Целиков Ф.И., Яковлева Е.А., Песов А.И. Методические указания по проектированию земляного полотна (выемок) в легковыветривающихся скальных породах - файл n1.doc

приобрести
Целиков Ф.И., Яковлева Е.А., Песов А.И. Методические указания по проектированию земляного полотна (выемок) в легковыветривающихся скальных породах
скачать (1352 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc1352kb.13.09.2012 16:59скачать

n1.doc

  1   2   3   4   5
ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

УТВЕРЖДАЮ:
Зам. Директора института
/Г. ХАСХАЧИХ/

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА (ВЫЕМОК) В ЛЕГКОВЫВЕТРИВАЮЩИХСЯ СКАЛЬНЫХ ПОРОДАХ


Москва 1974

СОДЕРЖАНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ

1. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЛЕГКОВЫВЕТРИВАЮЩИХСЯ СКАЛЬНЫХ ПОРОД И ОСОБЕННОСТИ ИРОЕКТИРОВАНИЯ откосов В них

2. РАСЧЕТ ОБЩЕЙ УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСОВ ВЫЕМОК

3. ОЦЕНКА МЕСТНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ

4. ПРОЧНОСТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СКАЛЬНЫХ ПОРОД И МЕТОДЫ ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

5. ВОЗМОЖНЫЕ ТИПОВЫЕ И ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ РЕШЕНИЯ

6. ХАРАКТЕР И ОБЪЕМ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 МЕТОДИКА КЛАССИФИКАЦИИ ПОРОД ПО СТЕПЕНИ УСТОЙЧИВОСТИ К ВЫВЕТРИВАНИЮ

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 МЕТОДИКА НАХОЖДЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО ОЧЕРТАНИЯ ОТКОСОВ ВЫЕМОК

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 НОМОГРАММЫ ДЛЯ ОЦЕНКИ ОБЩЕЙ УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСОВ ВЫЕМОК

ПРИЛОЖЕНИЕ 4 ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ВЫПОЛНЕНИЯ РАСЧЕТОВ ОБЩЕЙ УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСОВ ПО СХEME IХ х

Приложение 5 ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ВЫПОЛНЕНИЯ РАСЧЕТОВ ОБЩЕЙ УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСОВ ПО СХЕМЕ X 1

ПРИЛОЖЕНИЕ 6 График для определения коэффициентов А и В при расчете местной устойчивости

ПрИЛоженИе 7 Использование динамического пробника для получения расчетных параметров ускоренным методом

Приложение 8 Значения ?ТР при отсутствии заполнителя по контактам поверхностей ослабления 1

ПРИЛОЖЕНИЕ 9 Значения СТР, при отсутствии заполнителя по контактам поверхностей ослабления [2, 9]

Приложение 10 Примеры расчета общей устойчивости откосов выемок

ЛИТЕРАТУРА 

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящие Методические указания разработаны в развитие "Предложений по совершенствованию норм проектирования скальных выемок" (ЦНИИС, 1968). Они освещают вопросы прогнозирования общей и местной устойчивости откосов выемок в легковыветривающихся породах, получения расчетных параметров, типового и индивидуального проектирования и др. Приводимые количественные показатели расчетных параметров и значений интенсивности выветривания являются ориентировочными и подлежат дальнейшему уточнению по мере накопления опыта проектирования.

Методические указания предназначены дня использования при проектировании выемок вновь строящихся дорог и при разработке оздоровительных мероприятий на эксплуатируемых объектах.

Основные вопросы, освещенные в методических указаниях, предварительно рассматривались в Ленгипротрансе, Мосгипротрансе, Киевгипротрансе, Харгипротрансе и Томгипротрансе, были одобрены и рекомендованы к изданию Главтранспроектом.

Методические указания составлены в лаборатории конструкций земляного полотна кандидатами техн. наук Ф.И. ЦЕЛИКОВЫМ, Е.А. ЯКОВЛЕВОЙ, А.И. ПЕСОВЫМ и инженерами А.М. ВОЛОДИНЫМ, Г.И. КОКОВАШИНОЙ, Л.М. БИРЮКОВОЙ, Л.И. КУЗНЕЦОВОЙ.

ЗАМ. ДИРЕКТОРА ИНСТИТУТА

/Г. ХАСХАЧИХ/

РУКОВОДИТЕЛЬ ОТДЕЛЕНИЯ

ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА И

ВЕРХНЕГО СТРОЕНИЯ ПУТИ

/Б. ЦВЕЛОДУБ/

1. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЛЕГКОВЫВЕТРИВАЮЩИХСЯ СКАЛЬНЫХ ПОРОД И ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ откосов В них

Характеристика легковыветривающихся пород

1.1. Легковыветривающиеся породы (аргиллиты, алевролиты, глинистые мергели и др.) обычно встречаются в различных сочетаниях между собой, а также переслаиваются с более стойкими по отношению к выветриванию породами (песчаниками, известняками, доломитами и др.).

1.2. Рассматриваемые породы, даже если они имеют первоначально относительно высокую прочность, после обнажения в откосах начинают в большинстве случаев быстро разрушаться (в пределах зоны активного воздействия выветривания). При этом в поверхностных частях вскрытого массива образуется преимущественно щебенисто-дресвяный или дресвяно-песчаио-пылевато-глинистый материал.

1.3. С увеличением степени выветрелости пород прочность их и объемный вес уменьшаются, а пористость и влажность возрастают.

1.4. Породы одного наименования могут иметь различную степень устойчивости по отношению к выветриванию. Это объясняется комплексным влиянием на степень устойчивости к выветриванию легковыветривающихся пород большого числа, трудно поддающихся количественному учету различно воздействующих факторов: состава и типа цемента, степени метаморфизма, химического и минералогического составов и т.п.

Классификация пород

1.5. Основным показателем состояния пород в откосе следует считать их отношение к переменному высушиванию и увлажнению. Методика определения этого показателя приведена в приложении 1.

Поведение породы в условиях переменного высушивания и увлажнения дает возможность прогнозировать состояние откосов во времени,1 так как оно отражает совокупное влияние на трудно поддающихся количественному учету факторов, определяющих выветриваемосгь пород.

1. Имеющиеся общие инженерно-геологические классификации предусматривающих регистрацию состояния пород на момент обследования, но не увязаны с состоянием их (интенсивность выветривания) на ближайшую перспективу [1, 2, 3, 4]. Разделение пород на слабо- и легковыветривающиеся в проектно-изыскательской практике обычно не предусматривает четких количественных критериев для отнесения пород к той или иной группе [5, 6, 7, 8].

1.6. Разделение легковыветривающихся пород по степени устойчивости их к выветривания на группы представлено на рис, 1.



Рис. 1. Зависимости потери образцов в весе (за счет фракций менее 10 мм) от количества циклов высушивания - водонасыщения для различных по степени устойчивости групп пород:QI, QII, QIII, QIV, QV - средние значения потерь в весе пород соответствующих групп;

- границы между группами

A) I группа - породы относительной устойчивости

Б) II группа - породы средней устойчивости

B) III группа - порода слабой устойчивости

Г) IV группа - породи неустойчивые

Д) V группа - породы весьма неустойчивые

Методика использования графика приведена в приложении 1 и в разделах 2 и 3.

1.7. Для каждой выделенной группы пород по устойчивости их к выветриванию прогнозируется вероятная мощность образования в них зоны выветривания во времени (рис. 2) и интенсивность осыпания продуктов выветривания с 1 м2 поверхности откоса в зависимости от крутизны и литологии пород (рис. 3).

Виды деформаций откосов выемок

1.8. Основными видами деформаций откосов выемок и полувыемок в легковыветривающихся скальных породах являются:

осыпи интенсивно выветривающихся пород;

выпадение из откосов отдельных глыб (обломков) пород более стойких к выветриванию (песчаников, известняков и др.), чем переслаивающие их легковыветривающиеся породы;

обвалы из-за нарушения общей устойчивости откосов;

оползни и сплывы сильно выветрившегося поверхностного слоя коренных пород и делювиального покрова;

размывы откосов, сложенных выветрившимися породами.

Особенности проектирования откосов в легковыветривающихся скальных породах

1.9. В процессе проектирования необходимо осуществлять прогнозирование (расчет) общей и местной устойчивости откосов.

На основании полученных результатов оценки общей и местной устойчивости можно установить оптимальную в технико-экономическом отношении конфигурацию откосов по методике, приведенной в приложении 2.

1.10. Расчет общей устойчивости необходим для оценки вероятности возникновения обвалов и оползней.

Определение местной устойчивости требуется для прогнозирования интенсивности осыпания продуктов выветривания с откосов в процессе эксплуатации и возможности появления сплывов, а также для осуществления технико-экономического сравнения вариантов и выбора оптимального очертания откосов.



Рис. 2. Зависимости изменения мощности зоны выветривания от времени для различных по степени устойчивости групп пород: тI, тII, тIII, тIV, - средние значения мощности зоны выветривания пород соответствующих групп;

 - границы между группами

А) I группа - породы относительно устойчивые (аmax = 0,015 м/год)

Б) II группа - породы средней устойчивости (аmах = 0,057 м/год)

В) III группа - породы слабой устойчивости (amax = 0,275 м/год)

Г) IV группа - породы неустойчивые (amax = 1,405 м/год)

Д) V группа - породы весьма неустойчивые (а > 1,405 м/год)

 

 



Рис. 3. Зависимости интенсивности осыпания от крутизны откосов для различных по степени устойчивости групп пород: JI, JII, JIII, JIV - среднее значение интенсивности осыпания пород соответствующих групп;

 - границы между группами

А) I группа - породы относительно устойчивые

Б) II группа - породы средней устойчивости

В) III группа - породы слабой устойчивости

Г) IV группа - породы неустойчивые

 

1.11. Особенности проектирования откосов в легковыветривающихся скальных породах связаны с тем, что массивы, в которых они устраиваются, являются структурной анизотропной (неоднородной) средой, поэтому к ним, как правило, не применимы основные расчетные методы, разработанные для оценки устойчивости рыхлых грунтов.

Учет структурной анизотропии исключает (или весьма затрудняет) возможность использования какого-либо универсального способа оценки общей устойчивости откосов, вызывает появление множества расчетных схем, а также необходимость определения большого количества различных параметров и требует тщательной регистрация инженерно-геологических особенностей массива.

2. РАСЧЕТ ОБЩЕЙ УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСОВ ВЫЕМОК

Расчетные схемы

2.1. Общую устойчивость откосов (при индивидуальном проектировании) следует оценивать в зависимости от их очертания, характера и расположения поверхностей ослабления (трещиноватости, слоистости) по отношению к проектируемому откосу, группы пород по устойчивости к выветриванию (см. рис. 1) и прочностных параметров.

2.2. При оценке общей устойчивости следует руководствоваться расчетными схемами 1, представленными в табл. 1 и на рис. 4, где отражены наиболее характерные условия, встречающиеся в практике. Расчет общей устойчивости сводится к определению предельной высоты устойчивого откоса заданной крутизны при принятом коэффициенте запаса.

1 В основу предлагаемых схем положены рекомендации Фисенко Г.Л. [2, 9, 10] и Савкова Л.В. [11, 12], учтены при этом результаты обобщения и анализа других расчетных методов, а также исследований, проведенных в ЦНИИСе.



Рис. 4. Расчетные схемы общей устойчивости:

1 - контур поверхности сооружения

Таблица 1

№ расчетных схем

Характеристика расчетных условий для определения предельной высоты устойчивого отвеса

Последовательность расчетов (расчетные формулы)

Необходимые расчетные параметры

Примечания

I

Откос вертикальный, расположение поверхностей ослабления благоприятные (? < ?ТР)



С, ?, ?0, СМ, , СТР

Рис. 1 приложение 3

Рис. 4

II

Откос вертикальный, расположение поверхностей ослабления неблагоприятное(? < ?ТР)



СТР, ?ТР, ?0

Рис. 2 приложения 3

Рис. 4

III

Откос различной крутизны (?), расположение поверхностей ослабления неблагоприятное (? < ?ТР; ? > ?)



СТР, ?ТР, ?0

Рис. 3 приложения 3

Рис. 4

IV

Поверхность откоса совпадает с направлением поверхностей ослабления. Расположение поверхностей ослабления неблагоприятное (? = ?, ? < ?ТР)



СТР, ?ТР, СМ, С, ?, ?0,

Рис. 4 приложения 3

Рис. 4

V

Откос более пологий, чем поверхности ослабления. Расположение поверхностей ослабления неблагоприятное (? < ?, ? > ?ТР)



СТР, ?ТР, СМ, ?, С, ?0,

Рис. 5 приложения 3

Рис. 4

VI

Наличие двух (или более) систем поверхностей ослабления, падающих в сторону откоса под различными углами (? и ?), одна из которых совпадает с направлением поверхности откоса (? = ?, ? > ?)



?0, ?ТР, СТР (для двух систем поверхностей ослабления)

Рис. 6 приложения 3

Рис. 4

VII

Наличие двух (или более) поверхностей ослабления, падающих в сторону откоса под различными углами (? и ?) и несовпадающими с углом откоса (? > ? > ?)



?0, ?стр (для двух систем поверхностей ослабления)

Рис. 7 приложения 3

Рис. 4

VIII

Наличие двух (или более) систем поверхностей ослабления, одна из которых имеет падение в сторону выемки под утлом ? (при этом ? < ?), а другая - в сторону массива под углом ?



СТР, ?ТР, ?0, ?Р

Рис. 8 приложения 3

Рис. 4



Откос различной крутизны (?) при благоприятном расположении поверхностей ослабления; угол между поверхностью откоса и направлением поверхностей ослабления более (90 - ?ТР)

Последовательность расчетов приведена в Приложении 4.

Для ускоренных определений можно использовать график на рис. 5 (по имеющимся значениям H90, ? и ? определяется

С, ?, СМ, , СТР, ?0

Рис. 1, 2 приложения 4.

Рис. 4

Х

Откос различной крутизны (?) при благоприятном расположении поверхностей ослабления; угол между поверхностью откоса и направления поверхностей ослаб левая менее (90 - ?ТР)

Последовательность расчетов приведена в Приложении 5. для ускоренных определений можно использовать график на рис. 6 (искомая высота Н определяется в зависимости от Н90 ?, величины и направления угла падения поверхностей ослабления ?)

С, ?, СМ, , СТР, ?ТР, ?0

Рисунок приложения 5

Рис. 4

XI

Откос различной крутизны (?) при наличия систем двух (или более) поверхностей ослабления, пересекающих поверхность откоса диагонально и имеющих линию взаимного пересечения, падающую в сторону откоса под углов ?) меньше; чем угол наклона откоса (объемное расположение поверхностей ослабления)





СТР, ?0, ?ТР, А1, А2, А0, ?1, ?2, ?

Рис. 9 приложения 3

? - угол наклона косогора

Рис. 4

ХII

Откос различной крутизны (?) при отсутствии выдержанных систем поверхностей ослабления

Последовательность расчетов в этом случае такая же, как и в расчетной схеме IХ

С, ?, СМ, СТР, , ?0

Рис. 4

ХIII

Откос различной крутизны (?) при возможности возникновения на поверхности его выветрелого слоя значительной мощности в условиях отсутствия денудации

Последовательность расчетов в этом случае аналогична расчетам в схеме IХ. Для ускоренных определений предельной высоты устойчивого откоса можно использовать график на рис. 5

СМ = С, ?, ?

Рис. 4

Примечания.

1. Сдвиговые параметры по контактам более пологих поверхностей ослабления обозначены в номограммах для этих расчетных схем через С1 и ?.

2. ? - угол внутреннего трения в образце, град.;

?ТР - угол внутреннего трения по контактам поверхностей ослабления, град;

С - сцепление образца, т/м2;

СМ - сцепление в массиве, т/м2,

СТР - сцепление по контактам поверхностей ослабления, т/м2;

?0 - объемный вес, т/м3;

?Р - сопротивление отрыву по системе трещин, наклоненных в сторону массива.





Высота проектируемого откоса не должна превышать ее значения, полученного расчетом.

2.3. Для расчетных схем I - VIII и ХI (см. рис. 4) в ЦНИИСе по специально разработанным программам на ЭВМ произведены вычисления для различных сочетаний практически встречающихся в природе значений расчетных параметров. Некоторые из полученных результатов, оформленные в виде номограмм, представлены в приложении 3.

Характеристика расположения поверхностей ослабления

2.4. В расчетных схемах, приведенных в табл. 1, под благоприятным понимается следующее расположение поверхностей ослабления:

горизонтальное;

наклонное в сторону массива (запрокинутое);

вертикальное;

наклонное в сторону откоса под углом, меньшим ?ТР;

расположение вкрест простирания с поверхностью откоса, за исключением случаев, когда поверхности ослабления пересекают поверхность откоса под углом, меньшим 30о, и одновременно имеют угол падения в направлении откоса, превышающий ?ТР.

