Zabor-33.ru

Строительный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Все программы для расчета устойчивости откосов

Коэффициент устойчивости откоса и склона по нормам СП

Нормирование коэффициент устойчивости откосов и склонов приведено в следующих нормативных документах:

  • СП 22.13330.2016 Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*;
  • СП 116.13330.2012 Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 22-02-2003;
  • ОДМ 218.2.078-2016 Методические рекомендации по выбору конструкции укрепления откосов земляного полотна автомобильных дорог общего пользования.

Выделим положения данных нормативных документов, которые касаются коэффициента устойчивости откоса и склона.

Согласно СП 22.13330.2016:

п.5.1.9 Проверку оснований по несущей способности следует проводить в случаях, если:

б) сооружение расположено на откосе или вблизи откоса;

Проверку оснований по несущей способности в случаях, приведенных в перечислениях а, б и в, следует проводить с учетом конструктивных мероприятий, предусмотренных для предотвращения смещения проектируемого фундамента.

Если проектом предусматривается возможность возведения сооружения непосредственно после устройства фундаментов до обратной засыпки грунтом пазух котлованов, следует проводить проверку несущей способности основания, учитывая нагрузки, действующие в процессе строительства.

п.5.7.2 Расчет оснований по несущей способности проводят исходя из условия

где F — расчетная нагрузка на основание, кН, определяемая в соответствии с требованиями п.5.2 СП 22.13330.2016;

Fu — сила предельного сопротивления основания, кН;

γc — коэффициент условий работы, принимаемый:

      • для песков, кроме пылеватых — 1,0;
      • для песков пылеватых, а также глинистых грунтов в стабилизированном состоянии — 0,9;
      • для глинистых грунтов в нестабилизированном состоянии — 0,85;
      • для скальных грунтов:
      • невыветрелых и слабовыветрелых — 1,0
      • выветрелых — 0,9
      • сильновыветрелых — 0,8;

γn — коэффициент надежности по ответственности, принимаемый равным 1,2; 1,15 и 1,10 соответственно для сооружений геотехнических категорий 3, 2 и 1.

Примечание — В случае неоднородных грунтов средневзвешенное значение принимают в пределах толщины b1+0,1b (но не более 0,5b) под подошвой фундамента, где b — сторона фундамента, м, в направлении которой предполагается потеря устойчивости, а b1 =4 м.

Согласно СП 116.13330.2012:

п.5.1.6 При выборе защитных мероприятий и сооружений и их комплексов следует учитывать виды возможных деформаций склона (откоса), уровень ответственности защищаемых объектов, их конструктивные и эксплуатационные особенности.

Виды противооползневых и противообвальных сооружений и мероприятий следует выбирать на основании расчетов общей и местной устойчивости склонов (откосов), т.е. устойчивости склона (откоса) в целом и отдельных его морфологических элементов, данных мониторинга.

п.5.2.1 Противооползневые и противообвальные сооружения и их конструкции проектируются по методу предельных состояний. При этом расчеты производятся по двум группам предельных состояний, которые включают:

первая (полная непригодность сооружения к дальнейшей эксплуатации):

      • расчеты общей прочности и устойчивости системы сооружение — грунтовый массив (откос, склон);
      • расчеты прочности и устойчивости отдельных элементов сооружения, разрушение которых приводит к прекращению эксплуатации сооружения;
      • расчеты перемещений сооружений и конструкций, от которых зависит прочность или устойчивость сооружения в целом, а также прочность или устойчивость объектов на защищаемой территории и др.;

вторая (непригодность к нормальной эксплуатации):

      • расчет оснований, откосов, склонов и элементов конструкции, разрушение которых не приводит все сооружение в непригодное состояние, на местную прочность;
      • расчеты по ограничению перемещений и деформаций сооружений, прилегающих территорий и объектов на них расположенных;
      • расчеты по образованию или раскрытию трещин и строительных швов.

5.2.2 Расчет противооползневых и противообвальных сооружений, проектируемых откосов и склонов производится исходя из условия

где F— расчетное значение обобщенного силового воздействия на сооружение или его конструктивные элементы (сила, момент, напряжение), определяемое в соответствии с СП 20.13330, деформации (смещения) или другие параметры, по которым производится оценка предельного состояния;

Ψ — коэффициент сочетания нагрузок, принимающий значения:

При расчетах по предельным состояниям первой группы:

      • для основного сочетания эксплуатационного периода Ψ = 1,0;
      • то же, для строительного периода и ремонта Ψ = 0,95;
      • для особого сочетания нагрузок, в том числе сейсмической нагрузки на уровне проектного землетрясения (ПЗ) годовой вероятностью 0,01 Ψ =0,95;
      • прочих нагрузок годовой вероятностью 0,001 и максимального уровня расчетного землетрясения (МРЗ) Ψ =0,90.

При расчетах по предельным состояниям второй группы на основное сочетание нагрузок Ψ = 1,0;

R — расчетное значение обобщенной несущей способности, прочности, деформации (смещения) или другого параметра, устанавливаемого соответствующими нормами проектирования в зависимости от типа конструкции и используемых материалов с учетом коэффициентов надежности по материалу γm и (или) грунту γg ;

γn — коэффициент надежности по ответственности сооружения:

При расчетах по предельным состояниям первой группы в зависимости от уровня ответственности, согласно ГОСТ Р 54257:

При расчетах по предельным состояниям второй группы γn = 1,00.

При расчетах устойчивости склонов, сохраняемых в естественном состоянии, γn принимается как для сооружения или территории, которые могут перейти в непригодное состояние при разрушении склона.

При расчетах природных склонов γn =1,0;

γd — коэффициент условий работы, учитывающий характер воздействий, возможность изменения свойств материалов со временем, степень точности исходных данных, приближенность расчетных схем, тип сооружения, конструкции или основания, вид материала и другие факторы; устанавливается в диапазоне

нормами проектирования отдельных видов сооружений.

п.5.2.3 Расчет устойчивости проектируемых склонов и откосов в соответствии с зависимостью 5.1 допускается выполнять только для простейших форм поверхности скольжения, отделяющей призму обрушения от неподвижного массива грунта (в виде отрезка прямой или окружности). В этом случае зависимость 5.1 записывается в виде:

где kst = γn ·Ψ/γd — нормированное значение коэффициента устойчивости склона (откоса);

kst — расчетное значение коэффициента устойчивости, определяемое как отношение удерживающих сил (моментов) R , действующих вдоль линии скольжения, к сдвигающим силам (моментам) F .

В общем случае расчеты устойчивости выполняются при произвольных формах поверхности скольжения. При этом условие 5.1 принимает вид

В этом случае под коэффициентом устойчивости kst понимают число, на которое следует разделить исходные прочностные характеристики грунта tgφ и c , чтобы ограниченный данной пробной поверхностью скольжения массив пришел в состояние предельного равновесия.

Читайте так же:
Саморезы для установки пластиковых откосов

При этом, соотношение между нормальными σn и касательными τnt напряжениями по всей поверхности скольжения, соответствующее предельному состоянию призмы обрушения, отвечает условию

где φI = arctg(tgφ /kst) и cI =c/kst — значения угла внутреннего трения и удельного сцепления грунта, при которых наступает сдвиг грунта, соответственно.

Коэффициент устойчивости склона (откоса) находят как минимальное значение kst по всем возможным пробным поверхностям скольжения.

Нахождение коэффициента устойчивости склона (откоса) может производиться как с использованием традиционных методов теории предельного равновесия (с разбиением призмы оползания на отсеки или без оного), так и упругопластическими расчетами методом конечных элементов с использованием метода снижения прочностных характеристик.

Согласно ОДМ 218.2.078-2016:

п.6.4.2 В общем случае, надежность конструкции по критериям прочности и устойчивости считается обеспеченной при выполнении условия

где F — расчетное значение обобщенного силового воздействия (сила, момент, напряжение), деформации или другого параметра, по которому производится оценка предельного состояния;

R — расчетное значение обобщенной несущей способности, деформации или другого параметра конструкции;

ηс — коэффициент сочетания нагрузок для основного сочетания нагрузок и воздействий в период нормальной эксплуатации — 1,00; то же — для периода строительства и ремонта — 0,95;

γf — коэффициент надежности по нагрузке по таблице 5;

γc — коэффициент условий работы, учитывающий характер воздействий, возможность изменения свойств материалов во времени, степень точности исходных данных и прочие факторы, при расчете элементов на нагрузки строительного периода принимается γc=1,0, при расчете на нагрузки эксплуатационного периода γc=1,15;

γn — коэффициент надежности по ответственности сооружения (при расчетах по предельным состояниям I группы γn=1,15, II группы γn=1,0).

Коэффициенты надежности следует принимать с учетом требований ГОСТ 27751, СП 20.13330.2011, СП 38.13330.2012, СП 58.13330.2012, СП 116.13330. 2012.

Указанные значения коэффициентов надежности могут быть изменены для случаев установленных нормативными документами на проектирование отдельных видов элементов конструкций или в соответствии с Техническим заданием на проектирование.

Таблица 5 — Значения коэффициентов надежности по нагрузке (ОДМ 218.2.078-2016)

Коэффициент надежности по нагрузке γf

Собственный вес элементов конструкций и материалов 2)

Напорное давление, вызванное сезонными и суточными колебаниями уровней, подпором грунтовых вод

Давление воды непосредственно на поверхности сооружения и основания, силовое воздействие фильтрующей воды; волновое давление; поровое давление

1) Коэффициенты перегрузки, указанные в скобках, принимают в тех случаях, когда возможное уменьшение нагрузки ухудшает работу конструкции (при расчетах на опрокидывание, сдвиг).
2) Коэффициент надежности по нагрузке γf следует принимать равным единице для всех грунтовых нагрузок и собственного веса сооружения, вычисленных с применением расчетных значений характеристик грунтов (удельного веса и характеристик прочности) и материалов (удельного веса бетона и др.), определенных в соответствии со строительными нормами и правилами на проектирование оснований и отдельных видов сооружений.
3) В таблице приведены коэффициенты надежности по нагрузке для расчетов по I группе предельных состояний.

Расчет устойчивости откосов

Геотехническая постановка задачи

Расчет устойчивости откосов и склонов, противооползневых удерживающих инженерных сооружений, всегда основывается на данных инженерно-геологических и геотехнических изысканий, на количественном и качественном анализе оползневых факторов.

В настоящее время существует много методик по расчету устойчивости откосов, все они сводятся к трем базовым классам методов:

  • методы предельного (пластического) равновесия;
  • методы конечных элементов;
  • комбинированные методы.

Выбор тех или иных методов в первую очередь определяется типом оползневого процесса и механизмом возможного смещения оползневых масс. Каждый оригинальный способ расчета характеризуется своей оригинальной системой, полученной в данном способе с использованием того или иного допущения (необходимость которого связана со статической неопределенностью задачи).

Класс методов предельного равновесия, может быть представлен методами Моргенштерна-Прайса, упрощенным методом Бишопа и обобщенным методом Янбу. Методы Бишопа и Моргенштерна-Прайса рассматриваются действующими нормативными документами (п. 4.2.11 СП 11-105-97, Часть II [4]) в качестве общепринятых методов расчета устойчивости склонов. Метод конечных элементов, представляющий класс численных методов и рекомендованный к применению в актуализированных редакциях нормативных документов (п. 5.2.3 СП 116.13330).

Метод Бишопа

При расчете устойчивости откосов, в упрощенном методе Бишопа удовлетворяются условия равновесия общих моментов и вертикальных сил (равновесие сдвигающих сил не соблюдается). Несмотря на то, что условия равновесия удовлетворяются не полностью, тем не менее, метод обеспечивает хорошие результаты и рекомендуется для проведения большинства практических расчетов, проводящихся по круглоцилиндрической поверхности. Многоугольник сил, построенный на основе метода Бишопа, показан на рисунке.

Вследствие того, что коэффициент устойчивости FS входит в обе части уравнения, для его решения необходимо задаться предположением о начальном значении коэффициента устойчивости. Далее решение данного уравнения сводится к итерационному процессу (до тех пор, пока вычисляемый FS не окажется меньше заданной допустимой погрешности).

Бишоп провел сопоставление коэффициентов запаса, полученных с помощью упрощенного и более строгих методов, которые удовлетворяют всем условиям равновесия. Он установил, что вертикальная составляющая сил взаимодействия может быть принята равной нулю, не приводя к существенным ошибкам, обычно с расхождением менее 5%. Следовательно, упрощенный подход, в котором вертикальные составляющие сил взаимодействия приводятся к нулю, обеспечивает тот же результат, что и строгий, при котором удовлетворяются все условия равновесия.

Метод Янбу

Метод Янбу был разработан в 1954 году норвежским профессором геотехники Нилмаром Оскаром Чарльзом Янбу. Он очень схож с методом Бишопа. С его помощью также, в геотехнической практике, выполняются расчеты оползневых склонов. Отличием является то, что в данном методе осуществляется удовлетворение равновесию сдвигающих сил, при этом не соблюдается удовлетворение равновесию моментов. Диаграмма распределения сил в отсеке и многоугольник сил, построенные при расчёте по упрощённому методу Янбу показаны на рисунке

Анализируя многоугольник сил в отсеке, можно сказать что многоугольник, получающийся по методу Янбу, замкнут лучше, чем в методе Бишопа. Стоит отметить, что при расчёте по круглоцилиндрической поверхности результаты по методу Янбу получаются заниженными.

Читайте так же:
Решение проблем с откосами

Уравнение для вычисления коэффициента устойчивости по упрощённому методу Янбу показано на рисунке.

Упрощённый метод Янбу является наиболее близким к методу Маслова-Берера, рекомендованному российскими нормативными документами для расчёта устойчивости склонов, так как относится к группе методов горизонтальных сил, действующих на границе отсеков.

Метод конечных элементов

Метод конечных элементов (МКЭ, FEM) наряду с методами конечных разностей является одним из основных численных методов решения задач механики сплошной среды.

Одна из особенностей МКЭ состоит в том, что он базируется скорее на интегральной формулировке анализируемого явления, нежели на дифференциальной форме, которую представляют уравнения в частных производных и граничные условия. Эта интегральная формулировка может быть вариационного (если это возможно) либо проекционного типа.

Основная концепция метода конечных элементов состоит в том, что искомую непрерывную величину аппроксимируют кусочным набором простейших функций, заданных над ограниченными конечными подобластями (элементами). С помощью такой процедуры интегрирование дифференциальных уравнений аналитической постановки задачи сводится к решению системы линейных уравнений. Количественные значения неизвестной величины отыскиваются в ограниченном числе точек (узлов) области, а в пределах элементов значения неизвестной функции и ее производных определяются уже аппроксимирующими функциями и их производными.

Наиболее важными преимуществами МКЭ благодаря которым он так широко используется, являются:

  • свойства материалов смежных элементов могут быть различными, что позволяет применять метод для моделирования напряженно-деформированного состояния неоднородных сред;
  • методом можно пользоваться для областей с любой формой внешних и внутренних границ;
  • размеры элементов могут быть переменными, что позволяет укрупнить или измельчить сеть разбиения области на элементы;
  • с помощью МКЭ не представляет труда рассмотрение граничных условий с разрывной поверхностной нагрузкой, а также смешанных граничных условий.

Большое практическое применение МКЭ получил при решении геотехнических задач, касающихся расчета устойчивости откосов и склонов, так как позволяет учесть сложную геометрию откосов и их неоднородность.

В отличие от методов, основанных на анализе предельного равновесия, в МКЭ нахождение нормальных и касательных напряжений по поверхности скольжения осуществляется с учетом деформационных свойств грунтов (модуля Юнга и коэффициента Пуассона).

Анализ напряженного состояния методом конечных элементов удовлетворяет условиям статического равновесия и позволяет оценить изменения напряжений, вызванные варьированием деформационных свойств, неоднородности и геометрических форм.

Поле напряжений в откосе определяется решением двухмерной задачи плоской деформации с использованием конечных элементов треугольной формы. На рисунке выше показана конечно-элементная дискретизация, применяемая при расчетах откосов. Жесткие границы заданы на значительном расстоянии от откоса, поэтому наличие их не влияет на напряженное состояние откоса. В методе конечных элементов матрица жесткости элементов, которая связывает силы и перемещения в узлах, определяется исходя из минимизации полной потенциальной энергии. Эти матрицы жесткости затем накладываются, образуя общую матрицу жесткости системы. Задав силы и перемещения в каждом узле на границах, система совместных уравнений, базирующихся на общей матрице жесткости, может быть разрешена относительно перемещений каждого узла. После того как установлены перемещения, для каждого элемента можно определить напряжения.

Решение краевой задачи о напряженно-деформированном состоянии рассматриваемой расчетной области сводится к численному решению системы уравнений:[K] = , — вектор узловых перемещений; — вектор нагрузок.

При решении нелинейной задачи механики деформируемого твердого тела совместно с уравнением решается также другая система уравнений, задаваемая соотношением F(<σ>, <ε>) = 0.

При этом решение задачи сводится к подбору исходных параметров <ε0>или <σ0>(соответственно при использовании метода начальных деформаций или начальных напряжений), которые удовлетворяют условиям равновесия рассматриваемой расчетной области. Подбор этих параметров осуществляется итерационными методами.

Определение устойчивости склона выполняется методом редукции (ступенчатого уменьшения) прочностных параметров материалов модели, доводя модель до искусственного разрушения. Состояние математической модели, при котором не может быть получено устойчивое решение краевой задачи вследствие безграничного нарастания деформаций расчетной области, трактуется как предельное.

Коэффициент запаса несущей способности откосов и склонов определяется как отношение исходных прочностных параметров пород, слагающих рассматриваемый откос (склон) к их минимальным значениям, при которых решение краевой задачи еще возможно.

За рубежом, при моделировании устойчивости склонов, наиболее часто используется нижняя предельная теорема пластического разрушения.

В основе расчетных методов оценки устойчивости оползневых и оползнеопасных склонов лежат две предельные схемы (Р.Р. Чугаев, Ж. Косте, Г. Санглера).

Идея первой предельной схемы (фактических и уменьшенных прочностных характеристик) состоит в нахождении таких критических значений прочностных характеристик грунта, что бы расчетный склон перешел в состояние предельного равновесия. Соответственно коэффициент устойчивости при подобном подходе определяется как отношение фактических прочностных характеристик к их критическим значениям.

Идея второй предельной схемы (удерживающих и сдвигающих усилий) заключается в изучении соотношения сдвигающих и удерживающих усилий, действующих на склон. Коэффициент устойчивости в этом случае может быть определен как отношение удерживающих моментов к сдвигающим.

Стоит отметить, что определение коэффициента устойчивости в первом и во втором случае различно и использование первой предельной схемы с точки зрения механики более обосновано. Однако на практике оба определения коэффициента устойчивости дают близкие результаты.

Наша организация предлагает комплексный подход с целью оценки устойчивости склонов и откосов, а также разработке мероприятий по предупреждению развития и предотвращению активизации оползневого процесса. А также разработку документации для устройства инженерной защиты от оползней.

Более полную информацию по разработке геотехнического проекта инженерной защиты от оползней, по выполнению геотехнических расчетов вы можете получить позвонив нам по телефону + 7 (499) 350-23-58, или оставив заявку по форме или по электронной почте.

© 1999-2021 Научно-проектное конструкторское бюро «СтройПроект»

ЭСПРИ (Электронный СПРавочник Инженера). Проектирование фундаментов

Евгений Стрелец-Стрелецкий, Роман Водопьянов

Наряду с крупными программными комплексами, такими как ЛИРА и МОНОМАХ, на современном рынке программного обеспечения широкой популярностью пользуются программы­спутники. Эти программы предоставляют инженеру и исследователю возможность выполнять компьютерные расчеты множества частных задач, которые возникают в процессе работы над проектом сооружения и обычно не вписываются в структуру больших программных комплексов. Необходимость в решении указанных задач возникает как при выработке расчетной модели конструкции, так и при анализе результатов расчета целостной модели сооружения, как при экспертной оценке проектов, так и при техническом надзоре за возведением здания, а также во многих других ситуациях, имеющих место при проектировании и строительстве. Программы­спутники необходимы инженеру в повседневной работе и обеспечивают поддержку в принятии оптимального конструктивного решения.

Читайте так же:
Что такое евро откосы

Полная конфигурация ЭСПРИ версии 1.0 содержит более 60 программ, которые тематически структурированы по десяти разделам: «Математика», «Статика­Динамика­Устойчивость», «Сечения», «Нагрузки», «Сталь», «Железобетон», «Камень», «Дерево», «Фундамент», «Мосты». В каждом разделе содержатся программы, выполняющие расчетные и справочные функции. В какой­то мере ЭСПРИ можно сравнить с широко известным (и давно не переиздававшимся) расчетно­теоретическим справочником проектировщика.

Здесь представлены программы, относящиеся к разделу «Фундамент». В настоящее время этот пакет содержит девять программ. Далее приведены их краткое описание и возможности.

Программа «Определение параметров упругого основания»

Программа предназначена для определения осадки и коэффициентов постели С1 и С2 под центром фундамента или фундаментной плиты по заданным грунтовым условиям и нагрузке.

Вычисление осадки производится по схемам линейного полупространства и линейно деформированного слоя. В расчетах реализованы положения, изложенные в СП 50­101­2004 и СНиП 2.02.01­83*.

В соответствии с вычисленной осадкой определяются коэффициенты постели С1 и С2 по нескольким методикам для моделей грунта Винклера и Пастернака. Реализована возможность определения коэффициентов постели при динамических воздействиях.

Вычисление коэффициентов постели

Программа «Определение С1 и С2 на основе модели грунтового массива»

Программа предназначена для расчета фундаментных конструкций на грунтовом основании. Трехмерная модель грунтового массива создается программой автоматически на основании инженерно­геологических условий площадки строительства.

Для описания площадки строительства задается база характеристик слоев грунта (ИГЭ), указываются расположение и отметки устья скважин, характеристика слоев грунта, составляющего ту или иную скважину.

По заданным нагрузкам на грунт от проектируемой фундаментной конструкции, а также по нагрузкам от близлежащих сооружений определяются переменные по области проектируемой конструкции, глубина сжимаемой толщи и осадка по схеме линейно­упругого полупространства. На основании полученных осадок по нескольким методикам вычисляются коэффициенты постели упругого основания С1 и С2 для моделей Винклера и Пастернака.

Полученные результаты отображаются в виде изополей осадок, усредненных модулей деформации и коэффициентов Пуассона, а также изополей глубин сжимаемой толщи и коэффициентов постели.

Вычисление переменных коэффициентов постели

Программа «Расчет одиночной сваи»

Программа позволяет определить несущую способность одиночной сваи прямоугольного или кольцевого сечения. Рассчитываются сваи­стойки и висячие сваи в соответствии с положениями СНиП 2.02.03­85 «Свайные фундаменты», МГСН 2.07­01 и «Руководства по проектированию свайных фундаментов».

Результатами вычислений являются несущая способность сваи, ее осадка, в том числе с учетом взаимовлияния в группе свай, а также погонная жесткость сваи.

Расчет одиночной сваи

Программа «Расчет сваи на совместное действие вертикальной, горизонтальной сил и момента»

Программа предназначена для расчета одиночной сваи по деформациям и на устойчивость от совместного действия вертикальной и горизонтальной сил и момента согласно приложению 1 СНиП 2.02.03­85 «Свайные фундаменты». Предполагается, что в процессе нагружения система «свая — грунт» проходит две стадии напряженно­деформированного состояния. На первой стадии грунт, окружающий сваю, работает как упругая линейно­деформируемая среда. Упругие свойства грунта характеризуются коэффициентом постели, линейно возрастающим по глубине. На второй стадии в верхней части грунта, окружающего сваю, образуется область предельного равновесия (пластическая зона). Жесткость грунта в пределах области предельного равновесия характеризуется прочностным коэффициентом пропорциональности, ниже грунт работает упруго, как в первой стадии. За предельное состояние системы «свая — грунт» принимается момент образования в свае плас­тического шарнира в пределах или на границе области предельного равновесия грунта.

В результате расчета определяются горизонтальное перемещение и угол поворота головы сваи. В случае расчета по одной стадии производится проверка устойчивости грунта согласно п. 13 приложения 1 СНиП 2.02.03­85. При учете развития второй стадии напряженно­деформированного состояния грунта производится расчет несущей способности сваи в соответствии с условием HFd / γk, где H — расчетное значение поперечной силы, действующей на сваю; Fd — несущая способность сваи, определяемая в соответствии с требованиями п. 10; γk — коэффициент надежности, принимаемый равным 1,4.

Расчет сваи на совместное действие нагрузок

Программа «Определение осадки условного фундамента»

Программа позволяет рассчитать осадку куста свай в соответствии со СНиП 2.02.03­85 «Свайные фундаменты». Осадка в данном случае определяется как для условного фундамента на естественном основании с использованием расчетной схемы в виде линейно­деформируемого полупространства в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01­83*. Результатом расчета является значение осадки куста свай. Полученные размеры условного фундамента, его собственный вес, глубина сжимаемой толщи и величина осадки помещаются в отчет.

Расчет «Определение осадки фундамента»

Программа «Определение главных и эквивалентных напряжений в грунте»

Программа предназначена для вычисления главных и эквивалентных напряжений σ1, σ2, σ3 по заданным значениям тензора напряжений: σx, σy, σz, τxy, τxz, τyz.

Помимо главных напряжений для заданных расчетных характеристик грунта определяются предельные и эквивалентные напряжения по одному из заданных условий предельного равновесия — условия Кулона — Мора или модифицированные условия Кулона — Мора. Кроме того, вычисляются углы наклона главных напряжений к текущим осям, а также модуль полных деформаций в соответствии с теорией упругости линейно­деформируемого полупространства.

Программа «Проверка устойчивости склона»

Программа предназначена для определения устойчивости однородного грунтового склона по плоской (1­й тип) или цилиндрической (2­й тип) поверхности скольжения.

В результате вычисляются координаты оползневой поверхности, оползневое давление и предельные характеристики склона — критическая высота, критический угол площадки скольжения, суммарный вес грунтового массива над плоскостью разрушения, суммарная сдвиговая сила от веса грунта по плоскости разрушения, предельная сила устойчивости склона, длина плоскости или цилиндрической поверхности разрушения. Вычисляются также критическое расстояние от подошвы склона до верхней точки безопасного (относительно безопасного) удаления, коэффициент запаса устойчивости (устойчивой прочности) и средние нормальное и сдвиговое напряжения на площадке скольжения, а также другие параметры.

Читайте так же:
Плиты для укрепления откосов моста

Устойчивость многослойного склона

Программа «Проверка устойчивости многослойного склона»

Программа предназначена для определения устойчивости многослойного грунтового склона по цилиндрической поверхности скольжения. Расчет производится методом, разработанным Шведским обществом геомеханики. Данный метод представлен в работе А.В. Шаповала «Оптимизация алгоритма расчета устойчивости откосов и склонов».

В результате определяются координаты оползневой поверхности, оползневое давление, а также коэффициенты запаса при статическом и динамическом нагрузкам, суммарная активная нормальная сила, активная составляющая сдвиговых сил, реактивная составляющая от сцепления и радиус поверхности скольжения.

Программа «Расчет ограждения котлована»

Программа предназначена для расчета подземной части сооружений, возводимых методом «стена в грунте». Расчетная модель является плоской и состоит из грунтового массива, элементов стенового ограждения и анкерных креплений стен. Задаются размеры грунтового массива и характеристики грунтов в нем, размеры котлована и уровни его отрывки, нагрузки на поверхность грунта, размеры и параметры материала и сечения стеновых элементов и анкеров, а также силы натяжения в анкерных креплениях.

В текущей версии программы допускается не более четырех анкеров с каждой стороны стенового ограждения и не более четырех уровней отрывки котлована.

После ввода исходных данных выполняется автоматическая триан­­гуляция области грунтового массива с соответствующей разбивкой элементов стен и анкеров. Массив моделируется треугольными конечными элементами грунта, а стены и анкеры — стержневыми элементами.

Расчет ограждения котлована

Расчет производится последовательно по стадиям. На первой стадии производится расчет полной модели (без анкеров) на собственный вес и заданную нагрузку. Дальнейшее количество стадий определяется автоматически и зависит от заданных уровней выемки грунта и отметок установки анкеров. То есть пока не вынут грунт (демонтаж), анкер не может быть установлен (монтаж).

По ходу расчета выполняется накопление перемещений в узлах, напряжений в элементах грунта и усилий в элементах стен и анкеров по стадиям.

Результаты расчета представляются в графическом виде — эпюры усилий в стенах и изополя напряжений в грунте по стадиям.

Результаты оформляются в виде отчета.

Представленный раздел ЭСПРИ «Фундаментные конструкции и основания» насыщается новыми программами. Расширяются функциональные возможности программ, учитываются предложения, пожелания и замечания пользователей. Программы пакета снабжены контекстной справкой. Реализована возможность одновременной работы в локальной сети нескольких пользователей.

Сопровождение ЭСПРИ осуществляет группа специалистов высокой квалификации, имеющих многолетний опыт расчета конструкций и обеспечивающих поддержку пользователей по всему спектру возникающих вопросов.

Механика грунтов / УМК по механике грунтов / Лекция 10 Устойчивость откосов

где Pe = c × ctg ϕ — давление связанности ( см . лекцию 4)

σ z — величина безразмерного предельного давления определяется по таблице ( к примеру по табл .8.2 Далматов / / ) в зависимости от угла

внутреннего трения и относительной координаты y . Истинное значение координаты будет равно :

Необходимо обратить внимание , что чем дальше от грани откоса ( с

увеличением координат y, и y ) тем большую предельную нагрузку может выдержать откос .

Проводя проверочные расчеты можно в запас надежности принять нагрузку равномерно — распределенной , величина которой определяется по

(10.4) при y= 0 ( y =0)

10.3.3. Определение очертания ровноустойчивого откоса

Решение данной задачи получено Соколовским В . В . в виде графика – номограммы , рис . 10.11. Известными величинами при данной постановке задачи являются прочностные характеристики грунта ( с , φ ) и величина равномерно — распределенной нагрузки на бровке откоса , равная :

Необходимо определить очертание равноустойчивого откоса .

По номограмме 10.11, для известного значения φ определяется

соответствующая линия равноустойчивого откоса в безразмерных

координатах x , y .

Рис .10.11. Номограмма для определения

очертания равноустойчивого откоса

Координаты равноустойчивых откосов в размерных единицах определяются по зависимостям :

— безразмерные координаты по рис . 10.11;

с — удельное сцепление грунт ; γ — удельный вес грунта .

Если откос свободный , то допустимую нагрузку на его бровке р 0 можно заменить слоем грунта высотой h . Полагая , что p 0 = γ h , получим :

Для идеально связного грунта ( при φ =0) получим формулу ,

Рассмотренные выше методы расчета устойчивости можно применять только для однородных по всей высоте откоса грунтах . Склоны и откосы , сложенные различными по свойствам грунтами , имеющие

слоистое или косослойное строение рассчитывать можно рассчитать только графоаналитичекими методами .

10.4. Графоаналитические методы расчета устойчивости откосов.

10.4.1. Метод круглоцилиндрических поверхностей

Данный метод нашел широкое применение на практике , как наиболее универсальный . Он позволяет :

∙ учесть неоднородность грунтового массива по всей высоте откоса .

∙ оценить устойчивость откосов различного очертания при любой форме склона и бровки откоса ;

∙ учесть действие внешних поверхностных и объемных сил ( в том числе и фильтрационных );

Метод круглоцилиндрических поверхностей основывается на

опытных данных , свидетельствующих , что при оползнях вращения

очертание поверхности скольжения практически соответствует круглоцилиндрическому . Задавшись формой поверхности скольжения и зная силы , действующие на ее границе можно составить уравнения статического равновесия и вывести условие устойчивости откоса .

Для того что бы учесть свойства различных грунтов , слагающих откос и нагрузки , приложенные в различных зонах откоса , область

обрушения откоса разбивается на отдельные блоки с вертикальными стенками . Расчетная схема для данного метода приведена на рис . 10.12.

Рис .10.12. Расчетная схема метода

Сформулируем основные допущения метода круглоцилиндрических поверхностей :

∙ Поверхность скольжения принимается круглоцилиндрической с центром вращения в точке О .

∙ Вес грунта и внешние силы определяют в пределах элементарного блока с вертикальными стенками и их равнодействующую условно прикладываем по границе скольжения .

∙ Элементарные блоки не давят друг друга .

∙ В пределах нижней грани блока прочностные свойства грунта принимаются постоянными ( поэтому нижняя грань блока должна лежать в пределах одного инженерно — геологического элемента ).

∙ В пределах нижней грани блока поверхность сдвига принимается плоской .

Условие равновесия откосов запишем

в виде суммы моментов

относительно центра вращения О :

Читайте так же:
Заделка откосов дверных проемов

å T i R — å N i tg ϕ × R — å c i × l i × R = 0

å T i * — å N i tg ϕ — å c i × l i = 0

где å T i — сумма сил сдвигающих призму обрушения . å N i × tg ϕ — сумма сил трения .

l i – длина дуги скольжения в пределах i- го блока .

c i — удельное сцепление грунта в пределах грани скольжения l i i- го блока .

N i , T i — нормальная и касательная составляющие равнодействующей всех сил , действующих в пределах i- го блока ( вес блока , поверхностных и объемных сил в пределах блока ).

Оценка устойчивости откосов на практике чаще всего производиться при помощи коэффициента устойчивости откоса μ , представляющего

собой отношение суммы моментов удерживающих сил к сумме сдвигающих :

å N i tg ϕ × R + å c i l i × R

Устойчивость откоса считается обеспеченной , если η ≥ 1,1 ÷ 1,5.

10.4.2. Определение наиболее опасной призмы скольжения

Очевидно , что для одного откоса можно назначить бесконечное множество поверхностей скольжения . Определить наиболее опасную поверхность скольжения можно лишь вариантным методом . Для этого

необходимо рассмотреть несколько наиболее вероятных поверхностей скольжения и определить ту , для которой коэффициент устойчивости откоса ( η ) будет минимальным .

Точность определения наиболее опасной поверхности скольжения вариантным методом зависит от правильности выбора области поиска и количества изученных поверхностей скольжения . В то же время ,

увеличение числа рассматриваемых поверхностей увеличивает трудоемкость расчета и поэтому данный подход в основном реализуется в программах расчета для ЭВМ . Алгоритм определения η min в этом случае

строится с использованием известных методов решения оптимизационных задач .

Наиболее простой ( но менее точный ) метод определения наиболее

опасной поверхности скольжения основывается на теоретических и экспериментальных данных , свидетельствующих , что с большинстве

случаев центры вращения наиболее вероятной призмы скольжения лежат на линии , выходящей из точки В под углом 36 0 ( рис .10.13).

Задаваясь различными положениями точек вращения ( О 1 , О 2 , О 3 ,… О n ,) можно провести различные поверхности скольжения ( С 1 , С 2 , С 3 ,… С n ) для которых определяются значения устойчивости откоса ( η 1 , η 2 , η 3 ,… η n ). Анализ полученных данных позволяет определить точку вращения , где η = η min и соответственно наиболее опасную поверхность скольжения .

Рис .10.13. К определению наиболее опасной

Необходимо отметить , что упрощенный метод при сложном

строении откоса может дать неверное значение коэффициента устойчивости откоса . Поэтому его рекомендуется применять лишь для прикидочных расчетов .

10.4.3. Расчет устойчивости прислоненных откосов

Данный метод применяется при расчете откосов с фиксированной поверхностью скольжения , определяемой особенностями геологического строения , когда более плотные и прочные слои грунта перекрываются насыпными или слабыми грунтами , а также откосы с выраженным выклиниванием слоев грунта различного типа .

В этом случае при нарушении равновесия откосы сползают по границе между рыхлыми и более плотными породами . Аналогично ,

поверхность скольжения может быть однозначно определена при наличие в толще откоса вклинивающей прослойки слабого грунта . Особенно если

эта прослойка представляет собой глинистый грунт текучей или текучепластичной консистенции .

Расчетная схема откоса по фиксированной поверхности представлена на рис . 10.14.

Рис .10.14 Расчетная схема при определении

устойчивости прислоненного откоса

При составлении расчетной схемы откос разбивается на отдельные элементарные блоки с вертикальными стенками . Разбиение производится таким образом , что бы в пределах одного отсека поверхность скольжения была близка к плоской .

В пределах каждого отсека будут действовать :

∙ собственный вес блока F i , который разложим на составляющие T i , N i ;

∙ внешние поверхностные силы F, р ;

∙ силы удельного сцепления c i по поверхности скольжения A i B i ;

∙ давление со стороны вышележащего (E i-1 ) и нижележащего отсека

E i-1 , E i – это оползневые давления , которые прикладывают к

вертикальным граням отсеков под углом φ i-1 , φ i – соответственно . ( Для однородного откоса φ i-1 = φ i = φ ).

Зная направления действия сил , составляется условие равновесия для каждого блока , в виде суммы проекций всех сил на линию A i , B i .

Расчет начинают с 1 – го блока ( рис 10.15), для которого оползневое давление “ сверху ” равно 0,.

Рис .10.15. К определению оползневого давления для 1- го блока

Таким образом уравнение равновесия (10.9) для 1 – го блока будет содержать всего один неизвестный член E 1 . Определив его , переходим ко 2- му блоку . Согласно третьему закону Ньютона принимаем E 2−1 = E 1 , тогда расчетная схема для второго блока будет иметь вид ( рис .10.16):

Рис .10.16. К определению оползневого давления для 2- го блока

Составляем условие равновесия для 2- го блока , находим E 2 и т . д . вплоть до n- го блока . Если в последнем блоке оползневое давление E n >0 можно сделать вывод , что суммарное значение сил сопротивления меньше чем сил , сдвигающих откос и , следовательно , откос находится в неустойчивом состоянии . При E n ≤ 0 устойчивость откоса считается обеспеченной .

10.5. Учет действия фильтрационных сил при расчете устойчивости откосов

Возникновение фильтрационных сил в теле откоса часто приводит к их обрушению . Не случайно , наибольшее количество оползней образуется в весенний период или в период сезонных дождей , когда уровень грунтовых вод подымается , и достигает своего максимального значения . Связано это с тем , что при повышении уровня грунтовых вод увеличиваются фильтрационные потоки , что в свою очередь приводит к возникновению дополнительных объемных , фильтрационных сил , способствующих образованию оползней .

Расчет откосов с учетом фильтрационных сил проводится методом круглоцилиндрических поверхностей с добавлением формулу (10.8) фильтрационных сил Ф i . Расчетная схема с учетом фильтрационных сил приведена на рис .10.17.

Рис .10.17. Расчетная схема с учетом фильтрационных сил .

Равнодействующая фильтрационных сил в пределах i- го блока определяется по зависимости :

где γ w — удельный вес воды ;

F- площадь сечения блока в пределах действия фильтрационного потока ( F = b i × h i ) ;

i w — градиент напора в пределах i- го блока : i w = H 1 — H 2 b i

Таким образом , равнодействующая фильтрационных сил в пределах i- го блока может быть определена по зависимости :

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector