Устойчивость откосов

Устойчивость – частный случай прочности.

Главные причины нарушения устойчивости земляных масс:

1) эрозионные процессы;

2) нарушение равновесия.

Эрозионные процессы – медленно, незаметно зависят от внешних метеорологических и физико-геологических условий, от свойств поверхности массива грунта, в МГ не рассматриваются. Нарушение равновесия – прямая задача МГ. Может быть внезапным со сползанием значительных масс грунта – оползни.

Основные виды оползней:

1) оползни вращения (с возникающими криволинейными поверхностями обрушения);

2) оползни скольжения (по зафиксированным поверхностям);

3) оползни разжижения (грязевые потоки перенасыщенных водой грунтов по выработанным руслам и тальвегам.)

Задача 1. Устойчивость откоса идеально сыпучего грунта (песок, гравий, щебень, м.б. уголь, зерно и т.д.)

Вес частицы М на 2 составляющие:

N – нормальная к линии откоса ab

T - касательная

T¢ - сила трения, противодействующая сдвигающей Т

 

T¢ = N× f

N – прижимающая сила

f – коэф-т трения

В положении равновесия:

делим на () :

Предельный угол откоса сыпучих грунтов равен углу внутреннего трения грунта. Это угол естественного откоса.

a < j - в этом случае не выведет откос из равновесия (используется при проектировании)

Условия для проектирования:

k_st × tga £ tgj

k_st – коэф-т запаса (устойчивости, надежности)

(st – стабильность), обычно k_st =1,1....1,2.

 

Задача 2.Устойчивость откоса связного грунта (глинистые грунты; отвалы производств, обладающие связностью).

Рассмотрим условия равновесия идеально связного грунта (j = 0; с ¹ 0)

ас – линия разрушения откоса (плоская поверхность скольжения под Ða к горизонту)

авс – оползающая призма, действующая сила Р – вес призмы “авс”

Также откосы можно выполнить разной высоты. Решение наше – для неукрепленных откосов.

с – сила сцепления, сопротив. скольжению по «ас»;

в точке «с» давление призмы = _______

в точке «а» - max, в среднем учитывается половина сил сцепления

 

Уравнения равновесия (S проекций всех сил на «ас» = 0)

 

Определим h_lim , соответствующее max использованию сил сцепления. При этом .

- предельная высота откоса, нет разрушения

Массив связного грунта может иметь вертикальный откос h_lim определенной высоты. При h > h_lim – сползание призмы «авс». В природных условиях грунты обладают не только сцеплением, но и трением, задача усложняется. Для получения устойчивого откоса обычно снижают сцепление, принимая его расчетное значение с₁, учитывающее неоднородность грунта. Кроме того, вводят коэф-т надежности g_n в пределах 1,1…1,2. Тогда

Грунт откоса подвергается метеорологическим воздействиям, которые могут снижать сцепления. В связи с этим, не защищенный вертикальный откос может существовать лишь непродолжительное время.

 

Решение В.В. Соколовского (1942, 1954) для грунтов, обладающих и трением,