Метелюк Н.С., Абросимова В.Г. и др. Руководство по проектированию и устройству заглубленных инженерных сооружений - файл n1.doc

приобрести
Метелюк Н.С., Абросимова В.Г. и др. Руководство по проектированию и устройству заглубленных инженерных сооружений
скачать (3150.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc3151kb.13.09.2012 17:22скачать

n1.doc

  1   2   3   4   5   6
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ (НИИСК) ГОССТРОЯ СССР

РУКОВОДСТВО
ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И УСТРОЙСТВУ ЗАГЛУБЛЕННЫХ ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ


Москва Стройиздат 1986

Содержит основные сведения по конструктивным решениям и расчету противооползневых сооружений, устройству и натурным испытаниям буронабивных свай, а также рекомендации по определению оползневого давления и обеспечения устойчивости сооружений на оползнях.

Для инженерно-технических работников проектных, проектно-издательских и строительных организаций.

Разработано канд. техн. наук Н.С. Метелюком, инж. В.Г. Абросимовой (разделы 1, 2, 4, 8, 9, 10, 12), инж. В.В. Карачевой, канд. техн. наук А.П. Ли (разделы 1, 3, 5, 6, 7), инженерами С.С. Шевандиным, Л.Г. Крюровым (раздел 11).

Ответственный редактор Н.С. Метелюк.

СОДЕРЖАНИЕ

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2. КОНСТРУКЦИИ ЗАГЛУБЛЕННЫХ ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ

3. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ

4. ОСНОВНЫЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И РАСЧЕТУ

5. РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ ОПОЛЗНЕВЫХ СКЛОНОВ И МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПОЛЗНЕВОГО ДАВЛЕНИЯ НА ЗАГЛУБЛЕННЫЕ СООРУЖЕНИЯ

6. РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ ЗАГЛУБЛЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ НА ОПОЛЗНЯХ

7. ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ГОРНЫХ СКЛОНОВ

8. РАСЧЕТ ПОДПОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ

9. РАСЧЕТ СТВОЛА БУРОНАБИВНЫХ СВАЙ ПО ПРОЧНОСТИ

а. Прочность сечений, нормальных к продольной оси элемента

б. Прочность сечений, наклонных к продольной оси элемента, на действие поперечной силы

в. Прочность сечений, наклонных к продольной оси элемента, на действие изгибающего момента

10. ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ И ЖЕСТКОСТЬ БУРОНАБИВНЫХ СВАЙ ПРИ ИЗГИБЕ

а. Образование трещин, нормальных и наклонных к продольной оси элемента

б. Жесткость и ширина раскрытия трещин изгибаемых буронабивных свай. Жесткость буронабивных свай на участках с трещинами в растянутой зоне

в. Расчет по раскрытию трещин, нормальных к продольной оси элемента

г. Расчет по раскрытию трещин, наклонных к продольной оси элемента

11. УСТРОЙСТВО ЗАГЛУБЛЕННЫХ ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ

а. Устройство буронабивных свай сухим способом

б. Устройство буронабивных свай мокрым способом

12. НАТУРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ БУРОНАБИВНЫХ СВАЙ

а. Испытание свай на горизонтальную нагрузку

б. Испытание свай на совместное действие вертикальных вдавливающих и горизонтальных усилий

 

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящее руководство разработано к главам СНиП II-17-77 и СНиП II-21-75, с учетом «Указаний по проектированию, устройству и приемке фундаментов из буронабивных свай» (РСН 263-74), «Рекомендаций по проектированию буронабивных свай при действии на них горизонтальной нагрузки», «Рекомендаций по проектированию и устройству фундаментов из буронабивных свай на подрабатываемых территориях» и распространяется на проектирование и устройство подпорных стен и удерживающих противооползневых сооружений из буронабивных свай.

1.2. При проектировании подпорных сооружений из буронабивных свай кроме настоящего документа следует руководствоваться СНиП II-6-74, СНиП 2.02.01-83, СНиП 2.03.01-84.

1.3. К удерживающим противооползневым сооружениям из буронабивных свай относятся: сооружения, воспринимающие оползневое давление смещающих или способных сместиться грунтовых масс и обеспечивающие устойчивость всего оползневого массива или его части, расположенные выше удерживающего сооружения; сооружения, работающие в условиях обтекания их грунтом (отдельные глубокие опоры).

Примечание. Во всех перечисленных случаях возможно применение анкеров.

1.4. Буронабивные сваи подпорных сооружений следует, как правило, изготовлять без уширения пяты с сосредоточенным армированием (концентрацией продольной рабочей арматуры в зонах наибольших сжимающих и растягивающих усилий поперечных сечений свай) и с неравномерным армированием по длине ствола - частично оборванными продольными стержнями арматурных каркасов в соответствии с эпюрами изгибающих моментов.

1.5. При проектировании подпорных стен и удерживающих противооползневых сооружений необходимо обеспечить их надежность в соответствии с классом сооружения.

Примечание. Класс подпорного сооружения определяется по классу сооружений, находящихся в зоне перемещения грунта.

1.6. Проекты строительства противооползневых сооружений и связанные с ними мероприятия должны разрабатываться, как правило, в профилактических целях с учетом необходимости обеспечения долговременной устойчивости склонов (откосов) и соблюдения требований по охране окружающей природной среды. При этом долговременная устойчивость склонов (откосов) должна достигаться выбором наиболее экономического комплекса противооползневых защитных сооружений и мероприятий.

1.7. При проектировании комплексов противооползневых защитных сооружений и мероприятий необходимо учитывать деформации склона (откоса) по механизму смещения (тип оползня) и размеров оползневого участка по простиранию и глубине его распространения.

1.8. Механизм смещения оползневой массы, размеры оползневого тела и причины оползнепроявления должны быть определены на основании инженерно-геологических, гидрогеологических и гидрологических исследований оползневого района. При этом должны быть выявлены и оценены факторы, вызывающие эти процессы и факторы, противодействующие им, а также степень их влияния на устойчивость склонов (откосов). На основании этих материалов составляется сводная инженерно-геологическая документация, которая служит исходным материалом при расчетах оползневого давления и разработке противооползневых мероприятий.

1.9. К противооползневым мероприятиям, наиболее часто применяемым в инженерной практике, относятся:

а) регулирование поверхностного стока воды на оползневом участке и прилегающих к ним территориях;

б) перепланировка поверхности оползня до устойчивого состояния;

в) регулирование подземного стока воды;

г) возведение удерживающих сооружений на пути движения оползня;

д) закрепление грунтов поверхностного слоя в зоне контакта оползневого тела с подстилающей поверхностью.

Перечисленные противооползневые мероприятия могут быть применены либо раздельно, либо комплексно в зависимости от инженерно-геологических и гидрогеологических условий участка.

1.10 Расчет устойчивости удерживающих противооползневых сооружений следует производить на воздействие действительного оползневого давления, действующего на его отдельные части или в целом на сооружение.

1.11. Наиболее реальная величина оползневого давления на каждый элемент заглубленного сооружения может быть получена по плану изолинейного поля оползневого давления, построенного на основе решения объемной задачи (см. разд. 5).

1.12. Оценку устойчивости оползневых склонов и искусственных откосов следует производить исходя из наиболее неблагоприятных условий, возможных для данного участка, с учетом возможных сил фильтрационного давления напорных вод, сейсмических сил землетрясения и длительной прочности вязких грунтов.

2. КОНСТРУКЦИИ ЗАГЛУБЛЕННЫХ ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ

2.1. Конструктивные схемы заглубленных инженерных сооружений выбирают в зависимости от назначения проектируемого сооружения, характера и величины действующих нагрузок, гидрогеологических и инженерно-геологических условий района строительства, планировочного решения местности и других факторов.

2.2. Конфигурация сооружения в плане определяется его назначением.

2.3. Глубина заложения буронабивных свай в грунте назначается в зависимости от действующих нагрузок и принятой конструкции сооружения.

2.4. Заглубленные инженерные сооружения в зависимости от размещения свай в плане могут быть:

а) однорядными - при сравнительно небольших величинах давления грунта на сооружение;

б) двухрядными - при больших величинах давления грунта и необходимости не преграждать фильтрационный поток (если возможно устройство однорядного сооружения, но при этом образуется фильтрационная завеса, что нежелательно, следует устраивать двухрядное сооружение, которое не должно значительно повышать уровень грунтовых вод);

в) в виде кустов - под устои или отдельные опоры;

г) трехрядными - при доказанности расчетом их целесообразности.

Примечание. Применение сооружений с размещением свай в плане более чем в три ряда не рекомендуется.

Различные виды заглубленных инженерных сооружений с использованием буронабивных свай приведены на рис. 1-16.

2.5. Сечение несущих конструкций сооружений определяют расчетом. При этом следует отдавать предпочтение буронабивным сваям большого диаметра, так как они, как правило, позволяют сократить расход материалов по сравнению с применением буронабивных свай меньшего диаметра.



Рис.1. Однорядные подпорные стенки с буронабивными сваями, объединенными ростверком

1 - объединяющий ростверк; 2 - железобетонная забирка; 3 - свая; 4 - железобетонная забирка



Рис.2. Подпорные стенки, возводимые на однорядных буронабивных сваях, объединенных ростверком

1 - монолитная железобетонная забирка; 2 - сваи; 3 - засыпка; 4 - ростверк



Рис.3. Подпорные стенки, возводимые на двухрядных буронабивных сваях, объединенных ростверком

1 - монолитная железобетонная забирка; 2 - объединяющий ростверк; 3 - сваи; 4 - анкер; 5 - анкерная свая



Рис.4. Однорядное свайное заграждение из буронабивных свай, объединенных ростверком

1 - объединяющий ростверк; 2 - свайный ряд; 3 - сваи



Рис.5. Однорядные подпорные стенки с буронабивными сваями с ростверком и анкерами

1 - железобетонная забирка; 2 - сваи; 3 - анкер



Рис.6. Однорядные подпорные стенки с буронабивными сваями с ростверками и анкерами

1 - объединяющий ростверк; 2 - железобетонная забирка; 3 - свайный ряд; 4 - сваи; 5 - горизонтальный анкер; 6 - анкерные элементы; 7 - анкерующие элементы



Рис.7. Свайное заграждение из однорядных набивных свай и систем грунтонабивных свай

1 - буронабивные сваи; 2 - грунтонабивные сваи



Рис.8. Двухрядное свайное заграждение, объединенное общим ростверком в виде фермы

1 - ростверк в виде фермы; 2 - сваи



Рис.9. Двухъярусное свайное заграждение из двухрядных буронабивных свай, объединенных ростверками и анкерами

1 - сваи; 2 - анкер; 3 - объединяющий ростверк



Рис.10. Двухъярусное свайное заграждение без анкеров

1 - объединяющий ростверк; 2 - сваи; 3 - линия скольжения



Рис.11. Подпорные стенки из трехрядных буронабивных свай, объединенных ростверком

1 - объединяющий ростверк; 2 - сваи



Рис.12. Подпорные стенки из двухрядных свай, объединенных ростверком и анкерными сваями

1 - объединяющий ростверк; 2 - анкер; 3 - сваи; 4 - анкерная свая



Рис.13. Удерживающие противооползневые сооружения из буронабивных свай с арочным заполнением между ними

1 - объединяющий ростверк; 2 - буронабивные сваи; 3 - железобетонный ростверк; 4 - грунтобетонные сваи



Рис.14. Удерживающие противооползневые сооружения из отдельных свайных полей

1 - фигурные ростверки; 2 - сваи; 3 - объединяющий ростверк



Рис.15. Удерживающие противооползневые сооружения из отдельных свайных полей

1 - объединяющий ростверк; 2 - сваи



Рис.16. Удерживающие противооползневые сооружения из системы подпорных стен, объединенных анкерами

1 - монолитная железобетонная забирка; 2 - анкер; 3 - анкерная свая; 4 - подпорная стенка; 5 - объединяющий ростверк; 6 - противооползневое удерживающее сооружение; 7 - сваи; 8 - линия скольжения; 9 - сваи

2.6. Армировать сваи следует:

а) в продольном направлении сталью класса А-III (возможно применение стали класса A-II);

б) в поперечном - сталью класса BA-I.

2.7. В буронабивных сваях заглубленных сооружений следует применять равномерно распределенное, сосредоточенное симметричное и несимметричное армирование с частично оборванными арматурными каркасами (рис. 17, 18) в соответствии с эпюрами изгибающих моментов.

2.8. В остальной части армирование, а также бетон заглубленных инженерных сооружений следует принимать в соответствии с главой СНиП «Бетонные и железобетонные конструкции».



Рис.17. Буронабивные сваи с равномерно распределенным армированием

а - применяемые виды; б - с оборванным арматурным каркасом; в - с оборванными арматурными стержнями



Рис.18. Буронабивные сваи с сосредоточенным несимметричным армированием

а - с арматурным каркасом по всей длине сваи; б - с оборванным арматурным каркасом; в - с частично оборванным арматурным каркасом

2.9. Анкеры для заглубленных инженерных сооружений следует предусматривать с целью обеспечения их устойчивости, уменьшения величин изгибающих моментов, перерезывающих сил и деформаций.

2.10. Анкеры бывают постоянными и временными. Постоянные анкеры предназначены для работы в период строительства и эксплуатации сооружений, а временные - только в период устройства сооружения.

2.11. Вид анкеров (вертикальные, наклонные, буровые, забивные и т.д.) следует назначать на основании технико-экономического сравнения различных вариантов исходя из инженерно-геологических условий площадки строительства, условий производства работы, обеспеченности подрядной строительной организации необходимыми механизмами и оборудованием.

2.12. Анкеры следует располагать за пределами возможной призмы обрушения грунта (для подпорных стен) либо в несмещающемся массиве грунта (для противооползневых сооружений).

2.13. Буровые анкеры можно применять в различных грунтовых условиях, в том числе в грунтах с твердыми включениями.

Инъекционные анкеры следует применять в песчаных грунтах, а с разбуриваемым уширением - в глинистых. Анкеры цилиндрические и с камуфлетным уширением можно устраивать в песчаных и глинистых грунтах.

2.14. Несущая способность анкера по грунту обеспечивается закрепленным грунтовым массивом в рабочей зоне, длина которой 4-6 м.

Для закрепления грунта в нижнюю часть скважины подается под давлением цементный раствор. Рабочую зону отделяют от верхней части анкера пробкой для создания избыточного давления и предотвращения утечки раствора.

2.15. Анкеры с уширением разделяются на имеющие уширитель, входящий в конструкцию анкера, и анкеры с разбуриваемым уширением. Первые анкеры применяются преимущественно в песчаных грунтах, а вторые - только в глинистых и скальных.

2.16. Конструкция постоянных анкеров должна обеспечивать надежность их работы во время строительства и эксплуатации сооружения.

2.17. Анкерные тяги могут изготовляться из стержневой, проволочной, прядевой и канатной арматуры.

2.18. Буронабивные сваи подпорных сооружений следует, как правило, объединять ростверками.

2.19. В зависимости от характера сопряжения свай с ростверком их разделяют на следующие:

жесткие - при защемлении свай в ростверке;

податливые - при шарнирном сопряжении свай с ростверком.

2.20. Конструкция сопряжения свай с ростверком выбирается в зависимости от характера и величин действующих нагрузок, количества рядов свай в направлении действия нагрузок (при одном ряде свай в направлении действия нагрузки конструкция сопряжения свай с ростверком практически не оказывает влияния на работу подпорного сооружения). Для уменьшения усилий в сваях и горизонтальных смещений подпорных сооружений рекомендуется применять жесткое сопряжение свай с ростверком.

3. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ

3.1. Заглубленные инженерные сооружения из буронабивных свай должны проектироваться на основании тщательно проведенных комплексных топографических, инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий, а также исследований физико-механических свойств грунтов площадки строительства согласно рабочей программе в объеме, предусмотренном СНиП II-9-78 “Инженерные, изыскания для строительства. Основные положения”, СНиП II-17-77 “Свайные фундаменты”, и настоящему разделу Руководства.

3.2. Инженерно-геологические изыскания, проводимые для определения величин оползневого давления, должны быть выполнены с учетом особенностей, связанных с получением достоверных данных по геологическому строению оползневого склона, по гидрогеологическому условию оползневого участка, по физико-механическим свойствам грунтов подстилающей толщи и оползневого тела в их естественном состоянии.

3.3. В комплекс инженерных изысканий, проводимых на оползневых участках для обоснования проектных решений по противооползневым мероприятиям, входят:

а) топогеодезические изыскания, в результате выполнения которых должно быть создано высотно-плановое съемочное обоснование, получены топографические планы оползневого участка в масштабах от 1:1000 до 1:500, на основе которых должны быть вынесены в натуру все запроектированные разведочные выработки, точки геологических и геофизических опробований и точки стационарных наблюдательных станций;

б) инженерно-геологические изыскания, включающие в себя инженерно-геологическую рекогносцировку, инженерно-геологическую съемку, инженерно-геологическую разведку и инженерно-геологическое опробование.

В результате выполнения инженерно-геологических изысканий на оползневых участках должны быть получены материалы, позволяющие с заданной точностью установить контур оползневого тела как по глубине залегания, так и по площади его распространения, литологические разрезы и состав грунтов оползневого тела и подстилающей толщи, а также их прочностные и деформативные характеристики;

в) гидрогеологические изыскания, проводимые на оползневых участках с целью получения данных об уровнях грунтовых вод, гидравлическом градиенте, коэффициенте фильтрации, направлений движения подземных вод, режиме подземных вод и скорости фильтрации.

3.4. Важнейшими материалами, получаемыми в результате проведения инженерно-геологических изысканий на оползневых участках, являются план подстилающей поверхности оползня (план поверхности скольжения оползня) и расчетные значения физико-механических свойств грунтов. Эти материалы являются исходными на основе которых выполняются все последующие расчеты по оценке устойчивости оползневых склонов и по определению оползневого давления на заглубленные сооружения.

Точность определения оползневого давления в каждой точке оползневого массива прежде всего зависит от точности построения плана поверхности скольжения оползня. Для получения величины оползневого давления с точностью до 0,1 т поверхность скольжения оползня должна быть получена с одинаковой точностью топографической поверхности оползневого участка, полученной крупномасштабной топографической съемкой (1:500; 1:1000).

3.5. Необходимое количество разведочных выработок, обеспечивающее построение поверхности скольжения оползня, по точности одинаковой с топографическим планом дневной поверхности оползневого участка, можно предрассчитать по формуле, связывающей ошибку определения отметки по горизонталям топографического плана с точностью определения высотной отметки пикетных точек при съемке в зависимости от уклона местности, масштаба съемки и густоты пикетных точек:



(1)

где т0 - ошибка определения высотной отметки точки по топоплану, принимаемая равной ±0,15h0; m - средняя квадратическая ошибка отметки пикетной точки при топографической съемке; N - знаменатель численного масштаба топографического плана; i - средний уклон местности; h0 - принятая высота сечения горизонталей на плане; L - расстояния между пикетными точками; а, b, c - коэффициенты, значения которых при предварительных расчетах рекомендуется принимать равными: a=0,07; b=0,01; с=0,00008.

Для обеспечения построения поверхности скольжения, равной точности топоплана местности, расстояние между разведочными выработками на оползневом участке должно быть равным расстоянию L между пикетными точками на топографическом плане.

Такое расстояние можно предрассчитать из уравнения (1), решив его относительно L и заменив м на мс - среднюю квадратическую ошибку определения высотной отметки точки пересечения поверхности скольжения с разведочной выработкой, которая, согласно теории ошибок, равна



(2)

где mг - средняя квадратическая ошибка определения глубины разведочных выработок.

Таким образом, расстояние между разведочными выработками на оползневом участке можно определить, если будет известно среднее значение уклона поверхности скольжения оползня.

Значение уклона поверхности скольжения в отдельных точках непосредственно измеряется в местах вскрытия ее шурфами или дудками. Если поверхность скольжения подсечена только скважинами, то для определения уклона в ряде точек можно использовать результаты геодезических наблюдений за смещением оползня, которые проводятся на оползневом участке до начала проектирования сети разведочных выработок. Получив по результатам геодезических наблюдений значения горизонтального и вертикального смещений ряда реперов на оползневом теле, величину уклона в этих точках определяют по формуле

i=?H/d,

(3)

где ?H - величина изменения высотного положения рабочего репера между сериями геодезического наблюдения; d - величина горизонтального смешения этого же репера за этот же период.

При значительных колебаниях средних уклонов поверхности скольжения оползневой участок следует разделить на части, в пределах которых значения уклонов поверхности скольжения колеблются в небольших пределах.

Расположение разведочных выработок следует проектировать для каждой такой части отдельно.

Наиболее рациональным следует считать проведение инженерно-геологических изысканий на оползневых участках методом постепенного сгущения сети разведочных выработок.

Для этого сначала выполняют проходку в редкой сети опорных выработок в виде шурфов, дудок и скважин колонкового бурения с отбором проб грунта, а затем сгущают сеть выработок более высокопроизводительным способом.

К числу таких способов можно отнести методы статического зондирования оползневого массива установками С-832, с помощью которых можно фиксировать поверхность скольжения оползня в сети точек, запроектированных изложенным способом.

3.6. Значения сдвиговых характеристик ? и С, используемых при оценке устойчивости оползневых склонов, должны быть, как правило, определены по результатам натурных сдвиговых испытаний, проведенных в зоне контакта оползня с подстилающей толщей или по материалам съемки обрушенных участков.

3.7. Наиболее эффективным методом натурных испытаний грунтов следует считать срез блоков-целиков, оконтуренных в забоях и в стенах шурфов с помощью трех щелей (рис. 19). Срез таких блоков производится с помощью гидравлических домкратов по наклонной фиксированной плоскости.



Рис.19. Схема натурных сдвиговых испытаний грунтов

Проведя на одном и том же месте два таких испытания три различных значениях углов падения плоскости среза, можно определить расчетные значения сдвиговых характеристик грунта, по формулам:



(4)

где Q1 и Q2 - значения срезающего усилия, создаваемого домкратом в момент среза блока-целика при 1-м и 2-м испытаниях; F1 и F2 - площади поверхности среза при 1-ми 2-м испытаниях; ?1=?1-?1; ?2=?2-?2; (рис. 20); ?1, и ?2 - углы падения плоскости среза при 1-м и 2-м испытаниях, измеряемые с помощью угломера; ?1 и ?2 - углы падения плоскости торцовой щели, куда закладывается домкрат.

3.8. Очень точные значения сдвиговых характеристик грунтов по поверхности смещения оползня получают по методу обратных расчетов. Для этого, используя материалы топографической съемки обрушенных участков оползневого района, строят разрезы по наиболее характерным сечениям участка. На этих разрезах наносят контур оползневого участка до его обрушения и после обрушения (рис. 21), а затем разбивают их вертикальными линиями на отдельные отсеки и по каждому сечению составляют по два уравнения предельного равновесия.

Предельное равновесие призмы до обрушения запишется в виде

?hi·?·li·sin?i=?hi·?li·cos?i·tg?+C?li

(5)

а после обрушения уравнение равновесия примет вид

?h'i·?·li·sin?'i=?h'i·?li·cos?'i·tg?

(6)

где hi и h'i - вертикальные мощности отсеков до и после обрушения призмы; ?i и ?'i - углы падения линий скольжения в отсеках до и после обрушения призмы; li - длина линий скольжения в отсеках.



Рис.20. Схема к определению сдвиговых характеристик грунтов по натурным испытаниям

1 - домкрат



Рис.21. Схема к определению сдвиговых характеристик грунтов по съемке обрушений

1 - контур откоса до обрушения; 2 - контур откоса после обрушения; 3 - поверхность скольжения оползня

Значения сдвиговых характеристик по поверхности обрушения определяются по формулам:



(7)

3.9. При расчетах устойчивости заглубленных сооружений на оползнях в качестве расчетных значений могут быть использованы сдвиговые характеристики грунтов оползневой массы, определяемые лабораторными испытаниями образцов грунта на срез. Согласно существующим ГОСТам, такие испытания проводятся на приборах одно- или двухплоскостного среза. Проведя многократные испытания при разных значениях вертикального напряжения на образец, для каждой литологической разности грунтов значения сдвиговых характеристик определяют по формулам:



(8)

где ?i - значения вертикальных напряжений, создаваемых на образец при каждом испытании; ?i - значения касательных (горизонтальных) напряжений, возникающих при срезе образцов; n - число испытаний.

3.10. В случаях когда оползневая масса в зоне сдвига представлена водонасыщенными глинистыми грунтами, при расчетах устойчивости такого склона необходимо учитывать длительную прочность глинистых грунтов, под которой понимается сопротивляемость грунтов разрушению под воздействием длительной нагрузки.

Длительная прочность глинистых грунтов в большинстве случаев обусловлена характером возникновения и изменения во времени избыточного давления в поровой воде водонасыщенного грунта и ползучестью скелета водонасыщенного и неводонасыщенного грунтов.

Сопротивление глинистого грунта сдвигу в неконсолидированном состоянии на момент времени t после приложения нагрузки Р, можно представить в виде



(9)

где ?' и С' - угол внутреннего трения и сцепление грунтов, соответствующие условию полного уплотнения под заданной нагрузкой Р; U - поровое давление, возникающее в образце грунта на момент времени t.

Величину и характер изменения во времени порового давления U исключительно трудно определить, так как при всех равных условиях они зависят от размеров образца или массива.

При определении длительной прочности глинистых грунтов, задачу можно значительно упростить, если в формуле (9) поровое давление заменить другими показателями, функционально связанными с ним.

Величина полного давления на образец грунта может быть представлена выражением



(10)

где Рск - эффективное давление, воспринимаемое скелетом грунта.

Подставив значение Р из (10) в (9), получим



(11)

Таким образом, представляется возможность длительную прочность глинистых грунтов выразить только в зависимости от эффективного давления Рск.

3.11. Величину эффективного давления Рск, соответствующую данной влажности W и времени t, рекомендуется определять по формуле



(12)

где Pz - бытовое давление на глубине z; H - половина мощности уплотняемого слоя при двустороннем дренировании; N - некоторое безразмерное число, определяемое выражением:



(13)

Cy - коэффициент консолидации, определяемый по формуле



(14)

где Kф - коэффициент фильтрации грунтов; ?ср - средний, для рассматриваемого состояния грунта, коэффициент пористости; а - коэффициент сжимаемости грунта, отвечающий рассматриваемому напряженному состоянию; ?в - плотность воды; t - время испытания.

3.12. Если в лабораторных условиях промоделировать процесс сдвиговой деформации, описываемый выражением (11), то можно получить сдвиговые характеристики грунтов ?' и С', соответствующие различной длительности испытания. Длительные испытания глинистых грунтов можно проводить одним из следующих методов:

1. Параллельные испытания серий образцов-близнецов при различных значениях постоянного сдвигающего напряжения (метод испытания образцов на ползучесть).

2. Испытания образцов-близнецов при различных скоростях приложения нагрузок.

По первому методу испытания проводятся в следующем порядке:

а) из монолита грунта данной плотности-влажности изготовляют несколько пар образцов, а затем испытанием пары образцов по методике ГОСТ 12248-78 определяют стандартное значение сопротивления сдвигу ?ст;

б) проводят испытания на ползучесть несколько пар образцов, изготовленных из того же монолита.

Каждая пара испытываемых образцов нагружается вертикальными нагрузками, равными Рск, вычисленными по формуле (12) и постоянными, но для каждой пары разными по величине сдвигающими нагрузками, составляющими некоторую долю от ?ст (40, 50, 60, 70, 80, 90, 95 %);

в) по результатам испытаний образцов строят семейство кривых ползучести (рис. 22) и определяют время от момента приложения нагрузки до момента разрушения образцов. При этом за момент разрушения образца принимается время, при котором деформация из стадии установившейся ползучести переходит в стадию прогрессирующего течения;



Рис.22. График испытаний грунтов на ползучесть

?, ?3 - кривые прогрессирующей ползучести; ?2 - кривая установившейся ползучести; ?1 - кривая неустановившейся затухающей ползучести

г) используя кривые ползучести (см. рис. 22), строят кривую длительной прочности (длительного сопротивления сдвигу), с помощью которой (рис. 23) определяют значение ?пр соответствующее длительной прочности грунта, т.е. значение сопротивления сдвигу, не зависящего от длительности испытания грунтов;

д) подставив полученное значение ?пр в уравнение (11), можно определить ?' и С', соответствующее длительной прочности грунтов.

По второму методу испытания выполняются следующим образом:

а) так же как и в первом методе, определяют стандартное значение сопротивления сдвигу ?ст путем испытания пары образцов, отобранных из монолита;

б) изготавливают 4-5 образцов из того же монолита, каждый из которых испытывается на срез при уплотняющей нагрузке Pz (Pz для каждого образца назначается разной) и возрастающими равными ступенями через равные интервалы времени сдвигающими нагрузками ?сд. Интервалы приложения ступеней сдвигающих нагрузок для разных образцов изменяют от 5 до нескольких дней;

в) из каждого испытания определяют длительность испытания при данной скорости и сопротивление сдвигу по формуле (11). По полученным данным строят кривые длительной прочности (рис. 24);



Рис.23. Кривая длительного сопротивления сдвигу (длительной прочности; по первому методу)



Рис.24. Кривые длительной прочности грунта (по второму методу)



Рис.25. График зависимости сдвигающих напряжений от вертикальной нагрузки

г) трансформируя семейство кривых ?сд-t в семейство кривых ?сд-Pz, получают диаграмму сдвига (рис. 25) для любого значения действия сдвигающей нагрузки. С помощью такой диаграммы графически определяют значения ?' и С', соответствующие данному времени t

  1   2   3   4   5   6


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