Реферат устойчивость горных склонов

Обновлено: 29.06.2024

Степень устойчивости природных склонов (как с учетом земляного полотна, так и без него) должна оцениваться уже на предпроектной стадии ТЭО при выборе наиболее экономически и технически оправданного варианта проложения трассы.
Наиболее подробный расчет устойчивости склонов производится на стадии разработки технического проекта применительно к выбранному варианту расположения земляного полотна после получения достаточно полных данных по инженерно-геологическому строению склонов и физико-механическим свойствам грунтов.

Прикрепленные файлы: 1 файл

геотех.docx

Расчет устойчивости природных склонов и откосов земляного полотна

51. Степень устойчивости природных склонов (как с учетом земляного полотна, так и без него) должна оцениваться уже на предпроектной стадии ТЭО при выборе наиболее экономически и технически оправданного варианта проложения трассы.

Наиболее подробный расчет устойчивости склонов производится на стадии разработки технического проекта применительно к выбранному варианту расположения земляного полотна после получения достаточно полных данных по инженерно-геологическому строению склонов и физико-механическим свойствам грунтов.

52. Устойчивость природного склона следует рассчитывать прежде всего исходя из наиболее вероятной формы нарушения его устойчивости (скол при просадке, срез с вращением, оползень-поток и т.п.) и обязательно применительно ко всему природному склону, а не к его локальной части, расположенной в зоне возведения земляного полотна.

Для природного оползневого склона форма нарушения его устойчивости определяется наиболее просто по четким признакам, сопровождающим оползневую активность (стенки срыва, трещины растяжения, локальная заболоченность, валы выпирания и т.п.) и отделяющим оползневое тело от здоровой части склона.

В случае, когда склон устойчивый или условно-устойчивый и трудно заранее с достаточной достоверностью определить наиболее вероятную форму нарушения его устойчивости, следует исходить из предполагаемой в данном случае формы деформации, принимая во внимание особенности геологического строения толщи склона и факторы, связанные со строительством автомобильной дороги (подсечка, перегрузка, разгрузка и т.п.). При этом следует выполнять проверочные расчеты для нескольких возможных схем. Наиболее вероятной схемой будет та, которая дает минимальную величину коэффициента запаса устойчивости.

53. Устойчивость склонов следует рассчитывать по поперечнику, в котором наиболее неблагоприятно сочетаются такие факторы, как крутизна склона, наличие ослабленных зон, мощность смещающихся грунтов и т.п.

54. Устойчивость склонов и откосов рассчитывают по двум предельным состояниям (плоская задача):

а) по прочности (1-е предельное состояние);

б) по деформируемости (2-е предельное состояние).

55. Расчет устойчивости откосов и склонов по прочности сводится к определению коэффициента запаса устойчивости К_зап и сравнению его с требуемой величиной.

При этом коэффициент запаса устойчивости определяется как отношение суммы сил, удерживающих откос или склон в устойчивом состоянии, к сумме сил, нарушающих это состояние.

Для расчета суммарного воздействия удерживающих сил при оценке величины К_зап используются прочностные характеристики грунта, а именно: его сопротивляемость сдвигу, определяемая силами внутреннего трения грунта j_w и общего структурного сцепления C_w .

56. Устойчивость откосов и склонов по деформируемости следует рассчитывать, если обеспечена их устойчивость по прочности (К_зап > 1), но есть опасность развития длительных деформаций ползучести во времени.

В этом случае дополнительно в качестве исходных характеристик грунта следует оценивать коэффициент динамической вязкости h.

57. Проверку устойчивости оползневых склонов по критериям деформируемости необходимо осуществлять особенно в тех случаях, когда угол внутреннего трения грунтов, слагающих склон, близок к нулю, а общее структурное сцепление обусловлено главным образом силами связности.

Расчет устойчивости оползневых склонов с фиксированной поверхностью скольжения

Расчет по прочности (1-е предельное состояние )

58. Для опенки устойчивости природных оползневых склонов с фиксированной поверхностью скольжения следует использовать метод горизонтальных сил (метод Маслова-Берера).

59. Степень устойчивости склона в этом случае оцениваемся коэффициентом запаса устойчивости, определяемым по формуле

T = H – R = Q[tga - tg(a - y_p) ] (10)

T - часть распора, воспринимаемая трением и сцеплением грунта по поверхности скольжения;

H - распор (давление на стенку блока) при отсутствии в грунте между блоками сил трения и сцепления;

R - непогашенная (активная) часть распора;

y_p - угол сопротивления сдвигу на поверхности скольжения при нормальном напряжении p от веса блока;

a - угол наклона поверхности скольжения расчетного блока к горизонту.

60. Расчет по методу горизонтальных сил выполняется в такой последовательности:

на основе анализа инженерно- геологических условий намечают наиболее вероятные поверхности скольжения (рис.1);

каждый из предполагаемых отсеков обрушения разбивается на отдельные блоки с таким расчетом, чтобы границы блоков соответствовали местам перелома поверхности скольжения и в пределах каждого блока на поверхности скольжения сохранялись постоянными значения сдвиговых характеристик грунта;

в пределах каждого расчетного блока графически или аналитически определяют силы активного давления, направление которых принимается горизонтальным. При графическом решении откладывают в масштабе вес блока Q, от середины поверхности скольжения в пределах рассматриваемого блока проводят нормаль к этой поверхности и графически определяют величину распора Н, который действует на стенку блока, при допущении, что трение между блоками отсутствует.

Аналитически величина Н выража ется формулой

Рис.1. Схема к оценке устойчивости склона по методу горизонтальных сил (метод Маслова-Берера)

Далее в сторону скольжения отсека откладывают угол сопротивления сдвигу:

где F_р - коэффициент сопротивления сдвигу.

Под этим углом проводят линию до пересечения с направлением силы Н, получают силу Е и силу Т.

При практическом использовании метода горизонтальных сил напряжение р определяют по "гидростатическому принципу":

где g_w - объемный вес грунта;

h - средняя высота расчетного блока.

Фильтрационное давление грунтовых вод W_фi учитывают в условиях плоской задачи по выражению

где Dв - объемный вес воды;

J_i - гидравлический градиент, действующий в пределах расчетного блока;

w_i - площадь сечения выделенного расчетного блока.

Расчет по деформируемости (2-е предельное состояние)

61. Для оценки скорости смешения поверхности оползневого (рис.2) склона v_o может быть использована формула

где h - мощность слоя смешения;

G - "мертвая" зона, характеризуемая постоянством скорости ползучести и представляющая собой блок породы, смещающийся на слое грунта мощностью (h - G);

g_w - объемный вес грунта;

j_w, C_c - угол внутреннего трения и структурное сцепление соответственно;

h - коэффициент динамической вязкости грунта.

Рис.2. Схема к оценке скорости смещения поверхности оползневого массива

62. Мощность "мертвой" зоны зависит главным образом от величины структурного сцепления С_с и определяется по выражению

63. В случае, если оползневый склон в зоне активных подвижек сложен пластичными глинистыми грунтами, для которых j_w = 0 и С_с = 0, то формула (15) упрощается и принимает следующий вид:

Оценка устойчивости насыпей на оползневых склонах

Расчет по прочности (1-е предельное состояние)

64. Для оценки устойчивости насыпей на оползневых склонах, имеющих фиксированную поверхность смещения, следует применять метод горизонтальных сил (метод Маслова-Берера), позволяющий определить величину К_зап.

65. Наличие насыпи на склоне не вносит принципиальных изменений в методику использования метода горизонтальных сил, поэтому все положения остаются в силе и могут быть применены и в этом случае.

Расчет по деформируемости (2-е предельное состояние )

66. Скорость деформирования контура насыпи на оползневом склоне (рис.3) следует рассчитывать по следующей зависимости:

где z, х - координаты точек контура насыпи;

v - скорость смещения грунтов оползневого склона;

в, с, h₁, h₂, k - геометрические характеристики насыпи;

f_g - вес единицы объема грунта, дин, f_g = q·g_w ;

h - коэффициент динамической вязкости, пуаз.;

ф₍_τ₎ - интеграл вероятности, определяемый в соответствии с табл.1 приложения 2

Рис.3. Схема к расчету скорости деформирования контура насыпи на оползневом склоне

67. Скорость смещения оползневого склона v может быть оценена по формуле

где G - мощность (рис.4) "мертвой" зоны;

Q - нагрузка от веса насыпи;

a - угол наклона склона к горизонту;

h - мощность оползневого слоя грунта.

Мощность "мертвой" зоны определяется по формуле

Рис.4. Схема к оценке скорости смещения оползневого склона

Оценка общей устойчивости откосов насыпей автомобильных дорог

68. По известным значениям прочностных характеристик глинистых грунтов j_w, С_w определяется мощность критического слоя грунта Н_кр, эквивалентного величине раздавливающей нагрузки при одноосном сжатии

69. Далее определяется величина безразмерного параметра по формуле,

где h - высота откоса.

Очертание откоса земляного полотна строится в системе координат Z0Х (рис.5 ) по формуле

где l - параметр, зависящий от упруго-вязких свойств глинистого грунта;

ф₍_τ₎ - интеграл вероятности, определяемый по табл.1 приложения 2.

70. В зависимости от величины параметров n и l возм ожны три основных случая состояния откоса земляного полотна:

а) нарушение общей устойчивости откоса в результате потери прочности грунта (К_зап

Составление прогноза устойчивости склонов, сравнительно-геологические методы исследования. Количественные критерии и проверка достоверности. Зависимость сопротивления грунтов от нормальной нагрузки. Моделирование предельного напряженного состояния пород.

Рубрика	Геология, гидрология и геодезия
Вид	доклад
Язык	русский
Дата добавления	12.11.2015
Размер файла	19,2 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Прогноз устойчивости склонов

Для оценки и прогноза устойчивости склонов используется большое количество методов, которые можно подразделить на такие основные группы: сравнительно-геологические, геологического подобия, механико-математические (строгие решения, расчетные, расчетно-экспериментальные), лабораторного моделирования, стохастические (вероятностные).

Сравнительно-геологические методы основаны на сравнении инженерно-геологических условий рассматриваемого участка с условиями склонов-аналогов, где раньше изучались проявления оползней (Г.С. Золотарев, 1956; Е.П. Емельянова, 1971). Например, сравнительный метод, предложенный Е.П. Емельяновой (1971), базируется на сопоставлении геометрических параметров устойчивых и неустойчивых склонов. Сравнительно-геологическими методами, возможно, оценивать вероятность смещения и приблизительно определять размеры ожидаемых оползней. При использовании этого метода обычно вызывает сложность подбор натурных аналогов, которые достаточно полно отвечают склону-объекту. Некоторую сложность представляет также количественная оценка устойчивости склона, на котором оползневые смещения не происходили. Она может быть выполнена только приблизительно на основе сопоставления общего угла наклона склона, который изучается и склона-аналога.

Методы геологического подобия основаны на теоретических разработках Л.Б. Розовского (1969 г.). Как и сравнительно геологические методы, эти методы нуждаются в выборе аналога сначала по качественным, а затем и по количественным признакам. По количественным признакам, согласно представлениям о закономерностях изучаемого процесса (в нашем случае - оползневой склон) определяются безразмерные критерии подобия. При сопоставлении устойчивости для склона-объекта и склона-аналога необходимо придерживаться качественного подобия формы склона, геологического строения, гидрогеологических условий, механизма смещения, внешнего влияния на склон, основных показателей свойств пород и методики установления этих свойств. Количественные критерии подобия, которые устанавливаются по теории размерностей, должны выражать в безразмерном виде соотношение количественных параметров (высота склонов, их крутизна, мощность обводненной зоны, величины прочности на сдвиг и другие), которые используются для характеристики склонов-аналогов и для оценки устойчивости склона-объекта. Вообще, методами геологического подобия можно решать практически любые прогнозные задачи. Однако, кроме трудностей (аналогично со сравнительно-геологическими методами) относительно подбора аналогов, использование методов геологического подобия дополнительно осложняется процессом выбора количественных критериев и проверкой их достоверности.

Механико-математические методы основаны на разных схемах, представлениях о механизме оползневых деформаций пород склонов и в большинстве своем предназначены для определения оценки устойчивости склона в различных условиях. Подавляющее большинство методов разработано для условий плоской задачи, когда рассматривается равновесие элементарного массива грунта шириной в единицу длины, условно “вырезанного” по направлению движения произошедшего или ожидаемого оползня. В природных условиях плоская задача отвечает оползням, у которых ширина значительно больше длины, то есть - фронтальным.

Механико-математические методы оценки и прогноза устойчивости склонов и оползней можно подразделить на такие основные группы:

Строгие решения теории предельного равновесия (теория сыпучей среды В.В. Соколовского, 1942). В этих методах допускается, что предельное состояние наступает одновременно в пределах всего массива, который должен отделяться и в пределах его объема изучается напряженное состояние. Методы позволяют расчетами или с помощью специальных графиков находить форму поверхности “равностойкого” откоса или определять величину максимальной нагрузки на горизонтальную поверхность массива. Расчетные (приблизительные, инженерные) методы основаны на расчетах предельного равновесия масс горных пород по поверхностям смещения разной формы (кругло-цилиндрической, плоской, ломаной и другой) и позволяют определить коэффициент устойчивости склона. На сегодняшний день существует более ста методов этой группы, которые отличаются: по форме поверхности скольжения; способу установления наиболее опасной из них (такой, которая имеет минимальный коэффициент устойчивости склона); предположениями относительно механизма смещения, схемы расчетов удерживающих и сдвигающих сил и направлений их действия, взаимодействия отдельных частей оползневого тела и учета дополнительных сил (фильтрационных, сейсмических, внешних) и другими.

Большое количество расчетных методов, так называемых методов кругло-цилиндрических поверхностей смещения и их модификаций, базируется на предположении, что поверхность смещения в вертикальном разрезе имеет вид дуги круга (В. Феллениус, 1926; К. Терцаги, 1934) и предназначены для использования в однородных массивах пород. Существуют разные способы предварительного определения положения поверхности смещения (поиска центра дуги круга), имеющей минимальный коэффициент устойчивости, то есть наиболее опасный для склона при заданных условиях.

Другая группа расчетных методов (например, “прислоненного” откоса Г.М. Шахунянца, 1964;) предназначена для использования, когда форма поверхности скольжения (плоская, ломаная, ломано-вогнутая) и ее положение обусловлены особенностями геологического строения массива (слабые прослои; границы раздела слоев пород, наклоненных в сторону склона; делювиальные отложения на поверхности коренных пород; тело оползня и др.). В этих случаях устойчивость склона проверяется по нескольким поверхностям смещения или по одной (при оползнях форма и положение поверхности скольжения не изменяется - она “зафиксирована” особенностями геологического строения). Естественно, что в этих случаях очень важная роль отводится данным изысканий и их достоверности. Для приближенной оценки параметров откосов и их сравнительной характеристики можно пользоваться методами, которые не нуждаются в трудоемких расчетах по определению достоверных поверхностей смещения. Таким требованиям отвечает метод равнопрочного откоса или метод Fp (М.М. Маслов, 1949), который является упрощенным аналогом метода “равностойкого” откоса В.В. Соколовского. В методе равнопрочного откоса делается предположение, что крутизна поверхности склона в любой точке равняется величине угла сдвига пород, которые слагают склон.

Главным количественным показателем степени приближения склона к предельному состоянию является коэффициент устойчивости Ку (или коэффициент запаса устойчивости, или коэффициент запаса), за который, в общем случае, принимается соотношение суммы удерживающих сил (Уc) к сумме сдвигающих сил (Уф) вдоль существующей или потенциальной поверхности скольжения. В некоторых случаях коэффициент устойчивости определяется как отношение расчетной величин угла внутреннего трения и сцепления к таким критическим значениям этих параметров, при которых наступает предельное состояние склона (например, в методе равнопрочного откоса). Практически во всех расчетных методах для определения удерживающих сил, действующих вдоль поверхности скольжения, используется зависимость сопротивления грунтов сдвигу от нормальной нагрузки Ш. Кулона.

Расчетно-экспериментальные (с использованием лабораторного моделирования) методы используются для определения напряженного состояния пород склона расчетным путем (по формулам теории упругости, методами конечных элементов, конечных разностей и др.) или по результатам моделирования предельного напряженного состояния пород методами тензометрической сетки, фотоупругости, электрогеодинамических аналогий (И.П. Зелинский, 1983). По результатам расчетов или моделирования выполняется оценка, и прогноз устойчивости склона путем сопоставления полей показателей прочности пород и полей величин действующих (касательных) напряжений. Важным преимуществом такого подхода оценки устойчивости склона является возможность выполнения как общей оценки устойчивости склона по существующей или предполагаемой поверхности смещения, так и выделения зон возможных пластических деформаций в любых частях склона.

Методы лабораторного моделирования, подразделяющиеся, главным образом, на физические и аналоговые, позволяют изучать напряженное состояние массива пород (эти данные используются для количественной оценки устойчивости склона) и процессы развития оползневых деформаций, их скорости, виды, механизм, а также оценивать влияние различных факторов и эффективность защитных мероприятий. Среди физических методов требованиям прослеживания процесса в модели, возможности изучения динамики изменения напряженно- деформированного состояния пород модели в зависимости от изменения различных факторов отвечают методы эквивалентных материалов и центробежного моделирования. По данным о величинах напряжений предварительно оттарированих датчиков, возможно, осуществлять оценку устойчивости склонов (И.П. Зелинский, 1977).

Стохастические (вероятностные) методы основаны на установлении вероятной корреляционной зависимости прогнозируемого показателя от значений параметра, характеризующего факторы развития процесса. Для применения этих методов необходимо большое количество исходных данных и их обработка с помощью регрессионного анализа. При наличии большой и достаточно достоверной совокупности измерений существует принципиальная возможность определять с помощью этих методов скорости отступания бровки склона, повторяемость периодов активизации оползней и средние скорости их движения, размеры оползневых тел и другие параметры, которые возможно измерить в натурных условиях. Вместе с тем, стохастический принцип не может использоваться для определения и прогноза величины коэффициента устойчивости склона. Вообще, необходимо понимать, что результаты расчетов и моделирования устойчивости склонов какими-либо методами всегда дают приблизительный результат в связи с тем, что построение схем, учет факторов и механизма процесса представляет собой сложную задачу. Вследствие этого, обязательным требованием оценки устойчивости склона является использование комплекса методов расчетов и моделирования наряду с методами, основанными на геологическом анализе.

Читайте также: