Dessadecor-nn.ru

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

Расчет устойчивости откосов или устойчивости склонов

Расчет устойчивости откосов

Геотехническая постановка задачи

Расчет устойчивости откосов и склонов, противооползневых удерживающих инженерных сооружений, всегда основывается на данных инженерно-геологических и геотехнических изысканий, на количественном и качественном анализе оползневых факторов.

В настоящее время существует много методик по расчету устойчивости откосов, все они сводятся к трем базовым классам методов:

  • методы предельного (пластического) равновесия;
  • методы конечных элементов;
  • комбинированные методы.

Выбор тех или иных методов в первую очередь определяется типом оползневого процесса и механизмом возможного смещения оползневых масс. Каждый оригинальный способ расчета характеризуется своей оригинальной системой, полученной в данном способе с использованием того или иного допущения (необходимость которого связана со статической неопределенностью задачи).

Класс методов предельного равновесия, может быть представлен методами Моргенштерна-Прайса, упрощенным методом Бишопа и обобщенным методом Янбу. Методы Бишопа и Моргенштерна-Прайса рассматриваются действующими нормативными документами (п. 4.2.11 СП 11-105-97, Часть II [4]) в качестве общепринятых методов расчета устойчивости склонов. Метод конечных элементов, представляющий класс численных методов и рекомендованный к применению в актуализированных редакциях нормативных документов (п. 5.2.3 СП 116.13330).

Метод Бишопа

При расчете устойчивости откосов, в упрощенном методе Бишопа удовлетворяются условия равновесия общих моментов и вертикальных сил (равновесие сдвигающих сил не соблюдается). Несмотря на то, что условия равновесия удовлетворяются не полностью, тем не менее, метод обеспечивает хорошие результаты и рекомендуется для проведения большинства практических расчетов, проводящихся по круглоцилиндрической поверхности. Многоугольник сил, построенный на основе метода Бишопа, показан на рисунке.

Вследствие того, что коэффициент устойчивости FS входит в обе части уравнения, для его решения необходимо задаться предположением о начальном значении коэффициента устойчивости. Далее решение данного уравнения сводится к итерационному процессу (до тех пор, пока вычисляемый FS не окажется меньше заданной допустимой погрешности).

Бишоп провел сопоставление коэффициентов запаса, полученных с помощью упрощенного и более строгих методов, которые удовлетворяют всем условиям равновесия. Он установил, что вертикальная составляющая сил взаимодействия может быть принята равной нулю, не приводя к существенным ошибкам, обычно с расхождением менее 5%. Следовательно, упрощенный подход, в котором вертикальные составляющие сил взаимодействия приводятся к нулю, обеспечивает тот же результат, что и строгий, при котором удовлетворяются все условия равновесия.

Метод Янбу

Метод Янбу был разработан в 1954 году норвежским профессором геотехники Нилмаром Оскаром Чарльзом Янбу. Он очень схож с методом Бишопа. С его помощью также, в геотехнической практике, выполняются расчеты оползневых склонов. Отличием является то, что в данном методе осуществляется удовлетворение равновесию сдвигающих сил, при этом не соблюдается удовлетворение равновесию моментов. Диаграмма распределения сил в отсеке и многоугольник сил, построенные при расчёте по упрощённому методу Янбу показаны на рисунке

Анализируя многоугольник сил в отсеке, можно сказать что многоугольник, получающийся по методу Янбу, замкнут лучше, чем в методе Бишопа. Стоит отметить, что при расчёте по круглоцилиндрической поверхности результаты по методу Янбу получаются заниженными.

Уравнение для вычисления коэффициента устойчивости по упрощённому методу Янбу показано на рисунке.

Упрощённый метод Янбу является наиболее близким к методу Маслова-Берера, рекомендованному российскими нормативными документами для расчёта устойчивости склонов, так как относится к группе методов горизонтальных сил, действующих на границе отсеков.

Метод конечных элементов

Метод конечных элементов (МКЭ, FEM) наряду с методами конечных разностей является одним из основных численных методов решения задач механики сплошной среды.

Одна из особенностей МКЭ состоит в том, что он базируется скорее на интегральной формулировке анализируемого явления, нежели на дифференциальной форме, которую представляют уравнения в частных производных и граничные условия. Эта интегральная формулировка может быть вариационного (если это возможно) либо проекционного типа.

Основная концепция метода конечных элементов состоит в том, что искомую непрерывную величину аппроксимируют кусочным набором простейших функций, заданных над ограниченными конечными подобластями (элементами). С помощью такой процедуры интегрирование дифференциальных уравнений аналитической постановки задачи сводится к решению системы линейных уравнений. Количественные значения неизвестной величины отыскиваются в ограниченном числе точек (узлов) области, а в пределах элементов значения неизвестной функции и ее производных определяются уже аппроксимирующими функциями и их производными.

Наиболее важными преимуществами МКЭ благодаря которым он так широко используется, являются:

  • свойства материалов смежных элементов могут быть различными, что позволяет применять метод для моделирования напряженно-деформированного состояния неоднородных сред;
  • методом можно пользоваться для областей с любой формой внешних и внутренних границ;
  • размеры элементов могут быть переменными, что позволяет укрупнить или измельчить сеть разбиения области на элементы;
  • с помощью МКЭ не представляет труда рассмотрение граничных условий с разрывной поверхностной нагрузкой, а также смешанных граничных условий.

Большое практическое применение МКЭ получил при решении геотехнических задач, касающихся расчета устойчивости откосов и склонов, так как позволяет учесть сложную геометрию откосов и их неоднородность.

В отличие от методов, основанных на анализе предельного равновесия, в МКЭ нахождение нормальных и касательных напряжений по поверхности скольжения осуществляется с учетом деформационных свойств грунтов (модуля Юнга и коэффициента Пуассона).

Анализ напряженного состояния методом конечных элементов удовлетворяет условиям статического равновесия и позволяет оценить изменения напряжений, вызванные варьированием деформационных свойств, неоднородности и геометрических форм.

Поле напряжений в откосе определяется решением двухмерной задачи плоской деформации с использованием конечных элементов треугольной формы. На рисунке выше показана конечно-элементная дискретизация, применяемая при расчетах откосов. Жесткие границы заданы на значительном расстоянии от откоса, поэтому наличие их не влияет на напряженное состояние откоса. В методе конечных элементов матрица жесткости элементов, которая связывает силы и перемещения в узлах, определяется исходя из минимизации полной потенциальной энергии. Эти матрицы жесткости затем накладываются, образуя общую матрицу жесткости системы. Задав силы и перемещения в каждом узле на границах, система совместных уравнений, базирующихся на общей матрице жесткости, может быть разрешена относительно перемещений каждого узла. После того как установлены перемещения, для каждого элемента можно определить напряжения.

Решение краевой задачи о напряженно-деформированном состоянии рассматриваемой расчетной области сводится к численному решению системы уравнений:[K] = , — вектор узловых перемещений; — вектор нагрузок.

При решении нелинейной задачи механики деформируемого твердого тела совместно с уравнением решается также другая система уравнений, задаваемая соотношением F(<σ>, <ε>) = 0.

При этом решение задачи сводится к подбору исходных параметров <ε0>или <σ0>(соответственно при использовании метода начальных деформаций или начальных напряжений), которые удовлетворяют условиям равновесия рассматриваемой расчетной области. Подбор этих параметров осуществляется итерационными методами.

Определение устойчивости склона выполняется методом редукции (ступенчатого уменьшения) прочностных параметров материалов модели, доводя модель до искусственного разрушения. Состояние математической модели, при котором не может быть получено устойчивое решение краевой задачи вследствие безграничного нарастания деформаций расчетной области, трактуется как предельное.

Коэффициент запаса несущей способности откосов и склонов определяется как отношение исходных прочностных параметров пород, слагающих рассматриваемый откос (склон) к их минимальным значениям, при которых решение краевой задачи еще возможно.

За рубежом, при моделировании устойчивости склонов, наиболее часто используется нижняя предельная теорема пластического разрушения.

В основе расчетных методов оценки устойчивости оползневых и оползнеопасных склонов лежат две предельные схемы (Р.Р. Чугаев, Ж. Косте, Г. Санглера).

Читать еще:  Откос бровка забой заходка

Идея первой предельной схемы (фактических и уменьшенных прочностных характеристик) состоит в нахождении таких критических значений прочностных характеристик грунта, что бы расчетный склон перешел в состояние предельного равновесия. Соответственно коэффициент устойчивости при подобном подходе определяется как отношение фактических прочностных характеристик к их критическим значениям.

Идея второй предельной схемы (удерживающих и сдвигающих усилий) заключается в изучении соотношения сдвигающих и удерживающих усилий, действующих на склон. Коэффициент устойчивости в этом случае может быть определен как отношение удерживающих моментов к сдвигающим.

Стоит отметить, что определение коэффициента устойчивости в первом и во втором случае различно и использование первой предельной схемы с точки зрения механики более обосновано. Однако на практике оба определения коэффициента устойчивости дают близкие результаты.

Наша организация предлагает комплексный подход с целью оценки устойчивости склонов и откосов, а также разработке мероприятий по предупреждению развития и предотвращению активизации оползневого процесса. А также разработку документации для устройства инженерной защиты от оползней.

Более полную информацию по разработке геотехнического проекта инженерной защиты от оползней, по выполнению геотехнических расчетов вы можете получить позвонив нам по телефону + 7 (499) 350-23-58, или оставив заявку по форме или по электронной почте.

© 1999-2021 Научно-проектное конструкторское бюро «СтройПроект»

2.4. Расчет устойчивости природных склонов, откосов

Во многих случаях при инженерных расчетах и проектировании необходимо оценить устойчивость застраиваемой территории, особенно расположенной вблизи склонов или откосов. Для количественной оценки устойчивости используется понятие коэффициента устойчивости Ку. Коэффициент устойчивости – это отношение величины предельных воздействий на сооружение или его основания к их расчетным, реально действующим величинам [5,6]. При Ку=1 рассматриваемый объект находится в состоянии предельного равновесия, при Ку>1 обладает некоторым запасом устойчивости. При значении Ку н Ку. н =п/с.

где: п – коэффициент надежности, принимаемый равным 1,2; 1,15;; 1,10 соответственно для сооружений I, II и III классов.

с – коэффициент условий работы, принимаемый:

для песков (кроме пылеватых) – 1,0;

для песков пылеватых и песчано-глинистых грунтов в стабилизированном состоянии – 0,9;

для пылевато-глинистых грунтов в нестабилизированном состоянии – 0,85;

для скальных грунтов невыветрелых и слабовыветрелых – 1,0; выветрелых – 0,9; сильновыветрелых – 0,8.

Основными причинами потери устойчивости склонов и откосов являются:

устройство недопустимо крутого откоса или подрезка склона, находящегося в состоянии, близком к предельному;

увеличение внешней нагрузки (возведение сооружений, складирование материалов на откосе или вблизи его бровки);

изменение внутренних сил в грунтовом массиве (при возрастании влажности, расструктуривания и т.д.);

неправильное назначение расчетных характеристик прочности грунта;

проявление гидродинамического давления, сейсмических сил, различного рода динамических воздействий (движение транспорта, забивка свай и т.п.).

Обычно все эти факторы проявляются во взаимодействии, поэтому выбор методов расчета и расчетных схем тщательно обосновывается в процессе изысканий [2,3,4].

В проектной практике используется большое количество различных методов оценки устойчивости откосов и склонов. Как правило, эти методы основаны на решении плоских задач.

Анализируются два типа задач:

оценка устойчивости откоса или склона заданной крутизны;

определение оптимальной крутизны откоса или склона при заданном нормативном коэффициенте устойчивости.

