Стійкість укосів і схилів

Загальні положення

укосом називається штучно створена поверхню, що обмежує природний грунтовий масив, виїмку або насип. Укоси утворюються при зведенні різного роду насипів (дорожнє полотно, дамби, земляні греблі і. т.д.), виїмок (котловани, траншеї, канали, кар'єри і. п.) або при перепрофілювання територій.

схилом називається укіс, утворений природним шляхом і що обмежує масив грунту природного складання.

При несприятливому поєднанні різноманітних факторів масив грунтів, обмежений укосом або схилом, може перейти в нерівноважної стан і втратити стійкість.

Основними причинами втрати стійкості укосів і схилів є:

пристрій неприпустимо крутого укосу або підрізування схилу, що знаходиться в стані, близькому до граничного;

збільшення зовнішнього навантаження (зведення споруд, складування матеріалів на укосі або поблизу його бровки);

зміна внутрішніх сил (збільшення питомої ваги грунту при зростанні його вологості або, навпаки, вплив вісового тиску води на грунти);

неправильне призначення розрахункових характеристик міцності грунту або зниження його опору зрушення за рахунок, наприклад підвищення вологості;

прояв гідродинамічного тиску, сейсмічних сил, різного роду динамічних впливів (рух транспорту, забивання паль і. т.п.).

Інженерні методи розрахунку стійкості укосів і схилів

У проектній практиці застосовуються інженерні методи розрахунку стійкості, що містять різного роду спрощують припущення. Найбільш поширений з них - метод круглоціліндріческіх поверхонь ковзання, відносить до схеми плоскої задачі.

Рис. 1. Схема до розрахунку стійкості укосів методом круглоціліндріческіх поверхонь ковзання: а) - розрахункова схема; б) - визначення положення найбільш небезпечною поверхні ковзання; 1, 2, ... - номери елементів.

Цей метод був вперше застосований К. Петерсоном в 1916 р. для розрахунку стійкості укосів (тоді і довгий час називався методом шведського геотехнічного товариства).

Розглянемо широко використовується модифікацію цього методу. Припустимо, що втрата стійкості укосу або схилу, представленого на рис. 1, а, може відбутися в результаті обертання відсіку грунтового масиву щодо деякого центру . Поверхня ковзання в цьому випадку буде представлена дугою кола з радіусом r і центром в точці . Зміщається масив розглядається як недеформіруемий відсік, всі точки якої беруть участь у загальному русі. Коефіцієнт стійкості приймається у вигляді

, (1)

де і - моменти стосовно центру обертання всіх сил, відповідно утримують і зміщується відсік.

Для визначення що входять у формулу (1) моментів відсік грунтового масиву розбивається вертикальними лініями на окремі елементи. Характер розбивки призначається з урахуванням неоднорідності грунту відсіку і профілю схилу так, щоб у межах відрізка дуги ковзання підстави кожного i-го елемента міцнісні характеристики грунту j і з були постійними. Обчислюються сили, що діють на кожен елемент: вага грунту в обсязі елемента і рівнодіюча навантаження на його поверхню . При необхідності можуть бути також враховані і інші впливу (фільтраційні, сейсмічні сили і т.д.). Рівнодіюча сил вважаються доданими до основи елемента і розкладаються на нормальну і дотичну складові до дуги ковзання у точці їх застосування. Тоді

; (2)

Відповідно момент сил, обертаючих відсік навколо 0, визначився як

(3)

де п - число елементів у відсіку.

Приймається, що утримують сили в межах підстави кожного елемента обумовлюються опором зсуву за рахунок внутрішнього тертя і зчеплення грунту. Тоді з урахуванням виразу для закону кулона можна записати

, (4)

де - довжина дуги підстави i-го елемента, що визначається як . Тут - ширина елементу)

Звідси момент сил, що утримують відсік, буде мати вигляд

. (5)

Враховуючи формулу (1), остаточно отримаємо

. (6)

При стійкість відсіку масиву грунту щодо обраного центру обертання 0 вважається забезпеченою. Основна складність при практичних розрахунках полягає в тому, що положення центру обертання 0 і вибір радіуса r, відповідні найбільш небезпечного нагоди, невідомі. Тому зазвичай проводиться серія таких розрахунків при різних положеннях центрів обертання і значеннях r. Найчастіше найбільш небезпечна поверхню ковзання проходить через нижню точку укосу або схилу. Однак якщо в підставі залягають слабкі грунти з відносно низькими значеннями міцності характеристик j і с, то ця умова може не виконуватися.

Один із прийомів знаходження найбільш небезпечного стану поверхні ковзання полягає в наступному. Здався координатами центрів обертання 01, 02, ..., 0n на деякій прямій, визначають коефіцієнти стійкості для відповідних поверхонь ковзання і будують епюр значень цих коефіцієнтів (рис.1, б). Через точку 0min, що відповідає мінімальному коефіцієнту стійкості, проводять по нормалі другий відрізок прямої і, маючи в своєму розпорядженні на ньому нові центри обертання , , ..., знову оцінюють мінімальне значення коефіцієнта стійкості. Тоді і визначить положення найбільш небезпечною поверхні ковзання. При стійкість укосу або схилу буде забезпечена.

Заходи щодо підвищення стійкості укосів і схилів.

Одним з найбільш ефективних способів підвищення стійкості укосів і схилів є їх виполажіваніе або створення уступчастий профілю з утворенням горизонтальних майданчиків (берм) по висоті укосу. Однак це завжди пов'язане зі збільшенням обсягів земляних робіт. При відносно невеликій висоті укосів може виявитися ефективною прігрузка підошви в його низової частини або пристрій підпірної стінки, що підтримує укіс. Позитивну роль також грають закріплення поверхні укосу одерновкой, мостіння каменем, укладанням бетонних або залізобетонних плит.

Найважливішим заходом є регулювання гідрогеологічного режиму укосу або схилу. З цією метою сток поверхневих вод перехоплюється пристроєм нагірних канав, відведенням води з берм. Підземні води, що височує на поверхні укосу або схилу, перехоплюються дренажними пристроями з відведенням вод в спеціальну лівнесточную мережу.

При необхідності розробляються складні конструктивні заходи типу прорізування потенційно нестійкого масиву грунтів системою забивних або набивних паль, вертикальних шахт і горизонтальних штолень, заповнених бетоном і вхідних в підстилають нерухомі частини масиву. Використовується також анкерне закріплення нестійких об'ємів грунту, часто у взаємодії з підпірними стінками або пальовими конструкціями.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.shpora-zon.narod.ru/