Способи розрахунку стійкості схилів та укосів

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Міністерство освіти і науки України

Державний вищий навчальний заклад

"Придніпровська державна академія будівництва та архітектури"

Кафедра Основ і фундаментів

Методичні вказівки до виконання курсового проекту

Способи розрахунку стійкості схилів та укосів

Дніпропетровськ

2015



Методичні вказівки до виконання курсового проекту "Способи розрахунку стійкості схилів та укосів" зі спецкурсу "Основи та фундаменти" для студентів напряму підготовки 6.060101 "Будівництво" денної форми навчання/ Укладачі: Моторний М.А.; Моторний А.М.; Нажа П.Н. Дніпропетровськ: ДВНЗ ПДАБА, 2015. - 48 с.

У методичних вказівках пропонуються способи розрахунку стійкості схилів та укосів для можливих форм і профілів схилів і укосів, як наприклад: прямий схил, криволінійний схил (ввігнутий), криволінійний схил (опуклий).

Запропоновані методи розрахунку схилів:

1) Метод рівноміцного укосу проф. Маслова М.М. з прикладами розрахунку;

2) Метод КЦПС;

3) Метод Шахунянца з прикладом розрахунку. Наведені загальні діючі методи розрахунку стійкості схилів і укосів запропонованих як вітчизняними так і зарубіжними авторами.

Укладачі: Моторний М.А., к. т. н., доц. кафедри основ і фундаментів ДВНЗ ПДАБА;

Моторний А.М., старший науковий співробітник кафедри основ і фундаментів науково-дослідної частини ДВНЗ ПДАБА;

Нажа П.М., к. т. н., доц. кафедри основ і фундаментів ДВНЗ ПДАБА.

Відповідальний за випуск: Сєдін В. Л., д. т. н., проф., зав. кафедри основ і фундаментів ДВНЗ ПДАБА.

Рецензент: Петренко В.Д., д. т. н., проф., зав. кафедри "Тунелі, основи та фундаменти" Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту ім. академіка Лазаряна.

Затверджено на засіданні кафедри основ і фундаментів ДВНЗ ПДАБА

Протокол №5 від 29.10.2014

Зав. кафедри основ і фундаментів Сєдін В.Л

Затверджено на засіданні Президії методичної ради ДВНЗ ПДАБА

Протокол №6 (104) від 07.05.15

Зміст

Вступ

1. Можливі форми порушення стійкості схилів та укосів

2. Основні положення протизсувної стратегії

3. Класифікація методів розрахунку стійкості схилів. Розрахунок стійкості схилів чи укосів

3.1 Послідовність розрахунку стійкості схилу (укосу) за методом рівноміцного укосу Маслова М.М.

3.2 Приклад розрахунку

4. Розрахунок стійкості схилу методом кругло-циліндричної поверхні сповзання

5. Розрахунок стійкості притулених схилів

5.1 Приклад розрахунку стійкості схилу

5.2 Визначення зсувного тиску

Список літератури



Вступ

Обсяг курсового проекту по визначенню стійкості схилів та укосів.

1. Можливі форми порушення стійкості схилів і укосів. Дати графічне вираження форми порушення стійкості і деформації схилу. Дати класифікацію форм порушення стійкості схилу із прив'язкою форми до географічного і геологічного складу товщі схилу (5?6).

2. Основні положення протизсувних заходів. Коротко розкрити природу можливих порушень стійкості схилів і укосів. Дати оцінку в кількісному виразі коефіцієнту стійкості схилів.

3. Дати класифікацію методів розрахунку стійкості схилів по сучасним літературним джерелам.

4. Аналітичний метод. Проаналізувати отриману Масловим М.М. формулу для ординати яка формує профіль рівностійкого схилу. Розбити на окремі блоки формулу . Визначити аналітично коефіцієнти Кі, для перемінної величини z при постійних ?, с, ?. Визначити для заданих значень "zi", ординату . На існуючому профілі заданого схилу (або укосу) побудувати профіль схилу за обчисленими ординатами xi (по розташуванню розрахункового профілю) стан схилу (укосу); Визначити коефіцієнт надійності схилу в заданій точці з ординатою "z": та дати висновок щодо стану заданого схилу. Для нестійкого варіанту запропонувати можливі способи закріплення схилу.

5. Спосіб проф. Шахунянця визначення стійкості притулених (прислонених) укосів. Дати теоретичне обґрунтування способу. Розрахувати зсувні і утримуючі зусилля. Визначити коефіцієнт стійкості аналітично.

6. Графоаналітичний спосіб. Дати обґрунтування запропонованого способу. Основні теоретичні передумови. Використання програмного комплексу ЕСПРИ.

7. Спосіб кругло циліндричної поверхні сповзання (КЦПС). Дати теоретичне обґрунтування. Методи визначення утримуючих і зсувних зусиль. Визначення коефіцієнту стійкості. Запропонувати можливі способи закріплення схилу (укосу).

Загальні відомості.

Боротьба з зсувними явищами в багатьох випадках не досягає своєї мети і це визивало появу нових і нових формальних методів рішення задач по визначенню стійкості потенційно зсувних територій.

Протизсувна практика останніх десятиріч все з більшою очевидністю свідчить про помилкові форми методів рішення задач по боротьбі з зсувами. Все частіше відмічається необхідність урахування в цих рішення факторів пов'язаних з природою явищ зсуву, які просто випадають з поля зору інженерів.

По зсувній проблемі опубліковано дуже багато робіт. Але не зменшуючи значення в області розкриття зсувних явищ багато авторів, слід особливо звернути увагу на роботу М.М. Маслова (МАДІ), Гольдштейна М.Н. (ДІЗТ), Золоторова Г.С. (МГУ), А.М. Драннікова (КІБІ) в яких розкривається основна направленість , рішення задач по розрахунку стійкості схилів і укосів.

Запропоновані методичні вказівки призначені як допоміжний посібник для студентів напряму підготовки 6.060101 "Будівництво" при виконанні курсового проекту за спецкурсом "Зведення будівель і споруд в складних геологічних умовах - на потенційно зсувних і зсувних територіях"

Згідно програми курсу, затвердженої МОН України, в даному курсі розглядаються основні питання стійкості масивів ґрунту, що складають схил і можливості використання даних територій під забудову їх сільськогосподарськими, промисловими і цивільними будівлями і спорудами.

В методичних вказівках розглядаються основні способи розрахунку і визначення стійкості запропонованих геометрично спростованих схилів або укосів, як наприклад:

1. Прямолінійний схил (укіс) з заданими геометричними параметрами і фізико-механічними характеристиками ґрунтів, що складають схил;

2. Криволінійний ввігнутий схил з заданими геометричними параметрами і фізико-механічними характеристиками ґрунтів,що складають схил;

3. Криволінійний опуклий схил з заданими геометричними параметрами і фізико-механічними характеристиками ґрунтів,що складають схил.

В інженерно-геологічному відношенні студентам запропоновано розрахувати стійкість однорідного по глибині ґрунтового масиву,що складає схил, що частково спрощує розрахунки.

Для закріплення матеріалу студентам пропонується виконати як обов'язковий варіант, ручний розрахунок стійкості схилу і перевірку одержаних результатів згідно з розробленими програмами.

В методичних вказівках розглянуті одні із можливих варіантів розрахунку стійкості схилу, як наприклад:

1. Стійкість схилу за методикою "рівноміцного укосу", розробленого проф. Масловим М.М., що базується на теорії міцності ґрунту в заданій точці;

2. Стійкість схилу за методом "Круглоциліндричної поверхні сповзання", розробленої професорами Терцагі К. та Феленіусом К., що базується на стійкості вже відокремленого тріщиною масиву ґрунту;

3. Метод плоских поверхонь сповзання, як проміжний між указаними вище;

4. Метод "Кругу тертя", запропонований проф. Терцагі К. і проф. Хуаном.

При написанні методичних вказівок, авторами написані:

1, 2, 3, 4 -к.т.н., доцентом Моторним М.А.

5 - Приклад розрахунку стійкості схилу за методикою Маслова М.М. ст.н.с, каф. ОіФ - Моторним А.М.

Програма для розрахунку стійкості схилу за методикою проф. Маслова М.М. розроблена ст.н.с, каф. ОіФ - Моторним А.М.

6, 7 -к.т.н., доцентом Нажа П.М.



1. Можливі форми порушення стійкості схилів і укосів

Для використання тих чи інших методів оцінки стійкості схилів і укосів, а також для розробки й призначення найбільш доцільних протизсувних заходів представляється необхідним, крім всіх існуючих умов, знати і форму проявлення або можливого розвитку зсувного процесу. Форма зсуву безумовно є відгуком природної обстановки і факторів, що викликають в даній обстановці порушення стійкості схилу або укосу.

Під природною обстановкою слід розуміти: клімат, топографічні особливості схилу, геологічна структура товщі схилу, інженерно-геологічні властивості порід (нашарувань), що складають схил, режим підземних вод, гідрологічні особливості водо потоків, що омивають даний схил. Знаючи природну обстановку і ураховуючи різні фактори дії їх на схил, можна завчасно указати форму можливого порушення стійкості схилу чи укосу. І навпаки, спостерігаючи ту чи іншу форму проявлення зсуву і знаючи природну обстановку, можна достатньо надійно визначити основну причину зсуву і відповідно передбачити основні доцільні протизсувні заходи. Для врахування указаних вище особливостей доцільно мати класифікацію схем можливих форм порушення стійкості схилів і укосів.

В запропонованій класифікації слід враховувати всі найбільш важливі форми, не забуваючи,що в реальних умовах в більшості випадків процеси розвитку зсувів накладаються друг на друга і сама їх форма при цьому значно ускладнюється. Для того,щоб була можливість доцільно використати в проектуванні і ефективно застосувати на практиці протизсувні заходи, пропонується на розгляд студентів і проектувальників наступна класифікація зсувів і зсувонебезпечних процесів (класифікація надається в табличній формі), запропонована проф. Масловим М.М. Характер деформації є дуже важливою ознакою, що визначає форму зсуву, а швидкість деформації визначає характер необхідних захисних заходів.

Таблиця 1.1

Форми порушення стійкості схилів і укосів

Форми порушення стійкості	Характер деформації	Швидкість деформації	Характерна природна обстановка
Обвали і вивали	Падіння і колихання	Катастрофічна,	Круті обривисті уступи в скальних і напівсальних породах з широко розвинутими тріщинами
Обрушення зі зрізом і обертанням (крученням)	Переміщення масивів по поверхні ковзання з найменшим запасом стійкості і частковим поворотом навколо горизонтальної вісі	Дуже велика,	Переважно в однорідній товщі з підпорядкованими прошарками при надмірній крутизні схилу і укосу.
Сковзання (зісковзування)	Зрушення по площинам нашарування, розломів і стародавніх переміщень	Від самих малих до відносно великих,	При явно вираженій в товщі корінних порід потенціальних поверхонь сковзання з нахилом в сторону схилу
Покривні зсуви	Зсув покривних мас по нерівній поверхні підстилаючій товщу	Від самих малих до відносно невисоких,	Залягання надмірно зволожених покривних мас з загальними падінням поверхні підстилаючої товщі в сторону долини схилу
Опливи	Поверхневе опливання надмірно зволожених ґрунтових мас	До надзвичайно великих,	При надмірному зволоженні і гідродинамічному впливу на малозв'язні (пилуваті) ґрунти в поверхневій зоні
Скол при просіданні	Опускання масиву з боковим переміщенням, в результаті захоплення ґрунтовими масами, що переміщуються	До надзвичайно великих,	При наявності в товщі м'яко-пластичних і текучих глин і пливунних пісків, різко просадочних ґрунтів



2. Основні положення протизсувної стратегії

При розробці протизсувних заходів доцільно розглядати окремо:

1) загальні принципіальні питання - питання протизсувної стратегії;

2) приватні питання - питання тактики.

Питання протизсувної стратегії намічають основні шляхи вирішення задач, котрі є найбільш важливими і підлягають розрішенню в строгому порядку в відповідності з природою явища і місцевої обстановки і повинні вирішуватися інженером-геологом.

Питання тактики в протизсувній боротьбі стосується в першу чергу вибору в границях уже наміченої основної лінії найбільш ефективних для заданого випадку протизсувних споруд.

Для вибору протизсувної стратегії необхідно:

1. Установити основну природу можливих форм порушення стійкості схилу з метою розробки раціональних розрахункових схем і виявлення найбільш ефективних шляхів збільшення стійкості схилу до необхідних границь, котрі забезпечать нормальні умови експлуатації даної території і споруд на ній.

2. Дати оцінку в кількісному виразі з деякими допусками і наближеннями ступеню стійкості даного схилу з визначенням коефіцієнту надійності.

3. Проектувати задані укоси в різних інженерно-геологічних умовах з наперед заданими коефіцієнтами стійкості і надійності.

Частіше оказується найбільш доцільним в протизсувній боротьбі додержуватися проведення захисних заходів в наступній послідовності:

1. Заходи по ліквідації наслідків і проявлення (причин) приводу, що є безпосередньо причиною розвитку даного зсуву;

2. Заходи по запобіганню повторного проявлення приводу, який викликав зсув (наприклад шляхом закріплення підмитого чи підмиваного укосу камінною одежею і виправлення течії);

3. Заходи, що направлені до загального підвищення ступеню стійкості заданого схилу шляхом впливу на основну причину розвитку зсуву (наприклад, загальним уположенням укосу способом терасування, при якому компенсується ослаблення глинистої товщі в береговій полосі при її обводнені в умовах високого стояння рівня води в водосховищі).

Звичайно, що таке рішення необхідно надійним образом обґрунтувати. Можливості технічного вирішення закріплення схилу і забезпечення його стійкості практично необмежені. Стійкість схилів і споруд,що зведені на цих схилах може бути забезпечена в самих складних умовах. Але часто протизсувні заходи можуть бути настільки складними, дорогими і трудно виконаними, що з точки зору техніко-економічного обґрунтування доцільність їх застосування неможливо і неефективно.

Відмова від будівництва на дільницях з потенціальнозсувними і зсувними процесами є пасивний метод вирішення задачі забезпечення стійкості схилу. Необхідно додатково зауважити, що виконання всіх цих задач стане можливим лише при викритті природи даного (зсувного) явища і виявлення можливих форм порушення стійкості схилу чи укосу.



3. Класифікація методів розрахунку стійкості схилів. Розрахунок стійкості схилів чи укосів

В залежності форми проявлення зсувів схилів чи укосів, пропонується наступні методи розрахунку їх стійкості:

А. Аналітичні методи;

Б. Графоаналітичні методи.

До аналітичних методів слід віднести :

1) Метод рівноміцного укосу ()

Цей метод базується на перевірці міцності ґрунту в заданій точці схилу, а звідси і стійкості всього схилу, тобто повинна виконуватися умова рівноваги:

;

де - напруження в заданій точці схилу (на заданій глибині z) від власної ваги ґрунту і додаткового тиску (від передачі на схил привантаження від діючої забудови чи від складських майданчиків, розташованих на схилі);

- розрахунковий опір ґрунту в цій точці схилу;

K - коефіцієнт надійності схилу на заданій глибині z;

x' - реальна горизонтальна координата точки на поверхні схилу з кутом закладання ? на заданій глибині z, визначена згідно з завданням за формулою (відстань від точки на поверхні схилу до вертикальної осі z, що проходить через бровку (верхню кромку) схилу);

- розрахункова горизонтальна координата точки на заданій глибині z, визначена згідно формули М.М. Маслова.

2) Метод горизонтальних сил "Маслова-Берера", який успішно використовується при перевірці стійкості укосів додатково нарощуваних ґрунтових гребель (плотин).

Умова рівноваги для даного методу записується виразом:

Де

- утримуючі сили, що діють на укіс(схил);

- зрушуючі сили, що діють на укіс (схил).

До графоаналітичних методів слід віднести:

3) Метод круглоцилінричної поверхні сповзання.

Суть цього методу полягає в наступних діях:

- допускається, що блок масиву ґрунту, відокремленого від основного масиву тріщиною, зрушується по заданій поверхні сповзання - круглоциліндричній, а нам потрібно визначити стійкість уже відокремленого блоку від основного масиву.

- з будь якої точки, розташованої поза контуром схилу (укосу) проводять круглоциліндричну поверхню, дуга якої проходить через тріщину,що відокремлює блок від основного масиву ґрунту;

- відокремлений таким чином блок, розділяється на окремі блоки вертикальними лініями, розраховується утримуючі і зрушуючи зусилля для кожного відокремленого блоку і, і визначається коефіцієнт стійкості за

= .

4) Метод плоских поверхонь сповзання, для якого визначається величина критичного кута нахилу поверхні сповзання "?".

5) Графоаналітичний спосіб визначення стійкості схилів і укосів з використанням програмного комплексу ЕСПРИ.

За заданими геометричними показниками схилу і фізико-механічними характеристиками визначається стійкість схилу за програмами "ЕСПРИ".

6) Розрахунок стійкості схилу чи укосу за методом "Кругу тертя".

Запропонований зарубіжними спеціалістами, цей метод базується на визначені кута нахилу дотичної до кругу тертя, по якому установлюють стійкість схилу.

Наведені в даних методичних вказівках методи визначення стійкості схилів і укосів не є вичерпним. Дослідження продовжуються.

Вибір методу розрахунку стійкості схилу чи укосу диктується технічним оснащенням лабораторії і рівнем підготовки спеціалістів.

Розрахунок стійкості схилів чи укосів методом рівноміцного укосу

В звичайних методах по визначенню стійкості схилу чи укосу в тому числі і по методу КЦПС Терцагі коефіцієнт стійкості визначається стосовно оцінки вже відокремленого масиву зсувного тіла і навіть здатного переміщатися по зв'язаній з ним поверхні сповзання.

На відміну від такого підходу до рішення поставленої задачі розрахунки за методом рівноміцного укосу(схилу) - метод "Fp" оцінюють не стільки стійкість схилу чи укосу, скільки їх міцність в найбільш слабих зонах. Представлення про достатню чи недостатню стійкість схилу чи укосу дається через оцінку міцності ґрунту, що складає схил чи укіс. Звичайно самою напруженою в товщі схилу чи укосу є зона, розташована в найбільш нижній частині схилу чи укосу.

При порушенні міцності ґрунту в цій зоні,товща в схилі чи укосі починає працювати як консоль, що веде до виникнення в ній розтягуючих напружень і відповідних тріщин. Складаються умови для формування поверхні сковзання при проявлені по ній часткових деформацій прогресируючого зсуву від членившого від масиву зсувного тіла. В цьому процесі суттєве значення набуває явище повзучості, як проявлення геологічних властивостей притаманним глинистим ґрунтам.

Тоді в цих умовах при проведенні розрахунків по любому із методів КЦПС ми повинні виходити із порушення по поверхні сковзання жорстких незворотних зв'язків структурного зчеплення (Сс=0).

В даному разі розрахунок ведеться із умови повного зчеплення породи і структурного зчеплення, тобто

=

В зв'язку з тим,що по методу рівноміцного схилу(укосу) оцінюється тільки міцність ґрунту в товщі схилу (укосу) в початковому непорушеному стані, то в розрахунку слід використовувати повне зчеплення грунту "С", розрахунку незворотну частину зчеплення,тобто приймається структурне зчеплення ? 0.

Критерієм стану міцності ґрунту в товщі схилу(укосу) в найбільш непорушеному місці,близьких до поверхні в даному випадку служить ступінь наближення величини кута схилу чи укосу ( ) на заданій глибині Z до величин кута опору ґрунту зсуву () для тієї ж глибини і горизонту.

Коефіцієнт опору зсуву "" визначається чисельно відношенням опору ґрунту зсуву "" до відповідному йому навантаженню "Р" тобто

Коефіцієнт опору зсуву можна записати: , чим показано,що та є узагальнені показники,що враховують, як сили внутрішнього тертя так і сили питомого зчеплення. Тобто

Таким чином умова рівноваги в розглядуваній точці на поверхні схилу на глибині Z, при куті нахилу схилу (укосу) визначається величиною,що відповідає цій точці куту опору зсуву

Дане положення дозволяє стверджувати, що кут схилу чи укосу в граничному стані їх рівноваги для любої гірської породи є кут опору зсуву . Звідси критичний напружений стан,що визначає в цій точці величину коефіцієнту зсуву, а звідси і граничний стан самого схилу (укосу) в плоскій задачі, відповідає рівності двох головних напружень, тобто гідростатичному розподілу напружень при коефіцієнті бокового тиску ? =1 і дорівнює вазі стовпу ґрунту висотою Z, тобто

Згідно з запропонованим методом "рівноміцного укосу" нахил до горизонту кривої укосу "?" в граничному стані за міцністю ґрунту в кожній точці на укосі з координатами та ?х? визначається умовою:

де

Звичайно, що для аналітичного рішення виразу відносно необхідно дати формулу залежності коефіцієнта від ординати ?Z? та ?X? для точки в масиві грунту.

Залежність від навантаження в загальному випадку може бути представлена у вигляді

.

Де Р - природне навантаження на даному горизонті з глибиною Z.



Рис. 3.1. Розрахункова схема для аналітичного рішення по методу рівноміцного укосу (метод " ").

Згідно з рис. 1

Величини природного навантаження Р на горизонті з ординатою Z в загальному випадку визначається умовно виразом

де рівномірно розподільне навантаження на поверхні тераси схилу

Тоді

Одержане диференційне рівняння є основним. Інтегрирування цього рівняння за умови, що при Z=0 Х=0 і після простих перетворень одержимо:

А для випадку, коли на поверхні тераси рівномірно розподільне навантаження вираз для ординати Х спрощується:



За даною формулою визначається ордината Х в залежності від глибини ? на стадії умови рівноваги за міцністю, а побудований профіль схилу чи укосу за ординатами формує профіль схилу чи укосу, коефіцієнт стійкості якого дорівнює. Коефіцієнт стійкості реального схилу чи укосу визначається відношенням .

3.1 Послідовність розрахунку стійкості схилу (укосу) за методом рівноміцного укосу Маслова М.М.

Схил з рівнонахиленою поверхнею.

Пропонується наступна послідовність розрахунку стійкості схилу за методикою рівноміцного укосу проф.. Маслова М.М.

А) згідно варіанту завдання на виконання розрахунку стійкості схилу, запропоновану Масловим М.М, формулу розділяють на окремі складові частини і обчислюють кожну окремо

Розчленяється висота заданого схилу(укосу) для однорідного шару на окремі шари заданої товщини h. Ординату ? відраховують від поверхні схилу (укосу) до нижньої границі розрахункового шару (.

Підставляючи в формулу Маслова М.М. значення фізико - механічних характеристик ґрунту () і привантаження , розраховують абсцису ?х? для кожного .

1. Розраховується постійний для заданого варіанту геологічних умов майдану коефіцієнт



2. Визначається коефіцієнт

тиску ґрунту від власної ваги.

3. Розраховується коефіцієнт впливу завантаження схилу

4. Визначається коефіцієнт впливу питомого зчеплення:

5. Розраховується натуральний логарифм коефіцієнту :

.

6. Визначається коефіцієнт додаткового впливу питомого зчеплення до коефіцієнту :

7. Визначається підсумковий коефіцієнт впливу власної ваги ґрунту Рg (кПа) і питомого зчеплення С (кПа):

.



8. Розраховується тиск ґрунту від власної ваги на межі заданого шару ґрунту товщиною :

9. Визначається вплив привантаження схилу розподільним тиском на тиск грунту від власної ваги:

10. Розраховується добуток коефіцієнту перемноженому на :

11. Визначається сума коефіцієнту з питомим зчепленням С

12. Розраховується натуральний логарифм коефіцієнту :

13. Визначається додатковий вплив питомого зчеплення С на безрозмірний коефіцієнт :

14. Розраховується різниця між коефіцієнтами



15. Визначається ордината як добуток коефіцієнтів :

16. Розраховується геометрична горизонтальна ордината дійсного схилу(згідно з завданням) для кожної заданої глибини (виділеного шару ґрунту)

ХіI= м.

17. Від вертикальної лінії, проведеної з початку схилу (устья) вниз, по якій відкладається плаваюча ордината , по горизонталі вліво за напрямком сихлу відкладається розрахована ордината ( для відповідної глибини (Кінці ординат об'єднують суцільною лінією і таким чином будують профіль схилу коефіцієнт стійкості (надій1ності) якого дорівнює

18. Виконується візуальне порівняння дійсного схилу і розрахованого за формулою проф.. Маслова М.М. Якщо розрахований профіль розміщується внутрі дійсного схилу, то схил чи укіс буде стійким з коефіцієнтом стійкості К>1.

Якщо розрахований профіль рівноміцного схилу накладений на дійсний схил, хоч би в одному місці перетинає дійсний схил (виходить за контур дійсного схилу), то дійсний схил рахується не стійким і потребує надалі розрахунку зсувного тиску і проектування з відповідними розрахунками протизсувних утримуючих конструкцій.

19. Розрахунковий коефіцієнт надійності (стійкості) схилу розраховується відношенням ординати = •tg ? і ординати = •, тобто

= =

20. Розрахунок стійкості схилу рекомендується звести в таблицю

Таблиця 3.1

Хі?

Ку

За основу приймається найменше значення коефіцієнту стійкості (надійності) одержане розрахунком на глибині на межі кожного елементарного шару ґрунту.

Схил з криволінійною увігнутою поверхнею.

Для більш детального обрахування схилу з криволінійною увігнутою поверхнею,схил по глибині (висоті) розбивається на окремі дільниці по кривизні близькі до прямолінійних і профіль схилу викреслюється ломаною лінією. Кожна випрямлена по схилу дільниця розглядається зверху вниз як окремий схил зі своїми геометричними показниками,фізико-механічними властивостями грунтів с (?,c,?,Е) і інтенсивністю при вантаження схилу і . Тут інтенсивність привантаження схилу вже лежачої дільниці, тобто .

Так для першої ділянки (висотою ) по глибині привантаження схилу дорівнює

;

для другої дільниці висотою .привантаження буде дорівнювати



;

для третьої дільниці висотою , привантаження схилу буде дорівнювати

,

для четвертої

і так для кожної дільниці і т.д.

Рис. 3.2. Схема увігнутого ломаного схилу і визначення привантаження окремої дільниці схилу висотою (глибиною) .

Для кожної дільниці по висоті виконуються ті ж самі пункти що і для схилу з рівною нахиленою поверхнею.

Висота схилу (1,2,3)розділяється на елементарні шари грунту рівні по висоті інженерно-геологичним елементом ИГЕ, а якщо товща грунту по висоті дільниці однорідна , то розділяється на рівні по висоті шари і розраховуються всі коефіцієнти:

- постійний для заданних геологічних умов;

- тиск грунту від власної ваги;

- впливу завантаження схилу власною вагою;

- коєфіцієнт впливу питомого зчеплення;

- натуральний логарифм від ;

- додаткового впливу питомого зчеплення;

=К2+К6 - підсумковий коефіцієнт впливу;

- тиск грунту від власної ваги;

- вплив привантаження схилу;

- коефіцієнт добутку на ;

- сума коефіцієнту з питомим зчепленням;

- натуральний логарифм від коефіцієнту ;

- вплив питомого зчеплення С на коефіцієнт ;

- різниця між коефіцієнтами та ;

- ордината для заданої глибини z;

- ордината діючого схилу на заданій глибині z;

- коефіцієнт надійності (стійкості) схилу.

Результат розрахунків зводять в таблицю.

Таблиця 3.2

Розраховані координати для кожної дільниці формують профіль рівноміцного схилу в межах кожної дільниці: кінець профілю попередньої дільниці є початком профілю наступної дільниці, і так до підошви схилу. За основу також прийметься щонайменший коефіцієнт стійкості схилу

;



Схил з криволінійною опуклою поверхнею.

Хід розрахунку стійкості такого схилу залишається аналогічним ,як для схилу з криволінійною увігнутою поверхнею. В даному випадку схил по глибині (висоті) розбивається на окремі дільниці по кривизні близькій до прямолінійних і профіль схилу викреслюється ломаною лінією.

Кожна випрямлена по схилу дільниця розглядається зверху в низ ,як окремий міні схил зі своїми геометричними показниками фізико-механічними властивостями грунтів , і інтенсивність привантаження схилу і . Тут також інтенсивність привантаження схилу власною вагою грунту вищележачої дільниці по тій же схемі, що і для увігнутого схилу:

; ;

і т.д. для кожної дільниці.

Рис. 3.3 Схема випуклого ломаного схилу і визначення при вантаження окремої дільниці схилу висотою (глибиною).

Для кожної дільниці по висоті розраховуються всі коефіцієнти

(або ); ; ; ; ;; ; ; ; ; ; ;



Рис. 3.4. Схема можливих профілів схилів (укосів):

а) контури розрахункового рівномірного схилів (прямолінійного);

а`) контури діючого схилу (прямолінійного);

б) контури розрахункового рівномірного схилів (ввігнутого);

б`) контури діючого (ввігнутого);

в) контури розрахункового рівномірного схилів (опуклого);

в`) контури діючого (опуклого);

3.2 Приклад розрахунку

Заданий схил з кутом нахилу ?= від вертикалі, що проходить вертикально вниз від устя схилу висотою h=10 м, схил складений однорідними делювиально-алювіальними ґрунтовими відкладеннями з наступними фізико-механічними характеристиками:

- питома вага ґрунту

- вологість ґрунту W=0,20

- питома вага сухого ґрунту

- питома вага частинок грунту

- питоме зчеплення C=25кПа

- кут внутрішнього тертя

- коефіцієнт пористості е=0.7867

- схил привантаженний рівномірно розподільним навантаження .

Розрахунок для

Розбиваємо висоту схилу на елементарні шари висотою h=2,5м;відповідно визначаємо плаваючу ординату

Розраховується абсциса схилу на відповідній глибині на границі кожного елементарного шару:

Розраховується горизонтальна абсциса на межі кожного елементарного шару згідно формули:



1. Розраховується постійний для заданих ґрунтових умов що складають схил коефіцієнт:

;

2. Визначається коефіцієнт тиску власної ваги ґрунту:

;

3.Розраховууться коефіцієнт впливу завантаження схилу:

;

4. Визначається коефіцієнт впливу питомого зчеплення ґрунту

=37,30+25=62,30кПа

5. Розраховується натуральний логарифм коефіцієнту

6. Визначається коефіцієнт додаткового впливу питомого зчеплення



7. Визначається підсумковий коефіцієнт впливу власної ваги ґрунту і питомого зчеплення

8. Розраховується тиск ґрунту від власної ваги на межі заданого шару ґрунту:

9. Визначається вплив привантаження схилу розподільним тиском на тиск ґрунту від власної ваги

;

10. Розраховуються добуток коефіцієнту перемноженому на

11. Визначається сума коефіцієнту та питомого зчеплення С (кПа)

;

12. Розраховується натуральний логарифм коефіцієнту

13. Визначається додатковий вплив питомого зчеплення на коефіцієнт



14. Розраховується різниця між коефіцієнтами і

15. Визначається горизонтальна абсциса як добуток коефіцієнтів

м

16. Розраховується горизонтальна абсциса заданого схилу на глибині м

м

17. Визначається коефіцієнт стійкості (надійності) схилу

Висновок: в зв'язку з тим, що коефіцієнт (стійкості) надійності нестійкий і потребує закріплення.

Розрахунок для м

1. Розраховується постійний для заданих ґрунтових умов, що складають схил коефіцієнт:

;



2. Визначається коефіцієнт тиску власної ваги ґрунту:

;

3. Розраховується коефіцієнт впливу завантаження схилу:

;

4. Визначається коефіцієнт впливу питомого зчеплення ґрунту

=37,30+25=62,30кПа

5. Розраховується натуральний логарифм коефіцієнту

6. Визначається коефіцієнт додаткового впливу питомого зчеплення

7. Визначається сумарний коефіцієнт впливу власної ваги ґрунту P g і питомого зчеплення С (кПа).

8. Розраховується тиск ґрунту від власної ваги на межі заданого шару:



9. Визначається вплив привантаження схилу розподільним тиском на тиск грунту від власної ваги

;

10. Розраховується добуток коефіцієнту перемноженому на (кут внутрішнього тертя)

11. Визначається сума коефіцієнта плюс питоме зчеплення C (кПа)

;

12. Розраховується натуральний логарифм коефіцієнту

13. Визначається додатковий вплив питомого зчеплення на коефіцієнт

14. Розраховується різниця між коефіцієнтами і

15. Визначається горизонтальна абсциса як добуток коефіцієнтів



м

16. Розраховується горизонтальна абсциса заданого схилу на глибині м

м

17. Визначається коефіцієнт стійкості (надійності) схилу

Висновок: в зв'язку з тим, що коефіцієнт (стійкості) надійності нестійкий і потребує закріплення.

Розрахунок для м

1. Розраховується постійний для заданих ґрунтових умов що складають схил.

Коефіцієнт:

;

2. Визначається коефіцієнт тиску власної ваги ґрунту:

;

3. Розраховується коефіцієнт впливу завантаження схилу:

;



4. Визначається коефіцієнт впливу питомого зчеплення ґрунту

=37,304+25=62,304кПа

5. Розраховується натуральний логарифм коефіцієнту

6. Визначається коефіцієнт додаткового впливу питомого зчеплення

7. Визначається підсумковий коефіцієнт впливу власної ваги ґрунту P g і питомого зчеплення С (кПа).

8. Розраховується тиск ґрунту від власної ваги на межі заданого шару:

9. Визначається вплив привантаження схилу розподільним тиском на тиск грунту від власної ваги

;

10. Розраховується добуток коефіцієнту перемноженому на



11. Визначається сума коефіцієнта плюс питоме зчеплення C (кПа)

;

12. Розраховується натуральний логарифм коефіцієнту

13. Визначається додатковий вплив питомого зчеплення на коефіцієнт

14. Розраховується різниця між коефіцієнтами і

15. Визначається горизонтальна абсциса як добуток коефіцієнтів

м

16. Розраховується горизонтальна абсциса заданого схилу на глибині м

м

17. Визначається коефіцієнт стійкості (надійності) схилу



Висновок: в зв'язку з тим, що коефіцієнтом (стійкості) надійності нестійкий і потребує закріплення.

Розрахунок для м

1. Розраховується постійний для заданих ґрунтових умов, що складають схил, коефіцієнт:

;

2. Визначається коефіцієнт тиску власної ваги ґрунту:

;

3. Розраховується коефіцієнт впливу завантаження схилу :

;

4. Визначається коефіцієнт впливу питомого зчеплення ґрунту

=37,304+25=62,304кПа

5. Розраховується натуральний логарифм коефіцієнту

6. Визначається коефіцієнт додаткового впливу питомого зчеплення



7. Визначається підсумковий коефіцієнт впливу власної ваги ґрунту P g і питомого зчеплення С (кПа)

схил укіс протизсувний

8. Розраховується тиск ґрунту від власної ваги на межі заданого шару ґрунту:

9. Визначається вплив привантаження схилу розподільним тиском на тиск грунту від власної ваги :

;

10. Розраховується добуток коефіцієнту перемноженому на

11. Визначається сума коефіцієнту плюс питоме зчеплення C (кПа)

;

12. Розраховується натуральний логарифм коефіцієнту

13. Визначається додатковий вплив питомого зчеплення на коефіцієнт



14. Розраховується різниця між коефіцієнтами і

15. Визначається горизонтальна абсциса як добуток коефіцієнтів

м

16. Розраховується горизонтальна абсциса заданого схилу при м

м

17. Визначається коефіцієнт стійкості (надійності) схилу

Висновок: в зв'язку з тим, що коефіцієнт стійкості нестійкий і потребує закріплення.

По даним розрахунку стійкості заданого схилу з умов привантаження и по всім показникам схил не стійкий і може обрушитися при експлуатації з непередбаченими наслідками. В зв'язку з тим ,що привантаження схилу є навантаженням від проектної забудови . (при суцільному розподілу привантаження по всій поверхні можливої тераси схилу, де планується забудова, то в даному випадку забудова схилу з терасуванням поверхні забороняється. Тому виникає необхідність перевірити стійкість схилу при вільному стані схилу без привантаження, тобто при .

Розрахунок стійкості заданого схилу при .

Стійкість схилу вільного від привантаження () розраховується за формулою професора Маслова М.М. в вигляді:

Розрахунок пропонується виконувати в наступній послідовності:

Розрахунок для глибини Z = h = 2,5 м

1. Розраховується постійний для заданих грунтових умов що складають схил коефіцієнт:

;

2. Визначається коефіцієнт тиску власної ваги грунту :

;

3. Розраховується натуральній логарифм питомого зчеплення :

;

4. Визначається вплив питомого зчеплення на коефіцієнт



5. Визначається коефіцієнт впливу питомого зчеплення на коефіцієнт тиску від власної ваги ґрунту на заданій глибині

;

6. Розраховується натуральний логарифм коефіцієнту

7. Визначається вплив питомого зчеплення на коефіцієнт

8. Розраховується сума коефіцієнтів впливу

9. Визначається горизонтальна абсциса на глибині h=2.5м, як добуток коефіцієнтів на : м

10. Розраховується горизонтальна абсциса заданого схилу на глибині м від поверхні:

м

11. Визначається коефіцієнт стійкості схилу



Висновок: схил нестійкий і утримується в рівновазі за рахунок внутрішніх резервів (кореневої системи кущів, дерев, газонів).

Розрахунок для глибини

Z = 2h = 5м.

1. Розраховується постійний для заданих грунтових умов, що складають схил, коефіцієнт:

;

2. Визначається коефіцієнт тиску власної ваги грунту

:

;

3. Розраховується натуральній логарифм питомого зчеплення :

;

4. Визначається вплив питомого зчеплення на коефіцієнт

5. Визначається коефіцієнт впливу питомого зчеплення на коефіцієнт тиску від власної ваги ґрунту на заданій глибині



;

6. Розраховується натуральний логарифм коефіцієнту

7. Визначається вплив питомого зчеплення на коефіцієнт

8. Розраховується сума коефіцієнтів впливу

9. Визначається горизонтальна абсциса на глибині h=5м, як добуток коефіцієнтів на :

м

10. Розраховується горизонтальна абсциса заданого схилу на глибині м від поверхні:

м

11. Визначається коефіцієнт стійкості схилу



Висновок: схил нестійкий і утримується за рахунок внутрішніх резервів (кореневої системи кущів, дерев, газонів).

Розрахунок для глибини Z = 3h = 7,5м

1. Розраховується постійний для заданих ґрунтових умов, що складають схил, коефіцієнт:

;

2. Визначається коефіцієнт тиску власної ваги ґрунту

:

;

3. Розраховується натуральній логарифм питомого зчеплення :

;

4. Визначається вплив питомого зчеплення на коефіцієнт

5. Визначається коефіцієнт впливу питомого зчеплення на коефіцієнт тиску від власної ваги ґрунту на заданій глибині

;

6. Розраховується натуральний логарифм коефіцієнту



7. Визначається вплив питомого зчеплення на коефіцієнт

8. Розраховується сума коефіцієнтів впливу

9. Визначається горизонтальна абсциса на глибині h=7.5м,як добуток коефіцієнтів на :

м

10. Розраховується горизонтальна абсциса заданого схилу на глибині м від поверхні:

м

11. Визначається коефіцієнт стійкості схилу

Висновок: схил заданих геометричних параметрів для заданих ґрунтових умов нестійкий.

Розрахунок стійкості схилу для глибини

Z = 4h = 10м

1. Розраховується постійний для заданих ґрунтових умов, що складають схил, коефіцієнт:

;

2. Визначається коефіцієнт тиску власної ваги ґрунту

:

;

3. Розраховується натуральний логарифм питомого зчеплення :

;

4. Визначається вплив питомого зчеплення на коефіцієнт

5. Визначається коефіцієнт впливу питомого зчеплення на коефіцієнт тиску від власної ваги ґрунту на заданій глибині

;

6. Розраховується натуральний логарифм коефіцієнту



7. Визначається вплив питомого зчеплення на коефіцієнт

8. Розраховується сума коефіцієнтів впливу

9. Визначається горизонтальна абсциса на глубині h=10м,як добуток коефіцієнтів на :

м

10. Розраховується горизонтальна абсциса заданого схилу на глибині м від поверхні:

м

11. Визначається коефіцієнт стійкості схилу

Висновок: заданий схил з вказаними геометричними показниками і фізико-механічними характеристиками ґрунтів нестійкий, утримується за рахунок внутрішніх резервів і потребує негайного підсилення.



4. Розрахунок стійкості схилу методом кругло-циліндричної поверхні сковзання

Загальні положення.

Проблема стійкості схилів і укосів на теперішній час являється особливо актуальною в зв'язку з забудовою схилів цивільними і промисловими об'єктами, що сприяє привантаженню схилів додатковим навантаженням від забудови, а також зміни гідрогеологічних умов за період експлуатації збудованих будівель і споруд і розташованих поряд зі схилом, котрі можуть служити як додатковим навантаженням на схил так і причиною зміни гідрогеологічних умов території за рахунок витікання води із водонесучих комунікацій.

В зв'язку з наведеними причинами змінюється питома вага ґрунту (ґрунт насичується водою, збільшується вага ґрунту. в т.ч. питома вага -) змінюється показник текучості глинистих ґрунтів, а разом з цим змінюється кут внутрішнього тертя -, і питоме значення ґрунту - С, а також і міцність ґрунту, що приводить до порушення умови рівноваги утримуючих і зсуваючих складових сил схилу чи укосу.

В зв'язку з цим потрібно було розробити методику розрахунку стійкості схилу, як для нейтрального природного стану схилу, так і на випадок привантаження схилу забудовою чи складами зі зміною гідрогеологічних умов (будівельного майдану) схилу.

Таку методику запропонували 1920х роках проф. К. Терцагі і проф. Феленіус і назвали її "Метод Круглоциліндричної поверхні сковзання" (КЦПС). Суть даного методу заключається в наступному.

Передбачається, що зрушення схилу може відбуватися тільки в результаті повертання зсувного масиву навколо центру "0" (рис 1.)

Таким чином, поверхня сковзання ВВ в даному випадку буде представлена дугою круга з радіусом R, накресленого із центра "0". Масив ґрунту , що сковзає, розглядається як твердий, котрий всіма своїми точками приймає участь в загальному русі даного масиву. Масив ґрунту, що сковзає знаходиться під дією двох моментів:моменту , що повертає масив навколо точки "0" і моменту, що утримує масив проти повороту .

Коефіцієнт стійкості схилу Кс буде визначатися відношенням цих моментів, тобто

Дана задача може бути задана в двух варіантах для ґрунтових умов.

Перший - масив ґрунту однорідний складений пластичними глинистими ґрунтами при ;

Другий - масив ґрунту складеній жорсткими і скрито пластичними глинистими породами ().

Рис. 4.1. Умови оцінки стійкості масиву ґрунту в товщі укосу по методу кругло-циліндричної поверхні сковзання (КЦПС).

Вибір поверхні сковзання.

Однією із важливих особливостей методу "Кругло-циліндричної поверхні сковзання" є прив'язка розрахунків до деякої спеціально виділеної і найбільш вірогідної при зсуві поверхні сковзання. При цьому повинна бути вибрана поверхня сковзання, котра відповідає найменшому коефіцієнту стійкості відносно її схилу чи укосу.

Положення і вид такої поверхні сковзання визначається цілим рядом факторів які відображають формування вид і природу об'єкту, що нами розглядається. В даному випадку головним фактором буде напружений стан схилу чи укосу, прямим чином пов'язаний з розмірами і формою об'єкту, положенням рівня підземних вод, наявністю на схилі додаткового привантаженням від раніше збудованих споруд, чи на даний момент розташування на схилі тимчасових споруд, складських майданчиків і т.п., які передають додаткове навантаження на схил, чим змінюють напружений стан ґрунтового масиву, котрий формує схил чи укіс.

Задача часто ускладнюється сейсмічними умовами території де розташований схил, а також фізико-механічними властивостями ґрунтів з яких формується схил чи укіс. Звідси установка розрахункової форми кривої сковзання в умовах плоскої задачі є настільки складною, що спроба розв'язання цього питання в теоретичному плані, за виключенням самих простих випадків, виявилась практично неможливою. Тому для побудови "Кругло-циліндричної поверхні сковзання" використовують емпіричні правила і прийоми.

Задача спрощується приміненням припущення, що крива сковзання співпадає з дугою круга, що описується заданим радіусом R із обумовленого центру "0". В даному випадку радіус "R" залишається постійним для кожної обумовленої точки "0" і сам по собі є нормаллю до кожної дотичної в точці її дотику з кривою сковзання.

При побудові найбільш невигідної кривої сковзання дуже корисним є положення про визначення співвідношення кута нахилу дотичної до кривої сковзання в заданій точці і кутом внутрішнього тертя ґрунтів, що формують схил . Звичайно, що всяке навантаження на дільниці кривої сковзання де веде до зниження стійкості схилу.

Звідси виходить, що для одержання найбільш невигідної поверхні сковзання, сама поверхня повинна охвачувати найбільші обсяги, а звідси і вагу сковзаючого масиву в межах дільниці кривої, де . В рівній мірі це положення залишається справедливим і відносно споруд, що розміщаються на схилі чи укосі. Разом з цим одержання найбільш невигідної поверхні сковзання, дільниці де і тим більше де має від'ємний знак () повинні по можливості обмежуватися або відповідати дільницям з найменшим навантаженням. В залежності від властивостей ґрунту на заданій глибині (z) схилу крива сковзання визначається із співвідношення:

Рис. 4.2. Схема формування утримуючих і зсувних зусиль.

Варіант 1. . Позначимо вагу масиву ґрунту, що зсувається через Р. Ця сила прикладена в центрі ваги масиву А і діє відносно центу повертання =0 з плечем = d.

Тоді момент, що повертає масив ґрунту МПОВ буде дорівнювати:

.

Звичайно, що для визначення Р і d необхідно мати геометричні розміри (укосу) схилу і знати величини питомої ваги ґрунтів в кожному із шарів з яких складається схил.

Також повинні бути відомі гідрогеологічні умови для ґрунтів, що складають схил (положення в товщі схилу рівня підземних вод, для врахування зваженого стану ґрунту розташованого нижче рівня підземних вод, впливу фільтраційного тиску на масив ґрунту).

Для схилу складеного пластичними глинистими породами, в яких опір зсуву породи визначається лише його питомим зчепленням, величина утримуючого моменту Мутр визначається формулою:

(1)

Де: L - довжина дуги круга радіусом =R;

C - питоме зчеплення ґрунту, що діє по поверхні сковзання.

Коефіцієнт стійкості схилу (укосу) визначається за формулою:

(2)

Схил (укіс) вважається стійким, якщо коефіцієнт стійкості .

Варіант 2. . Запропонований метод являється найбільш універсальним в зв'язку з чим в розрахунках без особливих труднощів можуть бути враховані і шаруватий характер товщі, з різними властивостями шарів ґрунту, що складають схил (укіс), різний вплив гідрогеологічних умов і т.п.

Ускладнення розрахунків пов'язані в основному з необхідністю врахування значень сили тертя Т, що виникають при зсуві по поверхні сковзання в різних точках.

Сили тертя визначаються за формулою:

(3)

Де: N-нормальна складова ваги блоку масиву - Р до дотичної поверхні сковзання в заданій точці (наприклад в т.А. (рис 2.))

- кут нахилу дотичної до поверхні сковзання в точці А до горизонту, що дорівнює куту, що утворюється вертикаллю з радіусом-вектором =R проведеного до точки А.

Таким чином в даному випадку лінія дії нормальної сили N співпадає з радіусом-вектором R.

Рис. 4.3. Розрахункова схема з оцінки стійкості виділеного блоку схилу.

Довжина дуги сковзання в межах розрахункового блоку схилу - .

Слід відмітити, що зрушуюча сила в даній точці А, що виникає під вагою блоку Р визначається за формулою.

(4)

Враховуючи значення одержимо:

(5)

Крім кута в різних точках кривої сковзання може мінятися і величина . Дані обставини заставляють находити величину коефіцієнту стійкості схилу в заданих умовах як

(6)

Таким чином ми приходимо до необхідності розділити уявний зсувний масив на ряд розрахункових блоків для кожного із яких необхідно визначити сили опору зсуву.

При цьому слід мати на увазі, що загальний опір зсуву , що виникає по поверхні сковзання складається із сил тертя сил зчеплення .

Тобто:

(7)

А для кожного чергового блоку одержимо:

(8)

Тоді сумарні моменти будуть дорівнювати:

(9)

і відповідно утримуючий момент

(10)

З урахуванням і коефіцієнт стійкості КС записується формулою

(11)

А для схилу (укосу) складеного однорідним ґрунтом, коефіцієнт стійкості запишеться в вигляді:

(11')

При наявності в масиві ґрунту, що сковзає рівня підземних вод в формулах 10-12 необхідно врахувати вплив гідрогеологічних умов на повороті утримуючі моменти: визначення ваги масиву ґрунту з врахуванням зважувальної дії масиву ґрунту розташованого нижче рівня підземних вод.

Якщо схил (укіс) привантажений додатковим тиском (будівлі, споруди, або складом матеріалів і інше), то при визначенні поворотних і утримуючих моментів необхідно враховувати привантаження схилу і формула коефіцієнту стійкості запишеться в вигляді:

(12)

де: -вага споруди;

d- плече дії ваги споруди;

- горизонтальна сила, що діє на споруду із своїм плечем - "" - відносно "0";

- кут нахилу дотичної до поверхні сковзання в точці дії до горизонту.



5. Розрахунок стійкості притулених (прислонених) схилів

Дана задача - розрахунку стійкості схилів вирішується для випадку коли поверхня зсуву задана:

1. Коли верхні делювіальні рихлі відкладання розташовані на корінних породах більш щільних і більш міцніших, наприклад: делювіальні відкладення розташовані на скальних породах, що виступають на поверхності.

2. Коли по технічним і технологічним питанням виникає необхідність нарощувати вже діючі земляні споруди - греблі малих річкових ГЕС, греблі хвостосховищ, золовідвалів і т.д.

В даному випадку коефіцієнт стійкості (зсуваючого, сповзаючого) масиву можна визначити за формулою:

;

Де: f= tg ? - коефіцієнт внутрішнього тертя ґрунту, що сповзає;

C - сили питомого зчеплення ґрунту;

l - довжина поверхні сповзання;

Ni - нормальна складова сили ваги виділеного блоку масиву ґрунту, що сповзає по заданій поверхні сповзання;

;

Ti - дотична складова ваги блоку що сповзає;

;



Рис. 5.1. Дія сили при розрахунку стійкості сповзаючого притуленого схилу.

Для визначення коефіцієнту стійкості і додатково величини зсувного тиску розбиваємо весь зсувний масив на ряд окремих дільниць-відсотків так, щоб в межах кожного відсіку поверхня сповзання була плоскою. Визначається ваги кожного відсіку і розкладається дана вага на нормальну і дотичну складові до поверхні сповзання.

; ; ;

Де: - кут нахилу плоскої поверхні сповзання до горизонту.

; ; ; ;

; ; ; ;

Сили опору зсуву Рс за рахунок сил питомого зчеплення С (кПа) визначається за формулою:

;



Сили опору зсуву за рахунок ваги блоку:

Сили, що зсувають масив ґрунту по заданій поверхні сповзання визначаються за формулою:

;

Умова рівноваги для стійкості схилу чи укосу записується рівнянням:

; ;

А коефіцієнт стійкості прислоненого укосу чи схилу визначається за формулою:

;

5.1 Приклад розрахунку стійкості схилу

Визначити стійкість прислоненого укосу нижнього б'єфу який сформувався в процесі нарощування земляної греблі хвостосховища північного сірничо-збагачувального комбінату селища Терни м. Кривого Рогу.



Рис. 5.2. Схема нарощувальної греблі хвостосховища.

Вихідні дані:

1. Висота діючої греблі Н=24.0 м.

2. Ширина діючої греблі по гребню =6.0 м.

3. Висота нарощування гребні h=12.0 м.

4. Ширина гребня нарощеної греблі =6.0 м.

5. Профільні розміри нарощеної греблі показані на схемі:

- довжина плоского нарощеного укосу: ;

- довжина плоского нарощеного укосу: ;

- довжина плоского нарощеного укосу: ;

6. Кут нахилу укосу до горизонту складає:

sin27?=0,4540; sin45?=0,7071; sin56?=0,0.829;

cos27?=0.8910; cos45?=0,7071; cos56?=0.5592;

7. Питома вага ущільненого ґрунту в притуленому укосі:

W=0.17; ?d=16.8; ?=19.66 кН/м3; е=0.59; С=27кПа; ?=24?

Рішення:

1. Визначається вага кожного відсіку нарощеної греблі:



;

;

;

2. Розраховується нормальна до поверхні укосу складова ваги ґрунту:

;

;

;

3. Визначають сили опору зсуву за рахунок питомого щеплення - С:

;

4. Розраховуються сили, що зсувають укіс - :

;

;

;

5. Визначаються утримуючі сили для притуленого укосу:

;



6. Розраховуються зсувні сили нарощеного укосу - :

;

7. Визначається коефіцієнт стійкості нарощеного укосу:

;

Таким чином, притулений нарощуванням греблі укіс нижнього б'єфу земляної греблі хвостосховища північного гірничо-збагачувального комбінату селища Терни м. Кривого Рогу запроектований з коефіцієнтом стійкості (надійності) k=1,57 і забезпечує нормальну експлуатацію греблі хвостосховища.

5.2 Визначення зсувного тиску

Для визначення зсувного тиску розглядається умова рівноваги окремих відсіків зсуву і береться сума проекцій зовнішніх сил на напрямок руху кожного відсіку. Для зручності розпочнемо розглядати з верхнього відсіку №1, а потім перейдемо до 2-го, потім до 3-го і т.д..

...