Товары в корзине: 0 шт Оформить заказ
Стр. 1
 

122 страницы

Купить официальный бумажный документ с голограммой и синими печатями. подробнее

Цена на этот документ пока неизвестна. Нажмите кнопку "Купить" и сделайте заказ, и мы пришлем вам цену.

Официально распространяем нормативную документацию с 1999 года. Пробиваем чеки, платим налоги, принимаем к оплате все законные формы платежей без дополнительных процентов. Наши клиенты защищены Законом. ООО "ЦНТИ Нормоконтроль".

Наши цены ниже, чем в других местах, потому что мы работаем напрямую с поставщиками документов.

Способы доставки

  • Срочная курьерская доставка (1-3 дня)
  • Курьерская доставка (7 дней)
  • Самовывоз из московского офиса
  • Почта РФ

  Скачать PDF

Оглавление

Условные обозначения

Предисловие

I. Исходные положения

1.1. Основные предпосылки

1.2. Учет действия грунтовых вод

1.3. Учет сейсмических воздействий

II. Методы расчеты

2.1. Метод круглоцилиндрической поверхности скольжения

2.2. Метод Ю.И. Соловьева

2.3. Метод Fp

2.4. Метод Р.Р. Чугаева

2.5. Метод горизонтальных сил

2.6. Метод касательных сил

2.7. Аналитический метод Г.М. Шахунянца

2.8. Графоаналитический метод многоугольников сил Г.М. Шахунянца

2.9. Ускоренный метод расчета методом Г.М. Шахунянца

2.10. Графостатический метод Л.Л. Перковского

2.11. Метод блока и призм

2.12. Метод Л.П. Ясюнас

2.13. Метод ДИИТа

2.14. Определение давления от призмы обрушения по теории Кулона

III. Анализ и выводы

3.1. Сравнение методов расчета

3.2. Рекомендации по применению

3.3. Принципы построения эпюры оползневого давления

Заключение

Приложение. Таблицы для расчета опозневого давления ускоренным способом

Литература

Показать даты введения Admin

МИНИСТЕРСТВО МОНТАЖНЫХ И СПЕЦИАЛЬНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ РАБОТ УССР УКРГЛАВСПЕЦСТРОИ УКРСПЕЦСТРОЙПРОЕКТ

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ МЕТОДОВ РАСЧЕТА КОЭФФИЦИЕНТА УСТОЙЧИВОСТИ СКЛОНА И ОПОЛЗНЕВОГО ДАВЛЕНИЯ

Центральное бюро научно-технической информации

Москва — 1986

УДК 624 042 14 [624.131.524:624.131.543]


Рекомендации по выбору методов расчета коэффициента устойчивости склона и оползневого давления разработаны на основе анализа существующих способов расчета, сравнения их применительно к практическим вычислениям, а также экспериментальных исследований, выполненных специально для разработки настоящих рекомендаций.

В работе проанализированы существующие способы расчета, усовершенствованы их конечные формулы, приведены рекомендации по рациональной области использования каждого метода, по способам учета действия грунтовых вод и сейсмических воздействий, а также по принципам построения эшоры оползневого давления.

Рекомендации предназначены для инженерно-технических работников проектных и строительных организаций

Рекомендации разработаны канд техн наук Л. К. Гинзбургом.

© ЦБНТИ Минмонтажспецстроя СССР, 1986.


поверхности скольжения давление является максимальным). Автором проводились вариационные расчеты, которые давали возможность построить вертикальную эпюру оползневого давления. Такие эпюры по форме совпадали с треугольником. Кроме того, величина плеча приложения силы £0п от поверхности скольжения при определении по методам Г. М. Шахунянца и ДИИТа, как правило, получалась близкой к одной трети мощности оползневой толщи. Такое же значение плеча рекомендуют и другие исследователи [17, 26, 39]. В связи со сказанным в данной работе принимается допущение о распределении оползневого давления по высоте расчетного сечения склона в виде треугольной эпюры. Также допускается, что реакция противооползневого удерживающего сооружения направлена по горизонтали. В связи с этим далее определяется, как правило, горизонтальная равнодействующая оползневого давления.

Кроме того, зададимся значением коэффициента устойчивости

з

укрепляемого склона /Су, на которое умножается суммарное значение сдвигающих сил при вычислении оползневого давления

з

(далее показано, что умножать на Ку необходимо именно сдвигающие силы, а не результирующее значение оползневого давления £оп) •

В справочниках по основаниям и фундаментам приводятся значения коэффициента устойчивости Ку при укреплении склонов с помощью обычных противооползневых мероприятий. При таком укреплении степень неопределенности задачи достаточно высока, поэтому указанные значения Ку сравнительно велики. С повышением точности расчетов и с применением более рациональных противооползневых конструкций значение требуемого коэффициента устойчивости должно снижаться.

В одной из своих работ Н. Н. Маслов писал, что возникает вполне оправданное представление о возможности при закреплении действующих оползней ограничиваться лишь весьма небольшим превышением значения Ку над единицей. В большинстве случаев при подобных обстоятельствах оказывается достаточным задаваться значениями Ку от 1,05 до 1,1. При этом даже слабое торможение может остановить оползень.

При проектировании удерживающих сооружений глубокого заложения тем более не следует задаваться слишком большим коэффициентом устойчивости, поскольку такие конструкции рассчитываются на весь избыток сдвигающих сил.

(3)


В связи с изложенным при расчете противооползневой удерживающей конструкции задаваемый коэффициент устойчивости рекомендуется принимать в пределах [6]:

Из всех существующих в настоящее время методов расчета автором были рассмотрены лишь те, которые наиболее широко используются для вычисления коэффициента устойчивости склона, и те, которые можно применить для определения оползневого давления. В работе не рассматривались так называемые пространственные методы расчета, в которых вычисления ведутся не для полосы склона шириной 1 м, а для всего объема грунта. По мнению автора значительное усложнение расчетов в таких методах не оправдывается каким-либо уточнением результатов. Дело в том, что грунтовые условия по ширине склона весьма неоднородны, прочностные характеристики грунтов резко изменяются даже на соседних площадках, следовательно объединять разнородные условия в один расчет смысла не имеет. Более правильным будет проводить расчет для каждого поперечника в отдельности (и в нем принимать полосу склона шириной 1 м), однако, таких поперечников на склоне выделять как можно больше — для всех мест с изменяющимися физико-механическими и прочностными характеристиками грунтов.

1.2. Учет действия грунтовых вод

Действие грунтовых вод на состояние оползневого склона проявляется различными путями. Вода оказывает взвешивающее действие на слагающие склон породы, изменяя силы гравитации. Насыщая грунты, вода изменяет их физико-механические характеристики и, в частности, сдвиговые характеристики, уменьшая величину сопротивления сдвигу. Кроме того, грунтовые воды, смачивая возможные поверхности скольжения, в виде смазки уменьшают силы трения. При этом вода, взвешивая грунтовый скелет, снижает за счет порового давления нормальные напряжения о в плоскости сдвига и может привести к почти полному снятию внутреннего трения в грунте [7]. Механизм этого явления ясен из уравнения сдвига

т — (ст~ n)tgcp-f с.    (4)

Легко видеть, что при достаточном возрастании порового давления и величина о — и может оказаться равной нулю, и тогда сопротивление грунта сдвигу т будет определяться только сцеплением. Таким образом, вода снижает несущую способность грунта [18].

Важным фактором является также проявление фильтрационного давления грунтовых вод. Как известно, фильтрационное давление создается во всех случаях движения подземных вод. Где есть градиент, где наблюдается уклон поверхности свободного подземного потока или линии пьезометрического уровня для на-

13

порных вод, там есть падение напора. Падение напора вызывает-ся преодолением сопротивления течению воды в грунте. Это сопротивление в виде реакции и создает фильтрационное давление. Обычно подземный поток течет в сторону поверхности склона. Понятно, что при этом толща, слагающая склон, испытывает фильтрационное давление, имеющее одинаковое основное направление с оползневым давлением. Следовательно, фильтрационное давление является одним из факторов — побудителей к развитию оползневых явлений.

Рис. 1. Наклонный пласт водонасыщенного

грунта

Разберем действие фильтрационного давления для случая наклонного пласта грунта, залегающего на водоупоре, параллельном поверхности (рис. 1). Этот случай благодаря своей простоте позволяет отчетливо представить сущность рассматриваемого вопроса [16]. Кроме того, он имеет и практическое значение, так как весьма часто встречается в задачах об устойчивости оползневых склонов и, в виде одного из допущений, может быть использован в большинстве действительных случаев.

Пусть поры грунта полностью насыщены водой и линии тока воды параллельны поверхности откоса. Тогда последняя являет-

ся, вместе с тем, верхней линией тока, а также и линией депрессии, так как на нее непосредственно действует во всех точках атмосферное давление.

Как известно из гидравлики, линии, перпендикулярные к линии тока, представляют собой эквипотенциальные линии, то есть во всех точках каждой такой линии вода поднялась бы в пьезометрических трубках до одного и того же пьезометрического уровня. Отсюда следует, что вдоль отрезков линий тока, проведенных между двумя эквипотенциальными линиями, будет наблюдаться одинаковая разность пьезометрических уровней, а следовательно, и одинаковая разность напоров. В данном случае разность напоров Дh между двумя соседними эквипотенциальными линиями, например, аЪ и ей, будет равна разности отметок точек а и е, т. е. za— ze. Следовательно, Дh~za— ze. Соответствующая длина линии тока будет равна:

А, Ah    za    — zc

Д/ =-:-as-:-.

sin a    sin а


Таким образом, градиент окажется равным:


i =


Mi

М


(za — ze) sin a

Zg — Ze


= sin a.


(5)


Но поскольку принято a—(Зф, то

i== sin рф.    (G)

Гидродинамическое (фильтрационное) давление на единицу объема грунта равно градиенту (разности напоров на единицу длины, т. е. объему столба воды), умноженному на удельный вес воды:

/един.=    Уш    Sin рф.    (7)

Общее давление па некоторый слой грунта объемом V будет равно:

/ — V/един.= Гуш sin рф = Vyw sin a.    (8)

Это давление направлено вдоль линий тока, параллельно поверхности откоса, и является сдвигающей силой.

Пусть поверхностью скольжения является кровля водоупора. Собственный вес грунта в объеме V с учетом взвешивания будет равен: Рв = (у — у^) V. Сдвигающая составляющая этого веса Q также направлена вдоль откоса книзу и равна: Q = PBsina, а нормальная к поверхности скольжения составляющая iV = Pncosa. Таким образом:

Q=(у — yu,)rsina; TV— (у — yw)I7cosa.    (9)

Общая сдвигающая сила равна Q + }, а удерживающая сила тре-


15


ния T = Ntgcp (если в грунте отсутствует сцепление, в противном случае следует добавить силу cL). Коэффициент устойчивости склона для слоя объемом V будет равен:

д- __ jVtgtp_ (у — yiv) V cos а • tg ф __(у — уш) cos а tg q:_

* Q + / (у — Yu>) V sin а+ Vyw • sin а    у    sin а

_ у — Уш    tg ф ,

V    tga

При отсутствии фильтрационного и взвешивающего давлений этот коэффициент был бы равен:



Ку


_ N tg ср _ у V cos a tg ф


tg Ф


(И)


Q    y^sina    tga

Следовательно, при насыщении откоса водой коэффициент устой


у


раз, то есть во столько раз, во

у —Yw

сколько вес скелета грунта в воздухе больше веса скелета с учетом взвешивания в воде.

Легко видеть, что ту же формулу коэффициента устойчивости можно получить, не рассматривая отдельно фильтрационного давления, а определяя сдвигающую силу исходя из объемного веса грунта у (т0 есть веса скелета вместе с водой), а удерживающую силу трения —■ исходя из веса скелета с учетом взвешивания у — yw:


чивости снижается в.


(у — yw) V cos a lg ф


N tg ср


tg ф


У У «>


- — . (12)

Q    у    V    sin    a    У    tg a    4

Такой способ оценки устойчивости склона обычно называют «методом взвешивания» и нередко применяют при практических расчетах. Физический смысл этого метода заключается в том, что напор грунтовых вод способен оказать на покровную толщу пород взвешивающее противодавление и тем самым снизить действующие в контактной зоне силы сопротивления сдвигу за счет снижения сил трения. Вместе с тем в этих условиях возникает возможность дополнительного водонасыщения грунтов и снижения сопротивляемости их сдвигу. Сдвигающее же усилие в этом случае останется без изменения, так как силы гравитации сохраняются прежней величины (имеется водонасыщение не по всей высоте грунтовой толщи).

Поскольку пьезометрический уровень, соответствующий какой-либо точке поверхности скольжения, находится на отметке пересечения с поверхностью депрессии эквипотенциали, проходящей через эту точку, то нейтральное (поровое) давление в этой точке равно ywh (где h — пьезометрическая высота в данной точке) и направлено по нормали к поверхности скольжения. Следова-


/\У = -


1G


цельно, оно должно быть вычтено из нормального давления, создаваемого весом грунта, находящегося выше поверхности скольжения. Приближенно можно принимать, что пьезометрическая высота h в каждой точке поверхности скольжения равна вертикальному расстоянию между этой точкой и поверхностью депрессии. Это почти точно для пологих откосов (с крутизной меньшей чем 1:2,5) и идет в запас устойчивости для более крутых откосов. Тогда учет действия воды в порах при расчете устойчивости может выполняться следующим образом. При определении нормального давления по поверхности скольжения от него отнимается величина, равная ywh, а при определении сдвигающих сил учитывается полный объемный вес грунта без взвешивания (т. е. вес скелета плюс вес воды в порах). То есть ошыь приходим к методу взвешивания.

Итак учет действия напорных грунтовых вод может производиться двумя способами.

Первый способ учета действия грунтовых вод — метод использования величины гидродинамического давления. Заключается он в следующем:

сдвиговые характеристики грунта в уровне поверхности скольжения принимаются для случая его водонасьпценпя (сп, срв);

собственный вес грунта во всех расчетах принимается с учетом взвешивания в воде части оползневого отсека между кривой депрессии и поверхностью скольжения;

к величине сдвигающей силы добавляется величина гидродинамического давления j=Vywsin$ф.

Поскольку, как правило, к оползневому грунту приурочен грунтовый поток, разгружающийся вблизи основания склона, можно с некоторым приближением считать, что в пределах каждого отсека равнодействующая гидродинамического давления параллельна депрессионной кривой, а средний градиент напора в отсеке ii = sin(Зфь где |3фг — угол наклона к горизонту хорды, соединяющей точки пересечения депрессионной кривой с границами отсека. То есть принимаем, что уклон кривой депрессии совпадает с наклоном равнодействующей гидродинамического давления. Положение депрессионной поверхности определяется по материалам инженерно-геологических изысканий и длительных наблюдений с помощью поропьезометров. По результатам экспериментальных данных (35] установлено, что направление грунтового потока в сторону напорного откоса приближается (стремится) к линии откоса, поэтому в пределе гидравлический градиент иногда может быть принят равным sin|3, где р — угол наклона откоса к горизонту.

При выполнении расчетов устойчивости склонов, как правило, будем принимать, что направление гидродинамической силы па-

17

раллелъно поверхности скольжения в данном отсеке (основанию отсека). В таком случае эту силу можно целиком (без разложения на составляющие) прибавлять к сдвигающей силе. Это, разумеется, не совсем правильно, однако, значительно упрощает расчет и идет в запас прочности. Раскладывать гидродинамическую силу рекомендуется лишь тогда, когда ее наклон будет значительно отличаться от наклона поверхности скольжения (более чем на 10%)- Следует отметить, что при необходимости разложения гидродинамической силы на составляющие (при значительных ее наклонах) его следует выполнять с учетом градиентов потока в соответствующих направлениях, отвечающих гидродинамической сетке фильтрационного потока. При рассмотрении метода 10. И. Соловьева будет показано, что разложение гидродинамической силы на составляющие значительно усложняет расчет. Этот первый способ учета действия грунтовых вод будем преимущественно применять в таких методах расчета устойчивости склона или величины оползневого давления, в конечных формулах которых нет явно выраженных отдельных величин удерживающей и сдвигающей сил. Однако этот способ приемлем и в любых других случаях.

Второй способ учета действия грунтовых вод — метод взвешивания. Заключается он в следующем:

сдвиговые характеристики грунта в уровне поверхности скольжения принимаются для случая его водонасыщения (св, фв);

при определении сил, сдвигающих массив грунта, принимается полный вес отсеков без учета взвешивающего действия грунтовых вод, а при определении сил, удерживающих массив грунта, принимается вес отсеков с учетом взвешивающего действия грунтовых вод в части, находящейся между кривой депрессии и поверхностью скольжения (при этом в вес отсека включается полный объемный вес грунта, находящегося в зоне капиллярного насыщения выше кривой депрессии).

Этот второй способ учета действия грунтовых вод используется для методов расчета, в которых удерживающие и сдвигающие силы оказыватся явно выраженными. В целом же оба рассмотренных способа учета действия напорных грунтовых вод равноценны и могут в одинаковой степени применяться в инженерных расчетах.

При отсутствии напорных грунтовых вод и наличии обычного водонасыщения грунтов откоса в расчете коэффициента устойчивости или величины оползневого давления учитываются лишь все физико-механические характеристики пород в замоченном состоянии. Взвешивающее же действие воды или гидродинамическое давление в таком случае не учитывается.

Для возможности оперирования имеющимися в каждом конк-

18

ретном случае физико-механическими характеристиками грунтов вспомним различные способы определения объемного веса грунта при его водонасыщении или увлажнении. Объемный вес у грунта в естественном состоянии с влажностью W равен:

v= 1—(1 + 0,01^).    (13)

Объемный вес убР грунта, полностью насыщенного водой (вес грунта брутто), определяется по формуле

Y6p~ — =Ув + Уш:=Уск + Пуш-    (Н)

I -j-G

Объемный вес ув грунта, взвешенного в воде (взвешенный объемный вес грунта), определяется по следующим формулам: для водопроницаемых грунтов (пески, гравий, щебень, трещиноватые полускалыше породы и т. д.)

для непроницаемых и слабопроницаемых грунтов (глинистых, монолитных скалистых, супесей, плотных песков и т. д.)

Yb = Y — Y» —Теи — (1 — л) у».    (16)

Все физико-механические характеристики грунтов, в том числе и характеристики сопротивляемости грунтов сдвигу с* и <р,-, различны в основаниях отсеков, находящихся ниже уровня грунтовых вод и выше их. Поэтому целесообразно границы отсеков располагать так, чтобы эти границы совпадали с переходом от части основания блока, находящейся выше грунтовых вод, к части, находящейся под ними.

В заключение данного параграфа необходимо оговориться, что приведенные здесь списобы учета действия грунтовых вод являются далеко не единственными. Например, И. В. Федоров [26] предложил способ расчета устойчивости откосов с учетом фильтрационных сил, удовлетворяющий всем условиям статики, графоаналитическим методом. Некоторые элементы данного способа будут нами использованы при рассмотрении соответствующих методов оценки устойчивости склонов и откосов. Этим же автором [27] проанализированы выведенные различными исследователями Уравнения движения воды в пористых средах и предложена для практического использования методика расчета эффективного Давления по подошве элемента при учете фильтрационных сил.

Р. Р. Чугаевым выведены дифференциальные уравнения движения жидкости в грунте и получены выражения для учета фильтрационных сил [32, 33, 35]. При произвольной поверхности

19

скольжения (образованной системой плоскостей) фильтрационные силы можно учитывать с использованием контурного способа Иванова, для которого достаточно располагать только данными о распределении напоров на границах блока. Этим вопросом занимались и многие другие советские и зарубежные ученые (Н. П. Пузыревский, Б. И. Покровский, Д. В. Тейлор, Е. Д. Ка-домский, И. Оде, Н, А. Цытович, Н. С. Моргунов, К. И. Фоменко, Ю. А. Соболевский, М. Е. Харр и др.). В некоторых случаях получены решения, отличающиеся большой точностью. Однако, из-за ограниченности места, мы не будем здесь подробно рассматривать все эти решения. Как показал И. В. Федоров [26]г учет фильтрационных сил по упрощенной формуле дает незначительные расхождения (до 1,5%) по сравнению с точными решениями. Этот способ учета особенно применим в практике, так как не требует построения фильтрационной сетки. Для учета фильтрационных сил в данном случае требуется построение лишь кривой депрессии и определение участка высачиваиия.

Следует заметить, что оценка коэффициента устойчивости с учетом фильтрационных сил по упрощенной формуле будет давать приемлемые результаты только в тех случаях, когда эквипотенциальные линии несущественно отличаются от вертикальных линйй.

В связи с вышеизложенным для практического проектирования удерживающих конструкций мы будем применять лишь приведенные в настоящем параграфе два способа учета действия напорных грунтовых вод — метод использования величины гидродинамического давления и метод взвешивания.

Применение более сложных методов учета гидродинамического давления оправдывается в тех случаях, когда имеются значительные напоры грунтовых вод или когда склон омывается акваториями, уровень воды в которых может резко изменяться, И т. д.

1.3. Учет сейсмических воздействий

Рассмотрим теперь особенности расчета устойчивости склонов или откосов в сейсмических районах (16, 20, 23, 39]. Поскольку методика расчета в данной работе будет приводиться в основном применительно к условиям оползневых склонов Южного берега Крыма, Кавказа и Закарпатья, в большинстве своем находящихся в сейсмических районах, действие сейсмики будем учитывать во всех выводимых формулах.

Сила землетрясения оценивается по двенадцатибалльной шка-ле. Весь Советский Союз районирован по сейсмичности. Дл? каждого района указывается максимальная балльность, которой

20

может достигнуть землетрясение в этом районе. Расчеты откосов и склонов в районах, для которых сила землетрясения оценивается в 7 баллов и выше, производятся с учетом сейсмичности. Однако на отдельных участках одного и того же по балльности района фактическая сила землетрясений может отличаться от средней в зависимости от геологических условий. Неблагоприятными в сейсмическом отношении являются: насыщенные водой гравийные, песчаные и лессовидные грунты; мягкопластичные и текучие глинистые грунты; участки местности с сильно расчлененным рельефом — обрывистые берега, овраги, ущелья; вывет-релые и сильно нарушенные породы; участки с близким расположением линий тектонических разрывов. Менее опасны в сейсмическом отношении невыветрелые скальные грунты, а также плотные и маловлажные крупнообломочные грунты.

При проектировании укрепления оползневых склонов или строительства сооружений на них следует учитывать их геологическое строение. В неблагоприятных геологических условиях, указанных выше, средняя сейсмическая балльность района должна повышаться на один балл; при благоприятных условиях — понижаться на один балл.

Учет сейсмического воздействия при расчете противооползневых удерживающих конструкций осуществляется добавлением к расчетным усилиям так называемой сейсмической силы.

Сейсмическая сила Qc приближенно определяется как доля от веса массы грунта, которая претерпевает сейсмическое воздействие:

Qc = \iP,    (17)

где |х — коэффициент динамической сейсмичности, значения которого рекомендуется при расчете естественных склонов принимать по табл. 1. При расчете искусственных откосов (насыпи дорог, плотины т. д.) значения коэффициента ja из табл. 1 следует (приближенно) увеличивать в 1,5 раза.

Таблица 1

Коэффициент динамической сейсмичности ц

Сейсми

ческая

балль

ность

района

1—6

7

3

9

10

11

12

И

0,00

0,025

0,050

0,10

0,25

0,50

>0,75

у, У1


Уч

Уск

W

7w

п

Ув, У el


7бР

е

Ci, ф<


CBii фв^


Oni


FPx — tgqn+ G

at3pi = arctg Fpi H

P

h


УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ


—    удельный вес грунта (индекс «Ь> обозначает номер рассматриваемого отсека из всех, на которые условно разбит оползневой блок);

—    удельный вес твердых частиц грунта;

—    удельный вес скелета (вес твердой фазы в единице объема грунта)

—    влажность грунта в процентах;

—    удельный вес воды;

—    пористость грунта;

—    удельный вес грунта, взвешенного в воде;

— удельный вес грунта, полностью насыщенного водой (без взвешивания);

—    коэффициент пористости грунта;

—    удельное сцепление и угол внутреннего трения (параметры сопротивления сдвигу или сдвиговые характеристики) в уровне подошвы отсека (по поверхности скольжения в данном отсеке);

—    сдвиговые характеристики грунта в замоченном состоянии;

—    нормальное напряжение в рассматри

ваемой точке отсека;

—    коэффициент сопротивления сдвигу;

—    угол сдвига;

—    высота склона по вертикали;

—    угол наклона поверхности склона к горизонту;

—    длина подошвы или основания отсека

(длина плоской поверхности скольжения в пределах отсека или длина хорды, соединяющей границы подошвы отсека);


3


Направление силы Qc рекомендуется считать наиболее неблагоприятным. В связи с этим будем принимать, что силы сейсма в каждом отсеке оползневого блока направлены параллельно основанию отсека, то есть совпадают с направление^ сдвигающей силы в этом отсеке. Тогда при разбивке оползневого блока на отсеки сейсмические силы будем учитывать в отдельности при рассмотрении каждого отсека (складывать их со сдвигающими силами). Это, конечно, принципиально неточно, ибо направление сейсмического воздействия должно быть, естественно, единым по длине всего оползневого блока (соответствующим направлению ускорения сейсмической волны). Однако допущение о существовании в каждом отсеке своего направления сейсмической силы значительно упрощает дальнейший расчет и идет в запас прочности.

При сплошном водонасыщении оползневого массива сейсмические силы следует учитывать не только от веса грунта, но аналогичным образом и от веса воды.

Приведенный способ учета сейсмической силы несомненно является упрощенным. Однако его простота при применении в инженерных расчетах оправдывает имеющуюся неточность, которая может быть ликвидирована с помощью длительных экспериментальных исследований.

Р. Р. Чугаев [34] предложил для учета сейсмического воздействия рассчитываемый оползневой блок целиком поворачивать на угол отклонения результирующей объемной силы (равной равнодействующей вертикальной силы и горизонтальной силы сейсмического воздействия) от вертикали. При этом результирующая объемная сила становится вертикальной. Затем расчет выполняется в обычном порядке при вертикально действующих объемных силах, но для нового положения отсека, при котором на угол отклонения повернуты все элементы блока — верхний и нижний контуры, границы слоев, депрессионная линия, горизонт воды и т. д. Мы при рассмотрении расчетных методов этот способ учета сейсмической силы использовать не будем ввиду его сложности.

II. МЕТОДЫ РАСЧЕТА 2.1. Метод круглоцилиндрической поверхности скольжения

Способ круглоцилиндрической поверхности широко описан в технической литературе [8, 15, 17, 19, 25, 26, 28, 29, 30, 31, 34, 39], однако, не всегда одинаково трактуется у разных авторов.

Этот метод весьма распространен в строительной практике и применяется с помощью самых различных приемов. Поэтому

22

L

— длина линии скольжения для всего рассматриваемого участка склона;

a,

— длина отсека по горизонтали в плоскости чертежа;

licp !

— средняя толщина оползневого грунта в рассматриваемом отсеке;

V

— объем грунта;

a,

— угол наклона подошвы отсека к горизонту (угол наклона плоской поверхности скольжения в пределах отсека, а в случае криволинейной поверхности скольжения — угол наклона хорды, соединяющей границы подошвы отсека),

fi,

— площадь подошвы отсека;

b

— ширина оползневого блока в плоскости, перпендикулярной чертежу;

h,

— гидравлический напор в отсеке (средняя высота водонасыщенной части отсека);

0) i —

— площадь сечения потока грунтовых вод в данном отсеке (в плоскости чертежа);

P'lt<

— уклон кривой депрессии (угол наклона к горизонту равнодействующей гидродинамического (фильтрационного) давления) ;

i = smp(|i,

— гидравлический градиент (падение гидравлического напора на единицу длины в направлении течения);

Pi

— полный вес одного из отсеков, на которые разбивается оползневой блок (с учетом внешней временной и постоянной нагрузок, находящихся в пределах отсека);

Pm

N, = P, coscii Qi = P, sina,

—    вес отсека с учетом взвешивания водой;

—    нормальная составляющая веса отсека;

—■ сдвигающая сила (касательная составляющая веса отсека);

T i = AMgcpi

— сила трения;

Ct — cxli    —    сила сцепления (при принятии 6=1,0),

^J = 7,/+Cl = yVttgcpl+ — суммарная удерживающая касательная

+ cxlt = Pjcosa^tgcpt + CtU    сила (сопротивление перемещению г-го

отсека по поверхности скольжения),

]х    —    фильтрационная сила (гидродинамиче

ское давление) в (-ом отсеке,

Ei    —    результирующее давление от одного от

Е


суммарное оползневое давление сползающего блока;


оп


сека,

/<у    —    коэффициент    запаса    устойчивости    скло

на (фактический коэффициент устойчивости) ,

Ку3    — задаваемый коэффициент устойчивости

(для укрепляемого склона);

Qc, Qci    — сейсмическая сила.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Вследствие освоения под строительство территорий, которые раньше считались непригодными, все чаще приходится возводить здания и сооружения на косогорах и неустойчивых склонах. При этом, кроме задач обеспечения надежности возводимых корпусов, требуется решать вопросы сохранения окружающей среды и экономного использования территории. В решениях XXVII съезда КПСС, в новой Конституции СССР, а также в принятом ЦК КПСС и Советом Министров СССР постановлении «О дополнительных мерах по усилению охраны природы и улучшению использования природных ресурсов» указывается на необходимость разработки и осуществления мероприятий по охране окружающей среды, более экономного использования свободных земель при строительстве промышленных и гражданских сооружений.

В связи с этим вопрос рационального проектирования и строительства на неустойчивых склонах в настоящее время приобрел наиболее актуальное значение. Для организаций Министерства монтажных и специальных строительных работ, которые не только возводят специальные сооружения па оползнеопасных территориях, но также занимаются проектированием и строительством самих противооползневых конструкций, вопрос достоверной оценки степени устойчивости склона является особенно важным.

Однако четких рекомендаций о том, какими методами следует оценивать степень устойчивости склона, на котором необходимо вести строительство, а также какие способы применять для определения давления на противооползневое сооружение, в настоящее время в нормативной литературе не существует. Разбросанные по большому количеству литературных источников методы расчета нередко весьма противоречивы и трудно применимы для практических вычислений.

Поэтому в настоящих рекомендациях проанализированы основные из существующих методов расчета, сделаны выводы о том, для каких условий какие методы целесообразнее применять. Кроме того, все методы расчета приведены к формам, удобным для практического применения.

7

Простота выведенных конечных формул позволит пользоваться ими не только проектным организациям, но также и монтажным специализированным управлениям и трестам, которым нередко требуется оперативно оценить* степень устойчивости склона, на котором необходимо устанавливать механизмы и производить специальные и монтажные работы.

Кроме целей выбора наиболее рациональных способов расчета, анализ существующих методов позволит, во-первых, ознакомить проектировщиков и строителей с существующим уровнем знаний по данному вопросу, во-вторых, использовать ими способ оценки устойчивости склонов параллельно различными методами (что дает большую достоверность оценки), в-третьих, благодаря настоящим рекомендациям, выбрать из всех существующих именно те методы, которые в каждом конкретном случае помогут получить наиболее верный результат.

В работе приведены существующие способы расчета коэффициента устойчивости склона и величины оползневого давления в преобразованном (для удобства применения) виде, разработаны рекомендации по способам учета грунтовых вод и сейсмических воздействий, произведено сравнение различных методов расчета и даны рекомендации по областям применения каждого из них, а также по способам построения эпюры оползневого давления, необходимой для проектирования противооползневых конструкций.

I. ИСХОДНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ 1.1. Основные предпосылки

При проектировании любых противооползневых мероприятий,, при строительстве на неустойчивых склонах или при размещении механизмов на откосах, склонах или бортах оврагов работы следует начинать с оценки степени устойчивости наклонной поверхности земли. Такая оценка производится путем вычисления так называемого коэффициента устойчивости, который характеризуется отношением сил, удерживающих массив грунта на наклонной поверхности, к силам, сдвигающим этот массив. Для проектирования противооползневых мероприятий нередко требуется еще определять величину давления грунта от смещающегося массива па ограждающую конструкцию (оползневое давление). Для таких вычислений существует очень, большое количество расчетных методов, которые, по существу, не регламентированы нормативными документами.

Большинство из существущих методов расчета устойчивости склонов было разработано для вычисления коэффициента устойчивости склона. Затем эти расчеты (как правило, автором дан-

ной работы) преобразовывались для определения так называемого оползневого давления, т. е. давления, передающегося от неустойчивых грунтовых масс оползневого склона. При этом для расчета противооползневых удерживающих конструкций разработаны способы построения эпюры оползневого давления по протяженности оползня.

Все расчетные методы оценки степени устойчивости склонов основаны на применении теории предельного равновесия, рассматривающей предельное напряженное состояние грунтового массива. В расчетной модели принимается ряд условных допущений:

используется гипотеза затвердевшего тела (призма возможного смещения рассматривается в виде затвердевшего клина);

рассматривается узкая полоса склона шириной 1 м; условия ее работы сохраняются для всего склона;

допускается определенная форма поверхности скольжения; при пользовании основным критерием прочности (T = atgfp + c) напряжения заменяются силами;

в некоторых методах силы взаимодействия между отсеками, на которые разбивается оползневой блок, не учитываются;

принимаются излагаемые далее допущения о значениях и проявлениях давления грунтовых вод и сейсмической силы;

в некоторых методах при рассмотрении равновесия массива принимается одно уравнение статики;

в отдельных случаях теория предельного равновесия применяется к грунтовому массиву, находящемуся в запредельном состоянии (при /Су<С 1).

Несмотря на перечисленные допущения и исходя из необходимости охватить как можно больше встречающихся на практике случаев (разнородное геологическое сложение склонов, наличие грунтовых вод, воздействие сейсмических сил и т. д.), эти методы расчета, хотя и не вполне математически и физически строгие, необходимы для разработки простых инженерных способов оценки устойчивости склонов и откосов.

При расчетах оползневого давления положение наиболее опасной поверхности скольжения, как правило, принимается уже установленным. Существует множество натурных и теоретических методов установления поверхности скольжения. Из натурных необходимо отметить следующие методы: визуального наблюдения за проходимыми при бурении скважин и шурфов породами — по зеркалам и штрихам скольжения, по повышенной влажности грунтов и т. д.; глубинного репера из отрезков труб (Е. П. Емельяновой); глубинного шлангового репера; глубинного репера с электрическим фиксатором смещений, (И. Я. Баранова); обратного поплавкового отвеса; метод М. Н. Рубаника; динами-

D

ческого и статического зондирования (определение поверхности скольжения по областям с пониженным сопротивлением перемещению зонда); длительного наблюдения за относительным смещением колец, которыми обсажена наблюдательная скважина, и др. Из теоретических можно отметить методы Б. М. Ломизе, И. В. Федорова [26], Г. М. Шахунянца [38, 39], Г. Л. Фисенко и др.

Нередко поверхность скольжения предопределена самим геологическим строением склона, например, когда покровные грунты (делювий) сползают по коренным породам. Однако в таких случаях к анализу следует подходить с осторожностью. Если коренными породами являются полускальные грунты (аргиллиты, алевролиты, известняки и т. д.), то поверхность скольжения может проходить и выше, и ниже кровли таких пород. В окончательном виде для упрощения расчетов поверхность скольжения принимается в виде простейших форм — из ломаных линий, из дуг окружности и т. д.

Положение поверхности скольжения, так же как и значения прочностных характеристик грунтов (с и <р), установленные по материалам инженерно-геологических изысканий, следует при практическом проектировании уточнять обратными расчетами, исходя из значения коэффициента устойчивости склона, приблизительно соответствующего его значению при фактическом состоянии склона (при неустойчивом положении склона Ку~ 1). При этом, в соответствии с результатами исследований многих советских ученых (М. Н. Гольдштейн, Э. М. Добров, Ю. К. Зарецкий, Н. Н. Маслов, Г. И. Тер-Степанян, А. Я. Туровская, II. А. Цытович и др.), значения сдвиговых характеристик грунтов на уровне поверхности скольжения могут быть снижены вследствие возможного изменения их во времени с учетом ползучести. Такое снижение прочностных свойств грунтов (особенно глинистых) в некоторых условиях может быть значительным, что необходимо учитывать при проектировании.

Для практических расчетов возможно применять метод учета реологических свойств грунтов, разработанный проф. Н. Н. Масловым [15]. Как известно, по Н. Н. Маслову сопротивляемость грунта сдвигу представляется выражением:

Spu> ~    2го "Г Со    (1)

где р — действующее в породе по данной площадке нормальное напряжение; фю — угол внутреннего трения при влажности W\

— связность породы водно-коллоидной природы и обратимого характера при влажности W\ сс — жесткое структурное сцепление с характером необратимых связей.

ю

Ползучесть проявляется, когда действительные сдвигающие напряжения т лежат в пределах

ptg(pu,-f cc<T<ptgfpw + 2w + cc.    (2)

В таком случае прочность грунта обеспечивается на тот или иной период, однако в связи с деформацией ползучести возможно нарушение необратимого сцепления сс во времени с общим падением прочности грунта.

В реологическом анализе весьма важным оказывается расчленение присущего глинистому грунту общего сцепления с на слагающие его обратимое и необратимое сс сцепления. Этот анализ выполняется путем сопоставления значений сопротивления породы сдвигу в монолите и при сдвиге «плашек» породы по искусственно подготовленной поверхности. Затем проводится длительное испытание на сдвиг с контролируемой деформацией под действующей нагрузкой т для определения возможного снижения значений фю, и сс во времени и характеристик вязкости грунта.

По методике Н. Н, Маслова может быть выполнен прогноз скорости перемещения вниз по склону оползневых масс на длительный период и интенсивности деформаций смещения подпорных сооружений.

В случаях, когда по материалам инженерно-геологических изысканий и имеющихся теоретических методов положение наиболее опасной поверхности скольжения установить не удается, расчетные методы оценки устойчивости склонов в прямом виде применить не представляется возможным. В таких случаях следует использовать вариационные методы расчета, предложенные А. Д. Гиргидовым, М. Н. Гольдштейном, А. Г. Дорфманом, У. X. Магдеевым и др.

При расчетах устойчивости склона или оползневого давления сползающий грунтовый блок членится вертикальными линиями на ряд отсеков. Обычно отсеки принимаются такими, чтобы без потери точности можно было в их пределах принимать поверхность за плоскость, а состояние грунта, очертание склона, действие внешних сил и т. п. практически однородными. Как правило, ширина отсеков не должна првышать 5—6 м.

Введем допущение относительно точки приложения и направления равнодействующей оползневого давления. Если оползневое давление считать активным, то, по мнению автора, схема его распределения по высоте аналогична схеме распределения активного давления от клина сползания по теории Кулона. При введении допущения о такой аналогии вертикальную эпюру оползневого давления по высоте расчетного сечения склона следует принять треугольной (это подтверждается и тем, что на уровне

и