Основные схемы потери устойчивости грунтовых масс и сооружений на грунтовых основаниях.

 

На объектах магистральных трубопроводов возможны различные схемы потери устойчивости грунтовых масс и общей устойчивости сооружений при воздействии сложных сочетаний нагрузок.

Потерей устойчивости грунтового основания называется перемещение больших масс грунта сопровождаемое сдвигом грунта по определенным поверхностям скольжения и завершающееся общей потерей устойчивости всего сооружения или его части. Следует различать потерю устойчивости грунтовых масс на склонах и откосах и потерю устойчивости сооружений связанную с разрушением основания необязательно на склонах и откосах. Наиболее характерные примеры из трубопроводного строительства.

 

Рис. 1

Типы склонов в зависимости от направления оси трубопровода относительно направления максимального уклона i _max.

 

 

Если трубопровод пересекает поверхность склона наискосок, такой участок называется косогорный.

 

 

Рис. 2. Схема прокладки трубопровода на поперечном склоне по схеме «полувыемка-полунасыпь»:

I – направление возможного оползания насыпи BCD;

II, III – линии скольжения при возможных оползаниях откосов;

α₁ – угол наклона естественного склона AG;

α₂ – угол наклона склона EL, образовавшегося после срезок грунта.

 

II. Общая устойчивость сооружения при воздействии внешних нагрузок, когда возможен сдвиг грунта основания сооружения по подошве сооружения или случайным криволинейным поверхностям.

 

Рис. 3. Опора арочного перехода.

1- пята (опора);

2- водная преграда с рабочим горизонтом воды;

3- пролетное строение перехода.

H – распор; P - вертикальная составляющая нагрузки на опору.

 

Задача сводится к расчету к общей устойчивости опоры перехода на действие распора H, реакции грунта e _п слева, веса опоры G, сопротивления сдвигу грунта, потеря устойчивости может произойти в начальный момент горизонтальным сдвигом по подошве AB с последующим выносом грунта со стороны стенки AD на поверхность.

 

III. Задача расчета устойчивости берегов рек и водохранилищ в створе перехода (по оси трубопровода).

 

 

Устойчивость сооружения и грунтовых масс на сдвиг по фиксированной поверхности склона (плоская поверхность)

Расчет устойчивости насыпи на поверхности склона

Призма ABC грунта насыпная из обломков скальных и полускальных грунтов, полученных при разработке полки для возведения сооружения на склоне.

Q- распределенная нагрузка от механизмов

α – угол наклона разрабатываемого склона.

φ – угол внутреннего трения крупнообломочных грунтов.

φ = 32…36º

 

Рассмотрим условие равновесия под действием всех сил.

Q- вертикальная нагрузка на 1 погонный метр насыпи от удельного веса грунта и внешней нагрузки.

Допусщение: считается, что Q приложено в центре тяжести поперечного сечения насыпи.

a – вес грунта в 1 м насыпи.

 

Условие устойчивости оценивается коэффициентом запаса на сдвиг.

где H – проекция силы Q на направление поверхности AC;

T - удерживающая сила, создаваемая трением грунта насыпи по склону.

Коэффициент запаса устойчивости.

(*) k_сдв >1 – устойчивость обеспечена;

k_сдв =1 – предельное состояние;

k_сдв <1 – нет устойчивости.

 

Предельное значение угла наклона склона, при котором обеспечивается устойчивость склона, определяем из условия:

k_сдв =1=ctg α · tgφ= ctg α/ tgφ,

или α_пред.=φ (7)

В геодезических материалах проектов регламентируются уклоны i:

С другой стороны, уклон выражается:

В практических расчетах угол наклона склона α через уклон i выражается:

 

Устойчивость анкерных опор, опор арочных переходов и подпорных стенок на сдвиг и опрокидывание.

 

Рассмотрим расчетную схему массивной анкерной опоры.

 

Под движением сдвигающей силы H возможно движение опоры.

Возможно опрокидывание вокруг точки A и сдвиг по подошве AB

k_сдв >1

Устойчивость на опрокидывание оценивается из сравнения момента опрокидывающего с моментом им удерживающих:

Коэффициент заноса устойчивости задается в нормативных документах с учетом категории и степени опасности сооружения и перекачиваемой среды. Обычно при не учете динамических нагрузок k_опр =1,15…1,25; k_сдв =1,2…1,3 для сооружения.