Методи розрахунку осідань споруд та стійкості укосів

Методи розрахунку осідань споруд та стійкості укосів

Характер взаємодії інженерної споруди з грунтовим підставою залежить як від властивостей останнього, так і параметрів споруди -величини навантаження і її характеру (статична, динамічна), площі, жорсткості і глибини закладення фундаменту і т. д. У зв'язку зі складністю і різноманітністю ґрунтових умов і малою вивченістю поведінки підстав при силовому взаємодії з інженерними конструкціями вибір розрахункової схеми (моделі) являє собою складну і відповідальну задачу. Правильно обрана розрахункова схема повинна відображати основні закономірності взаємодії інженерної споруди з грунтовим підставою, що дозволить при розрахунках отримувати хорошу збіжність прогнозних величин з дійсно спостережуваними величинами. Природно, що складність і різноманіття закономірностей деформування ґрунту під навантаженням не дозволяють створити розрахункову модель грунтової основи, придатну для всіх ґрунтових умов і споруд.

Первісна розрахункову модель грунтової основи була досить простою, при її створенні виходили з того факту, що при навантаженні підстави деформації виникають тільки в зоні споруди. Грунтову основу характеризується одним параметром - коефіцієнтом постелі. Однак область застосування цієї моделі обмежена, так як при навантаженні підстави деформації виникають не тільки в зоні навантаження, але і в суміжних областях. Коефіцієнт ліжку непостійний і залежить від величини тиску, форми і розмірів площі навантаження.

З 30-х років активно розвивається напрям, що розглядає грунтову основу як пружну середовище, що характеризується модулем деформації Е і коефіцієнтом Пуассона р., що дозволило застосувати для розрахунку взаємодії підстави і фундаменту апарат теорії пружності. Пружна модель дає можливість врахувати розподільну здатність ґрунтової основи, вирішити завдання розподілу напружень і деформацій у масиві та ін.

Прогноз осад споруд.

Однак модель пружного півпростору наділяє грунти ідеальної розподільною здатністю і пружними властивостями, тоді як в грунтах розвиваються залишкові деформації, а залежність між напруженнями і деформаціями не є лінійною. Існує багато моделей, в тій чи іншій мірі відображають роботу ґрунтової основи, основним недоліком яких є відсутність обґрунтованої методики визначення розрахункових параметрів.

Багато фахівців вважають, що найкращим чином моделює роботу фундаменту невеликий жорсткий штамп, що передає навантаження на грунт (випробування пробної навантаженням), а також компресійна випробування.

Існують і інші польові і лабораторні методи визначення модуля деформації, такі, як прессиометрическое випробування, тривісне стиснення, статичне зондування (по кореляції). При всіх цих випробуваннях модулі деформації виходять різними, що відображає як неоднорідність грунту, так і методики визначення. Проблема визначення модуля деформації грунтів не має однозначного рішення, і завдання вибору відповідного значення модуля деформації для розрахунку осідань відповідальних споруд часто вирішується методом експертних оцінок з урахуванням конкретних інженерно-геологічних умов і сукупності отриманих різними методами значень Е.

Для різних ґрунтів відношення модулів деформації в паралельному і нормальному до шаруватості напрямках коливається від 1,5 до 5, але може досягати 15, що свідчить про наявність значної анізотропії властивостей ґрунтів.

Розрахунок осад. Опади - це вертикальні деформації споруд, що відбуваються в результаті ущільнення або выпора ґрунту з-під фундаменту під дією зовнішніх навантажень. Зазвичай будівлі і споруди проектуються таким чином, щоб цей процес суттєво не розвивався.

Фундамент і несучий стовп ґрунту, стиснення якого визначає величину опади.

Деформації основ споруд.

В залежності від граничних умов деформування цього стовпа ґрунту спостерігаються три різні залежності: поперечне розширення ґрунту неможливо (компресія); зонах стиснення ґрунту; поперечне розширення обмежена. Природно, що від характеру деформації грунту під фундаментом залежить вибір методики визначення модуля деформації ґрунту для розрахунку опади.

Деформації основ споруд викликаються зовнішніми силами, залежать від властивостей ґрунтів і можуть бути як позитивними (опади у результаті ущільнення грунтів), так і негативними (підйом споруди в результаті розущільнення або набухання грунту).

Опади споруди можуть відбуватися під дією: зовнішніх навантажень від споруди; тиску, що виникає внаслідок пониження рівня грунтових вод; власної ваги ґрунтової товщі в результаті ослаблення структурних зв'язків у нижчих грунтах; усадочних напружень при висиханні грунтів (особливо глинистих) в результаті зміни їх термовлажностного режиму. Поверхню грунтів може підніматися в результаті їх розущільнення або набухання при зміні фізико-хімічних умов у навколишньому середовищі.

Загальна осаду може бути розділена на дві частини - не залежну від часу (негайна і повна) і залежну від нього (консолидационная для водонасичених тонкодисперсних грунтів і об'ємної повзучості).

Для прогнозу величини опади необхідно знати величину чинного на грунт тиску і деформаційні характеристики грунтів, а також зміна цих показників з глибиною.

Всі існуючі методи визначення осад виходять з допустимості застосування теорії пружності для оцінки впливу поверхневої навантаження на напруги всередині ґрунтового масиву, що дозволяє знайти величину напруг лише наближено, так як такі особливості будови масиву, як його анізотропія і зміна властивостей з глибиною, що не враховуються в повній мірі.

Потужність стиснутої товщі або активної зони підстави.

Наближеність розрахунку напружень у грунтах, складність визначення показників стисливості грунтів і внаслідок цього мала ступінь їх відповідності існуючим в масиві, значна мінливість інженерно-геологічних умов як в горизонтальному, так і вертикальному напрямі призводять до того, що сучасні методи розрахунку осідань дозволяють оцінити лише їх порядок. І дійсно, порівняння натурних і прогнозних осад говорить про наявність розбіжностей, що досягають 150 % і більше.

Стислива товща грунту. Потужність стиснутої товщі або активної зони підстави є одним з факторів, що визначають величину опади. Однак обґрунтованих критеріїв визначення потужності стиснутої зони немає. Зазвичай потужність цієї зони визначається з допомогою умовних критеріїв. Так, у більшості випадків приймається, що деформаціями грунту нижче Н можна знехтувати, якщо тиск від фундаменту становить на глибині нижче підошви фундаменту деяку частку від природного. Для гідротехнічних споруд, зазвичай мають велику ширину.

При інженерно-геологічних вишукуваннях не слід сліпо слідувати цим критеріям встановлення потужності стиснутої зони як глибини, до якої слід проводити дослідження грунтів. Необхідно вивчати грунти на глибину, яка визначає будівництво та умови експлуатації. Так, відомі випадки, коли деформація споруд обумовлювалася ущільненням шарів ґрунту, що залягають значно нижче активної зони споруди.

Правильна оцінка потужності зони, умов будівництва та експлуатації споруд особливо важлива при будівництві на підроблюваних територіях.

Повне осідання S фундаменту умовно представляється у вигляді суми двох складових.

Під початковою (миттєвої) осадкою розуміють деформації, що відбуваються одночасно з загружением грунту, тому величину цієї опади розраховують на основі моделі пружного півпростору, якщо стислива товща перевищує 2,5 ширини фундаменту, а при меншій потужності стисливого шару - по моделі пружного шару кінцевої товщини.

Величина початкової опади.

Величина початкової опади для різних грунтів різна. Так, для резервуарів на нормально ущільнених глинах вона становила 10-15 % від повної опади. Але при швидкому навантаженні підстави, а також у випадку щільних і міцних ґрунтів початкова осаду може становити істотну частину повного осідання.

При розрахунку осад існуючими методами виходять із припущення, що при тисках, менших природного, грунт додатково не ущільнюється, оскільки це ущільнення вже сталося при формуванні ґрунтового масиву. Тому розрахунок опади ведуть для надлишкового тиску.

Розрахунок повної лінійної опади (опади ущільнення), як і розрахунок миттєвої опади, провадиться також на основі формул теорії пружності, але натомість модуля пружності підставляється модуль загальної деформації. Якщо з повної лінійної опади необхідно виділити початкову та сповільнену складові, то відповідний розрахунок проводиться з використанням відповідають цим умовам модулів деформації - модулів пружною сповільненій деформації.

Розрахунок осад за схемою компресійного стиснення. При деформації ґрунтової основи тільки у вертикальному напрямку без бокового розширення, що можливо при дії суцільний навантаження по поверхні, на підставі великого та площі фундаменту або при стисненні шару порівняно невеликої потужності осадка визначається за формулами компресійного стиснення:

При шаруватому будові грунтової товщі осаду всієї стискуваної товщі знаходиться підсумовуванням осад окремих верств, а тиск для середини кожного шару визначають на основі моделі лінійно-пружного тіла.

Розрахунок осад за методом СНиП 11-15-74. Діючі будівельні норми рекомендують визначати осідання споруд з використанням моделей лінійно-деформованого півпростору з умовним обмеженням потужності стисливої товщі (метод пошарового підсумовування) і лінійно-деформівного шару кінцевої товщини.

Поява додаткового тиску.

Ущільнення стисливої товщі при зниженні рівня ґрунтових вод. Породи, що знаходяться нижче рівня ґрунтових вод, відчувають зважувальної дію води, що при зниженні її рівня зникає, тому породи набувають більшу питому вагу, так як до вагу скелета грунту додається вага води в порах, а також капілярний тиск

Подібний тиск відчувають породи при відкачуванні з них нафти і газу внаслідок втрати зважування або зменшення тиску газу.

В результаті появи додаткового тиску при зниженні рівня ґрунтових вод нижні шари грунту будуть ущільнюватися, що виникають при цьому на великій території опади поверхні землі можуть суттєво ускладнити будівництво та експлуатацію споруд. Сумарні пониження земної поверхні у випадку сильно стискуваних грунтів можуть вимірюватися десятками сантиметрів і метрами.

Якщо при відкачуванні води в однорідному грунті утворюється депресійна воронка, то додаткова осадка ґрунту призведе до виникнення мульди осідання. Величина цієї опади у центральній точці розраховується.

Деформація ґрунтів в результаті розущільнення або набухання являє собою складний фізико-хімічний процес, що залежить від діючого тиску, виду грунту, властивостей контактує з ним рідини і часу взаємодії рідини з грунтом. Величина набухання оцінюється відносною деформацією. В якості критерію для визначення набухаючих грунтів приймають для глинистих грунтів величину при вільному набуханні.

Здатність до набухання виявляють не тільки щільні маловлажные глини, але і сланці, аргіліти, мергелі, а також штучні ґрунти, наприклад деякі шлаки. Можна говорити і про набуханні пісків, якщо в результаті замочування різними технологічними розчинами (наприклад, розчинами сірчаної кислоти, соди тощо) в їх порах утворюються кристали солей.

Прогноз набухання ґрунтів, а отже, і деформацій, які виникають при цьому, вимагає знання закономірностей розвитку процесу набухання в просторі і в часі.

Потужність зони усадки.

Для глин розглядають два випадки зміни об'єму ґрунту при набуханні: при повному водонасиченні; без повного насичення пор водою. У першому випадку розвиток набухання у часі описується рівняннями, аналогічними рівняннями теорії фільтраційної консолідації, а в другому - рівняннями теорії вологопереносу в капілярно-пористих тілах.

Здатність до усадки володіють тільки вологі грунти. Потужність зони усадки встановлюють дослідним шляхом або відповідним теплофізичними розрахунком.

Розрахунок осідань споруд в результаті вилуговування солей. Цей розрахунок вимагає знання потужності выщелачиваемой зони і вмісту в ній розчинних солей, а також схеми замочування водою підстави споруди і тривалості інфільтрації. При розрахунку суфозійними деформацій при наявності рівномірної вертикальної інфільтрації води деформируемая зона обмежується глибиною, на якій сумарні вертикальні напруження, викликані дією навантаження фундаменту і власної ваги грунту, не перевищують початкового тиску суффозионной опади.

Принципи розрахунку стійкості. Інженерна оцінка стійкості скельних укосів здійснюється у кілька стадій: розрахунок напружено-деформованого стану масиву і виявлення потенційних поверхонь обвалення; аналіз стійкості виділених скельних масивів по граничному стану; оцінка стійкості та допустимих параметрів укосів за спостережуваними деформацій в період проходки і експлуатації.

Розвиток методів розрахунку за допомогою ЕОМ відкриває широкі перспективи для аналізу напружено-деформованого стану неоднорідних, анізотропних тріщинуватих середовищ, якими є скельні масиви.

Однак існує ряд міркувань, які обмежують використання цих методів: по-перше, аналіз напружено-деформованого стану вимагає обширної інформації про деформованості та міцності скельних блоків і розділяють їх тріщин у складному напруженому стані, що враховує нелінійність характеристик деформованості, дилатансію і самоупрочнение тріщин при виникненні зрушень.

Прогноз стійкості скельних укосів.

По-друге, при виявленні процесу формування поверхні зсуву в скельному масиві велике, а іноді й вирішальне значення мають не тільки величини природних початкових напружень у масиві, але і історія їх формування; по-третє, обмеженість можливостей сучасної обчислювальної техніки.

Крім того, практика показує, що часто можна намітити потенційну поверхню зміщення безпосередньо зі структурної моделі масиву, не вдаючись до аналізу його напружено-деформованого стану.

