Аналитически величина H выражается формулой
Н = Q ∙ tg a. (11)
Рис. 1. Схема к оценке устойчивости склона по методу горизонтальных сил (метод Маслова-Берера)
Далее в сторону скольжения отсека откладывают угол сопротивления сдвигу:
(12)
где Fp - коэффициент сопротивления сдвигу.
Под этим углом проводят линию до пересечения с направлением силы Н, получают силу Е и силу Т.
При практическом использовании метода горизонтальных сил напряжение р определяют по «гидростатическому принципу»:
р = γw ∙ h, (13)
где γw - объемный вес грунта;
h - средняя высота расчетного блока.
Фильтрационное давление грунтовых вод Wфi учитывают в условиях плоской задачи по выражению
Wфi = в ∙ Ji ∙ wi, (14)
где Dв - объемный вес воды;
Ji - гидравлический градиент, действующий в пределах расчетного блока;
wi - площадь сечения выделенного расчетного блока.
Расчет по деформируемости (2-предельное состояние)
61. Для оценки скорости смещения поверхности оползневого (рис. 2) склона υo может быть использована формула
(15)
где h - мощность слоя смещения;
G - «мертвая» зона, характеризуемая постоянством скорости ползучести и представляющая собой блок породы, смещающийся на слое грунта мощностью (h - G);
γw - объемный вес грунта;
??w, Сс - угол внутреннего трения и структурное сцепление соответственно;
η - коэффициент динамической вязкости грунта.
Рис. 2. Схема к оценке скорости смещения поверхности оползневого массива
62. Мощность «мертвой» зоны зависит главным образом от величины структурного сцепления Сс и определяется по выражению
(16)
63. В случае, если оползневый склон в зоне активных подвижек сложен пластичными глинистыми грунтами, для которых ??w = 0 и Cc = 0, то формула (15) упрощается и принимает следующий вид:
(17)
Оценка устойчивости насыпей на оползневых склонах
Расчет по прочности (1-е предельное состояние)
64. Для оценки устойчивости насыпей на оползневых склонах, имеющих фиксированную поверхность смещения, следует применять метод горизонтальных сил (метод Маслова-Берера), позволяющий определить величину Кзап.
65. Наличие насыпи на склоне не вносит принципиальных изменений в методику использования метода горизонтальных сил, поэтому все положения остаются в силе и могут быть применены и в этом случае.
Расчет по деформируемости (2-е предельное состояние)
66. Скорость деформирования контура насыпи на оползневом склоне (рис. 3) следует рассчитывать по следующей зависимости:
Рис. 3. Схема расчету скорости деформирования контура насыпи на оползневом склоне
(18)
где z, x - координаты точек контура насыпи;
υ - скорость смещения грунтов оползневого склона;
в, c, h1, h2, к - геометрические характеристики насыпи;
(19)
fγ - вес единицы объема грунта, дин, fγ = g ∙ γw;
η - коэффициент динамической вязкости, пуаз;
ф(τ) - интеграл вероятности, определяемый в соответствии с табл. 1 приложения 2
67. Скорость смещения оползневого склона υ может быть оценена по формуле
(20)
где G - мощность (рис. 4) «мертвой» зоны;
Q - нагрузка от веса насыпи;
α - угол наклона склона к горизонту;
h - мощность оползневого слоя грунта.
Мощность «мертвой» зоны определяется по формуле
(21)
Рис. 4. Схема к оценке скорости смещения оползневого склона
Оценка общей устойчивости откосов насыпей автомобильных дорог
68. По известным значениям прочностных характеристик глинистых грунтов w, Сw определяется мощность критического слоя грунта Нкр, эквивалентного величине раздавливающей нагрузки при одноосном сжатии
(22)
69. Далее определяется величина безразмерного параметра по формуле
(23)
где h - высота откоса.
Очертание откоса земляного полотна строится в системе координат zox (рис. 5) по формуле
(24)
где λ - параметр, зависящий от упруго-вязких свойств глинистого грунта;
ф(τ) - интеграл вероятности, определяемый по табл. 1 приложения 2.
70. В зависимости от величины параметров n и λ возможны три основных случая состояния откоса земляного полотна:
а) нарушение общей устойчивости откоса в результате потери прочности грунта (Кзап < 1);
6) общая устойчивость откоса по прочности обеспечена (Кзап = Ктреб), однако не исключены деформации его ползучести;
в) обеспечена общая устойчивость откоса по прочности, и отсутствуют деформации ползучести.
Предварительно состояние откоса по степени его устойчивости оценивают по графику n = f(λ) (рис. 6).
Кривая (1) соответствует коэффициенту общей устойчивости, равной единице (Кзап = 1), а кривая (2) отвечает случаю, когда практически отсутствуют деформации ползучести.
71. В случае, когда точка пересечения значений n и λ (см. рис. 6) попадает в область между кривыми (1) и (2), следует оценивать устойчивость откосов земляного полотна по деформируемости их во времени в результате ползучести грунта.
При этом величину деформаций откосов насыпи во времени (рис. 7) определяют
(25)
Рис. 5. Система координат для построения очертания откоса земляного полотна
72. Приближенно величину деформации ползучести бровки откоса насыпи (см. рис. 7) можно определить по формуле
(26)
где a - угол наклона образующей откоса к горизонту.
73. Откос насыпи следует считать устойчивым, если Кзап > 1, а деформации ползучести не превышают в течение срока службы дорожной конструкции допустимой величины.
Рис. 6. Взаимосвязь проектных характеристик грунта с геометрией откоса:
1 - зона запредельного по прочности состояния (Кзап < 1,0); 2 - зона ползучести откосов; 3 - зона отсутствия ползучести откосов
Применительно к дорогам I и II категории земляное полотно можно считать устойчивым, если за период расчетного срока его службы деформации земляного полотна не захватывают края дорожной одежды.
Рис. 7. Схема насыпи
Принципы назначения противооползневых конструкций
74. Противооползневые удерживающие конструкции (подпорные стены, свайные поля, анкерные конструкции и т.п.) являются одним из элементов всего комплекса противооползневых мероприятий, осуществляемых для обеспечения устойчивости как склона при сооружении на нем земляного полотна, так и конструкции самого земляного полотна.
75. Тип удерживающей конструкции следует назначать исходя из типа оползня, видов грунта, инженерно-геологического строения склона, мощности оползневых накоплений, физико-механических свойств грунтов и т.п.
76. Подпорные стены применяют:
при наличии устойчивых коренных пород, на которых можно закрепить основание стенки;
если грунты оползневого склона находятся в консистенции, при которой исключена возможность переползания их через стенку;
если есть возможность дополнительно обеспечить устойчивость стенки с помощью свайных и анкерных конструкций.
77. Анкерные конструкции используют:
для профилактики существующих конструкций подпорных стен;
при наличии прочных и устойчивых коренных пород, подстилающих толщу смещающихся грунтов склона и при достаточной прочности самих оползневых накоплений во избежание вдавливания в грунт анкерных плит;
при разгрузке свайных конструкций.
78. Свайные конструкции рекомендуется применять на оползневых склонах при наличии хорошо выраженной поверхности скольжения. Основным элементом свайных конструкций являются железобетонные сваи, которые в зависимости от конкретных грунтовых условий могут быть забивными или буронабивными.
78. Свайные конструкции могут иметь следующие основные конструктивные схемы (рис. 8):
отдельные свайные поля с рядовым или шахматным расположением свай, объединенных поверху железобетонной плитой ростверка;
система расположенных на разных ярусах свайных полей;
Рис. 8. Примеры применения свайных конструкций для удержания оползневых масс:
а - свайные частоколы из забивных свай на оползнях небольшой мощности; б - подпорные стены на основании из буронабивных свай; 1 - оползневое тело; 2 - устойчивый грунт; 3 - насыпь
подпорные стены с фундаментом из буронабивных свай.
Если мощность оползневых накоплений не превышает 1,5 - 2,0 м, то целесообразно применять конструкции из забивных железобетонных свай, представляющих собой 2 - 4 ряда свай, расположенных в шахматном порядке.
80. Для обеспечения устойчивости оползневых склонов при мощности оползневых накоплений от 5 - 6 до 20 - 25 м рекомендуется использовать удерживающие конструкции из буронабивных железобетонных свай.
Для получения гарантированных прочностных характеристик бетона буронабивных свай рекомендуется применять сваи диаметром 750 - 860 мм.
Свайные конструкции
81. Предварительно для расчета коэффициента запаса устойчивости склона следует использовать метод горизонтальных сил Маслова-Берера.
(27)
где Н - давление грунта при отсутствии трения и сцепления,
Н = р ∙ tg ;
R - непогашенная часть давления (активное давление),
R = p ∙ tg(a - ψp);
Т - часть общего давления, воспринимаемая трением и сцеплением в грунте,
Т = Н - R = p[tg - tg (a - ψp)].
82. Проектируемая свайная конструкция рассчитывается на величину активного оползневого давления R, при расчете определяют:
а) давление на одиночную сваю;
б) количество свай в конструкции;
в) прочность сечения сваи;
г) величину заделки сваи в устойчивые коренные породы.
83. Принимая, что активное оползневое давление распределяется равномерно между рядами свай и сваями в ряду, а эпюра давления на одиночную сваю носит равномерно распределенный характер по высоте ее в пределах оползневой толщи, величину оползневого давления, воспринимаемого одиночной сваей, следует определять по формуле
qсв = δкр ∙ d ∙ h, (28)
где d - диаметр сваи, м;
h - мощность оползневых накоплений в месте установки свайного ряда, м;
δкр - критическое удельное давление, определяемое зависимостью вида
(29)
γ - объемный вес грунта, т/м3;
j - угол внутреннего трения грунта, град;
Сw - сцепление, тс/м2.
84. Расстояние между осями свай в ряду (рис. 9) для однорядной свайной конструкции находят по формуле
(30)
а общее количество свай - по формуле
(31)
где В - ширина оползня в месте установки свайного ряда.
85. Для многорядной свайной конструкции расстояние между осями свай в ряду определяют по формуле
(32)
где N - количество рядов свай.
86. Для исключения переползания грунта оползневого массива через свайную конструкцию (рис. 10) необходимо соблюдать условие
R < Ео, (33)
где Ео - пассивное сопротивление грунта, определяемое по формуле
Рис. 9. Расчетная схема к определению расстояния между осями свай в ряду:
1 - оползневый массив; 2 - устойчивые грунты
(34)
87. Учитывая вместе с тем, что обеспечение устойчивости оползневого массива с помощью свайных конструкций по критериям первого предельного состояния не может исключить для малых значений угла внутреннего трения w и жесткого структурного сцепления Сс возможность проявления деформаций ползучести грунта, скорость обтекания свай грунтом во времени в процессе вязкого и вязко-пластического деформирования грунта может быть оценена по выражению
(35)
Рис. 10. Схема к проверке свайной удерживающей конструкции на возможность переползания ее грунтом оползневого массива
где υо и υк - соответственно начальная и конечная скорости ползучести оползневого массива,
(36)
t - время от момента ввода удерживающего сооружения в эксплуатацию;
η - динамическая вязкость грунта;
С - параметр,
(37)
m - масса грунта оползневого массива.
88. В случае, если
R - Q = 0, (38)
где
(39)
то расчетная формула для скорости ползучести оползневого массива во времени будет иметь следующий вид:
(40)
Анкерные конструкции
89. Анкерные конструкции типа анкерного корсета относятся к противооползневым удерживающим сооружениям. Анкерный корсет состоит из одного или нескольких рядов анкерных затяжек, располагаемых поперек оползневого массива. Каждая анкерная затяжка в свою очередь состоит из трех элементов (рис. 11):
а) анкерной тяги, закрепляемой нижним (до плоскости скольжения оползня) концом в прочных устойчивых породах;
б) анкерной плиты, укладываемой на поверхность оползневого массива над устьем скважины;
