Расчет устойчивости оползневого (обвального) склона (откоса)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный

университет путей сообщения»

Кафедра «Железнодорожный путь, основания и фундаменты»

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине «Инженерная Геология»

На тему:

«Расчет устойчивости оползневого (обвального) склона (откоса)»

Выполнил:

Студент 425 группы

Ткачева О.В.

Руководитель: Квашук С.В.

Хабаровск - 2014



Введение

Курсовая работа посвящена оценке и расчету устойчивости склонов. Под оценкой устойчивости склонов понимают определенные 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 распространенности 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.

- Неустойчивые - формирование которых продолжается и сопровождается развитием оползней.

Основным количественным показателем, используемом при локальной оценке и прогнозировании склонов является коэффициент устойчивости - отношения и сумм удерживающих и сдвигающих сил, действующих по поверхности предполагаемого смещения. В своей работе я рассчитывала склон методом кругло цилиндрической поверхности скольжения



1. Определение понятий

Оползень - отделившаяся масса рыхлых пород, медленно и постепенно или скачками оползающая по наклонной плоскости отрыва, сохраняя при этом часто свою связанность, монолитность и не опрокидывая при этом свой грунт.

Поверхность скольжения - это поверхность, по которой происходит или происходило смещение массы горных пород во время оползня.

Коэффициент устойчивости - показатель, характеризующий влияние структурных связей на сжимаемость грунта.

Причины возникновения оползней:

Оползание происходит в рыхлых слабосцементированных породах вследствие того, что крутой и высокий склон по мере подрезания его рекой, водохранилищем, морем теряет свою устойчивость, и значительные горные массы крупными блоками начинают смещаться вниз по склону. Оползневое движение всегда связано с наличием грунтовых вод. Их обилие - необходимое условие оползания. Для возникновения оползней наиболее благоприятны такие геологические условия, когда в основании оползневого склона залегают водоупорные пласты, а выше лежат водоносные породы.

Причиной образования оползней является нарушение равновесия между сдвигающей силой тяжести и удерживающимися силами. Оно вызывается:

1) Увеличение крутизны склона или откоса при подрезке, подработке, подмыве, увеличении их крутизны;

2) Ухудшением физико-механических свойств горных пород при выветривании, набухании, высыхании;

3) Действием гидростатических и гидродинамических сил;

4) Изменение напряженного состояния горных пород при формировании склона;

5) Внешними воздействиями: загрузка склонов, откосов, динамика воздуха, сейсмические колебания;

Условия возникновения оползней:

1) Климатические условия районов;

2) Геологическое строение склонов и откосов;

3) Рельеф местности;

4) Сейсмичность районов в регионах;

5) Гидрологические условия оползней;

6) Тектонические движения;

7) Инженерная деятельность;

8) Особенности физико-механических свойств горных пород.

2. Обзор мероприятий по стабилизации оползней

Если вероятность возникновения оползней велика, то осуществляются специальные мероприятия по защите от оползней. Они включают укрепление оползневых склонов берегов морей, рек и озер подпорными и волноотбойными стенками, набережными. Сползающие грунты укрепляют сваями, расположенными в шахматном порядке, проводят искусственное замораживание грунтов, высаживают растительность на склонах. Для стабилизации оползней в мокрых глинах проводят их предварительное осушение методами электроосмоса либо нагнетанием горячего воздуха в скважины. Крупные оползни можно предотвратить дренажными сооружениями, перекрывающими путь поверхностным и подземным водам к оползневому материалу. Поверхностные воды отводятся канавами, подземные - штольнями или горизонтальными скважинами. Несмотря на дороговизну этих мероприятий, их осуществление дешевле, чем ликвидация последствий произошедшей катастрофы.

Действующие оползни запрашивают применения противооползневых мероприятий. Выбор того или иного мероприятия или комплекса мероприятий зависит от причины, которая порождает данный оползень.

Противооползневые мероприятия. Борьба с оползнями во многих случаях оказывается чрезвычайно сложной, дорогостоящей и зачастую неэффективной. Для успешного применения противооползневых мероприятий необходимо высококачественное выполнение инженерно - геологических изысканий для оценки фактической степени устойчивости склона. Эти изыскания выполняют согласно СНиП 11.02 - 96 и СП11.105 - 97. Установление природы возможных форм нарушения устойчивости склона и разработку рациональных расчетных схем. Ряд специалистов, отмечает, что для успешной реализации противооползневых мероприятий необходима разработка вопросов специальной стратегии и тактики.

К первым относят:

Ш установление природы возможных форм нарушения устойчивости склона и разработку рациональных расчетных схем;

Ш количественную оценку (иногда с некоторым приближением) степени устойчивости склона (определение коэффициента устойчивости - запаса);

Ш выявление наиболее эффективных путей повышения степени устойчивости склона до необходимых пределов;

Ш проектирование откосов с наперед заданной степенью устойчивости.

Второе заключается в выборе в пределах наличных возможностей наиболее эффективных для конкретного случая противооползневых мероприятий и сооружений, не забывая при этом о преимуществах «превентивных» профилактических методов.

Противооползневые мероприятия подразделяются на два вида:

Ш Активные (профилактические), способные воздействовать на основную причину оползня путем полного пересечения или некоторого ослабления ее действия, в частности, снятие перенапряжения грунтовой толщи за счет разгрузки любого вида.

Ш Пассивные (коренные), направленные на повышение значимости факторов сопротивления, влияющих положительным образом на степень устойчивости, например:

1) Отвод поверхностных и грунтовых вод штольнями, канавами, колодцами;

2) Укрепление склонов обжигами, буронабивными и бетонными сваями;

3) Устройство подпорных стен;

4) Террасирование и засев деревьями, кустарниками и травами.

Берегозащитные мероприятия и сооружения наводотока и водоемах у подножья склона включает отвод и выравнивания русел, устройство защитных покрытий, возведение лотков, быстротоков, перепадов стен - набережных.

Водоотводные осушительные и дренажные мероприятия и устройства делят на:

— Работы на поверхности (планировка местности, заделка трещин, устройство покрытий);

— Обустройство дренажей (продольные и поперечные прорези и галереи, дренажные шахты, поглощающие скважины и колодцы);

— Выполнение изоляционных мероприятий (устройство различных инъекционных завес, глинизация, замораживание грунтов).

Землеустроительные мероприятия направления на:

— Разгрузочные работы в активной зоне (полный съем оползневых масс, срезка активной части оползня, очистка скальных откосов, террасирование и уполаживание склона, общая планировка склона) и пригрузки в пассивной зоне (осыпка и отвал грунта);

— Покрытие скальных склонов металлическими и геосинтетическими сетками;

— Армирование поверхностей геосинтетическими материалами (сетками, ячеистыми каркасами и т. п.);

— Устройства каменных ловушек.

Механическое крепление склона связано с устройством одиночных пришпиливающих элементов в виде свай различного типа, проходящих сквозь оползень в коренные породы или рядов в виде шпунтовых стенок, инъекционных и мерзлотных завес.

Подпорные сооружения предусматривается возводить в виде шпунтовых стенок, стен из свай - оболочек большого диаметра, а так же в виде упорных валов из грунта, каменной наброски, массивов - гигантов.

Покрытия предназначены для закрепления поверхности склона от воздействия ливневых и речных вод. Их выполняют из песчаных, гравелистых, галечных грунтов, каменной наброски, каменного мошения, шлакоглинобетона, асфальта и асфальтобетона, бетона и железобетона, геосинтетических пленок из армированного высококачественного полиэтилена. Для закрепления береговой зоны часто используют фашинные тюфяки.

Использование растительности направлено на закрепление и осушение склона. Здесь предусматривается сплошное травосеяние, посадка влаголюбивого кустарника, облесение склона (вяз, дуб, клен, липа, лиственница).

Искусственное укрепление и закрепление грунтов на склоне предусматривают проведение различных инъекций, замораживание грунтов, уплотнение электроосмосом.

Обеспечение устойчивости возводимых сооружений в зоне действий оползня преследует цель повышения безопасности и включает мероприятия:

— Удаление не устойчивого массива на всю его мощность (до коренных неоползнеопасных пород);

— Закладку глубоких фундаментов, опирающихся на устойчивые породы;

— Устройство фундамента из буронабивных свай;

— Использование каркасных конструкций;

— Армирование крутых откосов геосинтетическими сетками и каркасами

— Применение железобетонных поясов;

— Устройство деформационных швов.

Забивка свай и шпунта.

Изобретение относится к строительству, к области стабилизации оползневых склонов и откосов. Способ стабилизации оползня включает заглубление в устойчивый грунт ряда свай. Буронабивные сваи забуривают горизонтально под углом друг к другу 90 градусов в два ряда друг над другом и в шахматном порядке на оползневом склоне или откосе. Технический результат состоит в обеспечении надежной стабилизации оползня, снижения материалоемкости, упрощения конструкции в целом и производства работ. Известны многочисленные способы устройства свайных конструкций, используемых для стабилизации оползней. Основной принцип этих способов заключается в том, что одна часть сваи размещается в неподвижном грунте, а другая часть - в оползающем грунте. Это может быть одиночная свая, один или несколько рядов свай, расположенных фронтально движению оползня.

В изобретении (пат. РФ №1206386, МПК Е02D 5/30, 1986) вертикальный ствол сваи в наконечнике усилен ярусами консольных опорных пластин; в изобретении (пат. РФ №1418420, МПК Е02D 29/02, 1988) для удержания слабых (мягкопластных) грунтов вертикальные стойки свай размещены в ряду попарно и снабжены в оползающих слабых грунтах вертикальными раскрывающимися под давлением грунта плитами, которые задерживают сползающий грунт.

Описанные выше изобретения и известные из литературных источников решения имеют следующие недостатки:

1. Во всех рассмотренных способах основным конструктивным элементом является вертикальная свая, нижний конец которой размещается в устойчивом грунте, верхний - в сползающем. Свая удерживает сползающий грунт лобовым сечением, воспринимая действующий момент, а нижний конец сваи передает противоположный момент на устойчивый грунт, заставляя его работать на срез. Расстояние между сваями не должно превышать трех диаметров, чтобы грунт не продавливался между сваями. Таким образом, количество свай должно быть большим, чтобы они образовывали свайную стенку. Сваи должны армироваться, так как они работают на изгиб. Требуется большой расход бетона и металла.

2. Самораскрывающиеся вертикальные поворачивающие плиты (окрылки) в сползающем грунте и другие специальные дополнительные удерживающие грунт устройства увеличивают расхода металла, требуют проходку шурфов для их установки, сложны в изготовлении и в работе.

3. Наклонные сваи перпендикулярны фронту оползня, они обычно являются анкерами для вертикальных свай, они их усиливают, но не уменьшают количество в ряду, иногда они применяются без вертикальных свай.

Техническим результатом изобретения является уменьшение общего количества свай (свайного строительного материала - бетон, металл) с охватом большего объема сползающегося грунта, упрощение конструкции в целом и упрощение производства работ при обеспечении надежной стабилизации оползня. Технический результат достигается тем, в способе стабилизации оползня, включающем заглубление в устойчивый грунт ряда свай, согласно изобретению, буронабивные сваи забуриваются горизонтально под углом друг к другу 90 градусов в два ряда друг над другом и в шахматном порядке на оползневом склоне или откосе.



3. Метод расчета устойчивости оползней, методом кругло цилиндрической поверхности

Задачей оценки устойчивости существующего оползня (уже существует фактическая поверхность скольжения) является определение степени устойчивости, степени угрожаемое™ оползневых подвижек для существующих сооружений и сохранности местности, а также установление направления противооползневых мероприятий для предупреждения опасного их действия. Когда же ставится задача оценить устойчивость склона или откоса (поверхность скольжения ещё не образовалась), то в этом случае имеются в виду прогноз возможности образования оползней, обоснование крутизны заложения откосов и необходимость осуществления других мероприятий для обеспечения их устойчивости.

Выбор метода расчета устойчивости оползня определяется:

v строением (структурой) оползня, формой выявленной или намечаемой поверхности скольжения, т.е. установленной расчетной схемой (характерный детальный геологический разрез);

v возможностью учета всех силовых воздействий на оползень, определяющих степень его устойчивости - состояние равновесия масс горных пород, слагающих оползень, постоянные или временные нагрузки, гидродинамическое давление, гидростатическое взвешивание, ускорение свободного падения при сейсмических колебаниях и др.;

v удобством практического применения при минимальном числе вычислений, графических построений, возможности использования счетно-решающих устройств, таблиц, графиков и др.

Метод расчета устойчивости оползней, имеющих вогнутую условно кругло-цилиндрическую поверхность скольжения применим для асеквентных и инсеквентных оползней, у которых поверхность скольжения имеет условно кругло-цилиндрическую форму.

Следует отметить, что положение поверхности скольжения у асеквентных и инсеквентных оползней определенно фиксируется только у их вершин по главному уступу или по трещинам на склоне или откосе, а также более или менее определенно у их подошвы. Между этими двумя точками она чаще намечается методом интерполяции радиусом произвольной длины. Поэтому, для того чтобы получить наиболее достоверное состояние равновесия оползня, намечают несколько поверхностей скольжения радиусами разной длины в направлении от главного уступа или отдельных заколов к подошве.

Рис. 1. Поверхность скольжения

По каждой из намеченных поверхностей скольжения проверяют устойчивость оползня. За наиболее вероятную поверхность скольжения принимают ту, по которой коэффициент устойчивости будет иметь наименьшую величину. Расчет в этом случае, как и в других, ведут для массива шириной 1 м, выделенного по геологическому разрезу (Рис. 1). Так как поверхность скольжения I -1, (как и I - II, I - III и др.) на разных участках имеет разный угол наклона, оползневый массив на геологическом разрезе разбивают на блоки 1, 2, 3,...i с таким расчетом, чтобы их ширина была равна примерно 0,1 радиуса кривой скольжения R.

Как установлено, при такой ширине блоков расчет имеет вполне достаточную точность. Определяют площадь S, объем V и вес Р каждого блока способом, описанным выше. Из центра тяжести каждого блока на поверхность скольжения опускают перпендикуляр и к точке пересечения проводят касательную, угол наклона которой характеризует средний угол наклона поверхности скольжения в пределах каждого блока. Этот угол можно определять также из выражения:

где R I радиус кривой скольжения; х- расстояние от точки пересечения перпендикуляра с кривой скольжения (проекция центра тяжести на кривую скольжения) до вертикального радиуса. Определяют длину L кривой скольжения I -1 и значения составляющих силы тяжести для каждого блока - N1, N2, N3,..., Ni и Т1,Т2,ТЗ,..., Тi. Длину кривой скольжения можно определять также из выражения:

где щ - центральный угол.

Затем составляют уравнение равновесия оползневого массива и определяют коэффициент устойчивости:

Расчет производят для каждой из намеченных поверхностей скольжения, из которых устанавливают наиболее вероятную.

Расчет устойчивости оползня методом кругло-цилиндрической поверхности.

Формулы:

S - площадь каждого блока

R = r*400/100

Ш = 0,1*R (длина блока)

P = V*с,

где с = 1,98 т/мі,

где V = Sn*160000/10000

Sinб = X/R,

где б = arcsin(X/R)

L = R*щ*р/180

T = P*sinб

N = P*cosб

f= tgц,

где ц=14

? = (?N*f + C*L)/?T, где C=17

? = 1.904 - склон устойчивый

Расчет устойчивости оползня методом кругло - цилиндрической поверхности.

Формулы:

S - площадь каждого блока

R = r*400/100

Ш = 0,1*R (длина блока)

P = V*с,

где с = 1,98 т/мі,

где V = Sn*160000/10000

Sinб = X/R,

где б = arcsin(X/R)

L = R*щ*р/180

T = P*sinб

N = P*cosб

f= tgц,

где ц=14

? = (?N*f + C*L)/?T, где C=17

? = 1.959 - склон устойчивый

Расчет устойчивости оползня методом кругло-цилиндрической поверхности.

Формулы:

S - площадь каждого блока



R = r*400/100

Ш = 0,1*R (длина блока)

P = V*с,

где с = 1,98 т/мі,

где V = Sn*160000/10000

Sinб = X/R,

где б = arcsin(X/R)

L = R*щ*р/180

T = P*sinб

N = P*cosб

f= tgц,

где ц=14

? = (?N*f + C*L)/?T, где C=17

? = 2,044 - склон устойчивый

4. Схема мероприятий по стабилизации оползней

Подпорная стенка (рис. 2) 1 сооружение, удерживающее грунт откоса насыпей и выемок от обрушения. Чаще всего изготавливается из бетона, т.к. бетон, пожалуй, самый популярный и надежный материал. При правильном расчете и армировании монолитная конструкция выдержит любые нагрузки.

Подпорные стенки с фундаментом I это стенки, применяемые при высоте до 1,8 м. Для фундаментных подпорных стен - в основном используют свайное основание. Устройство фундамента - важный этап в процессе, сооружения подпорных стенок. Качественный фундамент не позволяет подпорной стенке просесть, разваливаться и обеспечивает долголетие. Подпорные стенки выше 2 м являются сложными строительными сооружениями, поэтому требуется производить дополнительные расчеты фундамента и самой стенки.

Основные проектные решения, увеличивающие устойчивость:

1. Для уменьшения давления засыпного грунта, заднюю сторону стены делают наклонной, в сторону засыпки;

2. Для уменьшения вероятности опрокидывания стенки ее ставят на плоский фундамент с выпускной консолью на лицевой стороне;

3. Заливка свайного буронабивного фундамента под стену. Такой фундамент за счет сопротивления грунта будет препятствовать сдвигу и опрокидыванию стены.

Рис. 2. Подпорная стена на свайном фундаменте: 1 -- буронабивные сваи; 2 -- бетонный фундамент; 3 - тело стены.



Наиболее пригодным и популярным на сегодняшний момент - является фундамент на буронабивных сваях с ростверком и распорками (рис. 3). Сваи - недорогой материал для укрепления фундамента. Одна свая выдерживает около 1600 кг.

Буронабивные сваи с ростверками используется при строительстве на ровных, с уклоном и рельефных участках с грунтом типа: песок, глина, супесь и суглинок. Данный вид фундамента представляет из себя свайное поле. В случае осыпающихся пород на поверхности склона отдельные спаянные поля объединяются ростверками и железобетонными распорками.

Диаметр буронабивной сваи может варьироваться от 15 до 40 см. Скважины под буронабивные сваи бурят на глубину 1,5-2 м - это ниже глубины промерзания, грунт на этой глубине сильно уплотнен.

Рис.3 Конструкция из буронабивных свай: 1- буронабивные сваи; 2- железобетонная распорка; 3- ростверки.

Еще одним наиболее употребляемым и не дорогим способом стабилизации склона против оползня является дренажные устройства.

Дренажные устройства предназначены для сбора и отвода от сооружений атмосферных и поверхностных вод, а также грунтовых вод в период паводков и обильных дождей. Дренажные устройства способствуют повышению прочности, устойчивости и долговечности сооружений и покрытий площадок.

Дренажные устройства для отвода воды от заглубленных сооружений выполняются в виде горизонтального дренажа, уложенного по внешнему контуру сооружения на 25--40 см ниже подошвы фундамента.

Для устройства дрен применяются асбоцементные трубы диаметром 150-- 200 мм, имеющие щели для сбора воды (рис. 4).

Рис. 4. Дренажная асбоцементная труба с пропилами

Трубы укладываются с уклоном в сторону отвода воды на слой уплотненного песка, сверху засыпаются щебнем с уменьшением размера фракций по высоте (рис. 5). Поверху траншея засыпается местным грунтом.



Рис.5. Поперечный разрез дренажа: 1 -- дерновый слой; 2 -- местный грунт; Э -- мелкий щебень; 4 -- крупный щебень; 5 -- уплотнительный песок; 6 -- дренажная труба



Заключение

Таким образом, оползни являются одним из опаснейших природных явлений, происходящих на нашей земле. Оползни могут разрушать населенные пункты, уничтожать сельскохозяйственные угодья, создавать опасность при эксплуатации карьеров и добыче полезных ископаемых, повреждать коммуникации, туннели, трубопроводы, телефонные и электрические сети, водохозяйственные сооружения, главным образом плотины. Кроме того, они могут перегородить плотину, образовать завальное озеро и способствовать наводнениям.

Оползни не обошли стороной и людей. По мнению известного швейцарского специалиста по оползням профессора А.Гейма, только в Швейцарии до 1930 года от них погибло более 5000 человек. Прибавив к этому данные по всему остальному миру и более близкие нам по времени оползни, мы приблизимся к цифре: 100000, не учитывая оползни при землетрясениях.

В ходе данной курсовой работы было раскрыто основное понятие- оползень, рассчитан коэффициент устойчивости с помощью метода круглоцилиндрической поверхности, рассмотрены: структура оползня, его классификации, причины и условия возникновения, а также методы борьбы с ними.

Проделав работу, можно сделать вывод: данный склон является не устойчивым, оползень - действующим, т.к. при вычислении коэффициента устойчивости три раза, результат получался меньше 1,2.

В моей работе был предложен метод осушения откоса (перехват грунтовых вод) по стабилизации оползня, которая на мой взгляд наиболее эффективна по предотвращению оползневого процесса.

оползень скольжение устойчивость цилиндрический



Список использованной литературы

1.Е.М.Сергеев. Инженерная геология. Изд.Московского университета. 1982г.

2.В.П.Ананьев, А.Д. Потапов. Инженерная геология. Москва. «Высшая школа» 2006г.

3.О.К.Леолтьев, Г.И.Рычагов “Общая геоморфология” М.Высшая школа, 1988г.

4.Л.К. Гинзбург, «Противооползневые удерживающие конструкции», Москва Стройиздат 1979

5.Сайт: «www.chuchotezvous.ru»

6. Сайт: «www.drillings.su»

Размещено на Allbest.ru

...