Расчет гибких креплений откосов с использованием геотекстиля для малосвязных грунтов

Размещено на http://www.allbest.ru/

РАСЧЕТ ГИБКИХ КРЕПЛЕНИЙ ОТКОСОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГЕОТЕКСТИЛЯ ДЛЯ МАЛОСВЯЗНЫХ ГРУНТОВ

Бугай Н.Г. зав. отд., к. т. н., Фридрихсон В.Л., к. т. н.

(Институт гидромеханики НАН Украины, Киев)

Рассматривается расчетная схема устойчивости гибких креплений из каменной наброски и бетонных блоков, скрепленных гибкими связями, по геотекстилю при быстром снижении уровня воды перед откосом. Предложена методика учета сил сцепления при расчете крепления откоса, сложенного малосвязными грунтами.

The calculated schemas of a stability of flexible strengthening from rock fill and concrete blocks fastened by flexible links on geotextiles are considered at effect, fast lowering of a level before a slope. The method of application of the registration of binding forces is proposed at calculation of strengthening of a slope folded small-connected by grounds.

Рассматриваем два типа крепления: крепление из каменной наброски и из бетонных блоков, скрепленных гибкими связями, по слою геотекстиля на однородном основании из малосвязного грунта.

Геотекстиль представляет собой нетканый или тканый плоский материал из полимерных волокон, укладывается по контакту крепления и грунта откоса, выполняет роль обратного фильтра.

Гибкое крепление характеризуется поверхностной плотностью , где - толщина крепления, - объемная массовая плотность крепления.

Для крепления из каменной наброски

(1)

где - массовая плотность камня, n - пористость каменной наброски.

Для гибкого крепления из бетонных блоков с заполнением пустот щебнем

(2)

гибкий крепление откос грунт

где - массовая плотность бетона, - массовая плотность щебня, n1 -пористость собственно бетонного крепления, n2 - пористость заполнения из щебня.

Если крепление заполнено водой, то с учетом взвешивания элементов крепления в воде будет:

- для крепления из каменной наброски

(3)

где - массовая плотность воды;

- для гибкого крепления из бетонных блоков с заполнением пустот щебнем

(4)

Рассмотрим расчетную схему закрепленного откоса для случая быстрого понижения уровня воды перед откосом (мгновенный сброс), hвыс > 0,3 м. (рис. 1).

Рис. 1

Уровень воды перед откосом мгновенно снижается на величину Мгновенным сбросом можно считать 1, если скорость снижения уровня , где - коэффициент фильтрации грунта откоса. Это может быть при быстром (аварийном или неконтролируемом) опорожнении канала или водоема, при быстром подъеме и спаде уровня в нижнем бьефе ГЭС.

Крепление не затоплено водой. Сдвиг происходит по плоскости, параллельной поверхности откоса на глубине . Грунт откоса насыщен водой. Фильтрационный поток силой на участке длиной выходит на поверхность откоса под углом .

(5)

(6)

где средний градиент фильтрационного потока

.

Сдвигающая сила

(7)

Удерживающая сила

8)

где - расчетный коэффициент сцепления грунта откоса.

Тогда коэффициент устойчивости крепления k будет:

(9)

При геотекстиль, как и все крепление, не работает на растяжение. При усилие на разрыв в геотекстиле будет

(10)

Рис. 2 Экспериментальные зависимости : 1 - при мгновенном снижении уровня; 2 - при

При практических расчетах значение определяем, используя экспериментальные зависимости , рис. 2. Эти зависимости были получены нами 2 в результате анализа гидродинамических сеток притока к откосу, построенных с использованием метода ЭГДА для плоских моделей. Значение определялось нами на грунтовых моделях из лессовидной супеси, При мгновенном сбросе , при установившейся фильтрации При расчетах принимаем или

Значение Ср определяем по экспериментальной зависимости , рис. 3, где С - коэффициент сцепления грунта откоса, - давление на поверхность сдвига призмы обрушения

Рис. 3 Экспериментальная зависимость

(11)

Зависимость Рис. 3 была получена нами в результате анализа опытов на грунтовых моделях, проведенных нами ранее при исследовании устойчивости крепления откосов Рогачекского магистрального канала [2].

Исследования проведены на грунтовых моделях пригруженных откосов в фильтрационном лотке. В качестве пригрузки использовался щебень по слою крупнозернистого песка (d = 0,5 ч 2 мм) или слою из геотекстиля толщиной ~ 1 см.

Данные о фильтрационном потоке в откосе были получены на основе моделирования на ЭГДА для случая мгновенной сработки уровня воды в канале [2]. Гидродинамические сетки были обработаны, в результате чего получены средние значения угла вср для каждого опыта.

При проведении опытов было отмечено, что деформации откосов происходят в три стадии.

Первая стадия - откос не деформируется, коэффициент запаса местной устойчивости откоса kз.оп > 1.

Вторая стадия - откос деформируется незначительно, деформации затухающие kз.оп 1.

Третья стадия - деформации откоса прогрессирующие, через некоторое время откос оплывает kз.оп < 1.

По результатам опытов установлено, что мало изменяется и может быть принято 0,115. Тогда учитывая, что , получим , где - толщина призмы сдвига.

Коэффициент запаса местной устойчивости откоса без учета сил сцепления kз

(12)

С учетом сил сцепления kз.с

(13)

Из (13) видно, что учет сил сцепления приводит к увеличению коэффициента запаса на

(14)

 (15)

Значения коэффициента во всех опытах больше 1 (см. рис. 4), что говорит о значительном влиянии сил сцепления на устойчивость откоса.

Рис. 4 Зависимость при мгновенном сбросе для откоса, пригруженного щебнем, .

Грунт - лессовидная супесь

Значение по результатам опытов определялось по зависимости

(16)

Зависимость (15) при известных значениях позволяет определить действительное значение коэффициента сцепления Cр, который является расчетным.

При расчете гибкого крепления с использованием геотекстиля учет связности грунта производим следующим образом [3]. Определяем без учета сил сцепления по (12), с учетом сил сцепления по (13), растягивающее усилие в геотекстиле без учета сил сцепления и с учетом сил сцепления по следующим зависимостям

(17)

(18)

(19)

(20)

(21)

(22)

Допустимое усилие на разрыв геотекстиля с учетом его работы на растяжение определяется из уравнения:

(23)

Принимая коэффициент запаса , получим:

(24)

Литература

1. Чугаев Р.Р. Земляные гидротехнические сооружения. - Энергия. - Л. -1967. - 460 с.

2. Беляшевский Н.Н., Бугай Н.Г. Отчет по теме «Исследование устойчивости откосов магистрального Рогачекского канала и рекомендации по его креплению». - Институт гидромеханики НАН Украины. - Киев. - 1969.

3. Бугай Н.Г., Кривоног А.И., Кривоног В.В., Фридрихсон В.Л. Гибкие крепления откосов земляных плотин гидротехнических сооружений с использованием геотекстиля. // Прикладная гидромеханика. - 2006. - Т. 8, № 1. - С. 3-21.

Размещено на Allbest.ru