Dessadecor-nn.ru

Журнал Dessadecor-NN
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Расчет коэффициента устойчивости откоса насыпи

7.2 ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСА НАСЫПИ

    Пётр Алёнкин 3 лет назад Просмотров:

1 Т.В. Гавриленко, сайт ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСА НАСЫПИ Материал излагается по учебному пособию: «Проектирование автомобильных дорог. Основы [Электронный ресурс]: учебное пособие / Жуков В.И., Гавриленко Т.В. Красноярск: Сиб. Федер. ун-т, с. [1]. В соответствии с рекомендациями СП Автомобильные дороги [2], при проектировании насыпей высотой до 12 м и выемок глубиной до 12 м следует применять типовые решения (см. п. 5.1). При высоте насыпи или глубине выемки более 12 м необходимо прибегать к индивидуальному проектированию, т.е. требуется оценить устойчивость предлагаемой конструкции земляного полотна. Одним из наиболее распространенных видов деформаций земляного полотна автомобильных дорог является потеря общей устойчивости откосов насыпей и выемок. Различают две схемы обрушения: — если грунт земляного полотна однороден или отдельные его слои мало отличаются по прочностным показателям, смещение оползающего массива происходит по образующейся в грунте криволинейной поверхности скольжения; — если грунт земляного полотна имеет неоднородные напластования, резко различающиеся по прочностным показателям, смещение грунтового массива может происходить по фиксированной поверхности между слоями. Как показывают многочисленные наблюдения, откосы насыпей обрушиваются по поверхностям скольжения, близким по форме к круглоцилиндрическим. При достаточно устойчивых грунтах основания поверхность обрушения обычно проходит через подошву откоса насыпи, а в случае слабого грунтового основания поверхность обрушения может заходить в пределы слабого слоя и распространяться за пределы подошвы откоса насыпи. Наибольшим распространением в практике дорожных организаций пользуется метод Терцаги-Феллениуса, в котором принято, что центры кривых скольжения, соответствующих наименьшему коэффициенту устойчивости, располагаются на линии, называемой прямой Феллениуса [3]. Ниже приведен алгоритм расчета высокой насыпи с учетом временной нагрузки, вида грунтов и категории дороги. Пусть насыпь высотой Н метров отсыпана из грунта со следующими характеристиками: — удельный вес грунта γ гр, кн/м 3 ; 7.2 ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСА НАСЫПИ СТРАНИЦА 1

2 Н Н Т.В. Гавриленко, сайт сцепление грунта с, МПа; — угол внутреннего трения грунта φ,. В соответствии с [4, п ] при расчете устойчивости откосов насыпи земляного полотна в качестве временной подвижной нагрузки принимают нормативную нагрузку НК. Она представлена в виде одиночной четырехосной тележки с нагрузкой на каждую ось 18К (кн), где К класс нагрузки, который для расчётов земляного полотна автомобильных дорог всех категорий принимается равным 8,3 кн. Ширина колеи нормативной нагрузки d принимается равной 2,7 м, база нормативной нагрузки D равна 3,6 м. При расчётах устойчивости откоса временная нагрузка от транспортных средств приводится к эквивалентному слою грунта земляного полотна толщиной Н э, м. Её вычисляют по формуле 418К 4188,3 44,93 H э (7.2.1) ( D 0,2)( d 0,8) (3,6 0,2)(2,7 0,8) гр Эквивалентный слой грунта располагается по всей ширине земляного полотна [1], рис Вдоль земляного полотна эквивалентный слой грунта распространяется на неограниченную длину. гр гр O А β b Нэ α E D C 4,5Н В Рисунок Расчётная схема к определению центра окружности для кривой обрушения Расчет ведут в такой последовательности [1,3]. На миллиметровой бумаге в масштабе 1:100 (или 1:50) вычерчивают поперечный профиль насыпи (рис ). Она может иметь откос переменной крутизны, 7.2 ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСА НАСЫПИ СТРАНИЦА 2

3 Т.В. Гавриленко, сайт меняющейся через 6 метров по высоте или постоянной крутизны, но с устройством берм через каждые 6 метров. Ширина берм принимается равной 2-3 м. Заменяют нормативную нагрузку НК приведённым слоем грунта, толщина которого вычисляется по формуле (7.2.1). Для определения положения точки В откладывают вниз от кромки откоса, устойчивость которого необходимо проверить, расстояние, равное высоте насыпи Н, затем по горизонтали, в сторону насыпи расстояние 4,5Н. Для определения точки А ломаный откос насыпи заменяют постоянным, соединяя бровку насыпи с кромкой её подошвы. Из нижнего конца спрямлённого откоса проводят линию под углом α, а из бровки земляного полотна под углом β к горизонту. Величины этих углов определяют по табл в зависимости от угла наклона откоса насыпи. В пересечении этих линий получают точку А. Таблица Параметры α и β в зависимости от коэффициента заложения Заложение откоса Угол наклона откоса α β 1: ˊ : ˊ : ˊ :1, ˊ : :0, Чтобы найти положение наиболее опасной кривой скольжения откоса намечают несколько возможных положений кривых скольжения. Например, может быть намечено семейство кривых, проходящих через подошву откоса и выходящих на поверхность земляного полотна, на расстоянии 0,25b, 0,5b; 0,75b и b от бровки насыпи. Чаще всего наименьшему значению коэффициента устойчивости соответствует центр кривой, расположенный в пересечении перпендикуляра, восстановленного из середины хорды, стягивающей концы намеченной кривой скольжения, с прямой Феллениуса. Далее рассмотрим алгоритм на примере кривой, проходящей через бровку правого откоса. Проведём хорду CD, стягивающую концы кривой скольжения, и отметим её середину точку Е. Из точки Е восстановим перпендикуляр, пересечение которого с прямой АВ даст центр окружности О. Разбиваем отсечённый кривой скольжения участок земляного полотна вертикальными сечениями на ряд отсеков шириной по 3-4 м. Крайний отсек может получиться несколько меньшей ширины. 7.2 ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСА НАСЫПИ СТРАНИЦА 3

4 Т.В. Гавриленко, сайт O δ R b Нэ R b x l δ Рисунок Расчётная схема к определению параметров -го отсека Рассмотрим применение алгоритма к -му отсеку. Вычисляем угол наклона отрезка кривой скольжения к вертикали в пределах -го отсека δ, пользуясь соотношением x sn, (7.2.2) R где х расстояние от середины отрезка до вертикального радиуса, R радиус кривой скольжения. Значения sn δ заносим в таблицу (см. табл ). Таблица Расчетная таблица Номер отсека х sn δ δ cos δ ω, м 2 l, м Q,кН N,кН Tуд,, кн Tсдв,, кн 1 2 В ней ω площадь отсека, l длина отрезка кривой скольжения, Q вес отсека, N нормальная к отрезку скольжения сила, T уд, и T сдв, удерживающие и сдвигающие отсек грунта касательные силы соответственно. b N Q Tуд, δ Tсдв, Рисунок Действующие на отсек грунта силы 7.2 ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСА НАСЫПИ СТРАНИЦА 4

5 Т.В. Гавриленко, сайт Внося значения sn δ в таблицу, принимаем их со знаком минус для расстояний х, отмеряемых влево от вертикали, и со знаком плюс вправо. Площадь живого сечения ω определяется как площадь криволинейной фигуры. Участки кривых в пределах каждого отсека заменяем прямыми отрезками. Для отсеков, на которые действует временная нагрузка, добавляется ещё и площадь соответствующего участка эквивалентного слоя грунта. Определяем вес каждого отсека, умножая площадь сечения на удельный вес грунта.. (7.2.3) Q γ Длина отрезка скольжения b l где b ширина -го отсека. Вычисляют нормальную к отрезку скольжения силу N cos (7.2.5), (7.2.4) cos Q и касательную силу, сдвигающую отсек грунта Tсдв, Q sn. (7.2.6) Удерживающую отсек грунта сила определяют по закону Кулона Tуд N tg с l. (7.2.7), Далее вычисляют коэффициент устойчивости по формуле n 1 n 1 T T уд, сдв,, (7.2.8) где n количество отсеков грунта и сравнивают с допустимым значением коэффициента устойчивости. Нормативный коэффициент устойчивости определяют, как [5]: k k k k k k k, (7.2.9) н где k 1 коэффициент, учитывающий степень достоверности данных о характеристиках грунтов; k 2 коэффициент, учитывающий категорию дороги; k 3 коэффициент, учитывающий степень ущерба для народного хозяйства в случае аварии сооружения; k 4 коэффициент, учитывающий соответствие расчетной схемы естественным инженерно-геологическим условиям; k 5 коэффициент, учитывающий вид грунта и его работу в сооружении; k м коэффициент, учитывающий особенности метода расчета. Коэффициенты принимают по табл м 7.2 ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСА НАСЫПИ СТРАНИЦА 5

6 Т.В. Гавриленко, сайт Таблица Значения коэффициентов, определяющих нормативный коэффициент Коэффициент Значение Условия применения k1 k2 k3 k4 k5 kм 1 при большом количестве испытаний 1,05 при испытании не менее 5 образцов грунта 1,1 при испытании не менее 3 образцов грунта 1,03 для дорог I и II категорий 1 для дорог III V категорий 1,2 если разрушение представляет опасность для движения, либо вызывает перерыв движения более чем на сутки если нарушение устойчивости вызывает снижение 1 скоростей движения или нарушает работу водоотводных устройств 1,05 если расчет ведется методом попыток 1 плоскость ослабления грунтового массива ясно выражена и грунт однороден 1,03 для песчаных грунтов 1,05 для глинистых грунтов 1 При расчетах устойчивости откосов методом Терцаги- Крея и Шахунянца 0,8 При расчетах устойчивости откосов методом Маслова- Берера Нормативный коэффициент может меняться в пределах от 1 до 1,5 [5,6]. Для каждой кривой определяют коэффициент устойчивости. Чтобы найти центр наиболее опасной кривой скольжения, используют линию АВ как ось абсцисс, строят вспомогательный график коэффициентов устойчивости, откладывая их значения из центра кривых скольжения. Соединяя полученные точки плавной кривой, находят минимальное значение коэффициента устойчивости К у.mn. Список источников 1. Проектирование автомобильных дорог. Основы [Электронный ресурс]: учебное пособие / Жуков В.И., Гавриленко Т.В. Красноярск: Сиб. Федер. ун-т, с. 2. СП Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП * / Мин-во регионального развития Российской Федерации. М., с. 3. Автомобильные дороги (примеры проектирования): учеб. пособие для вузов / под ред. В.С. Порожнякова. М.: Транспорт, с. 7.2 ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСА НАСЫПИ СТРАНИЦА 6

Читать еще:  Что такое длина откоса

7 Т.В. Гавриленко, сайт ГОСТ Р Дороги автомобильные общего пользования. Нормативные нагрузки, расчётные схемы нагружения и габариты приближения. М.: Стандартинформ, с. 5. Федотов Г.А., Поспелов П.И. Изыскания и проектирование автомобильных дорог. В 2 кн. Кн.1: Учебник. М.: Высш. шк., с. 6. Берлинов М.В. Основания и фундаменты: учеб. для строит. спец. вузов. М.: Высшая шк., с. 7.2 ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСА НАСЫПИ СТРАНИЦА 7

Т.В. Гавриленко, сайт ДЕФОРМАЦИИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА ДОРОГ. 7.1 Элементы земляного полотна

7 ДЕФОРМАЦИИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА ДОРОГ 7.1 Элементы земляного полотна 7.2 Виды деформаций земляного полотна и грунтового основания 7.1 Элементы земляного полотна Основные элементы земляного полотна насыпи

Расчет устойчивости откосов подтопляемых насыпей

Потеря устойчивости откосов высоких подтопляемых пойменных насыпей и глубоких выемок на спусках в долину реки является одним из наиболее распространенных видов деформаций земляного полотна на мостовых переходах. Поэтому проверка устойчивости откосов земляного полотна на подходах к мостам — обычная задача для инженера-дорожника, а выполняемые при этом геотехнические расчеты — обязательная часть обоснования проектов мостовых переходов.

При расчетах устойчивости откосов исходят из следующих возможных схем их обрушения:

если грунт земляного полотна однороден или отдельные его слои мало отличаются по прочностным показателям, смещение оползающего массива происходит по образующейся в грунте криволинейной поверхности скольжения;

если грунт земляного полотна имеет неоднородные напластования (откосы глубоких выемок на спусках в долину реки), резко различающиеся по прочностным показателям, смещение грунтовых массивов может происходить по фиксированным поверхностями раздела между слоями.

Наиболее опасными и часто встречающимися случаями являются обрушения откосов по криволинейным поверхностям скольжения. Как показывают наблюдения, откосы насыпей обрушаются по поверхностям скольжения, близким по Форме к кругло-цилиндрическим (рис. 17.6).

Рис. 17.6. Положения опасных кривых скольжения при различных грунтах основания:
а -устойчивых; б -слабых; Lск — расчетная длина скольжения; z — глубина трещины

Обрушению откоса всегда предшествует появление вертикальной трещины обрушения, параллельной бровке земляного полотна (трещины Терцаги). В зависимости от свойств грунтового основания насыпи возможны два вида обрушения:

при достаточно устойчивых грунтах основания поверхность обрушения обычно проходит через подошву откоса насыпи (см. рис. 17.6, а);

в случае слабого грунтового основания поверхность обрушения может заходить в пределы слабого слоя и распространяться за пределы подошвы откоса насыпи (см. рис. 17.6, б).

Устойчивость откоса насыпи оказывается обеспеченной лишь в том случае, если сумма всех сил. сдвигающих массив обрушения (или их моментов относительно оси вращения), оказывается меньше сил (или их моментов), его удерживающих, т.е. при коэффициенте устойчивости Кр ³ 1. Однако, учитывая некоторую погрешность методов расчета, погрешность исходных данных, неучет фактических условий работы (например, динамические воздействия подвижного состава) и т.д., с инженерной точки зрения, устойчивость откоса считается обеспеченной, если расчетный коэффициент устойчивости (17.6) оказывается равным нормативному Кн, или больше его:

(17.6)

Нормативный коэффициент устойчивости определяют:

К1 — коэффициент, учитывающий степень достоверности данных о характеристиках грунтов: К1 = 1 при большом количестве испытаний образцов; К1= 1,05 при испытании менее 5 образцов; К1 = 1,1 при испытании менее 3 образцов;

К2 — коэффициент, учитывающий категорию дороги: К2 = 1,03 — для дорог I и II; К2 = 1 — для дорог — III-V категорий;

К3 — коэффициент, учитывающий степень ущерба для народного хозяйства в случае аварии сооружения: К3 = 1,2, если разрушение представляет опасность для движения либо вызывает перерыв движения более чем на 1 сут; К3 = 1,1, если ожидаемый перерыв движения менее 1 сут; К3 = 1, если нарушение устойчивости вызывает снижение скоростей движения или нарушает работу водоотводных устройств;

К4 — коэффициент, учитывающий соответствие расчетной схемы естественным инженерно-геологическим условиям: К4 = 1,05, если расчет ведется методом попыток; К4 = 1, если плоскость ослабления грунтового массива ясно выражена и грунт однороден;

К5 — коэффициент, учитывающий вид грунта и его работу в сооружении: К5 = 1,03 — для песчаных грунтов; К5 = 1,05 — для глинистых грунтов;

Км — коэффициент, учитывающий особенности метода расчета: Км = 1 при расчетах по Терцаги — Крею и Шахунянцу; Км = 0,8 — по Маслову — Береру.

Для сухих откосов земляного полотна появление сдвигающих сил обусловлено собственным весом обрушающегося массива и временной нагрузкой от подвижного состава. Для периодически подтопляемых насыпей подходов к мостам возникает дополнительное гидродинамическое давление в результате давления и трения о поверхность грунтовых частиц воды, просачивающейся из водонасыщенной насыпи после падения уровней высоких вод на спаде паводка (рис. 17.7).

Рис. 17.7. Схема к расчету устойчивости откосов подтопляемой насыпи:
1 — сухой грунт; 2 — ось насыпи; 3 — водонасыщенный грунт;
J — градиент грунтовых вод; D — гидродинамическое давление

Физическая природа сил, удерживающих массив обрушения, заключается в наличии сил внутреннего трения грунта Рtgj и сцепления с. В общем случае земляное полотно может быть представлено многослойной системой, характеризуемой наличием одного или нескольких геологических слоев с различными физико-механическими свойствами (объемный вес, силы внутреннего трения, сцепление), при этом, для водонасыщенной насыпи один и тот же грунт будет обладать разными физико-механическими показателями выше и ниже кривой депрессии. Так, для грунта ниже уровня грунтовых вод объемный вес определяют с учетом сил взвешивания, а сцепление принимают меньшим, чем для грунта сухой части насыпи.

Задача оценки устойчивости откосов земляного полотна сводится к отысканию такого положения центра критической кривой скольжения, при котором коэффициент устойчивости откоса будет наименьшим. Ни один из известных методов расчета устойчивости откосов не дает сразу точного положения центра наиболее опасной кривой скольжения, который может быть найден лишь методом последовательных приближений. При компьютерных расчетах устойчивости вопрос многодельности таких расчетов снимается.

В практике проектирования автомобильных дорог и мостовых переходов наибольшее распространение получил метод оценки устойчивости откосов шведского ученого Феллениуса, согласно которому центры наиболее опасных кривых скольжения располагаются вблизи прямой, проходящей через точки А и В, получаемой построением согласно рис. 17.8 и табл. 17.2.

Рис. 17.8. Схема к определению положения центра критической кривой скольжения:
р — распределенная нагрузка; Н — высота насыпы; Р — вес; N — нормальная сила; Т — сдвигающая сила; I-IX — расчетные отсеки

Параметры прямой Феллениуса

Коэффициент заложения откосаУгол наклона откосаУглы, град
ab
1:0,5860°
1:145°
1:1,533°40′
1:226°34′
1:318°26′
1:414°03′
1:511°19′

Глубину проникания вертикальной трещины определяют по формуле Терцаги:

где (17.8)

с — расчетное сцепление грунта;

j — угол внутреннего трения;

g — объемный вес грунта.

В первом приближении положение центра кривой скольжения принимают на пересечении прямой Феллениуса с вертикалью, проходящей через подошву откоса. Оползающий массив разбивают на вертикальные отсеки. Обычно бывает достаточно 10-20 отсеков шириной Dхi, (см. рис. 17.8). По горизонтали проверяемый массив делят на несколько слоев в соответствии с положением границ раздела геологических напластований. Для подтопляемых пойменных насыпей обязательно выделяют сухую и водонасыщенную части насыпи. При этом уровень грунтовых вод по оси насыпи принимают равным расчетному уровню высокой воды (РУВВp%), а угол наклона кривой депрессии в соответствии с таблицей 17.3.

Читать еще:  Способ отделки откосов наружных

Гидравлические градиенты и углы депрессии

Наименование грунтаГидравлический градиент JУгол депрессии a
Крупнообломочный грунт0,003-0,0060,0015-0,003
Песчаные грунты0,006-0,0200,003-0,010
Супесчаные грунты0,020-0,0500,010-0,026
Суглинки0,050-0,1000,026-0,053
Глинистые грунты0,100-0,1500,053-0,081
Тяжелые глины0,150-0,2000,081-0,111
Торфянистые грунты (в зависимости от вида торфа и степени его разложения)0,020-0,1200,010-0,064

Следует иметь в виду, что пойменные насыпи, возведенные из практически водонепроницаемых грунтов, рассчитывают как обычные сухие насыпи. С другой стороны, насыпи, возведенные из грунтов с высоким коэффициентом фильтрации (среднезернистые и крупнозернистые пески, гравелистые грунты и т.д.), рассчитывают также без учета сил гидродинамического давления, поскольку уровень грунтовых вод вследствие хорошей фильтрации успевает следовать понижающемуся уровню высокой воды в реке. Однако расчеты устойчивости откосов в этих случаях все-таки рассчитывают с учетом сил взвешивания для подтопленной части грунтового массива.

На каждый i-й отсек действует:

где

Gij — вес j-й призмы грунта в пределах i-го отсека с учетом временной нагрузки, заменяемой эквивалентным слоем грунта;

ai — средний угол наклона поверхности скольжения в пределах i-го отсека;

j — угол внутреннего трения грунта на поверхности скольжения;

с — сцепление грунта на поверхности скольжения;

li — длина дуги скольжения в пределах i-го отсека.

Если рассматривать насыпь единичной длины, то вес j-й призмы i-го отсека можно вычислить:

для сухой части насыпи

для водонасыщенной части насыпи

где

Wij — площадь j -й призмы i-го отсека;

gj — объемный вес грунта j-го геологического слоя.

Гидродинамическое давление для подтопляемой части насыпей:

Wв — площадь массива обрушения ниже уровня грунтовых вод;

J — гидравлический градиент, принимаемый равным тангенсу хорды, стягивающей кривую депрессии, и принимаемый по табл. 17.3.

Таким образом, в общем случае коэффициент устойчивости земляного полотна будет определяться:

(17.9)

Последовательность детального расчета устойчивости откосов земляного полотна на современном этапе, как правило, выполняемого на компьютерах, сводится к следующему:

согласно рис. 17.7 и табл. 17.2 определяют уравнение прямой Феллениуса, вблизи которой располагаются центры наиболее опасных кривых скольжения;

по формуле (17.8) вычисляют глубину проникания трещины Терцаги (см. рис. 17.6);

исследуемый массив земляного полотна делят на п вертикальных отсеков шириной Dхi каждый (обычно п = 10-20) и на m слоев в соответствии с положением границ раздела геологических напластований и кривой депрессии (в случае подтопляемой насыпи) (см. рис. 17.8.);

задаются в первом приближении положением центра кривой скольжения на пересечении ординаты, восстановленной из подошвы откоса с прямой Феллениуса. Радиус кривой скольжения определяется значением ординаты полученного центра;

по формуле (17.9) находят значение коэффициента устойчивости откоса К;

с шагом Dх* меняют положение центра влево по прямой Феллениуса и при новом положении центра кривой скольжения по формуле (17.9) вычисляют новое значение коэффициента устойчивости К’;

если К’ К, то меняют положение центра скольжения с шагом Dх* вправо до тех пор, пока не будет установлено положение центра с минимальным значением коэффициента устойчивости (см. рис. 17.7);

далее вновь меняют положение центра кривой скольжения, но уже по нормали к кривой Феллениуса в найденной ранее точке влево с шагом Dу*, и по формуле (17.9) вычисляют значение коэффициента устойчивости К»;

если К» К’, то с шагом Dу* ищут положение наиболее опасного центра вправо от прямой Феллениуса;

найденное таким образом минимальное значение коэффициента устойчивости является расчетным для данного поперечника земляного полотна Кp. Его сравнивают с нормативным Кн по формуле (17.7) и, если оказывается, что Кp ³ Кн, то устойчивость откоса земляного полотна обеспечена. Если Кp

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Определение критического коэффициента устойчивости откосов индивидуального поперечного профиля пойменной насыпи

В зоне насыпи можно выделить 5 зон грунтов с отличающимися свойствами: сухая насыпь, зона капиллярного поднятия, влажная насыпь, сухое основание, влажное основание.

1. Сухая насыпь (с.н.):

=2,044 т/м3;

=0,586;

;

Сцепление грунта: Ссн =2,2т/м2.

2. Зона капиллярного поднятия (к.з.):

==2,084 т/м3;

;

Скз=0,5*Ссн =1,1 т/м2.

3. Влажная насыпь (в.н.):

==1,084 т/м3;

;

4. Сухое основание (с.о):

т/м3;

==0,656;

;

Сцепление грунта: Ссо =2,5 т/м2.

5. Влажное основание (в.о.):

==1,027 т/м3;

;

Расчет устойчивости откосов насыпи производится по схеме, приведенной на чертеже .

Устойчивость насыпи характеризуется коэффициентом устойчивости, который определяется следующим образом:

, где

МУД и МСДВ – моменты соответственно удерживающих и сдвигающих сил относительно центра поверхности обрушения.

К удерживающим силам относятся: — сила внутреннего трения; — сила сцепления; — вес грунта;

К сдвигающим силам относятся: — вес грунта; — гидродинамическая сила;

Кроме этого к сдвигающим силам относятся постоянная нагрузка от верхнего строения пути и временная нагрузка от подвижного состава.

Раскрыв значения удерживающих и сдвигающих сил, получим:

, где

∑Fуд и ∑Fсдв –суммы соответственно сил удерживающих и сдвигающих откос насыпи.

∑Fуд =;

∑Fсдв=;

Ni*fi – силы трения;

Ci*li – силы сцепления; li — длина основания отсека;

Туд – удерживающие касательные силы (левее вертикального радиуса);

Тсдв — сдвигающие касательные силы (правее вертикального радиуса);

D – гидродинамическая сила.

,где

γв – удельный вес воды;

I0 – средний уклон кривой депрессии;

ωВО – площадь в поперечнике влажного основания;

Программа ПРУСТ (PRUST)

Сертификация

Список добавлений и изменений, реализованных в новой версии 3.2 (2016г):

  • Многоступенчатые откосы. Задаются параметрически и координатами.
  • Расчет оползневого давления.
  • Проектирование (определение размеров на основе оползневого давления) армированных стен или армированных контрбанкетов (берм). Для армирования применяется геотекстиль, проволочные сетки, решетки.
  • Добавлена возможность чтения из файлов типа .dxf исходных данных расположения геотестиля для армирования проектируемых контрбанкета или стены.
  • Усовершенствована система контроля исходных данных: при обнаружении ошибки, кроме текста о местоположении и значении неправильных данных, выдается рисунок, иллюстрирующий характер ошибки.
  • Добавлены новые и актуализированы некоторые существующие разделы справки.
  • Добавлены новые примеры.
  • Подправлена работа модуля контроля исходных данных при проектировании.
  • Откорректирован расчет устойчивости в случае внезапного спада воды при проектировании.
  • Откорректировано сохранение объектов.
  • Усовершенствован интерфейс ввода данных.

Список добавлений и изменений , реализованных в новой версии 3.0 (2014г.) программы ПРУСТ 2006:

  • Многоступенчатые откосы. Задаются параметрически и координатами.
  • Расчет оползневого давления.
  • Проектирование (определение размеров на основе оползневого давления) армированных стен или армированных контрбанкетов (берм). Для армирования применяется геотекстиль, проволочные сетки, решетки.
  • Добавлена возможность чтения из файлов типа .dxf исходных данных расположения геотекстиля для армирования проектируемых контрбанкета или стены.
  • Усовершенствована система контроля исходных данных: при обнаружении ошибки помимо текста о местоположении и значении неправильных данных, выдается рисунок, иллюстрирующий характер ошибки.
  • Добавлены новые и актуализированы некоторые существующие разделы справки.
  • Добавлены новые примеры.
  • Исправлена работа модуля контроля исходных данных при проектировании.
  • Исправлен расчет устойчивости в случае внезапного спада воды при проектировании.
  • Исправлено сохранение объектов.
  • Исправлен интерфейс ввода данных.

Общие сведения:

Коэффициент запаса устойчивости равен отношению удерживающих усилий к сдвигающим, которые возникают в земляном массиве, подверженном внешним нагрузкам. Этот массив ограничен кругло-цилиндрической или полигональной поверхностью обрушения. Положение на поперечном профиле наиболее опасной поверхности обрушения, которой соответствует минимальный коэффициент запаса устойчивости, отыскивается программой.

При проектировании насыпи также важно установить, вызовет ли ее сооружение необратимые разрушающие деформации грунта основания. Для этого, при определенных геологических условиях, программой вычисляются в заданных точках значения коэффициентов стабильности, то есть отношений нормальных напряжений в грунте вместе со сцеплением, к касательным, сдвигающим напряжениям. Эта программа КоСтОс является составной частью ПРУСТ.

Читать еще:  Что такое откос гвл

Для работы программного комплекса необходим персональный компьютер типа IBM PC, работающий в вычислительной среде Windows. Желательно наличие AutoCAD.

В случае каких-либо затруднений при вводе данных или расчете и проектировании всегда можно вызвать из главного меню помощь — «Справка».

Область применения:

Программа предназначена для проектирования и расчета земляного полотна (насыпей и выемок) железных и автомобильных дорог и других земляных массивов, сложенных из сыпучих и связных, глинистых грунтов.

При расчетах учитываются инженерно-геологическое строение земляного полотна и его основания любой сложности с различными физико-механическими характеристиками грунта каждого слоя, с учетом изменения этих характеристик под воздействием паводка, от динамических усилий, вызванных подвижной поездной нагрузкой, а также изменение характеристик слабых грунтов основания от веса насыпи и внешних нагрузок.

Учитываются также сложный рельеф, гидродинамические усилия от подтопления насыпи, сейсмические силы, динамические силы от поезда, силы сопротивления от армирования насыпи полимерным синтетическим материалом – геотекстилем, георешетками и др.

Можно также определить устойчивость естественного склона на косогоре.

Для расчета выемок в монолитных скальных грунтах данная программа не применима. В подобных условиях используется другой метод.

Можно воспользоваться нашей же программой расчета предельной высоты скального откоса при заданной его крутизне или предельной крутизны откоса при заданной высоте RaSkOt .

Расчет коэффициента устойчивости откоса насыпи

  • О нас
  • Услуги
  • Портфолио
  • Сотрудничество
  • +7 (995) 505-49-55

Какая задача стояла перед инженером?

Проектом реконструкции предусматривается возведение земляного полотна на участке со слабым основанием, представленным суглинками различной консистенции, с примесями органических веществ. Требуется оценить устойчивость, вероятные деформации конструкции, при этом стоит принять во внимание неоднородность инженерно-геологических условий, а также высокий расчетный уровень высоких вод.

Геологические условия

Для моделирования насыпи и грунтового основания принят поперечный профиль с наихудшими грунтами в основании – ПК21+30.
Ширина земляного полотна поверху – 22,72м, высота (по оси, с КДО) – 20,25м, заложение 1:1,5÷1:2,5. Ширина проезда – 16,0м.

Расчетный уровень паводковых высоких вод на отметке 141.6 (р. Пенза). Грунт насыпи – песок мелкий.
Наименование и мощность грунтов на ПК21+30 (по скважине 13):
1) ИГЭ10 Песок мелкий светло-коричневый, серый, маловлажный, с маломощными прослоями суглинка, средней плотности – 0,7м;

2) ИГЭ8 Суглинок серый, песчанистый, тяжелый, мягкопластичный, с примесью органических веществ, с маломощными прослоями песка – 2,2м;

3) ИГЭ12 Песок мелкий светло-коричневый, серый, темно-серый, водонасыщенный, с редким включением дресвы и щебня кристаллических пород, с маломощными прослоями суглинка, средней плотности – 2,6м;

4) ИГЭ14 Глина серая, песчанистая, легкая, тугопластичная, с примесью органических веществ, слюдистая, с тонкими прослоями пылеватого песка – 2,0м;

5) ИГЭ15 Глина серая, песчанистая, легкая, полутвердая, с примесью органических веществ, слюдистая, с тонкими прослоями пылеватого песка – 13,5м.

Геотехнический расчет осадки и устойчивости насыпи

Численный анализ деформаций и устойчивости насыпи выполнен при помощи программного комплекса геотехнических расчетов PLAXІS 2D по методу конечных элементов (МКЭ).

Обоснование основано на расчетной оценке несущей способности основания, прогноза суммарной осадки и устойчивости. Расчеты проводились в соответствии с положениями действующих документов:

1. СП 34.13330.2012 Автомобильные дороги» (изменение 1);

2. СП 116.13330.2012 (СНиП 22-02-2003) «Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения»;

3. Пособие по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах. Издание официальное. Минтранс России, ФДА, Москва. 2004;

4. Пособие по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах (к СНиП 2.05.02-85). Союздорнии Минтрансстроя. — М.: Стройиздат. 1989;

5. ОДМ 218.5.003-2010 «Рекомендации по применению геосинтетических материалов при строительстве и ремонте автомобильных дорог» ФДА, Москва;

6. ГОСТ Р 52748-2007 «Автомобильные дороги общего пользования. Нормативные нагрузки, расчетные схемы нагружения, габариты приближения»;

7. ГОСТ Р 32960-2014 «Дороги автомобильные общего пользования. Нормативные нагрузки. Расчетные схемы нагружения»;

8. ОДМ 218.3.032-2013 «Методические рекомендации по усилению конструктивных элементов автомобильных дорог пространственными георешетками (геосотами)».

При создании геометрической модели грунтовый массив разбивается на сеть 15 узловых треугольных изопараметрических конечных элементов, в которых перемещения определяются во всех узлах, а напряжения (вычисляются по методу К.Терцаги) – в 12 точках. Расчет больших деформаций модели с учетом изменения узловых координат ведется в обновляемой сети элементов (на каждом шаге нагружения, по мере выполнения вычислений) по методу, известном как «модифицированная формулировка Лагранжа» (Updated Lagrangian Formulation) (Bathe, 1982) с возможностью оперативного перерасчета давления вод (учитывается снижение эффективного веса грунтов в воде (или ниже УГВ) и изменение их объема). Граница активной (сжимаемой) толщи грунтов основания определена как половина ширины насыпи понизу. Грунтовая модель в данном расчете – упругопластическая, Кулона-Мора. Нагрузка от транспортных средств, учитываемая в расчетах устойчивости насыпи приведена к равномерно распределенной 45кН/м 2 на проезжую часть автодороги в соответствии с [6]. Согласно п.4.3.2 [7] при расчетах осадки насыпи в качестве временной подвижной нагрузки следует принимать нагрузку АК, приведенную к эквивалентной равномерно распределенной нагрузке на верх земляного полотна q АК интенсивностью, кПа:

q АК = (7,4 ∙ n / B ЗП) ∙ K =18,18

Kгде n — число полос движения (4);

B ЗП — ширина земляного полотна поверху, м (средняя – 22,8);

К — класс нагрузки АК (14).

Моделирование армирующей геосинтетики в PLAXIS осуществляется с помощью параметра нормальной (осевой) жесткости ЕА. Осевая жесткость определяется отношением приращения силы, приложенной к материалу, к произошедшему под воздействием этой силы перемещению.

В соответствии с п. 8а [5] требуемая степень консолидации UТР (в рассматриваемом случае – 90%) при расчете сроков консолидации армированной насыпи может быть снижена до значения 0,9хUТР = 81%.

В общем виде устойчивость сооружения определяется коэффициентом устойчивости, представляющим собой отношение максимально возможной прочности грунта τпред к минимальному значению, необходимому для обеспечения равновесия τдейств: Куст = τпред / τдейств

Если формулу представить в виде стандартного условия Кулона, то она примет вид: Куст = ( σ n tg φ’ + c ) / ( σ n tg φ r + cr),

где c и φ’ – исходные параметры прочности и σ n – фактическое нормальное напряжение; cr и φ r – параметры прочности, сниженные в ходе расчета до минимальных значений, достаточных для поддержания равновесия.

Метод снижения прочности (SRM – shear reduction method) по принципу расчета схож с методом Р.Р. Чугаева, известном в гидротехническом строительстве, реализован в программах, работающих на основе метода конечных элементов и конечных разностей (Plaxis, GEO5, Phase2, FLAC). Прогноз разрушения осуществляется путем одновременного понижения обоих показателей сдвиговой прочности: cr = с / К уст и φ r = φ / К уст ,

где Куст – коэффициент снижения прочности, соответствующий коэффициенту устойчивости в момент разрушения.

Последовательность расчета следующая: коэффициенту снижения прочности ( Куст) присваивается значение Куст=1. В ходе расчета Куст увеличивается, при этом сопротивление сдвигу и деформация оцениваются на каждом этапе до наступления разрушения. Результаты вычислений приводятся в виде графиков, на которых показано влияние коэффициента снижения прочности ( Куст) на смещение контрольной точки (узла сетки конечных элементов). Критерий разрушения модели определяется условием Кулона-Мора. Если в результате конечно-элементного расчета будет получено решение для последнего устойчивого состояния откоса, то график расчетов примет горизонтальное положение и коэффициент снижения прочности будет соответствовать коэффициенту устойчивости Куст. Согласно п.3.38 [3], [4] требуемый коэффициент устойчивости принят равным 1,3.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector