Коэффициент запаса устойчивости откоса снип

Устойчивость откосов и склонов

Критерий оценки устойчивости

Устойчивость грунта в откосах

Количественная оценка устойчивости откосов и склонов основана на требованиях СНиП 2.02.01-83*. Критерием устойчивости является коэффициент запаса устойчивости, который должен быть больше нормативного:

. (6.1)

Коэффициент запаса устойчивости характеризует соотношение удерживающих М_уд и опрокидывающих М_опр моментов рассматриваемого объема грунта. При этом предполагается, что оползневый массив грунта жестко смещается по поверхности скольжения.

Наиболее простым является метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения. На рис. 6.7 показана расчетная схема для определения коэффициента запаса устойчивости склона методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения с учетом сил инерции (сейсмики) Q_c и фильтрации Q_ф (аb – поверхность скольжения; cd – депрессивная кривая).

Рис. 6.7. Расчетная схема для определения коэффициента

запаса устойчивости склона

Коэффициент устойчивости определяется следующим выражением:

, (6.2)

где — угол наклона основания отсека к горизонту.

Инерционные (сейсмические) силы учитываются на основе принципа квазистатических сил, т.е. , где — коэффициент сейсмичности, определяемый в зависимости от балльности. При этом следует выбирать наиболее неблагоприятное направление действия сейсмических сил.

В фильтрующих откосах необходимо также учитывать фильтрационные силы, действующие на каждый элементарный объем, т.е. , где — удельный вес воды, — компоненты гидравлического градиента в горизонтальном и вертикальном направлениях.

Суммарные силы фильтрации определяются путем интегрирования по площади фильтрующего массива:

, (6.3)

где F – площадь между круглоцилиндрической поверхностью и депрессивной кривой.

Равнодействующая фильтрационная сила определяется по формуле:

, (6.4)

Метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения позволяет оценить длительную устойчивость склонов и откосов путем учета изменчивости во времени прочностных свойств грунтов, гидрологических условий и влажностного режима. В этом случае коэффициент длительной устойчивости имеет вид:

. (6.5)

В формуле (6.5) переменными параметрами являются угол внутреннего трения , сцепление , поровое давление , а также фильтрационные силы и силы сейсмики.

Каменно-земляные плотины — Расчеты сейсмостойкости плотин

Содержание материала

• Каменно-земляные плотины
• Развитие строительства
• Типы и конструкции
• Преимущества и недостатки
• Выбор створа и типа
• Материалы изысканий
• Исследования грунтов
• Пути снижения сжимаемости
• Элементы профиля плотины
• Расчеты плотин
• Расчеты сейсмостойкости
• Фильтрационные расчеты
• Расчеты порового давления
• Расчеты деформированного
• Определение напряжений
• Требования к основаниям
• Подготовка скального
• Укрепление скального
• Подготовка нескального
• Противофильтрационные
• Дренаж подошвы
• Врезка плотин в береговые
• Зонирование грунтов
• Каменно-земляные плотины
• Из крупнообломочных
• Каменнонабросные плотины
• Конструкция гребня
• Наращивание плотин
• В сейсмических районах
• Плотины для ГАЭС
• Противофильтрационные у-ва
• Переходные зоны
• Требования к экранам
• Экраны каменнонабросных
• Диафрагмы каменнонабросных
• Инъекционные диафрагмы
• Полимеры в экранах
• Компоновка гидроузла
• Водосбросные, водоспускные
• Водосливные плотины
• Натурные наблюдения
• Деформации основания
• Деформации тела плотин
• Осадки в эксплуатации
• Трещинообразования
• Наблюдения за фильтрацией
• Причины разрушений
• Учет опыта эксплуатации
• Материалы, их заготовка
• Заготовка камня в карьерах
• Механическое рыхление
• Сортировка камня
• Материалы для переходных
• Грунты для противофильтр.
• Обогащение грунтов и камня
• Транспортирование грунта
• Объемы работ
• Очередность работ
• Отвод реки в строительный
• Затопление в строительный
• Разработка котлована
• Неподготовленное основание
• Противофильтры в основании
• Принципы уплотнения грунта
• Грунтоуплотняющие машины
• Уплотн. крупнообломочных
• Уплотнение отсыпки
• Последовательность
• Подготовка для отсыпки
• Отсыпка грунта и фильтров
• Уплотнение переувлажненных
• Отсыпка грунта в воду
• Приготовление глинобетона
• Направленный взрыв
• Опытные исследования
• Контроль качества работ
• Подэкрановая подготовка
• Бетонные работы
• Экраны, гидроизоляция
• Полиэтиленовые экраны
• Монтаж стального.. экранов
• Суровые климатические
• Строительство зимой
• Принципы в суровом климате
• Заключение

При проектировании плотин в сейсмических районах необходимо считаться с сейсмическими воздействиями в соответствии с требованиями СНиП II-А.12-69. В СНиП приведены данные по сейсмическому районированию Советского Союза, которые уточняются по данным изысканий при проектировании гидроузла.
Расчеты сейсмостойкости плотин выполняются обычно по статическому методу, при котором в состав активных сил включаются объемные инерционные силы, определяемые коэффициентом сейсмичности kc в зависимости от проявления сейсмической активности. Собранные и обработанные Институтом физики земли АН СССР данные о землетрясениях и анализ их акселерограмм позволяют дать следующие характеристики землетрясений, приведенные в табл. 2-4.
Действительные ускорения землетрясений изменяются в довольно широких пределах и зависят от вида грунта, его толщи, уровня грунтовых вод и пр.

Таблица 2-4
Динамические характеристики землетрясений

Статический метод определения сейсмических сил учитывает некоторые динамические особенности плотины. Динамическая теория сейсмостойкости базируется на изучении акселерограмм сильных землетрясений, а для оценки сейсмического воздействия на плотину применяется спектральный подход.
В расчетах сейсмостойкости чаще всего применяются те же приемы, что и при расчетах устойчивости откосов плотин в статических условиях (см. § 2-3). К статическим нагрузкам добавляются сейсмические силы и определяется коэффициент запаса устойчивости, который находится для той же кривой обрушения, для которой он определен как минимальный от действия основных сил.
Сейсмическую нагрузку определяют с учетом некоторых динамических особенностей сооружения, используя для этого динамическую теорию сейсмостойкости.
Расчетное значение сейсмической нагрузки Sik в точке k, соответствующее i-му тону собственных колебаний плотины, определяется по формуле
Расчеты ведутся в основном от действия горизонтально направленной инерционной силы. В необходимых случаях учитывается вертикальная сейсмическая нагрузка, которая принимается в размере от 10 до 30% горизонтальной.
Недостатком статического метода является невозможность оценки размеров деформаций, которые могут произойти в плотине при землетрясении, а коэффициент запаса устойчивости откосов, определяемый из этого условия, весьма условен, поскольку в течение землетрясения он может несколько раз становиться меньше единицы, не вызывая ни разрушения, ни чрезмерных деформаций из-за слишком коротких периодов времени, при которых максимальные сейсмические силы действуют в одном направлении.
С учетом этого были предложены более точные методы расчета, основанные на определении деформаций путем интегрирования смещений грунта во время землетрясения на основе спектрального анализа зарегистрированных землетрясений и принимаемого какого-либо из них за расчетное. В каменно-земляных плотинах представляется возможным некоторая потеря устойчивости откоса под действием сейсмических колебаний при условии, что смещения будут в допустимых пределах. Расчет сейсмостойкости плотин по допускаемым смещениям масс грунта [Л. 123] позволяет получить более обжатый профиль плотины.
Одним из перспективных методов расчета сейсмостойкости каменно-земляных плотин является метод конечных элементов [Л. 27]. Предложен также новый метод расчета сейсмостойкости плотин [Л. 121], который применяется одновременно с экспериментальным исследованием модели плотины на виброплатформе. Этим методом произведены расчеты японской плотины Пейпенай высотой 57,4 м с асфальтобетонным экраном (см. рис. 4-25) с очень высоким коэффициентом сейсмичности — 0,18 g.
При проектировании плотины Оровилл применялся статический метод расчета [Л. 55] при расчетном ускорении 0,10 g. Для определения коэффициента сейсмичности в различных сечениях плотины были проведены расчеты динамической реакции при переменных модулях сдвига насыпи.
В результате этих расчетов было установлено, что ускорение изменяется по высоте плотины от 0,1 g у основания до 0,3 g в верхней четверти высоты. Расчеты устойчивости откосов проводились методами сдвига по круговым поверхностям и сдвигаемого клина при различных подпорных уровнях, при различных значениях прочности материалов в отдельных зонах плотины и разных значениях ускорения по высоте.
При расчетах плотины Мангла [Л. 106] ускорение было принято также равным 0,10 g. Расчетные ускорения были определены для разных высот плотины по откорректированному спектру ускорений. Распределение ускорений было рассчитано для первых пяти тонов колебаний. На рис. 2-6,, проведена кривая распределения максимальных расчетных ускорений по высоте этой плотины. При расчете устойчивости откосов было принято осредненное значение максимальных ускорений от основания до гребня 0,11 g. Кроме того, была проведена проверка устойчивости. верхних 40 м плотины на повышенное ускорение 0,15 g. Расчеты были проведены методами сдвига по круговым поверхностям и сдвигаемого клина с учетом специфических условий напластования пород в основании плотины. При расчетах были приняты различные коэффициенты запаса устойчивости, а именно: для верхового откоса при быстром снижении подпорного уровня k3=1,0; для низового откоса при законченном строительстве плотины, т. е. при фильтрационном (поровом) давлении в случае; если поверхность обрушения проходит через ядро, k3=1,2, а если поверхность обрушения не проходит через ядро, k3=1,0. Таким образом, при расчетах сейсмостойкости плотины Мангла были приняты заниженные коэффициенты запаса устойчивости проектного профиля.

Рис. 2-6. Плотина Мангла (а) и распределение по ее высоте сейсмических ускорений (б).
1 — укатанный песчаник; 2 — то же с глиной; 3 — ядро из глины; 4 — переходная зона; 5 — фильтр; 6 — промытый гравий; 7 — пригрузка на верховом и (не показанная на рисунке) низовом откосах; 8 — аллювий, 9 — песчаник; 10 — прослойки глины. Сплошная кривая — распределение сейсмических ускорений по высоте плотины; пунктирная — плоскости обрушения откосов при плоском сдвиге по глине.
При расчете ряда плотин, построенных в сейсмических районах, приняты следующие ускорения:
Черри-Вэлли— 100,0 м (США) 0,05 g
Оровилл—236,0 м (США) . 0,10 g
Дербенди Кхан— 135,0 м (Ирак) .. 0,10 g
Джатилухур—100,0 м (Индонезия) . 0,10 g
Мангла—116,0 м (Пакистан) . 0,11 g
Кебан—207,0 м (Турция) 0,10 g
Макио —106,0 м (Япония) 0,15 g
Тарбела— 147,9 м (Пакистан) 0,15 g
Алмус — 93,5 м (Турция) . 0,15 g
Пейпенай — 57,4 м (Япония) 0,18 g

Так как вопросы о допустимых .перемещениях и определении динамических модулей деформаций сдвига еще недостаточно разработаны и обоснованы, то статический метод расчета еще какое-то время будет приниматься при расчетах сейсмостойкости плотин с использованием элементов динамической теории.
При расчетах сейсмостойкости плотин необходимо знать параметры колебаний основания и плотины, а также распределение инерционных сил по высоте плотины. Необходимо знать и динамические характеристики грунтов. Динамические параметры колебаний (период и форма колебаний, распределение инерционных сил по высоте и пр.) могут быть определены теоретически, измерены в натурных условиях на построенных плотинах и получены в результате исследований на моделях в лабораторных или полевых условиях.
Исследования НИС Гидропроекта по определению динамической устойчивости моделей плотин из различных крупнообломочных несвязных грунтов показали, что степень устойчивости плотин зависит от вида грунта, формы его зерен, степени окатанности и соответственно от сил взаимного заклинивания зерен (камней). В статических условиях зацепление у несвязных грунтов невелико и им обычно пренебрегают. При динамическом воздействии (особенно оно начинает сказываться при напряжении 5 МПа), если оно кратковременно, требуется значительная инерционная сила для преодоления этих сил. Поэтому откос из рваного камня является более сейсмостойким, чем из окатанного. При динамических расчетах следует пользоваться и динамическими характеристиками сопротивления сдвигу. Определив на модели плотины из исследуемого грунта динамически устойчивый угол откоса, можно определить и динамический угол внутреннего трения.
Для каждого вида грунта и его состояния при заданном динамическом воздействии может быть установлено заложение откоса, при котором деформации перемещения грунта будут отсутствовать или находиться в допустимых пределах.
Динамическая устойчивость откоса плотины может быть увеличена за счет пригрузки крупноблочным, динамически более устойчивым материалом, например рваным камнем (плотины Такасэ и Нанакура).

Страница 5: ВСН 291-72*. Инструкция по проектированию гидроотвалов из глинистых грунтов и прогнозированию их состояния (46621)

Qс Q следует предусмотреть выпуск избытка воды из гидроотвала.

При ориентировочных расчетах на 1 м3 грунта гидровскрыши можно принимать до 1 м3 воды подпитки. Минимальный объем прудка должен быть равен не менее чем двухсуточному объему воды, поступающей на гидроотвал с пульпой.

Расчеты гидроотвалов на фильтрацию

5.20. Гидроотвалы должны быть рассчитаны на фильтрацию в соответствии с положениями СНиП II-53-73 и рекомендациями Водгео.

5.21. Для определения положения депрессионной кривой, фильтрационного расхода и критической фильтрационной устойчивости гидроотвала в период намыва и по окончании намывных работ, а также при решении вопросов о целесообразности применения дренажа следует рассчитывать отвалы на фильтрацию, учитывая требования охраны окружающей среды.

5.22. Расчеты на фильтрацию (приложение 6) производят для отдельных, наиболее характерных поперечных сечений тела или основания гидроотвала шириной 1 м. Характерность поперечных сечений определяется высотой гидроотвала, положением прудка-отстойника, литологическими разрезами тела гидроотвала, рельефом местности, геологическим строением основания и очертанием врезки подошвы гидроотвала в его основание.

Эти расчеты могут быть выполнены, если во всех зонах поперечного профиля гидроотвала будут известны гранулометрический состав намытого грунта, объемная масса скелета грунта и коэффициент фильтрации.

5.23. Фильтрационный поток в теле гидроотвала подпитывается в основном за счет инфильтрации воды из намываемого слоя в пределах упорной призмы, а также за счет подпитки избыточной поровой водой из глинистых грунтов центральной зоны.

5.24. Отвалы на фильтрацию следует рассчитывать для различных отметок уровня воды в прудке-отстойнике, из которых наиболее неблагоприятной является отметка, когда намыв отвала завершается и прудок-отстойник занимает наивысшее положение.

Каждый расчетный случай положения кривой депрессии с учетом положения уровня воды в прудке-отстойнике должен быть разработан в проекте для ряда промежуточных стадий намыва в соответствии с его условиями. Это позволит выбрать оптимальный режим намыва, обеспечивающий устойчивость сооружения. Кроме того, при расчетах фильтрации следует учитывать, что наиболее высоким положение кривой депрессии будет при водонепроницаемом основании.

Расчеты отвалов на фильтрацию на проницаемом основании следует выполнять отдельно для гидроотвала и его основания.

5.25. Положение депрессионной кривой во время намыва определяется местоположением прудка-отстойника. Минимально допустимое расстояние от уреза прудка-отстойника до бровки наружного откоса, при котором не происходит выход фильтрационного потока на откос, рекомендуется вычислять по формуле В.А. Мелентьева (рис. 10):

Рис. 10. Расчетная схема минимально допустимого расстояния от уреза отстойного прудка до бровки наружного откоса m0 в зависимости от положения депрессионной кривой m

Lмин = H0(m — m0), (11)

где H0 — высота от основания гидроотвала до поверхности рассматриваемого яруса гидроотвала;

m — отношение горизонтальной проекции кривой депрессии к превышению уровня воды в прудке над основанием гидроотвала;

m0 — отношение горизонтальной проекции наружного откоса к его высоте.

где Jкр — критический градиент фильтрационного потока в теле гидроотвала.

Критические градиенты фильтрационного потока и соответствующие им заложения кривой депрессии можно принять исходя из состава и текстуры намытого грунта (табл. 9).