2.5. Под неблагоприятным залеганием поверхностей ослабления понимается наклонное расположение их в сторону откоса под углом, превышающим ?ТР, а также расположение вкрест простирания с поверхностью откоса, когда поверхности ослабления пересекают поверхность откоса под углом, меньшим 30° и одновременно имеют угол падения в направлении откоса, превышающий ?ТР.

Учет обводнения

2.6. Гидростатическое и гидродинамическое давление при расчетах общей устойчивости откосов в легковыветривающихся скальных породах в большинстве случаев не учитывается, поскольку указанные породы, как правило, разбиты системами трещин и поэтому имеют пологую депрессионную кривую подпора [2, 9].

2.7. Учет гидростатического и гидродинамического давления рекомендуется осуществлять при наличии возможности повышения пьезометрического уровня вода вследствие частичной и полной закупорки трещин во внешней зоне откосов (например, из-за забивки водоносных трещин льдом и т.п.).

2.8. Учет обводнения при расчете общей устойчивости откосов сводится к тому, что в уравнении равновесия призм возможного обрушения учитывается уменьшение нормальной составляющей Ni веса блоков (которыми эта призма условно разбивается при расчете) на величину ?Ni, равную

?Ni = li·Di

(1)

где

li - длина поверхности обрушения на участке подтопленного блока;

Di - величина гидростатического давления в середине основания каждого подтопленного блока 1.

1 По исследованиям Г.Л. Фисенко [2], суммарное влияние фильтрационного потока (гидростатическое взвешивание и гидродинамическое давление) на призму возможного обрушения проявляется как гидростатическое давление, распределенное по поверхности скольжения (в зоне обводнения), нормальное к ней и изменяющее только нормальную составляющую. На касательную составляющую водное давление существенного влияния не оказывает.

Последовательность выполнения расчетов общей устойчивости откосов

2.9. Общая последовательность расчетов при оценке устойчивости откосов выемок принимается следующей:

на основании имеющихся инженерно-геологических материалов, полученных и результате обследования массива, в котором проектируется откос, строят розу устойчивости, которая характеризует ориентацию поверхностей ослабления по отношению к проектируемому откосу и дает возможность выявить наиболее опасные их системы. В зависимости от сложности инженерно-геологических условий строят одну или несколько роз устойчивости откоса. Образец ее построения приведен в приложении 10.

В зависимости от характера расположения поверхностей ослабления по отношению к проектируемому откосу, выявленному после построения роз устойчивости, устанавливают наиболее опасный (с точки зрения устойчивости) участок по длине проектируемого откоса и наиболее опасные системы поверхностей ослабления, располагающиеся неблагоприятно по отношению к откосу, которые должны быть учтены при выборе расчетной схемы;

с учетом расположения поверхностей ослабления выбирают расчетную схему в соответствие с указаниями табл. 1 и рис. 4;

определяют значения расчетных параметров в соответствии с указаниями, изложенными в разделе 4. Принятие значения прочностных параметров С, ?, СТР, ?ТР, СM уменьшают на величину коэффициента запаса устойчивости К, который рекомендуется брать равным не менее 1,3, т.е.



для принятой крутизны откоса, применительно к выбранной расчетной схеме, определяется предельная высота устойчивого откоса (по формулам, приведенным в табл. 1 или в приложениях 4 и 5, а также по номограммам в приложении 3 и на рис. 5 и 6);

если полученная расчетом высота устойчивого откоса НР оказывается меньше проектной Нп, то производят перепроектировку (изменение конфигурации) откоса и расчет повторяют до тех пор, пока не будет обеспечиваться условие, при котором Нп < НP.

2.10. В случаях, когда инженерно-геологические условия удовлетворяют одновременно нескольким расчетным схемам, определение общей устойчивости осуществляется по каждой из них и за окончательный результат принимается тот, который дает наиневыгоднейшее очертание откоса.

2.11. При наличии в откосе слабых прослоек, расположенных выше его подошвы, необходимо осуществлять дополнительную проверку общей устойчивости, ориентируясь на возможность прохождения линии обрушения через указанные прослойки (применительно к одной из схем, указанных в табл. 1).



Рис. 5. Зависимость Н/Н90 от угла наклона откоса (?) при разных значениях ?.



  1   2   3   4   5


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации