Приложение И (рекомендуемое). Методы расчета устойчивости откосов

Информация об изменениях:

Наименование изменено с 26 мая 2018 г. - Изменение N 1

См. предыдущую редакцию

Приложение И
(рекомендуемое)

Методы расчета устойчивости откосов

С изменениями и дополнениями от:

25 ноября 2017 г.

Информация об изменениях:

Пункт И.1 изменен с 26 мая 2018 г. - Изменение N 1

См. предыдущую редакцию

И.1. Применительно к конкретным геологическим условиям и конструкции плотины при соответствующем обосновании могут быть использованы проверенные практикой упрощенные методы расчета устойчивости откосов. При однородных характеристиках грунта и отсутствии фильтрационных сил допускается пользоваться методами, предполагающими монолитную призму обрушения. В тех же условиях при плоской поверхности откоса и несвязном грунте достаточно оценивать устойчивость малого объема (частицы) грунта на его поверхности сопоставлением коэффициента внутреннего трения материала с крутизной откоса. В общем случае допускается использование инженерных методов, оперирующих с расчлененной на вертикальные отсеки призмой обрушения, учитывающих условия равновесия призмы и отсеков в предельном состоянии и напряженное состояние сооружения и его основания.

Информация об изменениях:

Пункт И.2 изменен с 26 мая 2018 г. - Изменение N 1

См. предыдущую редакцию

И.2. В качестве инженерных методов расчета устойчивости откосов 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

, (И.5)

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.

Информация об изменениях:

Приложение И дополнено пунктом И.3 с 26 мая 2018 г. - Изменение N 1

И.3 При обосновании проектного профиля грунтовых гидротехнических сооружений I и II классов рекомендуется использовать методы расчета устойчивости по напряжениям.

К таким методам относятся методы расчета по фиксированным поверхностям сдвига, в которых силы, действующие на поверхности сдвига, определяются из результатов расчетов напряженно-деформированного состояния, а также методы численного моделирования разрушения.

Напряженно-деформированное состояние системы "сооружение - основание" при таком моделировании следует определять по нелинейным моделям грунта, дающим статически допустимые (удовлетворяющие условиям прочности и уравнениям равновесия) поля напряжений. Параметры нелинейных моделей грунта назначаются по нормативным значениям деформационных и расчетным значениям прочностных характеристик грунтов основания.

Для численного моделирования разрушения при расчете напряженно-деформированного состояния системы пропорционально уменьшают параметры внутреннего трения грунтов и c. Коэффициент устойчивости определяется по соотношению (И.5), где и - уменьшенные значения параметров прочности при разрушении. О наступлении разрушения при таких расчетах следует судить по моменту резкого роста расчетных смещений или отсутствию сходимости итерационного процесса решения нелинейной задачи.

Информация об изменениях:

Приложение И дополнено пунктом И.4 с 26 мая 2018 г. - Изменение N 1

И.4. Входящее в критерий устойчивости откосов плотины значение коэффициента условий работы согласно 9.11 при расчете приближенными инженерными методами, в которых не учтены все условия равновесия, принимается равным 0,95. При использовании точных инженерных методов, в которых учтены все условия равновесия, или методов расчета устойчивости по напряжениям значение коэффициента принимается равным 1,0.