Коэффициент устойчивости при этом принимается Ку=tg/tg  =c/c  ,

где:  — угол внутреннего трения, в 0 ;

с- удельное сцепление грунтов, слагающих склон, откос в кН. Характеристики эти определены в эксперименте в лабораторных или полевых условиях;

  и с  – те же характеристики, отвечающие предельному состоянию склона, откоса.

Выбор оптимальной крутизны склонов при проектировании насыпей или выемок должен позволить избежать аварий на железных дорогах, на земляных плотинах ГЭС, кроме того – снизить объемы земляных работ.

При проектировании нередко необходимо определить угол заложения откоса, , обеспечивающий устойчивость его. В этом случае угол «» можно определить =arctg(tg/Ку н ), что позволяет учитывать прочностные характеристики грунтов, слагающих склон, откос.

Недостатком всех этих расчетов является недоучет неоднородностей грунтовых откосов, склонов – наличие слабых прослоев, поверхностей оползневых смещений, сложных схем нагружения, в частности, влияние сейсмических и фильтрационных сил, поэтому в проектной практике применяются методы, содержащие упрощенные решения. Таким методом является широко используемый «метод кругло-цилиндрической поверхности скольжения» относящийся к схеме плоской задачи и имеющий несколько модификаций [3,5,6]. В использованной модификации потеря устойчивости происходит в результате вращения отсека грунтового массива относительно некоторого центра вращения «О». Поверхность скольжения будет представлена дугой окружности с радиусом «r» и центром в точке «О». Смещающийся массив рассматривается как недеформируемый. Коэффициент устойчивости принимается в виде:

Ку = Мудвр, где Муд и Мвр – моменты всех удерживающих и вращающих сил.

Схема к расчету устойчивости откосов методом круглоцилиндрической поверхности скольжения

Рис. 3. Расчет устойчивости откосов методом круглоцилиндрической поверхности скольжения

А – расчетная схема; б – определение положения наиболее опасной поверхности скольжения; 1,2,… — номера элементов.

Вращающийся откос грунтового массива разбиваем вертикальными линиями на отдельные элементы, так чтобы в пределах отрезка дуги скольжения основания каждого i-го элемента прочностные характеристики грунта « 0 » были постоянными. Вычисляем силы, действующие на каждый элемент: вес грунта в объеме элемента Pqi в сумме с равнодействующей нагрузкой на его поверхности Pq1. При необходимости могут быть также учтены и другие воздействия (фильтрационные, сейсмические и др.). Равнодействующая сил Pqi + Pq1считаются приложенными к основанию элемента и раскладываются на нормальную Ni и Тi касательную составляющие к дуге скольжения в точке их приложения. Тогда

Ni =(Pqi + Pq1) cosI;

Ti = (Pqi + Pq1) sinI.

Соответственно момент сил вращающих определяется

где: n число элементов в отсеке.

Удерживающие силы Тi обуславливаются сопротивлением сдвигу за счет внутреннего трения и сцепления грунта

Ti=NitgI +cili=(Pqi + Pq1)cosi tgI +cili, где

li – длина дуги основания i-го элемента, определяемая как li= bi cosI (bi – ширина элемента).

Отсюда момент сил удерживающих будет иметь вид

Коэффициент устойчивости будет определен как отношение сил удерживающих к силам вращающим

При КуКу н устойчивость отсека грунтового массива будет обеспеченной.

Основная сложность в практических расчетах заключается в выборе центра вращения «О» и радиуса «r». Наиболее опасная поверхность скольжения (вращения) проходит через нижнюю точку склона (откоса) или по слабому грунту. Один из приемов нахождения наиболее опасного положения поверхности скольжения строят эпюру значений этих коэффициентов. Через точку Оmin соответствующую минимальному коэффициенту устойчивости, проводят по нормали второй отрезок прямой и, располагая на нем новые центры вращения О1  , О2  … Оn  вновь оценивают минимальное значение коэффициента устойчивости. Тогда Ку min и определит положение наиболее опасной поверхности скольжения. При Ку min Ку н устойчивость откоса или склона будет обеспечена.

Читать еще:  Армирующая сетка для отделки откосов

При наличии в склоне-откосе фильтрационного потока, в сейсмических опасных районах, силы вращающие отсек грунтового массива будут увеличены на величину фильтрационного давления и инерционных сейсмических сил [6].

В курсовом проекте предлагается хотя бы частичный учет этих сил.

Фильтрационное давление определяется по формуле

, где

wi площадь сечения обводненной части, сдвигаемого откоса;

–угол действия фильтрационного давления с горизонтом;

w – плотность водонасыщенного грунта.

Сейсмические силы могут иметь любое направление, при расчете устойчивости выбирается самое невыгодное для склона – откоса, горизонтальное, совпадающее с продольной или поперечной осью сооружений, расположенных на склоне-откосе.

Расчетное значение сейсмической нагрузки, соответствующее i-му тону собственных колебаний сооружения «ci» определяется по формуле

ci = kc t it c, где:

kc – коэффициент сейсмичности, характеризующий интенсивность землетрясений – это отношение сейсмического ускорения к ускорению свободного падения [8].

Для 7 баллов =0,025; 8 баллов = 0,05; 9 баллов = 0,1.

t – коэффициент динамичности, соответствующий i-форме, собственных колебаний сооружений проектируемых или построенных на склоне (откосе);

it – коэффициент i-ой формы собственных колебаний сооружения;

c – коэффициент условий работы сооружений. Для песков кроме пылеватых c =0,85; для скальных грунтов c =1; для выветрелых c =0,8 [СНиП2.0201-83].

В развернутом виде с учетом фильтрационного давления и действия инерционных сил формула расчета устойчивости будет «выглядеть»

В проекте должны содержаться рекомендации по повышению устойчивости. Это могут быть следующие способы:

выполаживание склона-откоса, создание ступенчатого профиля, создание горизонтальных площадок (берем) по высоте откоса;

при относительно небольшой высоте откосов – пригрузка подошвы в его низовой части, устройство подпорных стенок;

одерновка откоса-склона, мощение камнем, укладкой бетонных или железобетонных плит;

организация поверхностного стока и дренажные устройства;

анкерное закрепление неустойчивых прослоев и линз грунта;

использование забивных и набивных свай.

Все перечисленные мероприятия должны иметь технико-экономическое обоснование

Расчет устойчивости склонов

В проектной практике применяются инженерные методы расчета устойчивости склона, содержащие различного рода упрощающие предположения. Наиболее распространенный из них – метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения, относящий к схеме плоской задачи.

Рис. 1. Схема к расчету устойчивости откосов методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения: а) – расчетная схема; б) – определение положения наиболее опасной поверхности скольжения; 1, 2, … — номера элементов.

Этот метод был впервые применен К. Петерсоном в 1916 г. для расчета устойчивости откосов (тогда и долгое время назывался методом шведского геотехнического общества).

Рассмотрим широко используемую модификацию этого метода. Предположим, что потеря устойчивости откоса или склона, представленного на рис. 1, а, может произойти в результате вращения отсека грунтового массива относительно некоторого центра . Поверхность скольжения в этом случае будет представлена дугой окружности с радиусом r и центром в точке . Смещающийся массив рассматривается как недеформируемый отсек, все точки которого участвуют в общем движении. Коэффициент устойчивости принимается в виде

, (1)

где и — моменты относительно центра вращения всех сил, соответственно удерживающих и смещающих отсек.

Для определения входящих в формулу (1) моментов отсек грунтового массива разбивается вертикальными линиями на отдельные элементы. Характер разбивки назначается с учетом неоднородности грунта отсека и профиля склона так, чтобы в пределах отрезка дуги скольжения основания каждого i-го элемента прочностные характеристики грунта j и с были постоянными. Вычисляются силы, действующие на каждый элемент: вес грунта в объеме элемента и равнодействующая нагрузки на его поверхность . При необходимости могут быть также учтены и другие воздействия (фильтрационные, сейсмические силы и т.д.). Равнодействующие сил считаются приложенными к основанию элемента и раскладываются на нормальную и касательную составляющие к дуге скольжения в точке их приложения. Тогда

; (2)

Соответственно момент сил, вращающих отсек вокруг 0, определился как

(3)

где п – число элементов в отсеке.

Принимается, что удерживающие силы в пределах основания каждого элемента обусловливаются сопротивлением сдвигу за счет внутреннего трения и сцепления грунта. Тогда с учетом выражения для закона кулона можно записать

, (4) ,

где — длина дуги основания i-го элемента, определяемая как . Здесь — ширина элемента)

Отсюда момент сил, удерживающих отсек, будет иметь вид

Учитывая формулу (1), окончательно получим

. (6)

При устойчивость отсека массива грунта относительно выбранного центра вращения 0 считается обеспеченной. Основная сложность при практических расчетах заключается в том, что положение центра вращения 0 и выбор радиуса r, соответствующие наиболее опасному случаю, неизвестны. Поэтому обычно проводится серия таких расчетов при различных положениях центров вращения и значениях r. Чаще всего наиболее опасная поверхность скольжения проходит через нижнюю точку откоса или склона. Однако если в основании залегают слабые грунты с относительно низкими значениями прочностных характеристик j и с, то это условие может не выполняться.

Один из приемов нахождения наиболее опасного положения поверхности скольжения заключается в следующем. Задавясь координатами центров вращения 01, 02, …, 0n на некоторой прямой, определяют коэффициенты устойчивости для соответствующих поверхностей скольжения и строят эпюру значений этих коэффициентов (рис.1,б). Через точку 0min, соответствующую минимальному коэффициенту устойчивости, проводят по нормали второй отрезок прямой и, располагая на нем новые центры вращения , , …, вновь оценивают минимальное значение коэффициента устойчивости. Тогда и определит положение наиболее опасной поверхности скольжения. При устойчивость откоса или склона будет обеспечена.

Коэффициент устойчивости откоса и склона по нормам СП

Нормирование коэффициент устойчивости откосов и склонов приведено в следующих нормативных документах:

  • СП 22.13330.2016 Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*;
  • СП 116.13330.2012 Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 22-02-2003;
  • ОДМ 218.2.078-2016 Методические рекомендации по выбору конструкции укрепления откосов земляного полотна автомобильных дорог общего пользования.

Выделим положения данных нормативных документов, которые касаются коэффициента устойчивости откоса и склона.

Согласно СП 22.13330.2016:

п.5.1.9 Проверку оснований по несущей способности следует проводить в случаях, если:

б) сооружение расположено на откосе или вблизи откоса;

Проверку оснований по несущей способности в случаях, приведенных в перечислениях а, б и в, следует проводить с учетом конструктивных мероприятий, предусмотренных для предотвращения смещения проектируемого фундамента.

Если проектом предусматривается возможность возведения сооружения непосредственно после устройства фундаментов до обратной засыпки грунтом пазух котлованов, следует проводить проверку несущей способности основания, учитывая нагрузки, действующие в процессе строительства.

п.5.7.2 Расчет оснований по несущей способности проводят исходя из условия

где F — расчетная нагрузка на основание, кН, определяемая в соответствии с требованиями п.5.2 СП 22.13330.2016;

Fu — сила предельного сопротивления основания, кН;

γc — коэффициент условий работы, принимаемый:

      • для песков, кроме пылеватых — 1,0;
      • для песков пылеватых, а также глинистых грунтов в стабилизированном состоянии — 0,9;
      • для глинистых грунтов в нестабилизированном состоянии — 0,85;
      • для скальных грунтов:
      • невыветрелых и слабовыветрелых — 1,0
      • выветрелых — 0,9
      • сильновыветрелых — 0,8;

γn — коэффициент надежности по ответственности, принимаемый равным 1,2; 1,15 и 1,10 соответственно для сооружений геотехнических категорий 3, 2 и 1.

Примечание — В случае неоднородных грунтов средневзвешенное значение принимают в пределах толщины b1+0,1b (но не более 0,5b) под подошвой фундамента, где b — сторона фундамента, м, в направлении которой предполагается потеря устойчивости, а b1 =4 м.

Согласно СП 116.13330.2012:

п.5.1.6 При выборе защитных мероприятий и сооружений и их комплексов следует учитывать виды возможных деформаций склона (откоса), уровень ответственности защищаемых объектов, их конструктивные и эксплуатационные особенности.

Читать еще:  Что такое откос по госту

Виды противооползневых и противообвальных сооружений и мероприятий следует выбирать на основании расчетов общей и местной устойчивости склонов (откосов), т.е. устойчивости склона (откоса) в целом и отдельных его морфологических элементов, данных мониторинга.

п.5.2.1 Противооползневые и противообвальные сооружения и их конструкции проектируются по методу предельных состояний. При этом расчеты производятся по двум группам предельных состояний, которые включают:

первая (полная непригодность сооружения к дальнейшей эксплуатации):

      • расчеты общей прочности и устойчивости системы сооружение — грунтовый массив (откос, склон);
      • расчеты прочности и устойчивости отдельных элементов сооружения, разрушение которых приводит к прекращению эксплуатации сооружения;
      • расчеты перемещений сооружений и конструкций, от которых зависит прочность или устойчивость сооружения в целом, а также прочность или устойчивость объектов на защищаемой территории и др.;

вторая (непригодность к нормальной эксплуатации):

      • расчет оснований, откосов, склонов и элементов конструкции, разрушение которых не приводит все сооружение в непригодное состояние, на местную прочность;
      • расчеты по ограничению перемещений и деформаций сооружений, прилегающих территорий и объектов на них расположенных;
      • расчеты по образованию или раскрытию трещин и строительных швов.

5.2.2 Расчет противооползневых и противообвальных сооружений, проектируемых откосов и склонов производится исходя из условия

где F— расчетное значение обобщенного силового воздействия на сооружение или его конструктивные элементы (сила, момент, напряжение), определяемое в соответствии с СП 20.13330, деформации (смещения) или другие параметры, по которым производится оценка предельного состояния;

Ψ — коэффициент сочетания нагрузок, принимающий значения:

При расчетах по предельным состояниям первой группы:

      • для основного сочетания эксплуатационного периода Ψ = 1,0;
      • то же, для строительного периода и ремонта Ψ = 0,95;
      • для особого сочетания нагрузок, в том числе сейсмической нагрузки на уровне проектного землетрясения (ПЗ) годовой вероятностью 0,01 Ψ =0,95;
      • прочих нагрузок годовой вероятностью 0,001 и максимального уровня расчетного землетрясения (МРЗ) Ψ =0,90.

При расчетах по предельным состояниям второй группы на основное сочетание нагрузок Ψ = 1,0;

R — расчетное значение обобщенной несущей способности, прочности, деформации (смещения) или другого параметра, устанавливаемого соответствующими нормами проектирования в зависимости от типа конструкции и используемых материалов с учетом коэффициентов надежности по материалу γm и (или) грунту γg ;

γn — коэффициент надежности по ответственности сооружения:

При расчетах по предельным состояниям первой группы в зависимости от уровня ответственности, согласно ГОСТ Р 54257:

При расчетах по предельным состояниям второй группы γn = 1,00.

При расчетах устойчивости склонов, сохраняемых в естественном состоянии, γn принимается как для сооружения или территории, которые могут перейти в непригодное состояние при разрушении склона.

При расчетах природных склонов γn =1,0;

γd — коэффициент условий работы, учитывающий характер воздействий, возможность изменения свойств материалов со временем, степень точности исходных данных, приближенность расчетных схем, тип сооружения, конструкции или основания, вид материала и другие факторы; устанавливается в диапазоне

нормами проектирования отдельных видов сооружений.

п.5.2.3 Расчет устойчивости проектируемых склонов и откосов в соответствии с зависимостью 5.1 допускается выполнять только для простейших форм поверхности скольжения, отделяющей призму обрушения от неподвижного массива грунта (в виде отрезка прямой или окружности). В этом случае зависимость 5.1 записывается в виде:

где kst = γn ·Ψ/γd — нормированное значение коэффициента устойчивости склона (откоса);

kst — расчетное значение коэффициента устойчивости, определяемое как отношение удерживающих сил (моментов) R , действующих вдоль линии скольжения, к сдвигающим силам (моментам) F .

В общем случае расчеты устойчивости выполняются при произвольных формах поверхности скольжения. При этом условие 5.1 принимает вид

В этом случае под коэффициентом устойчивости kst понимают число, на которое следует разделить исходные прочностные характеристики грунта tgφ и c , чтобы ограниченный данной пробной поверхностью скольжения массив пришел в состояние предельного равновесия.

При этом, соотношение между нормальными σn и касательными τnt напряжениями по всей поверхности скольжения, соответствующее предельному состоянию призмы обрушения, отвечает условию

где φI = arctg(tgφ /kst) и cI =c/kst — значения угла внутреннего трения и удельного сцепления грунта, при которых наступает сдвиг грунта, соответственно.

Коэффициент устойчивости склона (откоса) находят как минимальное значение kst по всем возможным пробным поверхностям скольжения.

Нахождение коэффициента устойчивости склона (откоса) может производиться как с использованием традиционных методов теории предельного равновесия (с разбиением призмы оползания на отсеки или без оного), так и упругопластическими расчетами методом конечных элементов с использованием метода снижения прочностных характеристик.

Согласно ОДМ 218.2.078-2016:

п.6.4.2 В общем случае, надежность конструкции по критериям прочности и устойчивости считается обеспеченной при выполнении условия

где F — расчетное значение обобщенного силового воздействия (сила, момент, напряжение), деформации или другого параметра, по которому производится оценка предельного состояния;

R — расчетное значение обобщенной несущей способности, деформации или другого параметра конструкции;

ηс — коэффициент сочетания нагрузок для основного сочетания нагрузок и воздействий в период нормальной эксплуатации — 1,00; то же — для периода строительства и ремонта — 0,95;

γf — коэффициент надежности по нагрузке по таблице 5;

γc — коэффициент условий работы, учитывающий характер воздействий, возможность изменения свойств материалов во времени, степень точности исходных данных и прочие факторы, при расчете элементов на нагрузки строительного периода принимается γc=1,0, при расчете на нагрузки эксплуатационного периода γc=1,15;

γn — коэффициент надежности по ответственности сооружения (при расчетах по предельным состояниям I группы γn=1,15, II группы γn=1,0).

Коэффициенты надежности следует принимать с учетом требований ГОСТ 27751, СП 20.13330.2011, СП 38.13330.2012, СП 58.13330.2012, СП 116.13330. 2012.

Указанные значения коэффициентов надежности могут быть изменены для случаев установленных нормативными документами на проектирование отдельных видов элементов конструкций или в соответствии с Техническим заданием на проектирование.

Таблица 5 — Значения коэффициентов надежности по нагрузке (ОДМ 218.2.078-2016)

Коэффициент надежности по нагрузке γf

Собственный вес элементов конструкций и материалов 2)

Напорное давление, вызванное сезонными и суточными колебаниями уровней, подпором грунтовых вод

Давление воды непосредственно на поверхности сооружения и основания, силовое воздействие фильтрующей воды; волновое давление; поровое давление

1) Коэффициенты перегрузки, указанные в скобках, принимают в тех случаях, когда возможное уменьшение нагрузки ухудшает работу конструкции (при расчетах на опрокидывание, сдвиг).
2) Коэффициент надежности по нагрузке γf следует принимать равным единице для всех грунтовых нагрузок и собственного веса сооружения, вычисленных с применением расчетных значений характеристик грунтов (удельного веса и характеристик прочности) и материалов (удельного веса бетона и др.), определенных в соответствии со строительными нормами и правилами на проектирование оснований и отдельных видов сооружений.
3) В таблице приведены коэффициенты надежности по нагрузке для расчетов по I группе предельных состояний.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector