Npdpk.ru

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

Устойчивость откоса это состояние

Устойчивость откосов и склонов, давление грунта на подпорные стены

6.1. 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 т. п.) или при перепрофилировании территорий.

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

Откос отличают от склона большим углом наклона свободной поверхности к горизонтали. По различным литературным источникам откосом называют склон с углом наклона свободной поверхности к горизонтали более 30°. Нормативная классификация грунтовых массивов, подразделяющая их на склоны и откосы, отсутствует. В связи с эти приведенные выше определения откоса являются условными.

Массив грунта при определенных условиях может потерять устойчивость и в результате этого перейти из состояния статического равновесия в состояние движения. Такое состояние грунтового массива называется оползнем. Принятая классификация оползней основана на схемах потери устойчивости грунтового массива. Различают следующие виды оползней: оползни вращения; оползни скольжения; оползни разжижения(рис. 6.1).

Рис. 6.1. Виды оползней:

а – оползень вращения, б – оползень скольжения (пристенный оползень); 1 – поверхности скольжения в теле оползня, 2 – стационарная плоскость скольжения на границе оползня
с подстилающим устойчивым массивом

Для оползней вращения характерна форма потери устойчивости грунтового массива в виде движения по криволинейной поверхности с вращением. Оползни скольжения называют также пристенными оползнями, так как их движение при нарушении равновесия происходит по заранее известным плоскостям, являющимся плоскостями контакта грунтового массива с устойчивыми горными породами. Оползнями разжижения называют грязевые потоки разжиженного водой грунта по выработанным руслам рек и тельвегам, например, селевые потоки. Механика грунтов изучает первые два типа оползней. Нарушение равновесия массива грунта может происходить внезапно со сползанием значительных масс грунта.

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.).

Устойчивость откоса из идеально сыпучего грунта. Откос из идеально сыпучего грунта имеет свободную поверхность, наклоненную к горизонтальной плоскости под углом α (рис. 6.2).

Элементарная частица грунта на свободной поверхности испытывает силу тяжести G, которую можно разложить на нормальную N и касательную T к наклонной поверхности компоненты:

. (6.1)

Элементарная частица грунта удерживается на наклонной поверхности силой трения, равной произведению нормальной компоненты силы тяжести на коэффициент трения. Обозначим коэффициент трения как тангенс угла внутреннего трения φ. Тогда из уравнения равновесия проекций всех сил на наклонную плоскость получим:

(6.2)

(6.3)

Полученный результат можно обобщить в виде следующего определения: угол наклона к горизонтальной плоскости свободной поверхности откоса, сложенного идеально сыпучим грунтом, равен углу внутреннего трения этого грунта. Этот результат можно использовать в качестве теоретической основы экспериментального метода по определению угла внутреннего трения сыпучего грунта.

6.2. 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.

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

Рассмотрим широко используемую модификацию этого метода. Предположим, что потеря устойчивости откоса или склона, представленного на рис. 6.3, 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

, (6.3)

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

Рис. 6.3. Схема к расчету устойчивости откосов методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения: а – расчетная схема; б – определение положения наиболее опасной поверхности скольжения; 1, 2, … – номера элементов

Для определения входящих в формулу (6.4) 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

; . (6.5)

Соответственно момент сил, вращающих отсек вокруг 0, определился как

, (6.6)

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

Читать еще:  Угол пвх для отделки откосов

, (6.7)

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

Отсюда момент сил, удерживающих отсек, будет иметь вид

. (6.8)

Учитывая формулу (6.4), окончательно получим

. (6.9)

При устойчивость отсека массива грунта относительно выбранного центра вращения считается обеспеченной. Основная сложность при практических расчетах заключается в том, что положение центра вращения 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.

Один из приемов нахождения наиболее опасного положения поверхности скольжения заключается в следующем. Задаваясь координатами центров вращения 1, 02, …, 0n на некоторой прямой, определяют коэффициенты устойчивости для соответствующих поверхностей скольжения и строят эпюру значений этих коэффициентов (рис. 6.3, б). Через точку min, 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.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Устойчивость — откос

Устойчивость откосов , когда их высота более 10 м, обязательно проверяется расчетом. [1]

Устойчивость откосов и ограждающих конструкций котлованов рассчитывается с учетом временных нагрузок на бровках. Она должна быть обеспечена на период производства всех работ ниже уровня земли до обратной засыпки. [2]

Устойчивость откосов зависит от высоты насыпи, крутизны откосов и от рода грунта или точнее от физических характеристик грунта. К этим характеристикам относятся объемный вес, сцепление и прение между частицами грунта. В свою очередь эти характеристики тесно связаны с влажностью грунта. [3]

Устойчивость откосов зависит от высоты насыпи, крутизны откосов и рода грунта или точнее от физических характеристик грунта. К этим характеристикам относятся объемный вес, сцепление и трение между частицами грунта. В свою очередь эти характеристики тесно связаны с влажностью грунта: в сухом грунте они лучше, а во влажном хуже. Вот почему так важно обеспечивать надежный отвод воды. Нужно, чтобы вода нигде не застаивалась, ибо сильно — и долгосмачиваемый грунт теряет свою устойчивость. [4]

Устойчивость откосов и склонов — это частная задача общей теории предельного напряженного состояния грунтов, но имеет существенные особенности, обусловленные спецификой движения масс при нарушении их устойчивости. Существующие в настоящее время методы расчета устойчивости откосов используют два основных подхода: 1) инженерные или графоаналитические методы расчета, основанные на теории жескопластичного тела; 2) численные методы расчета откосов. [5]

Устойчивость откосов , подверженных оползанию, как показала практика, можно обеспечить в течение длительного времени при своевременном укреплении отдельных неустойчивых участков железобетонными сваями, металлическими и железобетонными штангами и гибкими тросовыми тяжами. Такие укрепительные мероприятия успешно проводились на Златоуст-Беловском, Коунрадском, Зыряновском, Коркин-ском и на многих других карьерах Урала. [6]

Устойчивость откоса , сложенного рыхлым материалом, определяется, как отмечалось выше, сопротивлением сдвигу несцементированных песчаных или глинистых отложений, т.е. методами инженерной геологии может быть охарактеризована количественно. Главная подготовка масс осадочного вещества на крутых склонах заключается в постепенном его накоплении с последующим сбросом вниз по склону к основанию. [7]

Устойчивость откоса насыпи повышается в значительной степени и при отсыпке в нижней его части контрбанкета. Это мероприятие обычно сопровождается устройством дренажных сооружений, препятствующих проникновению грунтовой воды в тело насыпи. [8]

Об устойчивости откоса ( склона) судят по значению коэффициента устойчивости ( КУ), но само значение КУ рассчитывается заменой напряжений силами, что приближенно удовлетворяет теории прочности грунта на сдвиг. [9]

Для устойчивости откосов полок и сохранности массива горных пород за пределами проектного профиля, а также получения крутых устойчивых откосов применяют контурное взрывание. [10]

Обеспечение устойчивости откосов крайне важно во всех случаях, когда работы выполняются в котловане или траншее с вертикальными стенками. При этом всегда возникает вопрос, до какой глубины можно сохранять вертикальный откос без применения ограждающих конструкций. [11]

Расчет устойчивости откосов полки по круглоцилнндрическю поверхностям хорошо известен. Однако очень важно, чтобы это расчет выполнялся в полном объеме с учетом действительны: физико-механических характеристик грунтов. В реальных уело виях объем инженерно-геологических изысканий обычно недо статочен, отсюда и неточности в расчетах. Анализ ряда проек тов показывает, что коэффициент запаса устойчивости откосо рассчитывается по двум-пяти поверхностям. [12]

Условия устойчивости откосов водоприемной каверны определяются взаимодействием сил трения и гидродинамического давления. [14]

Проверяется также устойчивость откосов насыпи и выемки. [15]

Устойчивость откоса это состояние

В условиях роста активности экзогенных процессов и антропогенного освоения новых территорий возникает необходимость комплексного изучения закономерностей существования склоновых экологических систем. В различных климатических зонах в зависимости от грунтов, почв, почвообразующих пород, растительности, бионты и других элементов рельефа подходы к оценке устойчивости склоновых экологических систем не одинаковые. В данной работе экологической системой склонов называется «любое единство, включающее все организмы на данном участке склона и взаимодействующее с физической средой таким образом, что поток энергии создаёт чётко определённую трофическую структуру, видовое разнообразие и круговорот веществ (обмен веществами и энергией между биотической и абиотической частями) внутри системы» [3]. Любая местность, где имеются склоны, состоит из зон выноса, переноса и аккумуляции, границы которых меняются для каждого переносимого компонента в зависимости от его подвижности, крутизны и протяженности. Данные процессы происходят как на простых ландшафтах, так и на крупных геоморфологических подразделениях [8]. Устойчивость экологических систем, нередко рассматриваемая как синоним стабильности системы,часто ассоциируется отсутствием каких-либо значительных изменений [5]. В своем развитии она имеет, как внутренние, так и внешние границы, внутри которой постоянно происходят определенные изменения. В работах [1, 6] и других приводятся определения понятия устойчивости. По результатам изучения устойчивости лесных экосистем И.В. Таран определил устойчивость как «способность экосистем сохранять свои позиции, структуру и характер функционирования в пространстве и во времени при изменяющихся условиях среды, в том числе и под влиянием антропогенных факторов» [7].

Читать еще:  Работа кранов вблизи откосов траншей котлованов

Многие исследователи нацелены на создание комплексной системы оценки устойчивости [2, 4]. Данное стремление не всегда позволяет правильно оценить особенности устойчивости отдельных элементов экологической системы. Проблема устойчивости, несмотря на кажущуюся простоту, остается чрезвычайно сложной и недостаточно изученной. В динамических экологических системах постоянно происходят изменения, связанные как с колебаниями факторов среды, так и постепенным повышением стрессоустойчивости живых организмов и стабилизацией видово го состава.

Поэтому изучение динамики, познание факторов, влияющих на устойчивость экологических систем склонов, являются актуальной задачей.

Материалы и методы исследования

Нами исследованы склоны на территориях Чувашской Республики, Республики Татарстан и Ульяновской области по комплексу показателей, с помощью которых можно провести оценку устойчивости экологических систем экзогенного типа. Понимание устойчивости склоновых экологических систем нас интересовало в первую очередь, с точки зрения выявления типов воздействия и реакции системы на эти воздействия для разработки мероприятий, повышающих устойчивость системы. Комплексную оценку устойчивости склоновых экологических систем можно выразить следующей формулой:

При диагностике устойчивости склонов экзогенного происхождения учитывали степень динамического состояния склона (R1), коэффициент деформированности ландшафта (грунта) (R2), проективное покрытие растительности (R3) и коэффициент однородности растительного покрова (R4).

Результаты исследования и их обсуждение

Расчет устойчивости склонов по показателю динамического состояния проводили путем определения запаса устойчивости – R1. При анализе механических свойств грунтов определяют коэффициент запаса устойчивости грунтов путем отношения суммы сил, удерживающих склон в устойчивом состоянии (С1) к сумме сил, нарушающих это состояние (С). Устойчивость склона считается обеспеченной, если коэффициент запаса устойчивости больше нормативного коэффициента, равного 1,1… 1,3. Результаты изучения коэффициента запаса устойчивости приведены в табл. 1.

Значения коэффициента запаса устойчивости склонов

Объект исследования (географическое положение), названия грунтов

с– значения сопротивления сдвигу грунта по результатам исследования

С1 – значения сопротивления сдвигу грунта, соответствующие предельному состоянию склона.

R1 –коэффициент запаса устойчивости

д. Шактынважи Горномарийский район Республики Марий Эл

д. Кочино Мариинско-Посадский район Чувашской Республики

Зеленодольский район Республики Татарстан

с.Кашинка, Цильнинский район Ульяновской области

Анализ табл. 1 показывает, что коэффициент запаса устойчивости всех изученных склонов ниже нормативного значения.

В качестве основных характеристик грунтов в отечественной и мировой практике используются показатели, соответствующие параметрам линейно-деформируемой среды – модуль деформации. В ряде работ [9, 10] обращается внимание на то, что модуль деформации реальных грунтов зависит от большого числа факторов, в том числе истории уплотняющих нагрузок (недоуплотненные, нормально уплотненные, переуплотненные грунты), условий дренирования, направлений действия напряжений. Показатель модуля деформации динамических грунтов может характеризовать общее структурное сцепление структуры и тела грунтов. Известно, что модули деформации зависят не только от вида грунта, но и уровня его деформации. Основываясь на уровне деформации сдвига модули могут быть классифицированы на трех стадиях: малой деформации, средней деформации и большой деформации [10]. Деформации на первой стадии полностью восстановимы. Модули начинают уменьшаться во второй стадии. Третья стадия соответствует большим деформациям, в которой модули продолжают уменьшаться. Ниже приводим результаты определения модуля деформации и сравнение этих значений с нормативными значениями модулей деформации суглинистых грунтов изученных районов (табл. 2).

Значения модулей деформации суглинистых грунтов

Объект исследования (географическое положение), названия грунтов

Предел текучести грунта

д. Шактынважи Горномарийский район Республики Марий Эл

Устойчивость экосистем

Толерантность вида. Термин толерантность (от лат. tolerantia – терпение) означает выносливость вида по отношению к колебаниям какого-либо экологического фактора, или другими словами, способность организмов переносить отклонения экологических факторов среды от оптимальных для них величин. Изменения величин этих факторов для каждого организма допустимы только в определенных пределах, при которых сохраняется нормальное функционирование организма, т.е. его жизнеспособность. Допустимые пределы изменений экологических факторов среды называются границами толерантности. Разные виды организмов отличаются более широкими или более узкими границами толерантности. Чем большие пределы изменения параметров среды безболезненно выдерживает конкретный организм, тем выше толерантность, или устойчивость этого организма к изменению экологических факторов среды.

Адаптация организмов к изменению экологических факторов. Показатели устойчивости организмов в изменяющихся условиях среды обитания определяются возможностями организмов приспосабливаться (адаптироваться) к изменениям биотических и абиотических факторов. Адаптациями называются эволюционно выработанные и наследственно (генетически) закрепленные свойства организмов, обеспечивающие их нормальную жизнедеятельность при изменениях экологических факторов. Адаптационные возможности у разных видов очень сильно различаются. Например, береза хорошо растет как на сухих, так и увлажненных почвах, а сосна – только на почвах с умеренным увлажнением.

Часто важны не только пределы изменения экологических факторов, но и скорость их изменения, т.е. динамика. Не все виды способны приспособиться к быстрым изменениям условий среды. Виды, которые не могут (или не успевают) приспособиться к изменившимся условиям, вымирают и их экологические ниши в экосистемах занимают другие, более пластичные виды.

Читать еще:  Предельный угол откоса борта карьера

Рассмотрим основные виды адаптаций организмов к изменениям экологических факторов. Наиболее важными из них являются:

К морфологическим адаптациям относятся видоизменения органов, например, развитие у баобаба колючек вместо листьев, а у китов и дельфинов – плавников вместо ног. Физиологические адаптации связаны с особенностями ферментативного набора в пищеварительном тракте. Так, потребность животных во влаге удовлетворяется в пустынях путем биохимического окисления жиров, а у растений биохимические процессы фотосинтеза позволяют создавать органическое вещество из неорганических соединений. Поведенческие адаптации проявляются, например, в способах обеспечения теплообмена у птиц путем сезонных перелетов, у животных – с помощью линьки; для обеспечения пищей хищники используют приемы затаивания (в засаде), а их жертвы – защитную окраску.

Устойчивость экосистем – это способность экосистем сохранять структуру и нормальное функционирование при изменениях экологических факторов. Рассмотренные выше адаптации организмов к изменениям факторов среды обитания в определенной степени обеспечивают устойчивость экосистем, в состав которых они входят, к изменению экологических факторов среды. Однако, как и всякая более сложная система, экосистема по сравнению с отдельными видами организмов имеет более высокую степень надежности функционирования в изменяющейся среде, так как на системном уровне формируются и развиваются новые, системные механизмы обеспечения устойчивости и живучести экосистем, которые отсутствовали у отдельных видов. Такие эволюционно выработанные механизмы приспособления экосистем к изменениям среды обитания называются адаптациями экосистем.

Рассмотрим адаптации экосистем, состоящие из адаптационных механизмов двух уровней: видовой уровень и интеграционный, или системный уровень. Видовой (низший) уровень соответствует ранее рассмотренным механизмам в подразделе «Адаптации организмов к изменению экологических факторов». Системный уровень образуют приспособительные механизмы, возникающие за счет видового взаимодействия по трофическим цепям и сетям. Природа этих интеграционных, системных механизмов обеспечения устойчивости экосистем основана на круговороте веществ, который осуществляется с помощью трофических цепей.

Существование биогеохимических круговоротов создает возможность для саморегуляции экосистем (или гомеостаза), что придает экосистеме устойчивость в течение длительных периодов. Например, показателем устойчивости глобальной экосистемы, связанной с круговоротом веществ, может служить следующий факт. Известно, что 93% массы тела человека составляют 4 химических элемента: кислород, углерод, водород и кальций, которые, во-первых, входят в перечень одиннадцати самых распространенных в геосферах Земли химических элементов, и, во-вторых, эти четыре элемента сами образуют более 56% массы геосфер.

Видовое разнообразие – также один из факторов устойчивости экосистем к неблагоприятным факторам среды. Разнообразие обеспечивает как бы подстраховку, дублирование устойчивости. Например, малочисленный вид при неблагоприятных условиях для другого широко представленного вида может резко увеличить свою численность и таким образом заполнить освободившееся пространство (экологическую нишу), сохранив экосистему как единое целое. Такая последовательная смена видов или замена одного биоценоза другим называется сукцессией (от лат. сукцедо – следую).

Чтобы лучше уяснить суть сукцессии в экосистеме, рассмотрим два примера:

1) известно, что после лесного пожара сначала появляются лиственные породы, а затем через 70–100 лет их сменяют хвойные;

2) в упавшем дереве сначала поселяются короеды, затем появляются пожиратели древесины, а бактерии и грибы завершают процедуру превращения упавшего дерева в гумус почвы.

Таким образом, увеличение степени разнообразия является основой того, что экосистемы с более длинными цепями питания формируют более интенсивный круговорот веществ и, следовательно, обладают повышенной устойчивостью благодаря возможностям саморегуляции (гомеостаза).

Гомеостаз. Природные экосистемы (например, лесные, степные) существуют в течение длительного времени и обладают определенной стабильностью, для поддержания которой необходима сбалансированность потоков вещества и энергии в процессах обмена между организмами и окружающей средой. Однако абсолютной стабильности в природе не бывает. Поэтому стабильность состояния природных экосистем является относительной, показателем которой может служить, например, периодически изменяющаяся численность популяций разных видов в экосистеме: численность одних видов увеличивается, других – уменьшается. Такое динамически равновесное состояние, или состояние подвижностабильного равновесия экосистем, называют гомеостазом (от греч. гомео – тот же; стазис – состояние).

Ключевой для понимания гомеостаза экосистем термин «подвижно-стабильное равновесие» означает, что устойчивое функционирование экосистем в изменяющихся условиях среды возможно именно вследствие того, что экосистема находится в квазиравновесном состоянии, принципиально отличающимся от понимания состояния равновесия в физике. Чтобы понять это различие, кратко рассмотрим составные части этого термина.

а) Стабильность означает, что природные экосистемы существуют в течение длительного времени и обладают определенной относительной стабильностью во времени и пространстве. Заметим, что особенностью искусственных (техногенных, созданных человеком) экосистем является то, что человек сам должен поддерживать равновесие в этих экосистемах, т.е. управлять процессами их функционирования, например, замена ила в региональных, муниципальных или производственных водоочистных сооружениях, в которых культивируются колонии бактерий, пожирающих, сорбирующих, разлагающих загрязняющие вещества в сточных водах.

б) Подвижность означает изменчивость свойств (например, численности популяций) и структуры экосистемы, т.е. совокупности видов. Последовательные изменения в состоянии равновесия в природных экосистемах отражаются в смене видов (например, в процессе сукцессии), сопровождающейся и изменениями в структуре и свойствах трофических цепей (сетей). Разнообразие видов формирует сукцессию, обеспечивая заполненность пространства жизнью и увеличивая степень замкнутости биогеохимического круговорота в экосистеме.

Следовательно, гомеостатичность – общее свойство всех экосистем, зависящее от эффективности комплекса адаптационных механизмов, действующих как на уровне отдельных видов, так и на уровне экосистемы в целом. Гомеостатичность зависит от возраста и видового разнообразия экосистем и поэтому сильно различается как у разных сообществ, так и в естественных и искусственных экосистемах.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector