Расчет устойчивости сооружений на нескальных основаниях

7.6 В расчетах устойчивости гравитационных сооружений на нескальных основаниях следует рассматривать возможность потери устойчивости по схемам плоского, смешанного и глубинного сдвигов. Выбор схемы зависит от вида сооружения, классификационной характеристики основания, схемы загружения и других факторов. Следует иметь в виду, что перечисленные схемы сдвига могут иметь место как при поступательной форме сдвига, так и при сдвиге с поворотом в плане.

Для сооружений, основанием которых являются естественные или искусственные откосы или их гребни, необходимо также рассматривать схему общего обрушения откоса вместе с расположенным на нем сооружением.

Для сооружений I класса, кроме перечисленных расчетов устойчивости, оценка степени их устойчивости может производиться на основе анализа результатов расчетов напряженно-деформированного состояния системы «сооружение-основание». Кроме того, наряду с детерминистическими методами расчетов должен выполняться вероятностный анализ надежности сооружений.

7.7 Расчеты устойчивости сооружений по схеме плоского сдвига следует производить для всех сооружений, несущих вертикальные и горизонтальные нагрузки.

Для сооружений расчеты устойчивости следует производить только по схеме плоского сдвига в следующих случаях:

1) основания сооружений сложены песчаными, крупнообломочными, твердыми I_L < 0 и полутвердыми 0 £ I _L £ 0,25 пылевато-глинистыми грунтами при выполнении условий:

а) для случая равномерной нагрузки и эксцентриситета в сторону верховой грани сооружения

                                                                                                               (7)

б) при эксцентриситете е_р равнодействующей всех сил, приложенных к сооружению в сторону низовой грани сооружения

                                                                                                             (8)

2) основания сооружений сложены туго- (0,25 < I_L £ 0,5) и мягкопластичными (0,5 < I_L £ 0,75) глинистыми грунтами при выполнении условий (7) или (8) и следующих дополнительных условий:

                                                                                          (9)

                                                                                                           (10)

В формулах (7) - (10) обозначено:

N _s - число моделирования;

 - среднее нормальное напряжение соответственно при ширине b и b *;

b - размер стороны (ширина) прямоугольной подошвы сооружения, параллельной сдвигающей силе (без учета длины анкерного понура); b * = b - 2 е_р;

е _p - эксцентриситет в сторону низовой грани сооружения нормальной силы Р в плоскости подошвы, равный расстоянию от точки пересечения с подошвой фундамента равнодействующей всех сил до оси сооружения;

g _I - удельный вес грунта основания, принимаемый ниже уровня воды с учетом ее взвешивающего действия;

N ₀ - безразмерное число, принимаемое для плотных песков N ₀ = 1; для остальных грунтов N ₀ =3. Для всех грунтов оснований сооружений I и II классов N ₀, как правило, следует уточнять по результатам экспериментальных исследований методом сдвига штампов в котлованах сооружений;

I_L - показатель текучести;

tg y ₁ - расчетное значение коэффициента сдвига;

tg φ ₁, c_I, s_{u , I} - расчетные значения характеристик прочности грунта основания с учетом степени его консолидации под нагрузкой от сооружения к расчетному моменту и возможного их снижения в зоне промораживания-оттаивания (при строительстве в ССКЗ);

 - коэффициент степени консолидации грунта;

k - коэффициент фильтрации грунта;

е - коэффициент пористости грунта в естественном состоянии;

t ₀ - время возведения сооружения;

а - коэффициент уплотнения; при его определении учитывается изменение e и s во всем диапазоне изменения нагрузок на основание;

g _w - удельный вес воды;

h ₀ - расчетная толщина консолидируемого слоя, принимаемая для сооружения с шириной подошвы b, на части которой b_d расположен дренаж, равной:

а) для однослойного основания:

при наличии водоупора, залегающего на глубине h ₁(h ₁ £ Н_с); (Н_с - см. 11.6.2)

