Freewaygrp.ru

Строительный журнал
6 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Пример расчет устойчивости откосов насыпи

17.4. 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:

Читать еще:  Естественный откос для суглинка

(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.

Читать еще:  Как узнать угол естественного откоса

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

PLAXIS – геотехнические расчеты в дорожном строительстве

Объекты дорожного строительства являются сложными инженерными сооружениями, поведение которых в значительной степени определяется свойствами грунтов, в которых производится строительство, технологией возведения этих объектов и многими другими обстоятельствами.

Ниже на примере двух реальных объектов — набережной с дорожным полотном и железнодорожной насыпи, армируемой геотекстилем, — мы рассмотрим опыт применения программы PLAXIS при проектировании объектов дорожного строительства.

Расчет коэффициента устойчивости набережной

Расчет напряженно-деформированного состояния набережной ведется с учетом этапов строительства:

  1. Устройство шпунта и бетонной банкетки.
  2. Отсыпка насыпного грунта.
  3. Устройство гравийной подготовки под крепления откоса набережной.
  4. Забивка сваи.
  5. Бетонное крепление откоса.
  6. Внешняя нагрузка.

Геометрическая модель представлена на рис. 1.

Рис. 1. Геометрическая модель

Моделирование конструкций

Шпунт представлен элементом плита с интерфейсами, свая — межузловой анкер. Бетонные конструкции моделируются линейно-упругим непористым материалом.

Читать еще:  Герметики для наружных откосов

Бетонное крепление откоса представлено элементом плита.

Полезная нагрузка на дорожное полотно — 2 т/м.

На начальном этапе представлен уровень грунтовых вод на отметке 0,7 м. Генерируются активные поровые давления. Поскольку грунтовое основание не горизонтально, в данном случае не использовалась процедура K0 для генерации начальных напряжений в грунте, а применялось гравитационное нагружение — как первый этап расчета. После этого расчета все перемещения были сброшены на ноль.

Результаты расчета после устройства бетонного основания, шпунта и отсыпки всех слоев насыпного грунта со щебнем: полные перемещения составили на этом этапе 37,6 мм; коэффициент устойчивости k = 1,38 (рис. 2).

Рис. 2. Полные перемещения

Перед следующим расчетом сбрасываются перемещения, достигнутые на предыдущих этапах, так как производилась дополнительная засыпка грунта.

На предпоследнем строительном этапе осуществлялось укрепление откоса при помощи бетонных омоноличенных плит, а также производились забивка сваи и установка бетонной балки. Полезная нагрузка прикладывается на последнем расчетном этапе.

Деформированная сетка представлена на рис. 3.

Рис. 3. Деформированная сетка после приложения нагрузки

С бетонным креплением откоса коэффициент устойчивости набережной составил k = 2,13.

Расчет напряженно-деформированного состояния железнодорожной насыпи

Насыпь сооружается с бермами из пылеватых песков. Высота насыпи — 15 м. В основании земляного полотна залегают слабые грунты. Для обеспечения устойчивости насыпь армируется геотекстилем. Нагрузка от поездов и верхнего строения пути (рельсы, шпалы, балласт) составляет 68 кН/м. Применяется геотекстиль высокой прочности на разрыв и с малым удлинением при растяжении. В проекте принято два слоя геотекстиля: первый располагается на отметке 0,5 м выше поверхности земли, второй — на отметке 1,0 м выше первого слоя. Расчетная схема земляного полотна представлена на рис. 4.

Рис. 4. Расчетная схема земляного полотна

Расчетные характеристики грунтов и материалов

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector