Расчет устойчивости откосов маслов

Расчет устойчивости откосов маслов

Дороги России | № 4 (94) | 2016

дороге М‑4 «Дон» Москва — ​Новороссийск (км 299+600 в на-

правлении г. Новороссийска) «прямым» методом круглоци-

линдрической поверхности скольжения.

Номер блока

Координаты центра критической окружности по графику

X = 0,17 · 10,9 = 1,85 м; Y = 1,62 · 10,9 = 17,66 м.

При расчетах было принято, что

φ = 13°; С = 6,7 кПа;

Определение коэффициента устойчивости К

лось по зависимости

В табл. 2 приведены характеристики третьего оползня.

Номер блока

= 335,64 / 414,69 = 0,81.

Полученное в результате расчета значение коэффициента

устойчивости, равное 0,81, — ​менее 1, т. е. имеет место разру-

шение откоса выемки.

3. Откос выемки на автомобильной дороге М‑5

«Урал» Москва — ​Челябинск (км 90+00 в направлении

г. Челябинска)

На откосе максимальной высотой 11,2 м, длиной 600 м и крутиз-

ной 1:2 сформировались два глубоких соединившихся ополз-

невых тела объемами 1 600 и 1 100 м

. Откос представлен су-

глинками, которые в верхней половине мягкопластичные,

а в нижней — ​тугопластичные. На локальных участках отко-

са наблюдались выходы подземных вод. Формирование ополз-

ней произошло через год после разработки выемки, весной

Проведенные инженерно-геологические исследования, вклю-

чая бурение дополнительных скважин, для оценки изменения

состояния грунтов, положения зоны скольжения и характера

обводнения откосов позволили определить тип оползней как

оползни «разрушения со срезом и вращением» по классифи-

кации Н.Н. Маслова. Анализ причин обрушения откосов дал

возможность установить, что суглинки различного генезиса

в результате циклических процессов «замораживания — ​от-

таивания» или «обводнения — ​высушивания» существенно

снижают свои прочностные показатели [5].

Выбор мер по восстановлению устойчивости этого откоса

также основан на применении метода «обратных» расчетов

Определение рациональных

направлений восстановления

устойчивости откосов

На основании анализа причин и строения оползневого тела

откоса насыпи на МКАД (км 68+500, внутреннее кольцо) для

восстановления его устойчивости была спроектирована упор-

ная призма из валунов в виде габионной конструкции, хорошо

фильтрующей подземные воды на всюширину оползня. Затем

Схема к расчету устойчивости откоса выемки в ме-

сте расположения третьего оползня на автомобильной

дороге М-4 «Дон» Москва — Новороссийск (км 299+600

в направлении г. Новороссийска) «прямым» методом кру-

глоцилиндрической поверхности скольжения

(цифры соответствуют номерам блоков оползня)

Об устойчивости откосов и склонов, включая армогрунтовые

В последние годы инженерам все чаще приходится решать задачи, связанные со строительством сооружений на природных склонах, или же возводить искусственные откосы. В связи с этим оползневая опасность и предотвращение катастроф, связанных с ней, становятся все более актуальными проблемами.

В настоящей статье приводятся некоторые актуальные примеры аварий, вызванных некачественными инженерными изысканиями и проектированием на оползневых склонах и предлагаются пути повышения качества расчетов.

Значительная часть населения Земли живет в условиях оползневой опасности. Причин обрушения естественных склонов и искусственных откосов существует очень много. Это и деградация свойств грунтов при увлажнении, и сейсмика, и изменение конфигурации (подмыв, подрезка), и пригрузка, и техногенные воздействия и т.д. Устойчивость возводимых откосов можно оценить достаточно точно, поскольку в них свойства грунтов измеряются и контролируются. Грунтовые массивы можно укреплять нагелями, геосинтетикой, искусственными волокнами (фиброй), подпирать сваями и/или стенами. Для таких откосов нужны свои методы расчета.

Искусственные земляные массивы также подвержены авариям. Приведем для примера две известных крупных аварии, произошедших совсем недавно в США.

Разрушение ограждающей дамбы шламохранилища горной разработки меди и золота (компания British Imperial) в Британской Колумбии на западе Канады (Mount Pouley, Canada, B.C.) в августе 2015 г. привело к утечке ?10 миллионов м3 шлама в окружающие леса, озера и реки. По заключению независимой комиссии экспертов, авария произошла из-за недочетов изысканий (был пропущен прослой слабого грунта в основании дамбы), и проектирования (завышена крутизна откоса).

Вторая авария – это разрушение самой высокой в США армогрунтовой насыпи высотой 73 м, возведенной для удлинения взлетно-посадочной полосы в аэропорту Йигер, вблизи г. Чарльстоун, штат Западная Вирджиния США (Yеager Airport, Charlestone, West Virginia, USA). Причины этой аварии активно обсуждались в Интернете на англоязычном сайте Geotechnical Engineering. Выдвигались различные версии, но единодушия не было. На наш взгляд, армирующие полотнища были слабо скреплены друг с другом на внешней стороне откоса, т.е. фактически «драпировали», а не удерживали грунт от выдавливания наружу. Такие дефекты имеют тенденцию прогрессировать. Это привело к длительному (?2 года) разрушению за счет последовательного выдавливания грунта из насыпи наружу в местах нарушений слабых соединений армирующих элементов. Это началось, возможно, в одной или нескольких точках, а затем процесс разрушения начал прогрессировать.

Эти и множество других примеров показывают актуальность разработки и уточнения методов проектирования и расчета устойчивости искусственных откосов, включая армированные.

Методы расчёта устойчивости

Исследования устойчивости откосов/склонов продолжается уже 100 лет, за это время было разработано много методов расчета, которые можно разделить на три следующие группы:

Большинство методов расчета устойчивости откосов/склонов дают решения в условиях плоской задачи при допущении о форме линии скольжения (разрушения): прямая, окружность, логарифмическая спираль, ломаная линия, искомая линия. В некоторых методах учитывается образование закола в верхней части откоса. Решение получается минимизацией коэффициента устойчивости K=R/F, по геометрическим параметрам виртуальных линий скольжения, где F – сумма сдвигающих, а R – сумма удерживающих усилий вдоль линии скольжения. В отличие от этих методов в методе Моргенштерна-Прайса [1] форма линии скольжения определяется конечными приращениями.

К.Терцаги в своей книге [2] предложил учитывать закол (вертикальную трещину) в верхней части откоса, который предшествует разрушению, инициируя затем потерю общей устойчивости.

Решения В.В. Соколовского [3] разработаны для оценки устойчивости однородных откосов в условиях предельного состояния, которое достигается сразу во всех точках области разрушения (статическое разрушение). Очевидно, что устойчивость при прогрессирующем (кинематическом) разрушении меньше, чем при статическом.

Ко второй группе относятся методы построения «равнопрочного» или «равноустойчивого» профиля откоса в условиях плоской задачи. Такой профиль возникает после обрушения ранее существовавшего массива грунта. Предполагается, что, сравнивая форму такого откоса с формой существующих откосов, можно оценить, насколько устойчивы последние.

Впервые такие откосы рассматривал В.В.Соколовский [3] (не называя их «равнопрочными» или «равноустойчивыми»), который показал, что после обрушения существующего откоса образуется новый откос, который имеет выполаживающуюся нижнюю часть и вертикальную и даже нависающую верхнюю часть — «закол», ведь связный грунт может работать на растяжение. Такие откосы мы часто видим по берегам рек и водоемов.

Н.Н.Маслов предложил и термин, и метод определения «равнопрочного» контура откоса [4], напоминающего по форме профили берега рек и водоемов, которые периодически оползают за счет подмыва водой.

Контур такого «равнопрочного» откоса по Н.Н.Маслову возникает за счет разрушения однородного полубесконечного тела с горизонтальной поверхностью в условиях плоской задачи. Но такое разрушение невозможно без значительного внешнего воздействия, что физически необъяснимо. Кроме того, в разрешающем уравнении для определения «равнопрочной» линии разрушения такого откоса автором была допущена ошибка: неучет наклона линии скольжения при учете вклада сцепления грунта. Тем не менее, «равнопрочные» откосы Н.Н.Маслова по форме очень похожи на откосы, образовавшиеся после оползней.

В [5] дана форма аналогичного, но уже «равноустойчивого» откоса, и такая же, как у откосов Соколовского. Но в формуле 6.53 на стр. 155 допущена опечатка, т.к. эта формула дает высоту устойчивого вертикального откоса, а не нагрузку, как указано в [5].

Метод конечных элементов (PLAXIS, MIDAS) дает возможность упругопластического расчета двухмерных и трехмерных откосов/склонов. Но в этих методах не учитывается образование сдвиговых разрывов грунта в «пластических» зонах. Поэтому результаты решения зависят от влияния размера ячейки сетки разбиения расчетной области на конечные элементы.

Итак, за прошедшие 100 лет начиная с появления первого метода расчета устойчивости откоса по гипотезе о круглоцилиндрической форме поверхности скольжения, предложенного в 1916 г. Р.Петерсоном (позднее «метод Шведского Геотехнического Общества»), разработано много таких методов, но, в основном, они отличаются лишь принятой формой линии скольжения, что не является существенным фактором. Гораздо важнее учет пространственного характера разрушения и пространственной неоднородности грунтовых массивов. Но именно это в данном методе не учитывается.

Направления новых исследований

Два примера недавних аварий (см. выше) указывают направления новых исследований.

Авария дамбы хвостохранилища (см. рис.1) произошла, на наш взгляд, из-за растяжения этой дамбы вдоль ее продольной оси, имеющей неправильную кольцевую форму, давлением жидких отходов изнутри наружу. Этот эффект был усилен прослойкой слабых ледниковых глин, залегающих ниже основания дамбы. В данном случае проектный расчет в условиях плоской задачи не представителен. Это типичная пространственная задача. Такой расчет можно сделать методом конечных элементов, по крайней мере для осесимметричного случая, но именно решение пространственной задачи отражает реальность. Как уже указано выше, в программах МКЭ грунтовая среда – всегда сплошная и не учитывает возникновение сдвиговых разрывов при достижении предельного состояния, что ведет к завышению прочности грунта на сдвиг.

Прогрессирующее разрушение откоса армогрунтовой насыпи (рис. 2, 3) продолжалось около двух лет. Не было аварийных разрушений, постепенно армогрунтовый откос пришел в непригодное состояние.

Это важный случай из практики, т.к. сейчас широко используются методы армирования откосов различными материалами и способами.

Уточнение параметрической формы линии скольжения при расчете устойчивости откоса не является существенным, т.к. это мало влияет на величину расчетного коэффициента устойчивости. Гораздо важнее учесть влияние возможной неравномерности свойств грунтов, слагающих откос, между точками измерения параметров грунта. При отсутствии таких данных параметры грунтов можно варьировать с помощью аппроксимирующей функции между точками измерения, оценивая получаемую разницу результатов расчета, например, в %. Для этого нужно выполнять не один, а серию расчетов, учитывающих разброс исходных данных.

Большинство существующих методов расчета армогрунтовых откосов предполагают замену арматуры на усилия, равные ее прочности на разрыв, и иногда на срез. А.Savitzky [6] предложил заменять арматуру на эквивалентное сцепление грунта, что сводит расчет устойчивости армогрунтового откоса к расчету откоса с увеличенным сцеплением (В.А.Барвашов [7]).

Автор надеется, что представленная информация инициирует дискуссию по рассмотренным вопросам.

13.2. Задания к практическим занятиям по расчету устойчивости откосов в грунтах.

1. Выполнить расчеты очертания поверхности равноустойчивого откоса по решению В.В. Соколовского. Высоту откоса принять самостоятельно Н ≥ 6,0м.

Напластование грунтов в откосе и их характеристики принять по вариантам из таблиц 10.6 и 10.7.

Расчеты выполнить для коэффициентов устойчивости k_st=1,0 и k_st=1,2.

2. Выполнить расчеты очертания поверхности равноустойчивости откоса по решению Н.Н. Маслова. Высоту откоса и грунтовые условия принять как в задании 1. Расчеты выполнить при

3. Выполнить расчеты очертания равноустойчивого откоса по решению Н.Н. Маслова для условий из задания 2. с учетом влияния фильтрующейся грунтовой воды.

13.3. Примеры расчета устойчивости откосов в грунтах.

Пример 1. Выполнить расчеты очертания поверхности равноустойчивого откоса по решению проф. Соколовского В.В. Высота откоса 10,0 м, грунт суглинок:

Решение: Определяется величина α:

Далее задаются различные значения х и определяются координаты точек на поверхности откоса (z). Расчеты приведены в таблице.

(м)

x· tgφ

Величина допустимой равномерно распределённой нагрузки на поверхности грунта: .

Очертание поверхности равноустойчивого откоса по решению Соколовского.

Пример 2. Выполнить расчеты очертания поверхности равноустойчивого откоса по условиям примера 1 при коэффициенте устойчивости

Решение: — Определяются величины с_р и φ_р:

— Вычисляется величина α:

Расчеты координат z_i точек откосов по заданным координатам х приводятся в таблице.

Очертание откоса помещено на поле графика к примеру 1.

(м)

x· tgφ_р

Величина допустимой нагрузки на поверхности грунта: .

Пример 3. Выполнить расчеты очертания равноустойчивого откоса для условий из примера 1 по методу проф. Маслова (Метод F_р) при коэффициенте устойчивости

Решение: Толща откоса по высоте разбивается на 5 условных слоев мощностью h_i=2,0 м.

Нормальные напряжения по горизонтальным площадкам в уровне каждого слоя определяются собственным весом грунта ()

Угол сдвига определяется:

Для условий

Расчеты приводятся в табличной форме.

0,4900четы приводятся в табличной форме.

унта ()дкам в уровне каждого ца.юдения за состоянием тела железобетонного днища в процессе

Пример 4. Выполнить расчет очертания равноустойчивого откоса по примеру 3 с учетом влияния фильтрующейся воды. Уровень грунтовых вод расположен на глубине 2,0 м от поверхности. Коэффициент пористости грунта е = 0,8. Расчеты выполнить для коэффициента устойчивости

Решение: Всю толщу грунта по высоте откоса разбиваем на условные слои h_i=2,0 м. Удельный вес грунта выше уровня грунтовых вод принимается ниже уровня грунтовых вод

Влияние взвешивающего действия воды на очертание откоса

Расчеты выполнены в табличной форме:

1,2 x_i,

Очертание поверхностей равноустойчивых откосов в грунте

с учетом влияния фильтрующейся воды (к примеру 4)

Пример 5. Оценить степень устойчивости откоса выемки в сравнительно однородном пласте суглинка:

Высота откоса Н=8м. Уклон поверхности откоса i=1:1,5.

Решение 1: Проверяется очертание откоса по решению В.В. Соколовского – А.М. Сенкова.

y· tgφ_I

Очертание поверхностей откоса по решению Соколовского В.В. к примеру 5

1.- поверхность заданного откоса очертание поверхности откоса при; 3 – очертание поверхности равноустойчивого откоса по решению Соколовского В.В. в координатах по глубине заданного откоса; 4 – призма обрушения грунта на заданном откосе, для которой; 5 – очертание поверхности равноустойчивого откоса при Р=0.

— По методу Соколовского на поверхности грунта действует нагрузка: .

По результатам расчёта заданный откос характеризуется пониженным показателем устойчивости , в зоне у поверхности мощностьювозможно образование призмы обрушения. При отсутствии нагрузки на поверхности откоса (Р=0) устойчивость откоса обеспечена .

Решение 2. Проверяется устойчивость откоса по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения. Проводится построение луча через верхнюю бровку откоса на котором будет лежать центр наиболее опасной кривой сдвига. Схема построения приведена на рисунке, искомый луч В-М. Центр О₁ назначается на вертикали проходящей через середину откоса, О₂ через 1/3 заложения откоса, О₃ через 1/6 заложения откоса. Массив грунта отсекаемый радиусами R₁, R₂,R₃ условно делится на блоки b=4,0м. Площадь сечения блоков определяется как площадь трапеций

В каждом выделенном блоке определяется сила веса для объема единичного размера вдоль откоса:

;

Определяется составляющая сдвигающего усилия:

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ УСТОЙЧИВОСТИ ПОТЕНЦИАЛЬНО ОПОЛЗНЕОПАСНЫХ СКЛОНОВ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ РАСЧЕТОВ АНАЛИТИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ И МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Перевощикова Н. А. 1 , Идиятуллин М. М. 2

1 ORCID: 0000-0002-0372-8481, Кандидат геолого-минералогических наук, 2 ORCID: 0000-0003-1273-3722, Магистрант, Санкт-Петербургский государственный университет

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ УСТОЙЧИВОСТИ ПОТЕНЦИАЛЬНО ОПОЛЗНЕОПАСНЫХ СКЛОНОВ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ РАСЧЕТОВ АНАЛИТИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ И МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Аннотация

В статье приводится сравнение результатов расчётов устойчивости двух потенциально оползнеопасных склонов, расположенных в Волгоградской области. Оценка устойчивости склонов выполнена численными и аналитическими методами, в том числе с использованием современного программного комплекса GEO5. Аналитические расчёты производились в соответствии с положениями теории предельного равновесия, тогда как для расчета по численной модели был использован метод снижения прочности. Применение двух принципиально различных расчетных схем позволяет с большей достоверностью оценить устойчивость склонов и перспективы их использования в качестве основания сооружений.

Ключевые слова: расчёт устойчивости, устойчивость склона, методы расчета устойчивости, метод конечных элементов, метод снижения прочности, GEO5.

Perevoshchikova N. A. 1 , Idiyatullin M. M. 2

1 ORCID: 0000-0002-0372-8481, PhD in Geology and Mineralogy, 2 ORCID: 0000-0003-1273-3722, Master student, Saint-Petersburg State University

COMPARATIVE ANALYSIS OF SLOPES’ STABILITY WITH HIGH POTENTIAL RISK OF LANDSLIDE BY THE RESULT OF CALCULATION USING ANALYTICAL METHODS AND FINAL ELEMENT METHOD

Abstract

The article compares results of stability calculations of two slopes in Volgograd region with high potential risk of landslide. Evaluation is accomplished using analytical and numerical methods also using modern GEO5 software. Analytical calculations were made by provisions of Coulomb’s wedge theory, in contrast of numerical model, where was used shear reduction method. Usage of two different calculation schemes renders possible to make a high-precision conclusion about slopes’ stability and about using them as a structure base.

Keywords: stability calculation, slope stability, calculation of stability methods, finite elements method, shear reduction method, GEO5.

При проектировании и строительстве линейных сооружений значительное влияние на их эксплуатационную надёжность оказывает распространение опасных геологических и инженерно-геологических процессов. Развитие в районе работ особого типа опасных склоновых процессов – оползней – требует углублённого изучения инженерно-геологических особенностей строения оползнеопасных (или потенциально оползнеопасных) участков.

Для проектирования сооружения и мероприятий по инженерной защите склона требуется выполнение оценки устойчивости склона. Количественной мерой устойчивости при этом является величина коэффициента устойчивости (К_у). Расчёт производится при известном положении поверхности скольжения для оползнеопасных склонов или при предполагаемом положении наиболее опасной поверхности скольжения – для потенциально оползнеопасных склонов.

При выполнении инженерно-геологических изысканий для строительства линейного объекта в Волгоградской области было отмечено развитие консеквентных оползней и оползней-оплывин на склонах нескольких крупных балок и оврагов.

В пределах трассы проектируемого сооружения были выявлены два участка, где существует возможность развития оползневых процессов. Их уклон в пределах участка работ достигает 30-35°. Склоны задернованы, на наиболее крутых участках присутствуют проявления осыпей. По совокупности этих признаков, а так же исходя из наличия в районе работ оползневых процессов на аналогичных склонах, склоны были отнесены к потенциально оползнеопасным.

Геологическое строение участка работ характеризуется наличием в разрезе четвертичных отложений аллювиального генезиса, представленных преимущественно песчаными, в меньшей степени глинистыми грунтами. Песчаная фракция представлена мелко- и среднезернистыми песками, средней плотности и плотными, маловлажными. Среди глинистых грунтов выделены супеси пылеватые, суглинки легкие пылеватые и песчанистые, глины легкие пылеватые. Консистенция глинистых отложений от тугопластичной до твёрдой. Залегание преимущественно в виде линз и прослоев мощностью до 2 метров. Помимо аллювиальных отложений, в отдельный инженерно-геологический элемент был выделен почвенно-растительный слой, мощностью 0,8-0,9 м.

Гидрогеологические условия характеризуются наличием водоносного горизонта на отметке менее 110 абс. м (по данным разведочного бурения), что позволяет не учитывать действие подземных вод при расчёте устойчивости склонов.

В качестве механизмов, которые могут привести к интенсификации оползневых процессов, были обозначены изменения гидрогеологических условий (повышение уровня грунтовых вод при изменении условий питания и разгрузки водоносного горизонта), а также антропогенное изменение профиля склона и почвенного покрова в результате инженерной или мелиоративной деятельности человека.

Методы расчёта устойчивости.

Большинство методов расчета устойчивости склона основываются на положениях теории предельного равновесия. При этом грунтовый массив рассматривается с точки зрения критерия прочности Кулона-Мора, согласно которому разрушение грунта происходит в виде сдвига по поверхности с наименьшей несущей способностью. Прочность грунтового массива определяется его прочностными характеристиками: сцеплением и углом внутреннего трения, при этом деформационные характеристики в расчётах по первому предельному состоянию не учитываются. Решение такого рода задач обеспечивается связью между нормальными и касательными напряжениями.

Данный подход применялся при решении поставленной задачи по оценке устойчивости склона аналитическими методами. Несколько другой алгоритм расчёта был использован при выполнении расчётов численным методом конечных элементов (МКЭ). Если первая расчётная схема подразумевает предварительное нахождение потенциальных поверхностей скольжения, а затем выполнение по ним расчёта устойчивости, с определением наименее устойчивой конфигурации склона, то для второй схемы применялся метод снижения прочности (SRM – shear reduction method). Суть данного метода заключается в одновременном снижении показателей прочностных характеристик. При этом возникающие в массиве деформации оцениваются для каждой итерации, вплоть до наступления момента разрушения грунта. Положение поверхности скольжения формируется автоматически, исходя из величины возникающих в массиве деформаций. Таким образом, программой единовременно выполняется расчёт коэффициента устойчивость склона и нахождение наиболее опасной поверхности скольжения [1].

Оценка устойчивости склонов.

В ходе данного исследования были выполнен расчёт устойчивости двух потенциально оползнеопасных склонов по методам Маслова, Шахунянца, Феллениуса-Петтерсона, Спенсера, Бишопа, а также методом конечных элементов.

В качестве исходных данных были приняты материалы инженерно-геологических исследований склона, которые включали: рекогносцировочные маршрутные наблюдения, проходку инженерно-геологических выработок с отбором проб грунтов, определение физико-механических характеристик грунтов в лаборатории и полевые испытания грунтов “in situ” методами статического и динамического зондирования.

Нормативные значения прочностных характеристик грунтов принимались по результатам лабораторного определения сопротивления грунта неконсолидированному срезу, а также по данным статического и динамического зондирования и таблицам СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*». При оценке устойчивости склонов использовались расчетные значения характеристик прочности грунтов (Таблица 1), принятые по первому предельному состоянию.

Расчёт методом Маслова выполнялся вручную. Определение положения наиболее опасной кривой скольжения при этом производилось методом подбора. Графические построения выполнялись в программной среде AutoCAD. Расчеты устойчивости склонов прочими методиками выполнялся в программной среде GEO5.

Таблица 1 – Значения физико-механических характеристик грунтов, используемых при расчёте устойчивости склонов

Выполнение аналитических расчётов в программе GEO5 осуществлялось по двум алгоритмам. В первом случае нахождение наиболее опасной поверхности скольжения производилось программой автоматически (методом подбора). Во втором случае поверхности скольжения задавались вручную. Это позволило сравнить значения коэффициента устойчивости, полученного программой, с результатами ручного расчета. По найденным программой наиболее опасным поверхностям скольжения также был выполнен расчёт вручную.

Решение задачи методом конечных элементов выполнялось программой автоматически, без возможности задания геометрии поверхностей скольжения.

Сравнение результатов расчётов.

Положение предполагаемых кривых скольжения при расчёте методом Маслова показано на инженерно-геологических разрезах потенциально оползнеопасных склонов (рис. 1, 2). Поверхности скольжения №10 и №7 являются наиболее опасными поверхностями скольжения, найденными программой для склонов №1 и №2 соответственно. Примечательно, что их положение оказалось идентичным для каждого аналитического метода, по которому выполнялся расчёт в программе GEO5.

Сравнение результатов расчётов, выполненных аналитическими методами (Таблицы 2, 3) позволяет сделать вывод, что для склона № 1 найдена результирующая для всех методов наиболее опасная поверхность скольжения. Для склона № 2 положения таких поверхностей значительно различаются.

Графические схемы распределения горизонтальных деформаций в расчётных грунтовых моделях на момент потери устойчивости склонов, полученные расчётом по методу конечных элементов (рис. 3, 4) позволяют визуализировать положение поверхности скольжения при более сложной геометрической форме.

Рис. 1 – Инженерно-геологический разрез склона № 1

Рис. 2 – Инженерно-геологический разрез склона № 2

Рис. 3 – Графическая схема распределения горизонтальных деформаций массиве грунта в момент потери устойчивости (склон № 1)

Рис. 4 – Графическая схема распределения горизонтальных деформаций массиве грунта в момент потери устойчивости (склон № 2)

Таблица 2 – Значения коэффициента устойчивости склона № 1, полученные аналитическими методами

Таблица 3 – Значения коэффициента устойчивости склона № 2, полученные аналитическими методами

Сравнение наименьших значений коэффициента устойчивости склонов, рассчитанных различными методами (Таблица 4) позволяет предположить устойчивость склонов в естественном состоянии.

Наименьшие значения получены при расчёте методом Феллениуса-Петтерсона. Данный метод применим только к круглоцилиндрическим поверхностям скольжения и удовлетворяет только уравнению равновесия моментов сил. Это самый простой метод, не отличающийся высокой точностью. Его применение в условиях неоднородного геологического разреза не вполне корректно, т.к. в этом случае не учитывается более сложная механика оползневых смещений [4].

Расчёт методом Маслова показал наибольшие значения коэффициента устойчивости. Этот метод удовлетворяет уравнению равновесия сил, при расчётах рассматриваются их горизонтальные составляющие. Он позволяет производить расчёт как по круглоцилиндрической, так и по многоугольной поверхностям скольжения. При этом значения коэффициента устойчивости, рассчитанные по методу конечных элементов, из всех методов оказались наиболее близкими к значениям, полученным при расчете вручную по методу Маслова.

Таблица 4 – Сравнение результатов расчётов, выполненных различными методами

Выводы.

Исходя из полученных значений, оба склона в естественном состоянии являются устойчивыми. Анализ результатов расчётов показывает, что значения коэффициента устойчивости, полученные расчётом вручную, оказались выше, чем значения, полученные расчётом в программе GEO5. Говорить о завышении или занижении результатов расчётов не представляется возможным, ввиду отсутствия истинных эталонных значений коэффициента устойчивости. Тем не менее, рассмотрение склонов с точки зрения строительства подразумевает принятие наименьших значений коэффициента устойчивости. Возможное занижение результатов оценки устойчивости склонов в таком случае будет работать в запас устойчивости склона.

При проведении строительных работ, возможное изменение инженерно-геологических условий в результате нарушения почвенного слоя, подрезки склона, повышения уровня грунтовых вод и других воздействий может привести к снижению их устойчивости и интенсификации оползневых процессов. Поэтому при использовании склонов в качестве основания рекомендуется выполнение дополнительных геотехнических расчётов, исходя из особенностей принимаемых конструктивных решений и приложенных нагрузок.

Литература

1. Федоренко Е.В. Метод расчета устойчивости путем снижения прочностных характеристик // Транспорт Российской Федерации. – 2013. – №6 (49). – С. 24-26.
2. Хуан Я.Х. Устойчивость земляных откосов. Пер. с англ. В.С. Забавина. Под ред. В.Г. Мельника. – М.: Стройиздат, 1988. – 240 с.
3. Методические рекомендации по предотвращению оползней на автомобильных дорогах Таджикской ССР. Под ред. Э.М. Доброва. – М.: СОЮЗДОРНИИ, 1977. – 53 с.
4. Рекомендации по количественной оценке устойчивости оползневых склонов. Тихвинский И.О. – М.:ПНИИИС, Стройиздат, 1984. – 80 с.
5. ГОСТ 20522-2012 Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний. – М.: Стандартинформ, 2013.
6. ГОСТ 25100-2011 Грунты. Классификация. – М.: Стандартинформ, 2013.
7. СП 11-105-97 Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть II. Правила производства работ в районах развития опасных геологических и инженерно-геологических процессов. – М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 2004.
8. СП 22.13330.2011 Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*. – М.: Минрегион России, 2011.