                                                                                                              (11)

при залегании в основании дренирующего слоя на глубине h_i (h_i £ Н_с)

                                                                                                             (12)

б) для двухслойного основания с толщинами слоев h ₁ и h ₂;

при наличии водоупора и при k ₁ @ k ₂ (h ₁ + h ₂ £ Н_с)

                                                                                                      (13)

при наличии дренирующего слоя на глубине h ₁ + h ₂ (h ₁ + h ₂ £ Н_с)

                                                                                                       (14)

Примечания

1 За верховую грань сооружения следует принимать грань, со стороны которой действует сдвигающая нагрузка; за низовую грань сооружения - грань, в направлении которой проверяется возможность сдвига.

2 Указания настоящего пункта не распространяются на случаи, когда особенности конструкции или сооружения и геологического строения основания, а также распределение нагрузок предопределяют глубинный сдвиг.

7.8 При расчете устойчивости сооружения по схеме плоского сдвига за расчетную поверхность сдвига следует принимать:

при плоской подошве сооружения - плоскость опирания сооружения на основание с обязательной проверкой устойчивости по горизонтальной поверхности сдвига, проходящей через верховой край подошвы (выбор плоской горизонтальной подошвы сооружения требует специального обоснования);

при наличии в подошве сооружения верхового и низового зубьев:

при глубине заложения верхового зуба, равной или большей низового, - плоскость, проходящую через подошву зубьев, а также горизонтальную плоскость, проходящую по подошве верхового зуба;

при глубине заложения низового зуба более глубины заложения верхового зуба горизонтальную плоскость, проходящую по подошве верхового зуба (при этом все силы следует относить к указанной плоскости, за исключением давления воды и пассивного давления грунта со стороны низовой грани сооружения, которые надлежит относить к плоскости, проходящей по подошве низового зуба);

при наличии в основании сооружения каменной постели - плоскости, проходящие по контакту сооружения с постелью и постели с грунтом; при наличии у каменной постели заглубления в грунт следует рассматривать также наклонные плоскости или ломаные поверхности, проходящие через постель;

при наличии в основании зон, слоев или прослоек слабых грунтов, в том числе в зонах промораживания-оттаивания, следует дополнительно оценить степень устойчивости сооружения применительно к расчетным плоскостям, проходящим в этих зонах или слоях.

7.9 При расчете устойчивости сооружений по схеме плоского сдвига (без поворота) при горизонтальной плоскости сдвига значения R = R_pl и F в условиях (5) следует

определять по формулам:

R_pl = P tg φ _I + g _c Е_р,tw + Ac (s_u,I) + R_g;                                                                                 (15)

F = T_hw + E_a,hw - T_tw,                                                                                                       (16)

где R_pl - расчетное значение предельного сопротивления при плоском сдвиге;

Р - сумма вертикальных составляющих расчетных нагрузок (включая противодавление);

tg φ _I, c _I, s_u,I - характеристики прочности грунта по расчетной поверхности сдвига, определяемые по указаниям раздела 6, причем c _I, s_u,I учитываются только на той части площади основания, на которой отсутствуют растягивающие напряжения;

g _c - коэффициент условий работы, учитывающий зависимость реактивного давления грунта с низовой стороны сооружения от горизонтального смещения сооружения при потере им устойчивости, принимаемый по результатам экспериментальных или теоретических исследований; при их отсутствии значение g _c рекомендуется принимать равным 0,7 (при специальном обосновании допускается принимать 0,7 < g _c £ 1,0);

Е_{р, tw}, Е_{а, hw} - соответственно расчетные значения горизонтальных составляющих силы пассивного давления грунта с низовой стороны сооружения и активного давления грунта с верховой стороны;

А - площадь проекции на поверхность сдвига подошвы сооружения, в пределах которой учитывается сцепление;

R_g - горизонтальная составляющая силы сопротивлений свай, анкеров и т.д.;

F - расчетное значение сдвигающей силы;

T_hw, T_tw - суммы горизонтальных составляющих расчетных значений активных сил, действующих соответственно со стороны верховой и низовой граней сооружения, за исключением активного давления грунта.

Примечание - Для вертикально- и наклонно-слоистых оснований tg φ _I и с _I следует определять по обязательному приложению Г как средневзвешенные значения характеристик грунтов всех слоев с учетом перераспределения нормальных контактных напряжений между слоями пропорционально их модулям деформации.

7.10 В случае если расчетная сдвигающая сила F приложена с эксцентриситетом в плоскости подошвы  расчет устойчивости сооружений следует производить по схеме плоского сдвига с поворотом в плане (l и b - размеры сторон прямоугольной подошвы сооружения).

Эксцентриситет е и силу предельного сопротивления при плоском сдвиге с поворотом в плане R_{pl , t} = a _t R_pl следует определять по указаниям, приведенным в рекомендуемом приложении Д.

7.11 Расчет устойчивости сооружений по схеме глубинного сдвига следует производить:

для всех типов сооружений, несущих только вертикальную нагрузку;

при несоблюдении условий 7.7 - для сооружений, несущих вертикальную и горизонтальную нагрузки, расположенных на неоднородных основаниях.

7.12 Расчеты устойчивости сооружений по схеме смешанного сдвига следует производить для сооружений, несущих вертикальную и горизонтальную нагрузки и расположенных на однородных основаниях; во всех случаях, если не соблюдаются условия, приведенные в 7.7.

7.13 Расчеты устойчивости сооружений на однородных основаниях по схеме глубинного и смешанного сдвига допускается производить методами теории предельного равновесия (приложение Е), а на неоднородных основаниях - методами, оперирующими расчлененной на элементы призмой обрушения, сдвигаемой по ломаным или круглоцилиндрическим поверхностям сдвига.

7.14 Устойчивость сооружений I класса рекомендуется оценивать также с помощью численного моделирования разрушения основания. Напряженно-деформированное состояние (НДС) системы «сооружение-основание» при таком моделировании следует определять по нелинейным моделям грунта, дающим статически допустимые поля напряжений. Параметры нелинейных моделей грунта назначаются по нормативным значениям деформационных и прочностных характеристик грунтов основания.

Для численного моделирования разрушения при расчете НДС системы пропорционально увеличивают действующие на сооружение нагрузки. О наступлении разрушения при таких расчетах следует судить по моменту резкого роста расчетных смещений или отсутствию сходимости итерационного процесса. Достигнутый к моменту разрушения коэффициент перегрузки принимается в качестве коэффициента устойчивости.

7.15 При расчете устойчивости сооружений на основаниях, сложенных пылевато-глинистыми грунтами с коэффициентом водонасыщения S_r ³ 0,85 и коэффициентом степени консолидации  следует учитывать нестабилизированное состояние грунта основания одним из двух приведенных ниже способов:

а) принимая характеристики прочности tg φ _I и с _I, соответствующие степени консолидации грунта основания к расчетному моменту (т.е. полным напряжениям) или s_{u , I}, и не учитывая при этом в расчетах наличие избыточного порового давления, обусловленного консолидацией грунта;

б) учитывая по поверхности сдвига действие избыточного порового давления, возникающего при консолидации грунта (определяемое экспериментальным или расчетным путем), и принимая характеристики прочности tg φ _I ' и с _I ', соответствующие полностью консолидированному состоянию грунта (т.е. эффективным напряжениям).

7.16 При расчетах устойчивости сооружений на водонасыщенных нескальных основаниях, воспринимающих кроме статических также динамические нагрузки, следует учитывать влияние последних на несущую способность грунтов, обуславливающее снижение (против определенного в статических условиях) сопротивления недренированному сдвигу связных грунтов и возникновение избыточного порового давления в несвязных грунтах. Избыточное поровое давление при этом определяют либо расчетным путем, либо по результатам экспериментальных исследований.