Устойчивость откосов и склонов

Устойчивость откосов и склонов

Общие положения Откосом называется искусственно созданная поверхность, ограничивающая природный грунтовый массив, выемку или насыпь. Откосы образуются при возведении различного рода насыпей (дорожное полотно, дамбы, земляные плотины и. т.д.), выемок (котлованы, траншеи, каналы, карьеры и .п.) или при перепрофилировании территорий. Склоном называется откос, образованный природным путем и ограничивающий массив грунта естественного сложения.  При неблагоприятном сочетании разнообразных факторов массив грунтов, ограниченный откосом или склоном, может перейти в неравновесное состояние и потерять устойчивость. Основными причинами потери устойчивости откосов и склонов являются: устройство недопустимо крутого откоса или подрезка склона, находящегося в состоянии, близком к предельному; увеличение внешней нагрузки (возведение сооружений, складирование материалов на откосе или вблизи его бровки); изменение внутренних сил (увеличение удельного веса грунта при возрастании его влажности или, напротив, влияние взвешивающего давления воды на грунты); неправильное назначение расчетных характеристик прочности грунта или снижение его сопротивления сдвигу за счет, например повышения влажности; проявление гидродинамического давления, сейсмических сил, различного рода динамических воздействий (движение транспорта, забивка свай и. т.п.). Инженерные методы расчета устойчивости откосов и склонов В проектной практике применяются инженерные методы расчета устойчивости, содержащие различного рода упрощающие предположения. Наиболее распространенный из них – метод кругло-цилиндрических поверхностей скольжения, относящий к схеме плоской задачи. Рис. 1. Схема к расчету устойчивости откосов методом кругло-цилиндрических поверхностей скольжения: а) – расчетная схема; б) – определение положения наиболее опасной поверхности скольжения; 1, 2, - номера элементов. Этот метод был впервые применен К. Петерсоном в 1916 г. для расчета устойчивости откосов (тогда и долгое время назывался методом шведского геотехнического общества). Рассмотрим широко используемую модификацию этого метода. Предположим, что потеря устойчивости откоса или склона, представленного на рис. 1, а, может произойти в результате вращения отсека грунтового массива относительно некоторого центра . Поверхность скольжения в этом случае будет представлена дугой окружности с радиусом r и центром в точке . Смещающийся массив рассматривается как недеформируемый отсек, все точки которого участвуют в общем движении. Коэффициент устойчивости принимается в виде (1) где  и  - моменты относительно центра вращения  всех сил, соответственно удерживающих и смещающих отсек. Для определения входящих в формулу (1) моментов отсек грунтового массива разбивается вертикальными линиями на отдельные элементы. Характер разбивки назначается с учетом неоднородности грунта отсека и профиля склона так, чтобы в пределах  отрезка дуги скольжения основания каждого i-го элемента прочностные характеристики грунта j и с были постоянными. Вычисляются силы, действующие на каждый элемент: вес грунта в объеме элемента  и равнодействующая нагрузки на его поверхность .

При необходимости могут быть также учтены и другие воздействия (фильтрационные, сейсмические силы и т.д.). Равнодействующие сил  считаются  приложенными к основанию элемента и раскладываются на нормальную  и касательную  составляющие к дуге скольжения в точке их приложения. Тогда; (2) Соответственно момент сил, вращающих отсек вокруг 0, определился как (3) где п – число элементов в отсеке. Принимается, что удерживающие силы в пределах основания каждого элемента  обусловливаются сопротивлением сдвигу за счет внутреннего трения и сцепления грунта. Тогда с учетом выражения для закона кулона  можно записать, (4) где  - длина дуги основания i-го элемента, определяемая как . Здесь  - ширина элемента) Отсюда момент сил, удерживающих отсек, будет иметь вид. (5) Учитывая формулу (1), окончательно получим. (6) При  устойчивость отсека массива грунта относительно выбранного центра вращения 0 считается обеспеченной. Основная сложность при практических расчетах заключается в том, что положение центра вращения 0 и выбор радиуса r, соответствующие наиболее опасному случаю, неизвестны. Поэтому обычно проводится серия таких расчетов при различных положениях центров вращения и значениях r. Чаще всего наиболее опасная поверхность скольжения проходит через нижнюю точку откоса или склона. Однако если в основании залегают слабые грунты с относительно низкими значениями прочностных характеристик j и с, то это условие может не выполняться. Один из приемов нахождения наиболее опасного положения поверхности скольжения заключается в следующем. Задавясь координатами центров вращения 01, 02, , 0 на некоторой прямой, определяют коэффициенты устойчивости  для соответствующих поверхностей скольжения и строят эпюру значений этих коэффициентов (рис.1,б). Через точку 0mi , соответствующую минимальному коэффициенту устойчивости, проводят по нормали второй отрезок прямой и, располагая на нем новые центры вращения , , ,  вновь оценивают минимальное значение коэффициента устойчивости. Тогда  и определит положение наиболее опасной поверхности скольжения. При  устойчивость откоса или склона будет обеспечена. Мероприятия по повышению устойчивости откосов и склонов. Одним из наиболее эффективных способов повышения устойчивости откосов и склонов является их выполаживание или создание уступчатого профиля с образованием горизонтальных площадок (берм) по высоте откоса. Однако это всегда связано с увеличением объемов земляных работ. При относительно небольшой высоте откосов может оказаться эффективной пригрузка подошвы в его низовой части или устройство подпорной стенки, поддерживающей откос. Положительную роль также играют закрепление поверхности откоса одерновкой, мощением камнем, укладкой бетонных или железобетонных плит. Важнейшим мероприятием является регулирование гидрогеологического режима откоса или склона. С этой целью сток поверхностных вод перехватывается устройством нагорных канав, отведением воды с берм.

Подземные воды, высачивающиеся на поверхности откоса или склона, перехватываются дренажными устройствами с отведением вод в специальную ливнесточную сеть. При необходимости разрабатываются сложные конструктивные мероприятия типа прорезания потенциально неустойчивого массива грунтов системой забивных или набивных свай, вертикальных шахт и горизонтальных штолен, заполненных бетоном и входящих в подстилающие неподвижные части массива. Используется также анкерное закрепление неустойчивых объемов грунта, часто во взаимодействии с подпорными стенками или свайными конструкциями.

Ответствен за слияние. Проявляет гемолитическую и цитотоксическую активность; 3)PМ-белок. Формирует внутренний слой вирусной оболочки. Репликация вирусов полностью реализуется в цитоплазме клеток хозяина. В зараженных клеточных культурах выделяют два антигена: 1) Pантиген А устойчив к обработке эфиром, индуцирует синтез нейтрализующих и комплементсвязывающих антигенов; 2)Pантиген В индуцирует синтез комплементсвязывающих антигенов. РС-вирус основной возбудитель заболеваний нижних дыхательных путей у новорожденных и детей раннего возраста. Возбудитель реплицируется в эпителии воздухоносных путей, вызывая гибель зараженных клеток. PC-вирус характеризуется низкой устойчивостью, вирионы склонны к самораспаду, в очищенном виде проявляют выраженный полиморфизм, принимая несколько форм. После выздоровления формируется нестойкий иммунитет. Основной путь передачи воздушно-капельный. Лабораторная диагностика: 1)Pвыделение PC-вируса на клеточных линиях человека; 2)Pэкспресс-диагностика определение антигена вируса в носовом отделяемом и клетках слизистой оболочки с помощью ИФА; 3)Pвыделение специфических антигенов в РСК и РН

Причины, приводящие к нарушению устойчивости массивов грунта в откосах

1. Увеличение крутизны откоса (подмыв берегов реки).

2. Увеличение нагрузки на откос (строительство на бровке).

Схема возможного нарушения устойчивости откоса при строительстве на бровке.

3. Обводнение грунтов (уменьшение механических характеристик: c; φ и увеличение объемного веса грунта).

4. Деятельность строителей (устройство котлованов, выработок с вертикальными стенками).

Устройство вертикальных стенок котлована - одна из возможных причин нарушения устойчивости откосов.

Оползни скольжения

Оползни скольжения являются одними из самых распространенных в природе. Они локализуются в пределах горно-складчатых областей. В платформенных условиях оползни скольжения встречаются очень редко — обычно в связи с какими-либо аномалиями геологического строения, например с наличием зоны разлома, древней коры выветривания или других зон ослабления.

Оползни скольжения приурочены в основном к горным районам, где присутствуют тектонические нарушения, зоны ослабления, толщи напластования. Блоки пород как бы скользят по единой поверхности смещения. Огромные по мощности и массе толщи пород создают колоссальное давление, вследствие чего возникают зоны деформации, а растущее напряжение в отдельных точках приводит к разрушению пород в зоне смещения.

Оползни разжижения

Оползень - отделившаяся масса рыхлых пород, медленно и постепенно или скачками оползающая по наклонной плоскости отрыва, сохраняя при этом часто свою связанность, монолитность и не опрокидывая при этом свой грунт. Оползни возникают на склонах долин или речных берегов, в горах, на берегах морей, самые грандиозные на дне морей. Наиболее часто оползни возникают на склонах, сложенных чередующимися водоупорными и водоносными породами. Смещение крупных масс земли или породы по склону или клифу вызывается в большинстве случаев смачиванием дождевой водой грунта так, что масса грунта становится тяжелой и более подвижной. Может вызываться также землетрясениями или разрушающей деятельностью моря. Силы трения, обеспечивающие сцепление грунтов или горных пород на склонах, оказываются меньше силы тяжести, и вся масса горной породы приходит в движение.

Оползни разжижения распространены в областях развития молодых глинистых отложений морского происхождения. Характерным свойством этих отложений является их высокая чувствительность к разрушению структуры, во много раз превышающая таковую для нормальных глин. Это происходит из-за снижения концентрации солей в поровом растворе, приводящего к снижению пределов текучести и пластичности. При нарушении структуры эти глины обладают способностью внезапно разжижаться и приходить в текучее состояние [6].

Оползни разжижения возникают внезапно, часто без видимых внешних причин. Этот процесс обычно начинается с образования в нижней части склона небольшого оползня. Затем начинают деформироваться примыкающие к нему части склона, в результате чего возникает округлая депрессия диаметром иногда до нескольких сотен метров. В ходе развития оползня резко изменяется состояние плывунных глин, которые разжижаются, вытекают через суженную горловину депрессии и с большой скоростью движутся по ложбине к ближайшему водотоку, а затем далее по его долине. Процесс завершается почти полным удалением разжиженных глинистых масс из оползневой депрессии и остановкой грязевого потока [6].

Из обеих рассмотренных групп наиболее распространены оползни скольжения, выдавливания и течения. Поэтому ниже им будет уделено наибольшее внимание.

Расчет устойчивости прислоненных откосов и склонов любого очертания

Основными элементами открытой разработки карьера, котлована или траншей без крепления откосов является высота Н и ширина l уступа, его форма, крутизна и угол естественного откоса α(рис. 9.3). Обрушение уступа происходит чаще всего по линии ВС, расположенной под углом θ к горизонту. Объем ABC называется призмой обрушения. Призма обрушения удерживается в равновесии силами трения, приложенными в плоскости сдвига.

Нарушение устойчивости земляных масс часто сопровождается значительными разрушениями мостов, дорог, каналов, зданий и сооружений, расположенных на оползающих массивах. В результате нарушения прочности (устойчивости природного склона или искусственного откоса) формируются характерные элементы оползня (рис. 9.4).

Устойчивость откосов анализируется с помощью теории предельного равновесия или путем рассмотрения призмы обрушения или сползания по потенциальной поверхности скольжения как твердого тела.

Рис. 9.3. Схема откоса грунта: 1 — откос; 2 — линия скольжения; 3 — линия, соответствующая углу внутреннего трения; 4 — возможное очертание откоса при обрушении; 5 — призма обрушения массива грунта

Рис. 9.4. Элементы оползня 
1 - поверхность скольжения; 2 - тело оползня; 3 - стенка срыва; 4 - положение склона до оползневого смещения; 5 - коренные породы склона

Меры борьбы с оползнями

Для борьбы с оползнями применяют:

1)    ограждение оползневого массива от притока поверхностных и подземных вод с помощью нагорных и ловчих каналов;

2)    осушение поверхности соприкосновения и возможного скольжения слоев грунта;

3)    крепление основания оползневого массива с помощью подпорных стенок и защиты от подмыва (защитные сооружения при этом не должны подпирать грунтовые воды в оползневом массиве);

4)    снижение влажности грунта и уменьшение сползающей массы.

Первостепенное значение имеет осушение поверхности соприкосновения слоев. Для этого применяют закрытые дрены с засыпкой их фильтрующим материалом при неглубоком залегании указанной поверхности, а при глубоком устраивают подземные галереи и штольни, которые укрепляют камнем или деревом. Штольни, галереи и дрены закладывают под прямым углом к направлению движения грунтовых вод для более полного их перехвата, заглубляя в слой, подстилающий оползневую массу.

Воду из дрен, штолен и галерей отводят в водоприемник. Во избежание подпитывания грунтовых вод поверхностными проводят следующие мероприятия: поверхностный сток за пределами оползня перехватывают нагорными каналами или водоотводными лотками; в пределах оползня устраняют всевозможные источники инфильтрационного питания грунтовых вод (пруды и водотоки); ликвидируют или покрывают противофильтрационными одеждами; орошение проводят минимальными нормами и только дождеванием.