Приложение И (рекомендуемое). Расчет устойчивости откосов по способу наклонных сил взаимодействия

Приложение И
(рекомендуемое)

Расчет устойчивости откосов по способу наклонных сил взаимодействия

В числе рекомендуемых методов расчета устойчивости откосов грунтовых плотин названы методы, оперирующие с расчлененной на вертикальные элементы призмой обрушения и с произвольной или круглоцилиндрической поверхностью сдвига, удовлетворяющие условиям равновесия в предельном состоянии.

В качестве таковых могут быть использованы методы, основанные на гипотезе наклонных сил взаимодействия между элементами призмы обрушения.

Угол наклона к горизонту сил взаимодействия может быть определен из условий равновесия призмы обрушения в предельном состоянии, которое достигается пропорциональным изменением характеристик прочности грунтов от расчетных значений и с до критических и . При произвольной поверхности сдвига для оценки устойчивости призмы обрушения сопоставляют проекции равнодействующих активных сил и сил сопротивления на направление сил взаимодействия. При круглоцилиндрической поверхности сдвига можно сопоставлять как моменты равнодействующих этих сил , относительно оси поверхности сдвига, так и их проекции.

Критерием устойчивости призмы обрушения является соотношение:

, (И.1)

где , , - коэффициенты сочетаний нагрузок, условий работы, надежности по ответственности сооружения.

Откос устойчив, если обеспечена устойчивость призмы обрушения с наиболее опасной поверхностью сдвига.

Проекции равнодействующих определяют из условия равновесия элементов призм обрушения (рисунок И.1) по формулам:

, (И.2)

где Q = qdx - равнодействующая активных сил, действующих на элемент призмы обрушения;

- угол наклона к оси х силы взаимодействия Е между элементами призмы обрушения;

dx - ширина призмы;

- угол отклонения силы Q от вертикали;

- угол наклона элемента поверхности сдвига к горизонту;

C = cds - сила сцепления, действующая на элемент поверхности сдвига, длина дуги которого ds.

Моменты равнодействующих определяют по формулам:

, (И.3)

где r - радиус поверхности сдвига;

b - возвышение точки приложения силы Q над поверхностью сдвига.

Угол в обоих случаях допустимо определять по приближенной зависимости:

. (И.4)

Устойчивость откоса в предположении круглоцилиндрической поверхности сдвига можно проверять по формулам (И.2) и (И.3). Отношения и - разные механические понятия, поэтому оценки устойчивости по ним получаются разными. Однако эти оценки совпадают при и достаточно близки при .

Если принять в качестве универсальной оценки устойчивости отношение , т.е. подобрать такие значения характеристик прочности, при которых и , результаты расчета обоими способами должны совпадать. Такой расчет может служить контролем правильности определения угла , т.е. соблюдения условий равновесия призмы обрушения в предельном состоянии для найденной наиболее опасной поверхности сдвига.

Влияние воды, насыщающей откос, допускается учитывать двумя способами:

вес грунта в пределах каждого элемента определяют с учетом ее капиллярного поднятия, а по контуру элемента (поверхности откоса, поверхности сдвига и плоскостям раздела между элементами) определяют давление воды фильтрационным расчетом;

вес грунта элемента определяют с учетом его взвешивания водой; на уровне ее поверхности к грунту прилагают капиллярные силы, и к насыщенному водой объему грунта элемента прилагают фильтрационные силы, определяемые расчетом.

Оба способа дают тождественные результаты и распространяются на неустановившуюся фильтрацию, в том числе при незавершенной консолидации грунта. При вычислении активной силы и активного момента давление воды по плоскостям раздела можно не учитывать: в сумме они равны нулю. При вычислении можно не учитывать также давление воды по круглоцилиндрической поверхности сдвига, так как его момент равен нулю.

Влияние сейсмических воздействий на откос определяют в форме объемных сейсмических сил, действующих на объем грунта каждого элемента с учетом его насыщения водой, и изменения давления воды на поверхность откоса в пределах элемента.

В расчеты откосов с учетом сейсмических воздействий вводят динамические характеристики прочности грунтов, если они отличаются от статических, а также в соответствующих случаях учитывают возникновение избыточного порового давления как следствия сейсмических толчков.

Сейсмические воздействия относятся к особым нагрузкам; при их учете другие особые нагрузки можно не учитывать.