Расчет устойчивости откоса и склона

Основные положения по расчету устойчивости откосов и склонов

Расчет устойчивости откоса и склона предполагает, во-первых, определение схемы наиболее вероятного разрушения, и, во-вторых, определение расчетного коэффициента устойчивости для этой схемы. Необходимость расчета устойчивости откоса и склона крайне часто возникает в инженерной практике.  В данной статье описан современный подход к выполнению этого расчета, и приведены рекомендации для Заказчиков и инженеров.

Расчет устойчивости откосов и склонов

Коэффициент устойчивости откоса (склона) – это отношение суммы всех сил, удерживающих откос в равновесии, к сумме всех сдвигающих сил, стремящихся вывести его из равновесия.

Коэффициент устойчивости подразделяют на:

– расчетный коэффициент устойчивость, который определяется в ходе геотехнических расчетов;

– нормативный (требуемый, допустимый) коэффициент устойчивость, который установлен нормативными документами.

Расчетный коэффициент устойчивости kst должен быть более или равен нормативному коэффициенту устойчивости [kst], определяемому согласно СП 116.13330.2012.

Из определения коэффициента устойчивости видно, что по результатам расчетов возможны четыре основных варианта:

Варианта №1

Расчет устойчивости откосов и склонов

Значение коэффициента устойчивости выше единицы (kst>1) – это означает, что анализируемый откос или склон устойчив.

Вариант №2

Значение коэффициента устойчивости приблизительно равно единице (kst≈1) – это означает, что анализируемый откос или склон находится в состоянии предельного равновесия.

Вариант №3

Расчет устойчивости откосов и склонов

Значение коэффициента устойчивости менее единицы (kst<1) – это означает, что  анализируемый откос или склон не устойчив.

Вариант №4.

Расчет устойчивости откосов и склонов

Вариант №4. По расчету склон не устойчив, а по факту – устойчив, или наоборот. Это особый случай, который подробнее рассмотрим ниже.

Порядок работ по оценке устойчивости откосов и склонов

Оценка устойчивости существующего и проектируемого склона должна включать:

  • сбор и анализ исходных данных;
  • выбор расчетных створов;
  • составление расчетной схемы;
  • выбор подходящего расчетного метода;
  • выполнение расчета и анализ результатов;
  • определение и построение эпюр оползневого давления;
  • рекомендации по мероприятиям инженерной защиты.

Выполняя расчеты, следует учитывать следующие положения СП 436.1325800.2018:

  • Расчетная модель должна быть максимально простой и содержать только существенные элементы. Следует избегать подробного моделирования микрорельефа поверхности земли, мелких геологических элементов или антропогенных образований.
  • Количество расчетных сценариев должно быть минимизировано. Вместе с тем расчеты должны учитывать все наихудшие сценарии (сочетания нагрузок, геометрических и физико-механических условий) как на этапе строительства, так и на этапе эксплуатации в нормальных и особых условиях.

Исходные данные для расчета устойчивости склона

Для расчета устойчивости склонов и откосов необходимо построить расчетные сечения, которые в общем случае содержат следующую основную информацию:

  • инженерно-геологический разрез;
  • существующие и проектируемые сооружения;
  • сведения о нагрузках на склон;
  • гидрогеологические условия;
  • существующие и прогнозируемые области распространения опасных инженерно-геологических процессов;
  • расчетные величины прочностных и деформационных свойств грунтов, слагающих склон;
  • расчетную величину сейсмичности.

Примеры расчетных сечений склона

расчет устойчивости склона
расчет устойчивости склона

Методы расчета устойчивости откосов и склонов

Согласно СП 116.13330.2012 нахождение коэффициента устойчивости склона (откоса) может производиться как с использованием традиционных методов теории предельного равновесия (с разбиением призмы оползания на отсеки или без оного), так и упругопластическими расчетами методом конечных элементов с использованием метода снижения прочностных характеристик.

В соответствии с пунктом 6.1.16 СП 436.1325800.2018 для сооружений классов ответственности КС-3 и КС-2 и грунтовых условий категории сложности III (СП 47.13330) расчеты устойчивости следует выполнять не менее чем двумя различными методами. В качестве обязательного в состав расчетов должен быть включен метод снижения прочностных характеристик, реализуемый в рамках теории предельного равновесия или с использованием МКЭ с упругопластической моделью грунта.

В первую группу расчетных методов входят:

  • метод Феллениуса;
  • метод касательных сил;
  • метод Янбу;
  • метод Бишопа;
  • метод Моргенштерна-Прайса;
  • метод Шахунянца;
  • метод Спенсера.

Эти методы неплохо описаны здесь и здесь.

Важно заметить, что каждый из этих методов имеет свою ограниченную область применения. Причем есть методы, которые наши широкое применение в конкретной отрасли строительства, например — метод Шахунянца в железнодорожной отрасли.

Все эти методы имеют существенные недостатки, главный из них заключается в том, что поверхность скольжения задается, а не определяется в ходе расчета.

Пример расчета устойчивости склона методом Шахунянца

расчет устойчивости склона

На сегодняшний день наиболее корректным методом расчета устойчивости откосов и склонов является метод снижения прочности, реализуемый с использованием метода конечных элементов и упругопластической модели грунта.

Данный метод позволяет наиболее точно составить расчетную модель, учесть практически любые условия строительства, точно определить схему разрушения и значение коэффициента устойчивости склона (откоса).

Недостатком этого метода являются повышенные требования к расчетчику, нужно иметь соответствующую подготовку в области численного решения задач геотехники.

Суть метода снижения прочности заключается в постепенном снижении сдвиговой прочности и угла трения , до тех пор пока вычисления не перестанут сходиться — такой момент считается моментом разрушения склона (откоса).

Примеры расчетов устойчивости склона методом снижения прочностных характеристик

Пример расчета устойчивости склона методом снижения прочностных характеристик
Пример расчета устойчивости склона методом снижения прочностных характеристик
Пример расчета устойчивости склона методом снижения прочностных характеристик
Пример расчета устойчивости склона методом снижения прочностных характеристик

Достаточно часто в ходе расчетов получается ситуация, когда по расчету склон не устойчив, а по факту устойчив. В этом случае следует руководствоваться пунктом 6.1.17 СП 436.1325800.2018:

«Если расчеты устойчивости по прочностным характеристикам из отчета инженерно-геологических изысканий не подтверждают наблюдаемую ситуацию, то для сооружений классов ответственности КС-1 и КС-2 (ГОСТ 27751) допускается уточнение прочностных характеристик грунтов методом «обратных расчетов». Для сооружений класса КС-3 необходимо выполнение дополнительных инженерно-геологических изысканий».

Выполнив расчет устойчивости откоса и склона, важно проанализировать результаты, и при необходимости назначить рекомендации по инженерной защите. При проектировании инженерной защиты важно выполнять геотехнический прогноз (оценку) влияния строительства сооружений инженерной защиты на окружающие объекты. А чтобы проектные решения по инженерной защите были оптимальными, необходимо выполнять геотехническое обоснование.

Расчет устойчивости откоса и склона – это достаточно сложный расчет, для правильного выполнения которого во многих случаях требуется проведение численного моделирования методом конечных элементов. Мы готовы выполнить этот расчет на высоком техническом уровне с полным сопровождением в экспертизе.

Литература по расчету устойчивости откосов и склонов

Копирование на этом сайте запрещено.

error: Content is protected !!