Методика расчета устойчивости грунтовых насыпей, армированных георешетками

Методармирования земляных сооружений с целью повышения степени их устойчивостиизвестен давно, однако, только в последние годы сфера его использованиясущественно расширилась в связи с тем, что строительство земляных сооруженийприходится осуществлять в сложных условиях, а также в связи с тем, что вшироком ассортименте появились новые армирующие материалы, в первую очередь,геотекстильные (геотекстиль, геосетки, георешетки и т.п.). Разнообразие такихматериалов и их характеристик позволяет сегодня успешно решать задачу повышениянесущей способности земляных сооружений различного назначения, в том числе иповышения до требуемого уровня степени устойчивости откосов земляного полотнаавтомобильных дорог. Такая задача возникает при строительстве земляного полотнав стесненных условиях, строительстве высоких насыпей, использовании присооружении земляного полотна местных грунтов, отличающихся сравнительноневысокими прочностными показателями, и в ряде других случаев.

Методические аспекты решения задачи расчетаармогрунтовых конструкций, в том числе и армированных откосов земляногополотна, развивались зарубежными и отечественными исследователями на протяжениимногих лет. Наряду с известными достижениями в этом направлении существует иопределенное количество проблем, требующих дополнительных исследований. Впервую очередь, это относится к необходимости повышения уровня соответствиярасчетных схем решения задачи реальным условиям работы армирующих прослоек вконструкции.

Существующие методы расчета армированных откосовземляного полотна в определенной мере носят приближенный характер, так как всвоем большинстве не в полной мере учитывают особенности работы армирующейпрослойки в грунте, ее деформативные свойства. Практически во всех известныхразработках в этом направлении размещение прослоек по высоте земляногосооружения принимается фиксированным с постоянным шагом. Расчет ориентированлишь на определение степени устойчивости конкретной конструкции без решениязадачи по наиболее целесообразному, с точки зрения повышения степениустойчивости откосов, сооружения до требуемого уровня размещения прослоек,равномерного распределения оползневых нагрузок на каждую из прослоек с учетомдеформативных и прочностных свойств армирующего материала. При этом нерассматривается задача определения оптимального (минимально необходимого)количества горизонтов армирования, оптимального места расположения каждого изних в теле земляного полотна, минимальных объемов работ, количества расходуемыхматериалов, учета технологических условий при проведении строительных работ.

Проведенный анализ существующих методов расчетаармированных откосов, а также результатов экспериментальных исследований,выполненных в последние годы, позволил разработать новый, более совершенный игибкий, по сравнению с известными отечественными и зарубежными аналогами, методрасчета армированных откосов земляного полотна, ориентированный не только наусовершенствование известных разработок, но и позволяющий решать задачуопределения оптимального количества армирующих прослоек и их наиболеерационального размещения в теле земляного сооружения. При этом в качествеармирующего элемента может быть рассмотрен любой конкретный материал любоготипа (геотекстиль, геосетки, георешетки и т.п.).

Разработанная методика оптимизационного расчетаармированных откосов земляного полотна не ориентирована на решение задач оценкии обеспечения требуемой степени устойчивости основания. При неустойчивомосновании задача назначения конструкции откосов земляного полотна, в том числеи армированных, становится методически необоснованна — деформации основаниямогут явиться причиной выхода из строя конструкции в целом даже при однозначноустойчивых откосах насыпи.

В предложенной методике не рассматривается такжезадача выбора средств и мероприятий по укреплению поверхности откоса, что вобщем случае является обязательным как с точки зрения устранения возможностинегативных проявлений процессов выветривания, обсыпания, сползания поверхностныхслоев грунта откоса, так и его размывания талыми и дождевыми потоками. Особенноактуальной такая задача является в случаях сооружения откосов повышеннойкрутизны, в том числе и армированных.

При разработке методического обеспечения решениязадачи оптимизационного расчета армированных откосов в основу была положенарабочая гипотеза известного метода перемещений /1/,в соответствии с которой армирующая прослойка включается в работу лишь послетого, как произошли деформации исходного контура сооружения в допустимойстепени. На практике такой уровень деформирования контура сооружениядостигается непосредственно в процессе его строительства — при послойномуплотнении грунта.

Методика решения задачи оптимизационного расчетаармированного откоса построена на предположении существования ожидаемойповерхности смещения ограниченного сектора откосной части конструкции без учетаэффекта ее армирования. Без нарушения общности в качестве такой поверхностиможет быть рассмотрена круглоцилиндрическая поверхность.

В соответствии с разработанной в Союздорнии /2/методологией предполагается поэтапное решение задачи расчета армированныхоткосов.

На первом этапе по специально разработанной программедля ПЭВМ, реализующей интегральную модификацию известного методакруглоцилиндрических поверхностей скольжения (КЦПС), оценивается степеньустойчивости неармированного откоса. Если при этом расчетное значениекоэффициента устойчивости Куст откоса оказывается больше требуемого Ктр, нетнеобходимости в повышении степени устойчивости откоса с использованием любыхмероприятий, в том числе и метода армирования.

Если же в результате проведенных расчетовоказывается, что Куст меньше Ктр, целесообразно провести анализ места расположениякритической поверхности смещения. В частности, если она заходит в основаниеконструкции, необходимо осуществление мероприятий по устранению такого эффектас использованием различных средств и приемов, в том числе и обоснованнойукладки непосредственно в основание насыпи армирующих прослоек.

С целью наиболее полного приближения расчетногоаппарата к реальным условиям предусмотрена возможность учета при решении задачирасчета армированных откосов влияния равномерно распределенной на фиксированномотрезке поверхности насыпи нагрузки (рис. 1).

Таким образом, если в результате проведенныхпредварительных расчетов оказывается, что Куст меньше Ктр и дуга не захватываетслон основания, с целью повышения степени устойчивости откоса до требуемогоуровня (Куст больше или равно Ктр) может оказаться целесообразным использованиеметода армирования. При этом в качестве армирующего элемента могут бытьиспользованы различные конкретные материалы (геотекстиль, геосетки, георешеткии др.), обладающие определенными свойствами и характеристиками.

Собственно расчет армированных откосов осуществляетсяс использованием специально разработанной программы для ПЭВМ. В основурасчетной схемы положено представление о том, что в этом случае критическаядуга должна проходить через подошву откоса, т.е. захватывать весь откос по еговысоте, а не отдельную его часть. Результаты многочисленных расчетовсвидетельствуют, что в абсолютном большинстве случаев ситуация складываетсяименно таким образом.

Расчет конструкции осуществляется сверху вниз. Приэтом место расположения первой (верхней) армирующей прослойки выбирается исходяиз условия минимально допустимого по технологическим или некоторым другимсоображениям ее заглубления от поверхности насыпи. Примерно по тем жесоображениям в качестве естественного ограничения фигурирует величинаминимально допустимого расстояния по вертикали между соседними горизонтамиармирования. В первом приближении обе ограничительные величины могут составлять1 м.

С учетом определенных таким образом условий решениезадачи оптимизационного расчета армированных откосов осуществляется сориентацией на Монтаж конкретного материала, который предполагаетсяиспользовать в качестве армирующего. В общем случае по выбранному материалунеобходимы количественные оценки следующих характеристик:

— разрывная нагрузка, т/м;

— разрывное удлинение, %;

— толщина, м;

— модуль деформации, т/м.кв;

— коэффициент Пуассона.

Рис. 1.Методологическая схема оптимизационного расчета армированных откосов

Основным используемым при решении задачи показателем,характеризующим выбранный материал, является величина разрывной нагрузки. Вседругие Монтаж материала необходимы в том случае, если предполагаетсяопределять расчетное значение осадки грунта под прослойкой от нагрузки Е1 =Е·cos α, где

Е — оползневая нагрузка на горизонт, т/м;

α — в общем случае угол между касательной кповерхности скольжения и нормалью к плоскости прослойки.

Расчет армированного откоса осуществляется вследующей последовательности.

По известной величине Р разрывной нагрузки (илинагрузки, при которой достигается допустимый уровень удлинения материала)условие допустимости расположена прослойки на заданном уровне может бытьопределено из соотношения

RM ≈ 0,75·Р                                                                          (1)

Коэффициент 0,75 регулирует уровень использованияпрочностных свойств армирующего материала. В зависимости от значенийхарактеристик материала (величина удлинения при различных нагрузках и др.)значение указанного коэффициента может быть выбрано иным.

Определяется критическое положение поверхностискольжения (КЦПС) при условии ее прохождения через подошву откоса, т.е.значения координат (А, В) места расположения ее центра и значение радиуса R,при которых достигается минимальное значение коэффициента устойчивости неармированногооткоса.

Оптимальное место расположения очередного горизонтаармирования откоса определяется поиском такой точки Хк, при которой на отрезке(Хн, Хк) выполняется условие (рис. 1)

Е (Хн, Хк) = RM, где                                                           (2)

Хн — «х» — координата точки пересечения горизонтарасположения предыдущей армирующей прослойки (или точки выхода дуги наповерхность откоса для 1-го горизонта армирования) с дугой скольжения;

Е (Хн, Хк) =Ктр СД (Хн, Хк) — УД (Хн, Хк) —                 (3)

оползневая нагрузка на горизонтв пределах отрезка (Хн, Хк);

Ктр — требуемое, заданное значение коэффициентаустойчивости откоса;

СД (Хн, Хк) — суммарное значение сдвигающих сил(КЦПС) по дуге в пределах отрезка (Хн, Хк);

УД (Хн, Хк) — суммарное значение удерживающих сил натом же отрезке дуги.

При этом расчетный горизонт расположения прослойки вгрунте откоса соответствует середине высоты (толщины) полосы армирующегоматериала.

Расчетное значение Хк итерационным путем выбираетсятаким образом, чтобы с заданной точностью (например, 0,0001) выполнялосьусловие (2). Если при этом оказывается, что расстояние

hi = Ун — Ук, где                                                                   (4)

                                                   (5)

меньшепредельно допустимого, необходимо либо использовать другой армирующий материал,обладающий более высокими прочностными характеристиками, либо увеличить количествополос на горизонте выбранного армирующего материала с повторением комплексарасчетов до тех пор, пока расстояние по вертикали между соседними горизонтамиармирования окажется не меньше предельно допустимого.

При выполнении всех перечисленных условий оптимальноеместо расположения очередного горизонта армирования можно считать определеннымс заданной точностью. После этого можно переходить к определению местарасположения следующего горизонта армирования аналогичным образом, полагая

Xн(i + 1) =Хк (i)                                                                  (6)

При этом в каждом случае анализируется текущеезначение Хк. Если при соблюдении условия (1) впроцессе расчетов Хк оказывается больше Хр (см. рис.1), задача определения минимально необходимого количества горизонтовармирования (и полос материала) и оптимального места расположения каждого изних в теле насыпи с учетом положения критической поверхности скольжения откосав целом может считаться решенной.

Вместе с тем, при использовании в качестве армирующихсовременных материалов с высокими прочностными показателями (разрывная нагрузкабольше 5-10 т/м) в результате проведенных таким образом расчетов можетоказаться, что все горизонты армирования располагаются в низовой части откоса.В таких случаях целесообразно дополнительно рассматривать задачу для верховой,незаармированной по результатам предшествующих расчетов, части откоса, начинаяс определения места расположения локальной критической поверхности смещения(А1, В1, R1). При этом возможны два варианта решения этой указанной локальнойзадачи: с использованием выбранного материала с высокими прочностнымихарактеристиками или же с заменой выбранного материала на другой, более дешевыйи обладающий меньшими значениями прочностных показателей.

В первом случае (исходный материал) для обеспечениятребуемой степени устойчивости Ктр верховой части откоса может быть назначенасхема ее армирования с расстоянием между соседними горизонтами, равнымминимально допустимому или несколько большим. В таком случае требуемый уровеньустойчивости верховой части откоса будет обеспечен с определенным запасом.

Во втором случае (другой материал) решение задачиосуществляется в соответствии с общей схемой. Различие заключается лишь в том,что при этом в качестве расчетной конструкции следует рассматривать тольковерхнюю, незаармированную по результатам решения общей задачи, часть откоса,учитывая при этом как минимально допустимое значение глубины от поверхностинасыпи расположения верхнего горизонта армирования, так и высоту верхней частиконструкции, устойчивой (КЦПС) без дополнительных мероприятий.

По итогам решения такого комплекса задач может бытьназначена схема оптимального расположения горизонтов армирования откоса в целомс учетом условий, определяемых как положением общей критической поверхностисмещения, так и локальной с обоснованным выбором оптимального количествагоризонтов армирования, полос армирующего материала на каждом горизонте.

Назначенная таким образом схема армирования откосабудет работать лишь в том случае, если выполнены некоторые дополнительныеусловия. В первую очередь, необходимо позаботиться о том, чтобы полосаармирующего материала на каждом горизонте была достаточно жестко зафиксированав устойчивой части откоса с тем, чтобы предотвратить возможность еевыдергивания за счет действия оползневой нагрузки. Это условие может бытьвыполнено путем обоснованного расчета длины заделки армирующей прослойки вустойчивой части откоса.

Ю.В. Пудовым /2/предложено минимально необходимую длину заделки прослойки в устойчивой частиоткоса при ее горизонтальном расположении определять по формуле

                                                (7)

Ei — оползневая нагрузка на горизонт на отрезке (Хн,Хк);

α — угол между касательной к поверхностискольжения и нормалью к плоскости прослойки в точке их пересечения;

Есж — сжимающая нагрузка в точке пересеченияпрослойки с поверхностью смещения;

Есж = Р + γ·h;                                                                       (8)

φ1 и φ2 — уголвнутреннего трения грунта соответственно под и над прослойкой;

γ — удельный вес грунта под прослойкой;

h — глубинарасположения горизонта армирования от поверхности насыпи;

Р — интенсивность внешней нагрузки в точке Хк.

Условие заделки прослойки в неустойчивой части откоса(зоне возможного обрушения) однозначно определяется полным перекрытиемпрослойкой неустойчивой части откоса с выходом ее на поверхность откоса.

В соответствии с зависимостью (7) длина заделкипрослойки в устойчивой части откоса определяется величиной оползневой нагрузкина горизонт, а это означает, что она будет увеличиваться пропорционально количествуполос армирующего материала и принимать сравнительно меньшие значения прирешении задачи локального армирования верховой части откоса.

2.Программное обеспечение оптимизационного решения задачи расчета армированныхоткосов

В общем случае решение задачи осуществляется сиспользованием двух разработанных программных комплексов.

Первый из них — программный комплекс RUO -предназначен для оценки устойчивости откосов насыпей (выемок) земляногополотна. Комплекс рассчитан на рассмотрение конструкции в целом: насыпь +основание. С такой ориентацией разработаны все составные части комплекса.

Оценка устойчивости откосов осуществляется сиспользованием разработанной в Союздорнии /2/интегральной модификации известного метода круглоцилиндрических поверхностей скольжения.В отличие от классической расчетной схемы метода, разработанная егоинтегральная модификация полностью реализует основную рабочую гипотезу метода:смещение неустойчивой части откоса происходит по дуге окружности, а не поломаной поверхности, когда отрезок дуги заменяется хордой. При этом вразработанной модификации метода отсутствует необходимость разбиения отсекаобрушения на ограниченное количество расчетных блоков, ширина которых оказываетопределенное влияние на точность результатов расчетов. Формально предложеннаямодификация метода рассматривает бесконечное множество расчетных блоков нулевойширины или, что то же самое, весь отсек обрушения в качестве единого расчетногоблока.

В соответствии с основной концепцией метода КЦПСстепень устойчивости откоса определяется по значению коэффициента егоустойчивости

                    (9)

n — количество расчетных блоков;

Pi — вес грунта в пределах расчетногоблока;

αi — угол наклона поверхности скольжения к горизонту впределах расчетного блока;

φi — угол внутреннего трения грунтана поверхности скольжения;

Ci — удельноесцепление грунта на поверхности скольжения;

li — длина хорды, соединяющей концы дуги впределах блока.

Разработаннаяинтегральная модификация метода ориентирована на координатное представление какдуги скольжения, так и геометрических параметров конструкции.

Если уравнение поверхности откоса (или ее отдельныхчастей) записать в виде

У = А + Вх,                                                                           (10)

а уравнение дуги круглоцилиндрической поверхностискольжения в виде

(Х-а)2+(у-в)2=R2,                                                                  (11)

то основныеслагающие части выражения (9) могут быть представлены в виде

(12)

     (13)

                         (14)

а, в, R — соответственно координаты цeнтpa и радиусдуги окружности скольжения;

                                                         (15)

С точки зрения организации вычислительного процессаформально назначаются расчетные блоки, в пределах которых не изменяютсязначения параметров А, В, С, φ в автоматическом режиме.

Для уточнения значений параметров а, в, R критическойповерхности скольжения, которой соответствует минимально возможное значениекоэффициента устойчивости, организованы направленные итерационные циклы,позволяющие получить решение задачи с высокой точностью: в программах комплексавеличина погрешности вычисления не превышает 0,0001.

В общем случае программный комплекс рассчитан наоценку устойчивости откосов конструкций, имеющих сложную геометрию поверхностиоткоса и сложную неоднородную структуру (рис.2). Конструкция может состоять из нескольких (до 10) слоев, каждый изкоторых может отличаться видом и свойствами слагающего его грунта,геометрическими параметрами, принадлежностью к насыпи или основанию.

Программный комплекс ориентирован на геометрическоепредставление исходной информации по каждой рассчитываемой конструкции и наопределенный способ ее представления.

По каждому варианту предусмотрен ввод следующихданных:

1. Признак IPR, в соответствии со значением которогов автоматизированном режиме осуществляется настройка программного комплекса наопределенную схему организации вычислений.

2. Далее покаждому слою конструкции (насыпь + основание) предусмотрен ввод следующихданных (нумерация слоев — сверху вниз):

hi — толщина слоя, м;

mi; — заложениеоткоса в пределах слоя;

lj — протяженность бермы, примыкающей книжней границе слоя, м;

Ci — сцепление грунта слоя, т/м.кв;

φi — угол внутреннего трения грунтаслоя, град.;

γj — удельный вес грунта слоя,т/м.куб.

При этом для слоев основания конструкции необходимоназначать mi = li, = 0.

Программно подготовленные таким образом исходныеданные на расчет варианта переводятся в координатную форму представления и всоответствии с заданным значением признака IPR осуществляется расчет варианта.Предусмотрена возможность рассмотрения 5 различных значений признака IPR:

0 -осуществляется свободный от дополнительных ограничений поиск положениякритической поверхности скольжения, не отрицающий возможности захвата еюверхних слоев основания, если его присутствие в конструкции определеноисходными данными;

1 — свободный поиск при условии, что в любом случаедуга не проходит через конструктивные слои основания;

2 — обязательное условие прохождения дуги через однуконтрольную точку (X1, У1), расположенную на поверхности конструкции;

3 — обязательное условие прохождения дуги через двеконтрольные точки (X1, У1) и (Х2, У2), расположенные на поверхностиконструкции;

4 — известно фиксированное (а, в, R) положениеповерхности скольжения.

При значениях признака IPR = 2, 3, 4 комплекс предлагаетпользователю сообщить ему дополнительную информацию — значения (X1, У1), или(X1, У1) и (Х2, У2), или (а, в, R) в зависимости от значения признака IPR.Такая информация должна быть представлена в координатном виде в системекоординат бровка-подошва откоса (рис.1). В этой же системе координат представляются и результаты решения задачи.

При подготовке исходных данных на расчет вариантаследует иметь в виду, что значения удельного веса грунтов по всем слоямконструкции не должны существенно различаться, так как при расчетах в качествеосредненного весового показателя грунта в пределах расчетного блока принимаетсязначение удельного веса грунта слоя, в пределах которого проходит дуга.

В рамках общей задачи результаты оценки устойчивостинеармированного откоса, предварительно полученные с использованием программногокомплекса RUO, позволяют:

— определить значение коэффициента устойчивостиоткоса, в соответствии с которым сделать вывод о необходимости осуществлениямероприятии по повышению степени устойчивости откоса до требуемого уровня;

— проанализировать положение критической поверхностискольжения, оценить влияние основания конструкции на устойчивость откосов;

— в соответствии с эпюрой распределения попротяженности поверхности скольжения оползневой нагрузки оценитьцелесообразность использования того или иного армирующего материала дляобеспечения требуемой степени устойчивости откоса методом армирования.

Рис. 2. Схема расчета устойчивости откоса сложного профиля с использованиеминтегральной модификации метода круглоцилиндрических поверхностей скольжения.

По каждому рассчитанному варианту в табличной формевыводятся основные исходные данные, а также дополнительная, введенная взависимости от значения признака IPR, информация.

В качестве результатов расчетов выводятся значениекоэффициента устойчивости неармированного откоса и параметры критическойповерхности скольжения в системе координат бровка-подошва откоса. В табличнойформе выводится информация, характеризующая закономерность изменения балансаудерживающих и сдвигающих сил и других показателей как по отдельным блокам (дляудобства пользования шириной не более 1 м), так и по протяженности дуги.

С использованием полученных таким образом результатоврасчетов могут быть определены условия и подготовлены исходные данные длярешения задачи оптимизационного расчета армированного откоса с использованиемразработанного для этой цели программного комплекса ОРАО.

Перечень исходных данных для этого комплексанесколько изменен по сравнению с данными для RUO с сохранением при этом общегопринципа их формирования для расчета конкретной конструкции.

В соответствии с тем, что при расчете в этом случаепредполагается, что дуга проходит через подошву откоса, нет необходимости врассмотрении признака IPR и во вводе дополнительной информации в том составе ивиде, на которые был ориентирован комплекс RUO.

Помимо этого, в расчете армированных откосов в общемслучае могут оказаться необходимыми и несколько расширенные данные, касающиесяхарактеристик слагающих откос грунтов. Дополнительно к информации, необходимойдля работы с комплексом RUO, в этом случае по каждому конструктивному слоюмогут понадобиться значения модуля деформации (т/м.кв.) и коэффициент Пуассонагрунта слоя.

В качестве дополнительной информации при работе скомплексом ОРАО вводится следующая информация:

— интенсивность равномерно распределенной наограниченном отрезке поверхности насыпи внешней нагрузки q и границы XG1 и XG2такого отрезка относительно бровки откоса. При нулевом значении нагрузкиграницы отрезка не вводятся;

— требуемое значение коэффициента устойчивости откосаКтр;

— номер в локальной базе данных материала, выбранногов качестве армирующего. В случае отсутствия информации о конкретном материале влокальной базе данных комплекса ОРАО возможен ввод его характеристик с экрана.

По каждому рассчитанному варианта выводятся в полномобъеме исходные данные, а также результаты расчетов в следующем составе:

результаты оценки устойчивости откоса в целом и еговерховой части;

в табличной форме полученная в результате расчетовсхема армирования откоса.

3.Примеры использования разработок

Пример 1

В качестве примера, в определенной степени иллюстрирующеговозможности программных комплексов и результаты расчетов на их основе, быларассмотрена однородная по структуре насыпь с простым заложением откосовповышенной крутизны (рис.3).

Расчеты осуществлялись в два этапа.

Реализация первого этапа расчетов — оценкаустойчивости неармированного откоса с использованием программного комплекса RUO(без учета внешней нагрузки) осуществлялась в соответствии со следующимиисходными данными:

IPR = 0

толщина слоя Н = 10 м

заложение откоса = 0,5

протяженность бермы = 0

сцепление грунта С = 1 т/м.кв.

угол внутреннего трения грунта =10 град

удельный вес грунта = 1,9 т/м.куб.

Признак конца исходных данных 99999.

Получены следующие результаты расчетов:

коэффициент устойчивости откоса Куст = 0,493;

параметры критической поверхности скольжения:

а = 9,72 м; в = 13,5 м; R = 14,3 м.

Баланс силпо блокам и по протяженности дуги

Очередной блок

Накопленные суммы

X1

Х2

L

S

UD

SD

К

L

S

UD

SD

К

-4,15

-3,32

2,52

1,08

2,56

1,91

1,39

2,52

1,08

2,65

1,91

1,39

-3,32

-2,49

1,78

2,65

2,20

4,44

,49

4,30

3,73

4,85

6,35

,76

-2,49

-1,66

1,47

3,79

2,19

5,94

,37

5,77

7,53

7,04

12,29

,53

-1,66

-,83

1,29

4,70

2,31

6,84

,34

7,06

12,23

9,35

19,13

,49

-,83

0

1,18

5,46

2,47

7,34

,34

8,24

17,69

11,81

26,48

,45

0

,83

1,10

5,44

2,48

6,73

,37

9,34

23,13

14,29

33,20

,43

,83

1,67

1,03

4,60

2,27

5,18

,44

10,37

27,72

16,57

38,39

,43

1,67

2,50

,99

3,68

2,03

3,75

,54

11,36

31,41

18,60

42,13

,44

2,50

3,33

,95

2,70

1,74

2,45

,71

12,31

34,11

20,34

44,59

,46

3,33

4,17

,92

1,66

1,42

1,33

1,07

13,22

35,77

21,76

45,91

,47

4,17

5,00

,89

,56

1,07

,40

2,70

14,12

36,33

22,83

46,31

,49

X1 — левая граница блока, м

Х2 — правая граница блока, м

L — длина дуги, м

S — площадь отсека обрушения, м.кв

UD — удерживающие силы, т/пог.м

SD — сдвигающие силы, т/пог.м

К — коэффициент устойчивости.

Учет действия внешней нагрузки не изменяет значениекоэффициента устойчивости откоса, несколько конкретизируя лишь положениекритической поверхности смещения: а = 7,16 м; в = 11,02 м; R = 11,22 м.

Таким образом, с использованием метода армированияматериалом № 20 необходимо повысить значение коэффициента устойчивости откоса сКуст =0,493 до Куст = 1,7.

Исходя из полученных таким образом результатовпредварительных расчетов, были получены решения задачи оптимизационного расчетаармированного откоса в двух вариантах: при минимально допустимых расстоянияхмежду соседними горизонтами армирования 0,5 м и 1 м. Основные результаты такихрасчетов приведены в таблице 1.

Таблица 1Результаты расчетов армированных откосов

Горизонт

Глубина расположения от поверхности, м

Количество полос материала

Длина заделки в уст. части

Расход армир. материала, м

1

4,83

1

1,352

6,19

2

5,85

1

1,203

5,85

3

6,58

1

1,194

5,59

4

7,19

1

1,188

5,29

5

7,75

1

1,263

4,99

6

8,36

1

1,253

4,45

7

9,17

1

1,241

3,38

ВСЕГО (при расстоянии между горизонтамиармирования не менее 0,5 м

7

 

7

 

35,74

2-ой вариант (расстояние между соседнимигоризонтами не менее 1 м):

1

4,83

1

1,352

6,19

2

5,85

1

1,203

5,85

3

7,19

2

2,375

12,94

4

8,37

2

2,505

11,40

ВСЕГО

4

 

6

 

36,38

Рис. 3. Результаты расчетаконтрольной конструкции при минимально допустимом расстоянии между соседнимигоризонтами армирования 1 м и Ктр = 1,7

Информация, представленная в таблице, свидетельствуето том, что относительно критической поверхности скольжения (А, В, R) откоса вцелом требуемая степень его устойчивости (Куст = 1,7) обеспечивается взависимости от поставленных условий (минимально допустимое расстояние междусоседними горизонтами армирования) соответственно семью или четырьмягоризонтами армирования. При этом в первом из рассмотренных случаев на каждомгоризонте для обеспечения требуемой степени устойчивости откоса достаточноразместить одну полосу армирующего материала № 20. Во втором случае количествогоризонтов армирования откоса сокращается до 4, при этом на двух нижних из нихцелесообразно укладывать по две полосы материала № 20.

Как в том, так и в другом случае верхний горизонт армированиярекомендуется размещать на глубине 4,83 м от поверхности откоса. Это означает,что относительно критической поверхности смещения откоса в целом (А, В, R — нарис. 3) условие (1) баланса сил по дугевыполняется и для верховой части (Н = 4,83 м) откоса.

Вместе с тем, не исключен вариант, что приобеспечении требуемой степени устойчивости нижней части откоса в его верхней(незаармированной) части может образоваться локальная критическая поверхностьсмещения.

Анализ результатов выполненных расчетов (комплексRUO) свидетельствует о том, что для насыпи, аналогичной исходной, но высотой4,83 м может организоваться такая локальная поверхность скольжения (А’, В’, R’- на рис. 3). При этом значение коэффициента устойчивости откоса относительнотакой поверхности скольжения составляет Куст = 0,74. Значение коэффициентаустойчивости откоса верховой части насыпи выше значения коэффициентаустойчивости откоса насыпи в целом, но меньше требуемого (1,7) значениякоэффициента устойчивости откоса.

В этом плане целесообразно установить ту высотуверхней части откоса, при которой значение коэффициента устойчивостисоответствует требуемому значению.

Как показывают результаты исследований, значениекоэффициента устойчивости откоса насыпи нелинейно зависит от ее высоты. Приэтом для каждой рассматриваемой конструкции такая зависимость при сохраненииобщих тенденций характеризуется индивидуальными особенностями.

Во всяком случае, всегда существует высота верхнейчасти откоса, в пределах которой значение коэффициента устойчивости не меньшетребуемого значения. Вполне естественным образом можно предположить, чтоармирование такой верхней части откоса, в принципе, нецелесообразно.Дополнительное армирование верховой части откоса в связи с этим может бытьлогичным на диапазоне высотных отметок, границами которого являются высотаверхней части откоса и уровень заложения верхней прослойки, рассчитанныйотносительно критической поверхности скольжения откоса в целом.

Для армирования этой части конструкции использованиеисходного армирующего материала может оказаться экономически нецелесообразным,потому что его прочностные Монтаж существенно выше оползневых нагрузок,рассчитанных относительно дуги (А’, В’, R’).

Поэтому, поскольку армирование верховой части откосанеобходимо для обеспечения требуемого уровня ее устойчивости, задача можетрешаться разными путями.

Если по тем или иным соображениям предполагаетсярешать задачу армирования всего откоса с использованием при этом толькоисходного материала, результаты решения задачи для его верховой части могутбыть получены, исходя из известного традиционного принципа «в запас» безнадлежащей оценки величины такого запаса.

Как уже указывалось, в качестве исходного был выбранматериал № 20, обладающий следующими характеристиками (решетка типа «Tensar»):

разрывная нагрузка — 11,2 т/м;

разрывное удлинение — 17%;

толщина — 0,0018 м;

модуль деформации — 6500 т/м.кв;

коэффициент Пуассона — 0,85.

Другой возможный путь решения задачи армированияверховой части откоса может определяться заменой исходного материала на другой,более дешевый и с относительно меньшими прочностными показателями.

При расчете контрольного примера был выбран первый изназванных путь решения задачи, основанный на использовании только исходногоармирующего материала.

Как показали результаты расчетов (рис.3), верхняя часть откоса высотой hb = 1,14 м является устойчивойв соответствии с выбранными оценочными критериями (Куст = Ктр = 1,7). Всоответствии с принятыми условиями, минимально допустимая высота верха откоса,не подлежащая армированию, составляет hт = 1 м, что не превосходитвысоты устойчивого верха конструкции.

Таким образом, зона локального армирования верховойчасти откоса простирается от 1,14 м до hа = 4,83м в отметках от егоповерхности.

Минимально необходимое количество горизонтовлокального армирования верховой части откоса в таком случае может бытьопределено из соотношения

                                            (16)

ha — глубина (от поверхности откоса)заложения верхнего из основных горизонтов армирования, м;

hy — высота верхней части откоса, неподлежащей армированию, м;

hв — высота верхней, устойчивой частиоткоса, м;

hт — минимально допустимая глубина отповерхности откоса заложения верхнего горизонта армирования откоса в целом, м.

В общем случае высота верхней части откоса, впределах которой нежелательно размещение горизонтов армирования, определяетсяиз условия

hу = max{hв, hт}                                                             (17)

соседними локальными горизонтами, включая верхний из основных составляет

                                 (18)

При работе с программным комплексом ОРАО все этапы расчетоввыполняются в автоматизированном режиме и не требуют вмешательствапользователя.

Окончательная схема армирования откоса в соответствиис результатами расчетов представлена на рис.3. Здесь приведены расчетные уровни размещения горизонтов армирования,указаны расчетные расстояния между соседними горизонтами.

Приведены также и минимально необходимые длины полосармирующего материала и их количество на каждом горизонте. При этом минимальнодопустимое расстояние между соседними горизонтами армирования было приняторавным 1 м, а требуемое значение коэффициента устойчивости откоса Ктр = 1,7.

Длина полос армирующего материала на каждом горизонтеопределялась в каждом случае как сумма расстояний по горизонту от поверхностиоткоса (образующей) до критической (общей или локальной) поверхности смещения иминимально необходимой длины заделки полосы в устойчивой части откоса.

Как уже указывалось, программный комплекс ОРАО неориентирован на решение задач оценки устойчивости основания насыпи иобеспечения местной (поверхностной) устойчивости откоса в промежутках междусоседними горизонтами армирования.

В принципе, изложенная методика оптимизационногорасчета армированных откосов может быть использована при разработке схемармирования откоса материалами разных видов и типов, в том числе игеорешетками.

При этом в случаях использования в качестве армирующихматериалов синтетических полотен и сеток решение задачи обеспечения местнойустойчивости откосов может быть обеспечено, в том числе и устройством обойм изтого же материала.

При использовании георешеток такой вариант решенияуказанной задачи может быть реализован далеко не всегда. Индивидуальныеособенности материалов такого типа определяют необходимость поиска специальныхметодов и приемов их применения в таких случаях.

В таблице 2 приведены основные результатыоптимизационного решения задачи армирования выбранным материалом откосовнасыпи, представленной на рис.3.

Таблица 2Результаты расчета контрольной насыпи

Всего:

N

Н, м

К, шт

l, м

Е, т/пог.м

L, м

1

1,19

-1

2,64

0

2,64

2

2,40

-1

3,37

2,67

3,37

3

3,60

-1

3,98

6,84

3,98

4

4,83

1

6,19

8,40

6,19

5

5,85

1

5,85

8,40

5,85

6

7,10

2

6,47

16,80

12,94

7

8,36

2

5,70

16,80

11,40

7

—

9

—

—

46,37

N — номер (сверху вниз) горизонта армирования;

Н — глубина (отповерхности) заложения горизонта армирования;

К — количество полос арм. материала на горизонте;

l — длина полосыарм. материала на горизонте;

Е — расчетная оползневая нагрузка на горизонт;

L — расчет арм. материала на горизонте.

При этом для 4-7 горизонтов армирования расчетывыполнялись с учетом прочностных свойств выбранного материала, в соответствии скоторыми (и с количеством полос материала на горизонте) определялисьмаксимально допустимые величины оползневой нагрузки на каждый’ из горизонтовармирования.

Поскольку, как уже указывалось ранее, использованиевыбранного материала на верхних (1-3) горизонтах армирования не во всех случаяхоказывается экономически оправданным, в таблице приведены расчетные величиныоползневой нагрузки для каждого из верхних горизонтов. При этом условноколичество полос армирующего материала на каждом из них обозначеноотрицательным числом (К = -1). Это означает, что в таких случаях исходныйматериал может быть заменен другим, с меньшими значениями прочностныхпоказателен, и при выполнении условий (1) и (2) в зависимости от прочностных свойств новогоматериала на каждом из верхних горизонтов армирования может быть назначеноколичество полос такого материала, суммарные прочностные показатели которыхсоответствуют рассчитанной величине оползневой нагрузки на горизонт.

В соответствии с результатами выполненных расчетоввеличина оползневой нагрузки на первом (табл. 2) горизонте армирования,как и предполагалось, оказалась близкой к нулевому значению, так как глубинарасположения горизонта соответствует высоте (1,14 м) устойчивой верхней частинасыпи. Вместе с тем, опускать ниже верхний горизонт армированиянецелесообразно, потому что в этом случае будут нарушены условия устойчивостиверха конструкции в целом, что крайне нежелательно.

материала на каждом горизонте (примерно на 0,5 м) натехнологические издержки, суммарный расход материала для армирования откосоврассмотренной насыпи составляет порядка 50 м без рассмотрения возможногодополнительного расходования армирующего материала на укрепление поверхностиоткоса.

Примечание «ИЦ СтройКонсультант»: текст соответствует оригиналу.

Использованнаялитература:

1. Львович Ю.М., СемендяевЛ.И., Пудов Ю.В.

Методы проектирования земляного полотна автомобильныхдорог в сложных условиях пересеченной местности.

М., 1995. — (Автомоб. дороги: Обзорн.инф./Информавтодор;

Вып. 3). — 59 с.

2. Семендяев Л.И.

Проблема комплексной оценки устойчивости земляногополотна автомобильных дорог при индивидуальном проектировании в сложныхусловиях пересеченной местности.

М., 1995. — (Автомоб. дороги: Обзорн.инф./Информавтодор;

Вып. 5). — 77 с.

Кандидат технических наук Л.И. Семендяев

отзыв
на методику расчета фунтовыхнасыпей, армированных георешетками

На основании анализа существующих методик расчетаармогрунтовых конструкций и предлагаемой методики можно сделать следующиевыводы:

Известные методики расчета армогрунтовыхконструкций предполагают схему армирования с постоянным по высоте шагомотносительно критической (Кмин) поверхности обрушения неустойчивой частигрунтового откоса. Таким образом, расчет осуществляется без учетаиндивидуальных условий работы армирующего материала на каждом из горизонтовармирования.

Предлагаемая методика ориентирована на поиск оптимальногорешения с учетом конкретных условий работы армирующего материала в телегрунтового откоса на каждом горизонте армирования.

При этом расчет осуществляется относительнопотенциальной поверхности обрушения, в качестве которой принимается либо критическая(если коэффициент устойчивости больше единицы), либо условно предельнаяповерхность (при коэффициенте устойчивости меньше единицы).

Расстояние между соседними горизонтами армирования иколичество полос армирующего материала на каждом из них определяются, исходя изусловия баланса допустимой на материал нагрузки и оползневого давления нагоризонте.

В итогеобеспечивается решение, характеризующееся, в отличие от других методик,следующими особенностями:

1. Обоснованным обеспечением требуемой (Ктр) степениустойчивости армированного грунтового откоса.

2. Оптимальным (а не назначенным) количествомгоризонтов армирования и оптимальным местом расположения каждого из них в телеоткоса.

3. Минимально необходимой длиной армирующегоматериала на каждом из горизонтов армирования с учетом его заделки в устойчивойчасти откоса.

4. Равномерным нагружением армирующего материала повсем горизонтам армирования.

5. Учетом дополнительной пригрузки и границ еераспределения за бровкой откоса.

6. Возможностью дополнительного рассмотрения условийармирования верховой и низовой частей откоса (с запасом в случае использованияисходного армирующего материала).

При этом, как показал сопоставительный анализ,степень требуемой устойчивости грунтового откоса обеспечивается с меньшим (до2-х раз) расходом армирующего материала.

На основании вышеизложенного можно рекомендовать предложенную методику,как наиболее оптимальную, для проектирования грунтовых насыпей, армированныхлюбыми современными материалами, включая георешетки.

Кандидат технических наук,доцент кафедры Инженерной геологии и геотехники Московского государственногоавтомобильно-дорожного института (технического университета)

П.А.Фонарев

 

Кроме быстрого и качественного ремонта труб отопления, оказываем профессиональный монтаж систем отопления под ключ. На нашей странице по тематике отопления > resant.ru/otoplenie-doma.html < можно посмотреть и ознакомиться с примерами наших работ. Но более точно, по стоимости работ и оборудования лучше уточнить у инженера.

Для связи используйте контактный телефон ООО ДИЗАЙН ПРЕСТИЖ 8(495) 744-67-74, на который можно звонить круглосуточно.

Обратите внимание

Наша компания ООО ДИЗАЙН ПРЕСТИЖ входит в состав некоммерческой организации АНО МЕЖРЕГИОНАЛЬНАЯ КОЛЛЕГИЯ СУДЕБНЫХ ЭКСПЕРТОВ. Мы так же оказываем услуги по независимой строительной технической эесаертизе.