекции № 6 при расчете устойчивости фундаментов.

Необходимо иметь в виду, что в этих расчетах активное давление всегда относится к группе сдвигающих воздействий, а пассивное – к группе удерживающих воздействий на подпорную стенку.

41 - Длительная устойчивость откосов, склонов и удерживающих конструкций.

При оценке длительной устойчивости откосов и склонов возникают две проблемы. Первая – оценить устойчивость на заданный период времени, то есть произвести расчет по первой группе предельных состояний с учетом реологических свойств грунтов (длительная прочность и т. д.) и изменения других обстоятельств и ответить на вопрос, когда (или никогда) склон перейдет в неустойчивое состояние. Вторая – прогнозировать скорости и величины оползневых смещений на заданный период времени в соответствии с положениями расчетов по второй группе предельных состояний. Современное состояние науки и экспериментальной практики позволяет теоретически решать указанные выше проблемы.

Крайне важным в этой проблеме является тщательный анализ инженерно-геологической ситуации, опыт наблюдения за динамикой развития оползневых процессов в сходных геологических условиях региона. В ответственных случаях необходимо проводить натурные наблюдения и применять экстренные инженерные мероприятия по предотвращению потери устойчивости.

В качестве ограждающих конструкций на оползневых склонах, территориях набережных часто использовались подпорные стенки гравитационного типа. В последнее время все чаще применяют конструкции из буронабивных свай и столбов, заделанных в коренные породы.

Поскольку подпорные конструкции служат для поддержки в равновесии потенциально неустойчивых откосов грунтов, описанные выше реологические процессы могут проявиться в изменении условий взаимодействия подпорной конструкции и грунтового массива. Взаимодействие грунтов засыпки, медленно движущихся оползневых масс с ограждающими и противооползневыми конструкциями носит сложный пространственно-временной характер.

Известны примеры длительных смещений береговых устоев мостов, подпорных сооружений на авто- и железнодорожных магистралях, на гидротехнических объектах. Скорость смещений может быть разной от 5…6 мм в год в начале развития до 500 мм в год перед разрушением.

Количественная оценка этих процессов может быть выполнена с двух позиций. Первая - оценить длительную устойчивость ограждающей конструкции, взаимодействующей с нагружающим массивом (грунт засыпки, оползневое тело и т. д.), произведя расчет по первому предельному состоянию. Вторая - оценить величины смещений ограждающей конструкции, взаимодействующей с грунтовым массивом, то есть выполнить расчет по второму предельному состоянию.

42 - Деформации грунтов и расчет осадок оснований сооружений.

Под действием нагрузки, приложенной к основанию сооружения через фундамент, в грунте основания возникает напряженное состояние, которое вызывает развитие его деформаций, приводящих к перемещению (осадке) фундамента и поверхности вокруг него.

Поскольку в общем случае грунты состоят из трех компонентов: твердых частиц (твердых тел), воды (жидкого тела) и воздуха или иного газа (газообразного тела), его деформации будут развиваться в зависимости от деформативности указанных составляющих. Таким образом, составные части грунта находятся в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном. Соотношение этих компонентов обусловливает многие свойства грунтов.

Виды деформаций грунта и физические причины, их вызывающие, систематизированы и приведены в таблице 8.1.

Таблица 8.1 – Основные физические причины различных видов

деформаций грунтов.

Виды деформаций	Физические причины деформаций
Упругие деформации с упругим последствием: искажения формы изменения объема	Действие молекулярных сил упругости, развивающихся при искажении структурной решетки твердых частиц и цементирующего коллоидного вещества. Действие молекулярных сил упругости замкнутых пузырьков воздуха, тонких пленок воды и твердых частиц.
Остаточные деформации: уплотнения пластические просадки набухания	Разрушение скелета грунта и отдельных его частиц в точках контактов, взаимный сдвиг частиц, выдавливание поровой воды, обуславливающие уменьшение пористости (компрессию грунта). Развитие местных сдвигов в областях предельного напряженного состояния при возможности бокового расширения грунта. Резкое нарушение природной структуры грунта при изменении условий его существования (замачивание лессов, оттаивание вечномерзлых грунтов, суффозия грунтов и т. д.) Проявление расклинивающего эффекта в результате действия электромолекулярных сил и выделение из поровой воды растворенного в ней газа при понижении давления

43 - Виды и природа деформаций грунта.

Виды деформаций	Физические причины деформаций
Упругие деформации с упругим последствием: искажения формы изменения объема	Действие молекулярных сил упругости, развивающихся при искажении структурной решетки твердых частиц и цементирующего коллоидного вещества. Действие молекулярных сил упругости замкнутых пузырьков воздуха, тонких пленок воды и твердых частиц.
Остаточные деформации: уплотнения пластические просадки набухания	Разрушение скелета грунта и отдельных его частиц в точках контактов, взаимный сдвиг частиц, выдавливание поровой воды, обуславливающие уменьшение пористости (компрессию грунта). Развитие местных сдвигов в областях предельного напряженного состояния при возможности бокового расширения грунта. Резкое нарушение природной структуры грунта при изменении условий его существования (замачивание лессов, оттаивание вечномерзлых грунтов, суффозия грунтов и т. д.) Проявление расклинивающего эффекта в результате действия электромолекулярных сил и выделение из поровой воды растворенного в ней газа при понижении давления

44 - Общие сведения о методах расчета фундаментов мелкого заложения по второй группе предельных состояний (методы расчетов по деформациям).

Расчет по второй группе предельных состояний производят с целью предотвращения предельных деформаций оснований и фундаментов (осадок, кренов, горизонтальных перемещений). К этой же группе относятся расчеты трещиностойкости железобетонных фундаментов, имеющих целью не допустить коррозию арматуры. В общем виде расчеты по второй группе предельных состояний состоят в выполнении условия:

S < S _пр , (8.1)

где, S - расчетное значение деформации основания фундамента, элемента или всего сооружения в целом (величина фактической совместной деформации основания и здания или сооружения), см;

S _пр - предельно допустимая величина совместной деформации (основания и здания или сооружения), установленная СНиПами в зависимости от требований эксплуатации, см.

В грунтах, находящихся в первой стадии напряженного состояния, напряжения от внешней нагрузки с некоторыми допущениями определяются по формулам теории линейно-деформируемых тел. Напряжения, найденные по формулам этой теории, соответствуют конечным осадкам. Напряжения в основании фундаментов можно определять методом угловых точек и методом элементарного суммирования напряжений. Метод элементарного суммирования более прост в применении. Он позволяет приближенно определить напряжения для любой нагрузки.

Для расчета конечных (стабилизированных) осадок фундаментов мелкого заложения наибольшее распространение получили метод послойного суммирования и метод эквивалентного слоя.

45 - Расчет фундаментов мелкого заложения по второй группе предельных состояний методом послойного суммирования.

Вначале производится привязка фундамента к инженерно-геологической ситуации основания, то есть совмещение его оси с литологической колонкой грунтов. При известных нагрузках от сооружения определяется среднее давление на основание по подошве фундамента р .

Затем от поверхности природного рельефа строят эпюру природного давления нормальных сжимающих напряжений от веса грунта

напряжение (давление) σ _пр на глубине от поверхности z определяют по формуле (8.4):

n

σ _пр = Σ γ _i ^. h _I , (8.4)

i = 1

где h _i - толщина i – го слоя грунта;

γ _i - удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды.

Если известны объемные массы вышележащих слоев, формула 8.4 приобретет вид (8.5):

n

σ _пр = g Σ m _i ^. h _I , (8.5)

i = 1

где g - ускорение свободного падения, g = 9,8 м / с ² .

Удельный вес грунта во взвешенном состоянии γ _sb :

γ _sb = (γ _s - γ _w) / (1 + е), (8.6)

где γ _s - удельный вес частиц грунта;

γ _w - удельный вес воды, принимаемый 10 кН/м³;

е – коэффициент пористости грунта.

Затем вычисляют дополнительное вертикальное напряжение в грунте р_о от фундамента сооружения на уровне его подошвы:

р_о = р - σ _пр , (8.7)

где р - величина среднего давления от нормативных нагрузок;

σ _пр - величина природного напряжения (давления) на уровне подошвы фундамента.

После проведенных вычислений строят эпюру дополнительного вертикального напряжения (давления) на грунт от сооружения Осадку фундамента s определяют путем суммирования осадок отдельных слоев

46 - Расчет свайных фундаментов по деформациям.

Расчет свайных фундаментов по второй группе предельных состояний (по деформациям) при действии вертикальных нагрузок проводят из условия (8.1):

S < S _u , (8.1)

где, S - деформация свайного фундамента (осадка и относительная разность осадок), определяемая расчетом;

S - предельно допустимая величина деформации свайного фундамента, устанавливаемая заданием на проектирование или определяемая по СНиП 2.02.01 - 83.

Фундаменты из свай, работающих как сваи – стойки, рассчитывать по деформациям от вертикальных нагрузок не требуется.

Для фундаментов с вертикальными сваями расчетную нагрузку на сваю определяют по формуле (8.13):

N = N_d / n +(-) M_x y / ∑y²_i +(-) M_y x / ∑ x²_i, (8.13)

где N_{d ,} M_x , M_y - расчетные усилия (вертикальная нагрузка, изгибающие моменты) в плоскости подошвы ростверка фундамента относительно главных центральных осей (Рисунок 21);

n – количество свай в фундаменте;

x _i , y _i - расстояния от главных осей до оси каждой сваи;

x и y - расстояния от главных осей до оси сваи, для которой вычисляется расчетная нагрузка.

Полная нагрузка F на сваю состоит из расчетной нагрузки на сваю N и нагрузки от веса сваи G

F = N + G , (8.15)

Для свай, работающих на выдергивание, полная нагрузка:

F = N - G , (8.16)

Полная нагрузка на сваю должна быть меньше несущей способности сваи по материалу или по грунту

47 - Статические методы.

Метод испытания свай вертикальной статической нагрузкой, несмотря на сложность, длительность и значительную стоимость, позволяет наиболее точно установить предельное сопротивление сваи с учетом всех геологических и гидрологических условий строительной площадки. По ГОСТ 5686 – 94 такой проверке подвергают 1 % общего числа погружаемых свай, но не менее двух, если их число меньше 100 штук. Для проведения испытаний оборудуется специальная установка

Осадка сваи измеряется прогибомерами с точностью до 0,1 мм. При испытании вертикальную нагрузку на сваю увеличивают ступенями, равными 1/10…1/15 от ожидаемого предельного сопротивления сваи. Каждая последующая ступень нагрузки прикладывается после условной стабилизации осадки сваи на предыдущей ступени. Осадка считается условно стабилизировавшейся, если ее приращение не превышает 0,1 мм за 1 ч наблюдения для песчаных грунтов и за 2 ч для глинистых.

Метод статического зондирования грунтов. В настоящее время большое распространение получил метод статического зондирования, как более дешевый и быстрый.

Статическое зондирование заключается во вдавливании в грунт стандартного зонда, состоящего из штанги с конусом на конце (диаметр основания конуса 36 мм, площадь 10 см², угол заострения 60⁰). Конструкция зонда позволяет измерять не только общее сопротивление его погружению, но и величину лобового сопротивления конуса. Существует два типа зондов. Учитывая, что характер деформации грунтов при вдавливании свай и при погружении конического зонда статической нагрузкой аналогичен, полученные данные о сопротивлении грунта вдавливанию зонда можно использовать для определения предельных сопротивлений свай.

48 - Основные схемы лабораторных испытаний механических свойств грунтов.

49 - Режимы испытания образцов.

50 - Деформируемость грунтов.

51 – Водопроницаемость грунтов.

52 – Прочность грунтов.

53 – Полевые и лабораторные методы определения.

характеристик деформируемости и прочности грунтов.

Показатели физических свойств грунтов определяются либо на отобранных в натуре в массиве образцах грунтов, либо непосредственно путем испытания грунтов, находящихся в грунтовом массиве, то есть в полевых условиях. При испытаниях следует выполнять требования соответствующих ГОСТов, если они имеются, или ведомственных нормативных документов. Для испытаний используются стационарные либо полевые лаборатории. Предпочтительными являются прямые методы испытаний, но в ряде случаев используются результаты косвенных методов исследования.

Минимально достаточным для последующего осреднения результатов в математической статистике принято считать 6 определений. Однако, чем большее количество результатов определений введено в формулу для статистического нахождения среднего значения, тем "точнее" оказывается результат. В обработку вводятся результаты одной статистической совокупности, характеризующей данный массив. Если прослеживается закономерность в изменении частных интересующих нас значений показателя от точки к точки в одном направлении, то тогда их нельзя обычным путем вводить в одну статистическую совокупность.

Показатели (характеристики) физических свойств грунтов определяются как нормативные.