Npdpk.ru

Стройжурнал НПДПК
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Расчет устойчивости откосов при сейсмике

Расчет устойчивости природных склонов и искуственных откосов.

Для оценки и прогноза устойчивости природных склонов и откосов искуственных сооружений в практике инженерно-геологических изысканий прменяется целый ряд методов. Они различны для склонов различной крутизны, имеющих различное геологическое строение, а также различные предполагаемые типы оползней. Для оценки устойчивости склона, имеющего однородное строение, часто применяется графоаналитический метод при поверхности оползания, близкой к круглоцилиндрической.

Определить состояние откоса параметры которого приводятся в таблице 5.

ВариантУгол внутреннего трения φ, град.Удельное сцепление с, МПаОбъемный вес грунта ρ, г/см 3Угол откоса, град.Высота откоса Н, м
0,0221,6814,5
22,20,00671,7112,8
0,01191,63
0,0051,66
0,0221,6915,5
0,0191,7312,5
0,0211,7613,5
20,50,01191,77
0,02351,8116,5
0,0161,95
0,021,6811,5
0,011,65
0,021,74
0,0311,8313,2
0,0121,8315,7
19,60,0241,713,8
0,0261,6514,2
0,021,7112,2
21,70,028891,7
0,0221,6416,5
0,0211,7613,5
20,50,01191,77
0,02351,8116,5
0,0161,95
0,021,6811,5
0,011,65
0,021,74
0,0311,8313,2
0,0121,8315,7
19,60,0241,713,8

1. Вычерчивается профиль оцениваемого откоса (в масштабе) и определяется линия центров вращения (точек О), из которых проводится несколько вероятных цилиндрических поверхностей скольжения. Устанавливается наиболее опасное сечение, при котором коэффициент устойчивости будет наименьшим.

2. Линия центров вращения определяется по следующему способу. Из подошвы откоса (точка А) опускают перпендикуляр длиной, равной высоте откоса Н, затем откладывают вправо (вглубь откоса) 4,5 Н и определяют точку М. Из точек А (подошва откоса) и В (бровка откоса) откладываются две вспомогательные линии под углами α и β, пересечение которых даст точку К. Величины углов α и β определяют из графика (см. рис. 1) в зависимости от угла внутреннего трения φ.

Рисунок 1 – График для нахождения вспомогательных углов α и β

Соединяя точки К и М, получают линию центров вращения, на которой отмеряют половину высоты откоса от точки К и ставят точку О (рис. 2).

Рисунок 2 – Графоаналитический метод расчета устойчивости откоса

Соединяем О с А и этим радиусом проводим линию скольжения оползня.

3. Кривая поверхности скольжения делится на несколько равных частей (не менее 15), из центра О через точки 1, 2, 3,… проводятся радиусы.

4. Из каждой точки на поверхности скольжения (1, 2, 3, …) проводятся вертикальные линии до пересечения с линией откоса (АВС). Точки пересечения обозначены соответственно 1′, 2′, 3’…

Из точек 1′, 2′, 3’… на соответствующие им радусы (О1, О2, О3, …) опускаются перпендикуляры -Т1, Т2, Т3,… Величины этих перпендикуляров (Т) в масштабе сил изображают действующую в данном блоке сдвигающую силу.

5. Линии Т1, Т2, Т3,…отсекают на радиусах отрезки N1, N2, N3,…, которые в месштабе сил представляют собой величину нормальных напряжений, действующих в блоках.

6. Для нахождения величин, действующих на весь откос, нормальных и сдвигающих усилий, выполняются следующее построение.

Для каждой точки на кривой поверхности скольжения (точки 1, 2, 3,…) по вертикали откладываются величины N1, N2, N3,… Для построения площади нормальных напряжений величины N1, N2, N3,…,откладываются вверх от линии скольжения (точки 1′, 2′, 3’…). Значения сдвигающих усилий Т, в зависимости от знака откладываются или вверх от поверхности скольжения (положительные – те, что расположены справа от вертикального радиуса) или вниз (отрицательные – расположены слева от вертикального радиуса) от поверхности скольжения (точки 1», 2», 3»…).

Полученные точки соединяются плавными кривыми линиями. Таким образом получаются площади F1(N), F2(T) и F3(T) (рис. 3)

Рисунок 3 – Площади сил, дествующих в данном откосе

Величины этих площадей дают нам в масшатабе чертежа значения сумм нормальных напряжений N и алгебраическую сумму сдвигающих сил, действующих в данном откосе,при объемном весе грунта равном ρ.

Суммы напряжений считают по формулам:

где ρ – фактический объемный вес породы.

7. Определив значения сумм нормальных (ΣN) и сдвигающих (ΣT) напряжений, подсчитать коэффициент устойчивости откоса n по формуле:

n =

где φ – угол внутреннего трения; с – сцепление, кг/см 2 , l – длина линии скольжения, м.

8. После определения коэффициента необходимо следать вывод о состоянии склона или откоса.

Читать еще:  Заслонила дорожку ту что ведет под откос

Если значение n > 1, значит, склон или откос находится в устойчивом состоянии.

Если n = 1, значит, склон или откос находится в состоянии предельного равновесия.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Инженерные методы расчета устойчивости откосов и склонов

Устойчивость откосов и склонов

Общие положения

Откосом называется искусственно созданная поверхность, ограничивающая природный грунтовый массив, выемку или насыпь. Откосы образуются при возведении различного рода насыпей (дорожное полотно, дамбы, земляные плотины и. т.д.), выемок (котлованы, траншеи, каналы, карьеры и .п.) или при перепрофилировании территорий.

Склоном называется откос, образованный природным путем и ограничивающий массив грунта естественного сложения.

При неблагоприятном сочетании разнообразных факторов массив грунтов, ограниченный откосом или склоном, может перейти в неравновесное состояние и потерять устойчивость.

Основными причинами потери устойчивости откосов и склонов являются:

устройство недопустимо крутого откоса или подрезка склона, находящегося в состоянии, близком к предельному;

увеличение внешней нагрузки (возведение сооружений, складирование материалов на откосе или вблизи его бровки);

изменение внутренних сил (увеличение удельного веса грунта при возрастании его влажности или, напротив, влияние взвешивающего давления воды на грунты);

неправильное назначение расчетных характеристик прочности грунта или снижение его сопротивления сдвигу за счет, например повышения влажности;

проявление гидродинамического давления, сейсмических сил, различного рода динамических воздействий (движение транспорта, забивка свай и. т.п.).

Инженерные методы расчета устойчивости откосов и склонов

В проектной практике применяются инженерные методы расчета устойчивости, содержащие различного рода упрощающие предположения. Наиболее распространенный из них – метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения, относящий к схеме плоской задачи.

Рис. 1. Схема к расчету устойчивости откосов методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения: а) – расчетная схема; б) – определение положения наиболее опасной поверхности скольжения; 1, 2, … — номера элементов.

Этот метод был впервые применен К. Петерсоном в 1916 г. для расчета устойчивости откосов (тогда и долгое время назывался методом шведского геотехнического общества).

Рассмотрим широко используемую модификацию этого метода. Предположим, что потеря устойчивости откоса или склона, представленного на рис. 1, а, может произойти в результате вращения отсека грунтового массива относительно некоторого центра . Поверхность скольжения в этом случае будет представлена дугой окружности с радиусом r и центром в точке . Смещающийся массив рассматривается как недеформируемый отсек, все точки которого участвуют в общем движении. Коэффициент устойчивости принимается в виде

, (1)

где и — моменты относительно центра вращения всех сил, соответственно удерживающих и смещающих отсек.

Для определения входящих в формулу (1) моментов отсек грунтового массива разбивается вертикальными линиями на отдельные элементы. Характер разбивки назначается с учетом неоднородности грунта отсека и профиля склона так, чтобы в пределах отрезка дуги скольжения основания каждого i-го элемента прочностные характеристики грунта j и с были постоянными. Вычисляются силы, действующие на каждый элемент: вес грунта в объеме элемента и равнодействующая нагрузки на его поверхность . При необходимости могут быть также учтены и другие воздействия (фильтрационные, сейсмические силы и т.д.). Равнодействующие сил считаются приложенными к основанию элемента и раскладываются на нормальную и касательную составляющие к дуге скольжения в точке их приложения. Тогда

; (2)

Соответственно момент сил, вращающих отсек вокруг 0, определился как

(3)

где п – число элементов в отсеке.

Принимается, что удерживающие силы в пределах основания каждого элемента обусловливаются сопротивлением сдвигу за счет внутреннего трения и сцепления грунта. Тогда с учетом выражения для закона кулона можно записать

, (4)

где — длина дуги основания i-го элемента, определяемая как . Здесь — ширина элемента)

Отсюда момент сил, удерживающих отсек, будет иметь вид

. (5)

Учитывая формулу (1), окончательно получим

. (6)

При устойчивость отсека массива грунта относительно выбранного центра вращения 0 считается обеспеченной. Основная сложность при практических расчетах заключается в том, что положение центра вращения 0 и выбор радиуса r, соответствующие наиболее опасному случаю, неизвестны. Поэтому обычно проводится серия таких расчетов при различных положениях центров вращения и значениях r. Чаще всего наиболее опасная поверхность скольжения проходит через нижнюю точку откоса или склона. Однако если в основании залегают слабые грунты с относительно низкими значениями прочностных характеристик j и с, то это условие может не выполняться.

Читать еще:  Как выравнивать углы откосов

Один из приемов нахождения наиболее опасного положения поверхности скольжения заключается в следующем. Задавясь координатами центров вращения 01, 02, …, 0n на некоторой прямой, определяют коэффициенты устойчивости для соответствующих поверхностей скольжения и строят эпюру значений этих коэффициентов (рис.1,б). Через точку 0min, соответствующую минимальному коэффициенту устойчивости, проводят по нормали второй отрезок прямой и, располагая на нем новые центры вращения , , …, вновь оценивают минимальное значение коэффициента устойчивости. Тогда и определит положение наиболее опасной поверхности скольжения. При устойчивость откоса или склона будет обеспечена.

Оценка устойчивости склонов

Краткая информация об оценке устойчивости склонов

Суть метода оценки устойчивости склонов

  • оценка устойчивости склонов ;
  • оценка оползней ;
  • прогноз оползней ;
  • оценка геологического риска оползней ;

Оценка устойчивости склонов и риск возникновения оползней могут быть определены с помощью геофизических методов.

Геофизические исследования при оценке устойчивости склонов и определению риска оползней сводятся к следующим работам:

1) определение поверхностей скольжения, трещин отрыва и границ оползня;

2) изучение строения и состояния основного деформируемого горизонта;

3) определение границ обводнения зон в грунтовом массиве и изменений свойств пород вблизи зоны смещения;

4) мониторинг оползневых процессов.

⦁ достоверный экспресс метод;

Устойчивость склонов. Оценка устойчивости склонов

Оценка устойчивости склонов и риск возникновения оползней могут быть определены с помощью геофизических методов.

Геофизические исследования при оценке устойчивости склонов и определению риска оползней сводятся к следующим работам:

1) определение поверхностей скольжения, трещин отрыва и границ оползня;

2) изучение строения и состояния основного деформируемого горизонта;

3) определение границ обводнения зон в грунтовом массиве и изменений свойств пород вблизи зоны смещения;

4) мониторинг оползневых процессов.

Основными методами для решения этих задач являются сейсморазведка и электроразведка.

Угроза оползней

Главными физико-геологическими предпосылками для применения геофизических методов являются:

1) наличие поверхности, зоны скольжения, в которых происходят изменения геоэлектрических и сейсмических характеристик горных пород;

2) деформация тел приводит к изменению их характеристик по сравнению с основным, ненарушенным массивом;

3) оползневое тело отличается ярко выраженной анизотропией вследствие наличия трещин, неоднородностей, что является одной из важнейших особенностей оползней.

Самыми сложными при геофизическом изучении являются пластические, инсеквентные оползни, т.к. имеют слабо выраженные отличие глинистых структур оползневых структур и ненарушенных структур.

Современные методы геофизики: электротомографический и сейсмотомографический методы позволяют решать и такие сложные задачи.

⦁ Электротомографический метод позволяет определить картину 2D распределния удельного электрического сопротивления в сеточной модели среды.

⦁ Сейсмотомографические методы позволяют определить пространственное 3D и 2D распределение скоростей продольных P и поперченых S волн и отношения скоростей.

Вероятность оползня

Данные подходы позволяют выявить выраженную анизотропию и локальную неоднородность на данных участках, на которых существует вероятность оползня.

Сейсмотомографичекие разрезы характеризуют соотношения скоростей и величину динамического коэффициента Пуассона, который чувствителен к изменению напряженно-деформированного состояния пород и отражает степень устойчивости склона.

Расчет устойчивости склона

Комплексный геофизический подход, применение методов электроразведки и сейсморазведки позволяют составить достоверную картину, характеризующую риски и причины возникновения оползней.

Особенности геологического строения склона возможно использовать при математическом моделировании устойчивости склона инженерно-геологическими методами.

Оценка устойчивости склонов. Скачать брошюру ООО «ГеоШтамп» в формате PDF

Заказать оценку устойчивости склонов

Все права защищены, 2010-2030

Копирование информации с данного сайта допускается только со ссылкой на http://geostamp.ru

Предложения, размещенные на данном интернет-сайте, не являются публичной офертой.

Задание сейсмики в SCAD

Часто при получении технического задания на проведение расчета фигурирует условие, согласно которому проектируемую конструкцию необходимо подобрать или проверить по прочности, деформативности и устойчивости с учетом сейсмического воздействия. В текущей постановке задачи, сделать это совсем несложно, например, используя в качестве расчетного программный комплекс SCAD. Ранее уже была представлена статья с аналогичной тематикой, но в рамках программного комплекса ЛИРА-САПР. О том, как осуществить задание сейсмики в SCAD, пойдет речь в текущей статье.

Нюансы в подготовке расчетной схемы

Чтобы правильно применить сейсмику к расчетной схеме, необходимо уточнить несколько нюансов, касаемых граничных условий.

  • Если в расчетной схеме отражен свайный фундамент с помощью конечных элементов №51, которые их моделируют, то такие элементы следует заменить на жесткие связи во всех направлениях, ограничив так же и углы поворота.
  • Если же в расчетной схеме здания или сооружения присутствуют модель фундамента на естественном основании, то в этом случае следует увеличить в 10 раз модули деформации грунтов при назначении коэффициентов постели (например, в программе КРОСС).
Читать еще:  Что такое угол естественного откоса гравия

Назначение к расчетной схеме сейсмического загружения

Сейсмику в SCAD можно задавать уже тогда, когда набрана геометрия расчетной схемы, установлены связи и назначены все остальные загружения на рассматриваемый объект. Так как сейсмика представляет из себя динамическое загружение, то активация окна настройки осуществляется по кнопке «Динамические воздействия» — «Создание нового загружения» (рис. 1).

  • Рис. 1. Кнопка создания нового динамического загружения

В новом окне в левом верхнем углу следует поставить галочку напротив «Сейсмические воздействия», затем появится перечень норм, согласно которым нужно делать расчет (рис. 2). На счет остальных настроек стоит остановиться поподробнее, чтобы более корректно осуществить задание сейсмики в SCAD.

Вкладка «Общие данные» при задании сейсмики в SCAD

  1. Преобразование статических нагрузок в массы – следует активировать этот пункт. Из-за того, что сейсмика учитывается только в особых сочетаниях, то от каждого типа нагрузок задается коэффициент пересчета, согласно следующим коэффициентам:
  • Постоянные — 0.9.
  • Длительные — 0.8.
  • Кратковременные — 0.5. Причем кратковременные нагрузки, не имеющие длительной части
    (например, ветровая нагрузка), не входят в особые сочетания.

2. Определение собственных форм и частот выполняется методом Ланцоша, согласно кеоторому происходит автоматическое определение количества форм, пока не наберется требуемая в СП 14.13330.2018, п.5.9 общая сумма масс системы по направлениям X=90% Y=90% Z=75%.

  • Рис. 2. Окно настроек сейсмики в SCAD, первая вкладка

Вкладка с настройками, согласно выбранным нормам в SCAD

Остальные настройки назначаются во второй вкладке текущего окна (рис. 3).

  1. Число учитываемых частот колебаний определяется модальным анализом.
  2. Ориентация высоты здания на схеме – по оси Z.
  3. Категория грунта определяется из отчета по инженерно-геологическим изысканиям (СП 14.13330.2018, табл. 1).
  4. Сейсмичность — требуемая балльность, согласно техническому заданию или району предполагаемого размещению объекта.
  5. Поправочный коэффициент — обычно, 1. Можно усиливать влияние сейсмики на конструкцию, вплоть до назначения 10 баллов, введя коэффициент 2.
  6. Тип сооружения, назначается согласно СП14.13330.2018, табл. 5.3.
  7. Коэффициент допускаемых повреждений, назначается согласно СП14.13330.2018, табл. 5.4.
  8. Характеристика сооружения, назначается согласно СП14.13330.2018, табл. 5.5.
  • Рис. 3. Окно настроек сейсмики в SCAD, вторая вкладка

После нажатия «ОК» новое сейсмическое воздействие появится в общем списке загружений.

Задание сейсмики в SCAD в расчетных сочетаниях усилий (РСУ)

Чтобы задать сейсмику в SCAD в РСУ, нужно в дереве проекта нажать на соответствующую кнопку, после чего в появившейся таблице отредактировать список загружений, согласно ниженаписанным параметрам:

  1. У сейсмического загружения задать тип — особая нагрузка, а вид — сейсмическое воздействие.
  2. Сейсмика строго знакопеременна, отметить этот пункт галочкой.
  3. Сейсмика может входить в сочетание только с теми нагрузками, которые были пересчитаны при задании самого воздействия (постоянные и временные нагрузки, которые имеют длительную часть). Напротив сейсмического воздействия ставим галочку в желтом столбце; для постоянных и временных нагрузок с длительной частью (за исключением нагрузок, которые не имеют длительной составляющей, например ветровая нагрузка) – галочку в зеленном столбце напротив каждого загружения.
  4. При задании двух и более сейсмических воздействий необходимо задать взаимоисключение данных нагрузок.
  5. В области «Связи загружений» необходимо зайти в «Сопутствия» и поставить галочки по всем ячейкам.

Анализ результатов расчета на сейсмику в SCAD

Задание сейсмики в SCAD завершается на этапе получения результатов расчета. Анализ результатов от сейсмического воздействия в режиме «Графический анализ», во вкладке «Деформации» выполняется по нагрузке «SD –амплитуда от суммарной динамической нагрузки». Значение суммарной амплитуды в среде SCAD всегда несколько завышено в силу того, что программный комплекс складывает значения амплитуд по модулю, без учета знака. Следует учитывать, что при больших значениях перемещений узлов от сейсмического воздействия, результат может быть обусловлен наличием некоторых отдельных частей расчетной схемы (консольный стержень и т.п.). При удалении данных элементов перемещения, вероятнее всего, будут на порядок ниже.

Результаты армирования проводятся аналогичным образом, как и при решении стандартной классической задачи.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector