Приложение 9 (рекомендуемое). Методика расчета местной устойчивости откосов выемок

Приложение 9
Рекомендуемое

Методика расчета местной устойчивости откосов выемок

1. Расчет местной устойчивости откосов выполняют для грунтов:

вечномерзлых, приобретающих при оттаивании в откосах выемок тугопластичную, мягкопластичную или текучепластичную консистенцию;

мерзлых и талых грунтов деятельного слоя, имеющих влажность на пределе текучести , твердую, полутвердую или тугопластичную консистенцию и изменяющих объем и строительные свойства при переменном увлажнении-высыхании или промерзании.

Откосы выемок при нормативной крутизне в грунтах твердой и полутвердой консистенции с влажностью на пределе текучести обладают достаточной устойчивостью и не требуют проверки расчетом.

В грунтах текучей консистенции устойчивость откосов требуется обеспечивать применением специальных укреплений, например, обсыпкой дренирующим материалом. Их устойчивость может быть проверена в соответствии с рекомендуемым приложением 8.

2. Устойчивость откосов в оттаивающих грунтах можно считать обеспеченной, если соблюдается условие

,

где k и - соответственно расчетный и допускаемый коэффициенты устойчивости.

Значение k определяют по формуле

, (1)

где - объемная плотность грунта, ; , - расчетные значения угла внутреннего трения и сцепления грунта; , - соответственно угол и коэффициент заложения откоса; А, В - безразмерные коэффициенты, определяемые по графику рис. 1, построенному в зависимости от значения ; - мощность деятельного слоя, определяемая по данным мерзлотной съемки или по результатам теплотехнических расчетов; H - высота откоса.

График рис. 1 построен применительно к схемам деформирования откосов, представленным на рис. 2.

3. Расчетные значения угла внутреннего трения и сцепления грунта определяют:

лабораторными испытаниями оттаявших образцов грунта в сдвиговом приборе по методике неконсолидированного ускоренного сдвига с разделением общего сцепления грунта на структурную и водноколлоидную составляющие;

приближенным способом в зависимости от коэффициента пористости грунта и его влажности на пределе раскатывания.

Разделение общего сцепления грунта на структурную и водноколлоидную составляющие осуществляют путем испытания образцов ненарушенной и нарушенной структур при одинаковых значениях плотности и влажности грунта.

Образцы нарушенной структуры грунтов, имеющих влажность на границе текучести , изготавливают:

из пасты заданной плотности и влажности, для чего сухой грунт предварительно измельчают и просеивают;

из образца с ненарушенной структурой с предварительным образованием в нем поверхности скольжения (например, разрезая образец тонкой проволокой) и последующего сдвига способом "плашка по плашке".

Расчетное значение сцепления при этом принимают

, (2)

где и - соответственно расчетные значения сцепления, полученные при статистической обработке результатов испытания на сдвиг образцов ненарушенной и нарушенной структуры.

Расчетное значение определяют из условия

, (3)

где - нормативное значение угла внутреннего трения, определяемое по результатам испытаний образцов ненарушенной структуры.

Расчетное значение сцепления может быть определено приближенно по формуле

, (4)

где - показатель консистенции грунта.

4. Нормативное значение можно определять приближенным способом по графику рис. 3, в зависимости от коэффициента пористости и влажности на пределе раскатывания, а угол внутреннего трения - по формуле

. (5)

Расчетные значения и определяют по формулам (3) и (4) с использованием нормативных значений и , определенных приближенным способом.

5. При использовании значений и С, полученных лабораторным способом, оценку устойчивости откосов допускается выполнять, назначая , а в случае проведения приближенных расчетов - 1,5.

Пример 1. Проверить устойчивость откоса высотой 6 м, запроектированного при крутизне 1 : 2,5 в грунтах, имеющих , , W = 25, при мощности деятельного слоя , определенной теплотехническим расчетом, равной 1,5 м.

Принимаем плотность скелета грунта равной , плотность воды .

Определяем коэффициент пористости

показатель консистенции

по графику рис. 3 устанавливаем ;

по формуле (4) определяем ;

по формуле (5) определяем ;

; ;

;

по графику рис. 1 для n = 2,5, A = 16, B = 1,035;

.

Используя полученные значения расчетных параметров, по формуле (1) определяем величину коэффициента устойчивости

.

Полученное значение коэффициента устойчивости оказалось больше 1,5, что означает: откос крутизной 1 : 2,5 при данных условиях будет устойчивым.

6. Для откосов в средне- и сильнонабухающих грунтах твердой, полутвердой и тугопластичной консистенции местная устойчивость оценивается по показателям возможности:

перехода грунта в текучее состояние;

образования сплывов в слое сезонного промерзания-оттаивания.

7. Устойчивость поверхностных слоев грунта можно считать обеспеченной, если влажность предела текучести окажется больше ожидаемой, определяемой по формуле

, (6)

где - плотность скелета грунта; - показатель набухания грунта под бытовой нагрузкой; - показатель пучения грунта после его набухания.

Значение можно определять:

лабораторными испытаниями образцов грунта ненарушенной структуры при естественной влажности;

приближенно, используя зависимость

, (7)

где - давление набухания грунта, определяемое приближенно по зависимости

; (8)

где - показатель набухания грунта без нагрузки, определяемый по формуле

, (9)

где - пористость грунта; е - основание натуральных логарифмов.

Значение можно также определять как произведение

, (10)

где А и В - показатели, значения которых можно определять по графику рис. 1.

Значения коэффициента пучения f определяют с учетом изменения влажности и плотности грунта после набухания по данным, приведенным в табл. 1* или по формуле

, (11)

где - плотность скелета грунта после набухания, определяемая по зависимости

, (12)

где - влажность грунта после набухания, определяемая по зависимости

. (13)

Расчет ожидаемой влажности целесообразно выполнять, используя табличную форму для различных горизонтов деятельного слоя (табл. 2, пример 2).

Таблица 1

W - W_p, %	Интенсивность пучения глинистых грунтов f
	Влажность грунта в слое промерзания, W, %
	16	18	20	22	24	26	28	30	32	34	36
1	0,015	0,018	0,021	0,025	0,028	0,031	0,034	0,037	0,041	0,044	0,047
2	0,022	0,025	0,029	0,032	0,035	0,038	0,041	0,045	0,048	0,051	0,054
3	0,034	0,037	0,040	0,044	0,047	0,050	0,053	0,056	0,060	0,063	0,066
4	0,050	0,054	0,057	0,060	0,063	0,066	0,070	0,073	0,076	0,079	0,082
5	-	0,075	0,078	0,081	0,084	0,088	0,091	0,094	0,097	0,100	0,103
6	-	0,097	0,100	0,104	0,107	0,110	0,113	0,116	0,120	0,123	0,126
7	-	-	0,130	0,133	0,136	0,139	0,143	0,146	0,149	0,152	0,155
8	-	-	0,164	0,167	0,170	0,173	0,176	0,180	0,183	0,186	0,189
9	-	-	-	0,205	0,208	0,212	0,215	0,218	0,221	0,224	0,227
10	-	-	-	0,248	0,251	0,254	0,258	0,261	0,264	0,267	0,270

Примечания. 1. Величины интенсивности пучения, приведенные в табл. 1, определены расчетом для грунта с плотностью скелета . Интенсивность пучения грунтов с другим значением можно определять по формуле , где , - соответственно интенсивность пучения и плотность скелета исследуемого слоя грунта.

2. W - большая из величин влажностей грунта: , вычисленной по формуле (6), или (естественной), установленной по данным замеров в природных условиях.

3. - влажность данного слоя грунта на границе раскатывания.

Пример 2. Определить ожидаемую влажность грунта по глубине после набухания и пучения по следующим исходным данным , , W = 28, , м.

Предварительно вычисляем:

плотность скелета грунта

;

пористость

;

плотность грунта

;

показатель свободного набухания

;

давление набухания

.

Далее расчет проводят в табличной форме для глубин 0; 0,5; 1,0; 2,0 м. Результаты расчета приведены в табл. 2.

Таблица 2

Показатель (используемые формулы)	Величина показателя для глубин, м
	0	0,5	1,0	2,0
p = гамма х h, кг/см2	0	0,1	0,2	0,4
а_нр (ф. 7)	0,095	0,055	0,043	0,032
гамма_а (ф. 12)	1,42	1,47	1,49	1,50
W_а (ф. 13)	34	32	30	30
f (табл. 1)	0,200	0,137	0,087	0,087
W_o (ф. 6)	48,5	41,0	36,5	35,5

В данном примере для поверхностного слоя грунта условие не выполняется, поэтому требуется предусмотреть меры по укреплению этого слоя.

Возможность образования сплывов на этом откосе можно проверить согласно пп. 2-4 настоящей методики с использованием данных о состоянии грунта.

Продолжая пример 2, определим коэффициенты устойчивости откоса высотой 10 м, крутизной 1 : 2,5, при расположении поверхностей скольжения на различных глубинах. Результаты расчетов сведены в табл. 3.

Полученные значения коэффициента устойчивости k показывают, что длительная устойчивость откоса с возможностью образования двух поверхностей смещения (на глубинах 0,5 и 1,5 м) при не обеспечена. Поэтому необходимо предусмотреть мероприятия по укреплению откоса.

Таблица 3

Показатели (используемые формулы, рисунки)	Величины показателей для глубин, м
	0,5	1,0	1,5
W_o	41,0	36,5	35,5
эпсилон = W_о х Дельта	1,12	1,00	0,97
В = (W_o - W_р)/(W_т - W_р)	0,70	0,48	0,46
(0,01 х W_p - 0,07)/(эпсилон - 0,2)	0,197	0,224	0,234
С'_н (рис. 3)	0,18	0,27	0,31
C_p (ф. 4)	0,030	0,084	0,100
фи_н (ф. 5)	14°10	15°15	16°00
фи_р (ф. 3)	12°10	13°15	14°00
tg фи_р	0,215	0,237	0,250
кси = h_1/Н	0,05	0,10	0,20
А (рис. 1)	54	31	19
В (рис. 1)	1,00	1,00	1,02
k	0,78	1,60	1,29

______________________________

* Рекомендации по проектированию земляного полотна дорог в сложных инженерно-геологических условиях. М., ЦНИИС, 1974.