Расчет устойчивости естественных откосов

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет архитектуры и градостроительства

Кафедра градостроительства

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по теме:

«Расчет устойчивости естественных откосов»

Студент V курса, гр.714, М.С.1/05 В.А.Пономарева

Руководитель, С.С. Казнов

доцент

г Н.Новгород - 2012г

Содержание

Введение

1. Метод круглоцилиндрической поверхности скольжения

1.1 Расчёт устойчивости склона

2. Метод горизонтальных сил

2.1 Расчёт устойчивости склона

2.1.1 Графический метод

2.1.2 Аналитический метод

3. Сравнение и анализ расчетных методов. Выводы.

Список используемых источников

Введение

Курсовая работа посвящена оценки устойчивости склонов. Под оценкой устойчивости склонов понимают определённые возможности появления и степени распространения активных (движущихся) оползней при инженерно - геологических условиях и действующих нагрузках, наблюдающихся на местности при выполнении изысканий на оползневых склонах.

Различают локальные и региональные методы и прогнозы устойчивости склона. Локальные методы являются основными при составлении инженерно - геологического обоснования застройки и других видов хозяйственного освоения склоновых территорий. Региональные методы предназначены для выявления и прогноза распространённости оползней для значительных по площади зон.

Оползневые склоны подразделяются на:

Устойчивые - на которых формирование оползней завершилось давно и при сохранении наблюдающийся ныне природной обстановке опасность развития оползневых подвижек отсутствует.

Условно устойчивые - формирование которых закончилось недавно и запас устойчивости ещё очень невелик.

Неустойчивые - формирование которых продолжается и сопровождается развитием оползней.

Основным количественным показателем, используемом при локальной оценки и прогнозировании склонов является коэффициент устойчивости - отношение сумм удерживающих и сдвигающих сил, действующих по поверхности предполагаемого смещения. В расчётах мы будем считать склон устойчивым при k>1,25.

В своей работе я рассчитывала склон двумя способами:

1 способ - Метод круглоцилиндрической поверхности скольжения;

2 способ - Метод горизонтальных сил.

1. Метод круглоцилиндрической поверхности скольжения

Этот метод получил широкое мировое признание благодаря своей простоте и практическим результатам. Сущность этого метода, который в краткой форме можно было бы назвать «методом моментов», заключается в следующем.

Предполагается, что обрушение откоса может произойти лишь в результате вращения оползающего массива вокруг центра О. Таким образом, поверхность скольжения будет представлена дугой некоторого круга с радиусом R, очерченного из центра О. Оползающий массив рассматривается при этом как некоторый твёрдый блок, всеми своими точками участвующий в одном общем движении.

Оползающий массив находится под воздействием двух моментов: момента МВР, вращающего массив, и момента МУД, удерживающего массив. Коэффициент устойчивости откоса kзап будет определяться величиной соотношения этих моментов, то есть:

kзап = МУД/ МВР	(1)

1.1 Расчёт устойчивости склона

Исходные данные:

Н = 38м, В = 40м, h1= 8м, h2= 20м

Таблица 1 Исходные данные
	с, m/м2	, град	, т/м2
а	2,4	21	1,90
б	6,0	17	1,94
в	7,0	21	1,92

Рис.1 - Исходные данные

Все построения приведены в приложении 1.

Последовательность выполнения:

1) Вычерчиваем поверхность склона

2) Задаёмся кривой поверхности скольжения. Для этого из некоторого центра О проводим дугу R=56,5 м. Для данного склона с заложением 1:1 и углом откоса 450 б=28°, в=37°.

3) Делим кривую скольжения на 10 равных частей. У концов отрезков, начиная от нижней бровки склона последовательно ставим цифры от 0-10. Из точек 1-9 поднимаем перпендикуляры на профиль склона.

4) Обозначаем точки пересечения перпендикуляров с поверхностью склона последовательно 1'- 9'.

5) Из точек 1'- 9' опускаем перпендикуляры на радиусы О1 - О9. Отрезки соответственно подписываем Q1 - Q9.

6) Полученные отрезки Q измеряем и откладываем вверх от кривой скольжения. Полученные точки соединяем красной линией, начиная из точки 0. Таким образом мы получили эпюру сдвигающих сил.

7) Отрезки, лежащие на радиусах О1 - О9 называются N и являются проекцией удерживающих сил. На этом же чертеже откладываем от кривой скольжения вертикально вверх величины N.

8) Соединяем все проекции удерживающих сил N синей линией.

9) Находим площади F1, F2, F3

F1 - площадь между эпюрой N и кривой скольжения, F1=1764, 70(м2)

F2 - площадь между эпюрой Q и кривой скольжения, F2=776, 06(м2)

F3=0

10) Находим сумму удерживающих сил N:

?N=F1·гср	(2)

гср - удельный средний вес грунта 3 - х слоёв;

?N=1764,70·1,94=3423,5(т/м);

11) Находим сумму сил Q:

? Q=F2·гср	(3)

?Q=776,06·1,94=1505,5(т/м);

12) Находим величину коэффициента запаса устойчивости:

n= (?N·tgцср+?С·ф) / ? Q;	(4)

С - удельное сцепление грунта каждого слоя;

ф - длина дуги

tgцср - тангенс от средней величины (tg((25+22+24)/3)=tg24), tgцср=0,445

?С·ф= С1·ф1+ С2·ф2+ С3·ф3;	(5)

С1·ф1=7,0·9,64=67,48(т/м);

С2·ф2=6,0·25,07=150,42(т/м);

С3·ф3=11,0·68=748(т/м);

?С·ф=965,9(т/м);

n=(3423,5·0,445+965,9)/ 1505,5=1,65

Полученные сведения сводим в таблицу 2.

Таблица 2 Результаты расчета
F1, м2	F2, м2	F3, м2	ср, т/м2	tgцср	? N, т/м	? Q, т/м	№ слоя	ф, м	С·ф, т/м	n
1764,70	776, 06	0	1,94	0,445	3423,5	1505,5	1	9,64	67,48	1,65
							2	25,07	150,42
							3	68	748,0

Вывод: n=1,65>1,25 склон устойчив.

2. Метод горизонтальных сил

Сущность метода горизонтальных сил Маслова - Берера заключается в том, что поверхность скольжения в данных условиях определяется не столько напряжённым состоянием толщи, сколько природными условиями и строением толщи, и носит «фиксированный» природой характер. Здесь очень часто оказываются решающими условия залегания в толще откоса или склона слабых прослоев с пониженной сопротивляемостью сдвигу или форма поверхности, подстилающей толщи, на которой происходит смещение оползневых масс.

2.1 Расчёт устойчивости склона

Исходные данные приведены в главе 1 настоящей работы

Схема построения приведена в приложении 1.

2.1.1 Графический метод

Последовательность выполнения:

1) Вычерчиваем поверхность склона

2) Задаёмся кривой поверхности скольжения. Для этого из некоторого центра О проводим дугу R=56,5 м. Для данного склона с заложением 1:1 и углом откоса 450 б=28°, в=37°.

3) Выделяем на поверхности оползания шесть блоков (элементы смещающийся массы грунта с весом Pi). Запишем характеристики грунта для каждого блока в таблицу 3:

Таблица 3

Характеристики грунта для каждого блока
Обоз. блока Хар-ки	1	2	3,4,5	6
с, m/м2	11	8,5	8	6,5
, град	24	23	24	23,5
, т/м2	1,96	1,93	1,94	1,93

4) Подсчитываем площадь каждого блока

F1=133,22 м2

F2=365,65 м2

F3=491,13 м2

F4=380,30 м2

F5=197,68 м2

F6=48,95 м2

5) Подсчитываем вес грунта в каждом блоке:

Pi=Fi·гi	(6)

Fi - площадь блока;

гi - удельный вес грунта блока;

P1=123,77*1,92+9,45*1,94=255,97 т/м;

P2=191,36*1,92+174,29*1,94=705,53 т/м;

P3=135,05 *1,92+286,81*1,94+69,27*1,95=950,77 т/м;

P4=34,05*1,92+247,15 *1,94+99,09*1,95=738,10 т/м;

P5=120,33*1,94+77,35*1,95=384,27 т/м;

P6=10,09*1,94+38,81 *1,95=95,25 т/м;

Выбирая масштаб силы P 100 т/м = 1 см, показываем силу на чертеже, лежащую на линии центра тяжести каждого блока.

6) Изображаем на чертеже нормаль N к поверхности скольжения, являющейся реакцией веса P. В блоках 1 и 2 нормаль совпадает по направлению с весом P. В блоках 3, 4 и 5 проводим касательную к кривой скольжения в точке приложения веса P и строим перпендикуляр к этой касательной.

7) Находим угол сопротивления сдвигу ш. Этот угол связан с коэффициентом сопротивления сдвигу Fp: Fp=tg ш и ш=arctg Fp. Обе эти величины зависят от нормального напряжения Pn. При наличии такой линейной зависимости угол сопротивления сдвигу ш может быть выражен следующей формулой:

цp=arctg(tg ц+C/P)	(7)

P - вес грунта каждого блока;

C - удельное сцепление грунта каждого блока;

ш1=arctg(tg 24°+11/218,08)=26,36°;

ш2=arctg(tg 23°+8,5/590,36)=23,6°;

ш3=arctg(tg 24° +8/892,45)=24,42°;

ш4=arctg(tg 24°+8/1024,53)=24,37°;

ш5=arctg(tg 24° +8/1002,65)=24,38°;

ш6=arctg(tg 23,5°+6,5/374,55)=24,33°;

8) Откладываем от нормали N угол ш. Измеряем на чертеже критический угол откоса б - угол между весом P и нормалью к поверхности скольжения N. Полученные данные заносим в таблицу 4.

9) Измеряем на чертеже силы H и T. Сила H как проекция на горизонтальную ось N представляет собой распор, то есть давление на вертикальную стенку нижерасположенного блока, при отсутствии в грунте трения и сцепления.

Сила T - эта часть распора H, воспринимаемая трением и сцеплением. Значения этих сил так же представлены в таблице 2

10) Подсчитав сумму сил H и T по блокам всего оползневого склона, мы можем определить соответствующий ему коэффициент запаса устойчивости. Результаты записываем в таблицу 4

n=? Ti/? Hi	(8)
Таблица 4 Результаты расчета
№блока	P ,т/м	б,град	шi, °	H, т/м	T, т/м
1	218,08	36,9	26,36	164,0	123,2
2	590,36	23,8	23,6	259,2	3,6
3	892,45	24,43	24,42	386,4	196,4
4	1024,53	24,41	24,37	476,4	466,4
5	1002,65	39,9	24,38	814,8	551,6
6	374,55	55,3	24,33	540,4	316,0
Итог:	2632,2	1657,2

n=1657,2/2632,2=0,629

Вывод: n=0,629

Кроме того можно сделать выводы об устойчивости каждого блока в отдельности.

При бi? шi - имеет место равновесие блока; (блок 4)

При бi > шi - собственная устойчивость блоков не обеспечивается и они давят на нижерасположенные блоки (блоки 5,6);

При бi < шi - блоки обладают явным запасом устойчивости и служат поддерживающим контрофорсом для вышерасположенных (блок 1,2,3)

2.1.2 Аналитический метод

Последовательность выполнения:

Для аналитического метода пункты 1, 2 остаются такими же, остальные данные мы получаем не с чертежа, а путём вычислений. Расчетная схема та же, что и для графического метода, представлена на рис.2

Рис.2 - Расчетная схема

3) Рассчитаем давление на вертикальную стенку нижерасположенного блока по формуле (9)

H=tgбi·Pi	(9)

H1=tg36.9 ·218.08=163.73 т/м

H2=tg23.8·590.36=259.99 т/м

H3=tg24.25 ·892.45=402.01 т/м

H4=tg24.41·1024.53=464.96 т/м

H5=tg39.9·1002.65=838.34 т/м

H6=tg55.3·374.55=540.91 т/м

4) Рассчитаем составляющую R, давления на вертикальную стенку нижерасположенного блока по формуле (10)

Ri=Pi·tg(бi- шi)	(10)

R1=218.08·tg(36.9-26.36)=40.57 т/м

R2=590.36·tg(23.8-23.7)=254.98 т/м

R3=892.45·tg(24.43-24.42)=190.02 т/м

R4=1024.53·tg(24.41-24,37)=0.71 т/м

R5=1002.65·tg(39.9-24.38)=278.43 т/м

R6=374.55·tg(55.3-24.33)=224.78 т/м

5) Рассчитаем силу Т, часть распора H, воспринимаемая трением и сцеплением

Т=Н-R	(11)

Т1=163.73-40.57=123.16 т/м

Т2=259.99-259.98=0.01 т/м

Т3=402.01-190.02=211.99 т/м

Т4=464.96-0.71=464.25 т/м

Т5=838.34-278.43=559.91 т/м

Т6=540.91-224.78=316.13 т/м

6) Полученные результаты сводим в таблицу 5

скольжение откос склон Таблица 5 Результаты расчета
№блока	Fi, м2	Pi ,т/м	i, град	сi, m/м2	шi, °	H ,т/м	T ,т/м
1	111,27	218,08	24	11,0	26,36	163,73	123.16
2	305,89	590,36	23	8,5	23,7	259,99	0.01
3	460,03	892,45	24	8,0	24,42	402,01	211.99
4	528,11	1024,53	24	8,0	24,37	464,96	464,25
5	516,83	1002,65	24	8,0	24,38	838,34	559,91
6	194,07	374,55	23,5	6,5	24,33	540,91	316,13
Итог:	2669,94	1675,45

n=1675,45/2669,94=0,627

Вывод: n=0,627

3.Сравнение и анализ расчетных методов. Выводы

Находим среднее значение по первому и второму методу расчета.

(11)

nср = 1,65 + 0,626 /2 = 1,13

, следовательно склон устойчивый и дополнительного перерасчета не требуется.

Список используемых источников

1.Стандарт предприятия. СТП ННГАСУ 1 -1 -98. Основные надписи

2.СТП ННГШАСУ 1 - 2 - 98. Титульный лист

3. СНиП 2.07.01-89*. Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений/ Госстрой России.- М.: ГП ЦПП,1994.-59с.

4. Маслов Н.Ф. Механика грунтов в строительстве - Москва, Высшая Школа - 1965г.

5. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров./Государственное издательство физико - математической литературы - Москва 1962 - 608

Размещено на Allbest.ru

...