Розрахунок стійкості скельних масивів при наміченої потенційної поверхні зсуву здійснюється з допомогою методів теорії граничної рівноваги з урахуванням наведених нижче положень. Смещающиеся скельні масиви не є абсолютно твердими тілами, а складаються з скельних блоків або відсіків, взаємодіючих у процесі зсуву. Досягнення граничного рівноваги на якій-небудь частині потенційної поверхні зсуву ще не означає порушення стійкості масиву, яка залежить від взаємодії нестійких блоків з розташованими нижче стійкими частинами масиву. Розрахунок стійкості, скельних укосів полягає у визначенні дефіциту стійкості як окремих відсіків, так і всього скельного укосу в цілому. Діаграма міцності на зсув по скельній тріщини або ослабленій зоні являє собою криволінійну залежність, яка для спрощення математичних розрахунків апроксимується на вибраному інтервалі нормальних напружень лінійної (кулонівському) залежністю. Міцність скельних масивів на відрив по тріщинах передбачається, як правило, дорівнює нулю. Розрахунок абсолютного критерію стійкості практично неможливий, оскільки природа завжди складніше і різноманітніше тих неминуче спрощених схем, які можуть бути розглянуті в аналітичних розрахунках. Лише імовірнісний метод розрахунку стійкості дозволяє оцінити надійність одержуваного рішення з урахуванням рівня достовірності вводиться в розрахунок вихідної інформації.

Величина запасу стійкості.

Критерії стійкості. Для оцінки допустимого рівня навантажень або міцності найбільше поширення в інженерній практиці отримав коефіцієнт запасу.

Однак використання цього параметра в механіці скельних порід не завжди зручно і коректно. Говорити про запас міцності або стійкості можна лише стосовно певної розрахункової схемою і конкретного впливу, який може вивести масив з рівноваги. У відриві від цього поняття запасу позбавлене сенсу. Коефіцієнт запасу можна використовувати тільки для зіставлення різних рішень, одержуваних для одного і того ж скельного масиву.

Більш зручним критерієм є безпосередньо сама величина запасу стійкості (або міцності) або обернена їй за знаком величина дефіциту стійкості (або міцності).

Імовірнісний характер міцнісних і деформаційних властивостей скельних масивів, їх геометричних параметрів, а також діючих навантажень обумовлює доцільність застосування імовірнісного критерію безпеки.

Моделі. Основою для побудови будь-яких розрахункових схем є геологічна модель масиву, що відображає його будова і склад і дозволяє прогнозувати виникнення обвалів, зсувів, процесів розвантаження, вивітрювання та інші природні явища. Комплекс спеціалізованих моделей - міцнісних, деформаційних, структурних, фільтраційних - зазвичай називається інженерно-геологічної моделлю масиву.

Відмінність розрахункової моделі від геологічної полягає в тому, що, крім геологічних факторів, вона повинна враховувати механізм того процесу, для вивчення якого призначена, а також використовувані при цьому методи аналізу. Розрахункова схема повинна містити структурну модель масиву, гіпотезу про можливий характер зміщення або деформації і необхідні міцнісні і деформаційні параметри скельного масиву.

Комісія по стійкості і зміцненню скельних масивів.

Найбільш поширені форми обвалень, методи розрахунку стійкості і способи зміцнення скельних укосів. Комісія по стійкості і зміцненню скельних масивів Радянського комітету Міжнародного товариства з механіки скельних порід (МОМСП) провела опитування великої кількості виробничих, проектних та наукових організацій Радянського Союзу, пов'язаних з будівництвом відкритих кар'єрів і котлованів, а також виконують розрахунки стійкості скельних укосів.

Найбільше поширення в інженерній практиці в СРСР мали обвалення, тобто ковзання по одній тріщині (Д) або системою тріщин (А) і за двома системами тріщин, як поперек ребра перетину (М), так і вздовж нього (3). Зустрічаються також великі скельні зсуви типу Е.

Фахівці всіх опитаних організацій вважають, що структура масиву - визначальний чинник для розрахунків його стійкості, а до числа найбільш важливих параметрів вони відносять орієнтацію тріщин та міцність на зсув за ним. Переважна більшість вважає необхідним проведення імовірнісних розрахунків стійкості скельних масивів для оцінки їх надійності.

Розрахунок стійкості скельних укосів з пологопадающими в бік схилу тріщинами або шаруватість. Зміщення укосів розглянутого будови відбувається зазвичай за пологопадающей тріщині (або напластованию) з відривом масиву за поєднаної системі тріщин.

Розрахунок стійкості скельних укосів при полігональної поверхні зсуву (метод дефіциту сил стійкості). Наявність полігональної поверхні зсуву - один з найбільш поширених випадків в інженерній практиці для великих зсувів і обвалень, що об'єднує типи Р і Є.

Для розрахунку стійкості таких масивів вони умовно розбиваються вертикальними площинами на відсіки, що стоять на відповідних ділянках полігональної поверхні зсуву.

Розрахунок стійкості скельних укосів.

Для кожного з відсіків (починаючи з верхнього) обчислюються дефіцити стійкості, які являють собою внутрішні сили взаємодії між відсіками (на площинах розділу зовсім не обов'язково має бути гранична рівновага).

Розрахунок стійкості скельних укосів при полігональної поверхні зсуву і наявності кососекущих тріщин. Використовується традиційний метод багатокутника сил, передбачає настання граничного рівноваги по всіх розділовим площин тріщин.

Розрахунок стійкості скельних укосів при відсутності чітко виражених систем тріщин. У ВНІМІ розроблено комплекс методів для розрахунку стійкості укосів уступів і відвалів вугільних і гірничорудних кар'єрів.

Вихідні положення, на яких базуються методи розрахунку, наступні: при відсутності в укосі несприятливо розташованих поверхонь ослаблення масиву поверхню зміщення є монотонною, близької по формі до круглоцилиндрической. При наявності в укосі несприятливо орієнтованих площин ослаблення поверхню зміщення повністю або частково збігається з ними.

Форма і розташування поверхні зсуву в неослабленном масиві, прилеглому до укосу, визначаються основними положеннями теорії граничної рівноваги сипучого середовища:

Розрахунок стійкості об'ємних блоків. Найбільш поширеним випадком обвалення об'ємних скельних блоків є зсув по двугранному куті, утвореному двома пересічними тріщинами. В цьому випадку розрахунок проводиться за допомогою аналітичних графічних методів. При великому числі отчленяющих блок площин і при наявності послідовності взаємодіючих об'ємних блоків аналіз зручно виконувати графічним методом, що дозволяє враховувати як сили зчеплення по площинах зсуву, так і взаємодія послідовно розташованих блоків.

Визначення форми поверхні зсуву.

Розрахунок стійкості великих зсувів. У гірських районах часто зустрічаються великі зсувні тіла, які можуть прийти в рух при їх обрізання, обводнении або будь-якому іншому інженерному впливі. Такі зсувні тіла зазвичай мають пірамідальну форму, та розрахунок їх стійкості в умовах плоскої задачі може привести до істотних погрішностей. Аналіз стійкості такого зсувного тіла виконується в наступному порядку: на топографічному плані оконтуривается тіло зсуву (за наявними геологічними даними, змін рельєфу, тріщин, виходів на поверхню слабких зон). Визначається форма поверхні зсуву у вигляді горизонталей, які наносяться на топографічну карту; викреслюється характерний профіль поверхні зсуву в напрямку найбільш ймовірного руху зсуву, криволінійні ділянки замінюються прямолінійними і поверхня зміщення розбивається на ряд ділянок з різними кутами падіння. Обчислюються обсяги скельного масиву, що розташовані на відповідних ділянках поверхні зсуву, для чого використовується топографічний план з горизонталями денної поверхні та поверхні зсуву. Виконується розрахунок стійкості зсувного тіла методом дефіциту сил стійкості.

Розрахунок скельних обвалень-обвалів. Відомий ряд великомасштабних обвалень гірничих порід, для яких характерні аномально великі швидкості зсуву і дальність виносу обрушилися мас. Для пояснення механізму розвитку цих зсувів був запропонований закон сухого тертя, полягає в тому, що величина дотичних напружень т, діючих на контакті потоку дробленої гірської породи з підставою, обмежена міцність на зсув слабшого з тертьових матеріалів. Для кількісного опису таких обвалень запропонована відповідна математична розрахункова модель. Згідно цієї моделі, рух скельного потоку в найпростішому, одновимірному «гідравлічному» наближення при відповідних початкових та граничних умовах може бути описано диференціальними рівняннями:

Прогноз можливих стихійних обвалів у потенційно небезпечних районах.

Незважаючи на схематичність розрахункової моделі, неточність вихідних даних і значний діапазон зміни масштабів явища, значення досить стабільні, що підтверджує застосовність закону для кількісного опису великомасштабних обвальних явищ. Виняток становлять значення 2 для обвалів і поблизу кратера Ціолковський на Місяці, що пов'язано з істотним відзнакою матеріалу підстилаючої поверхні - в першому випадку це був лід (обвалилася порода рухалася по поверхні льодовика), у другому - малопрочный місячний реголіт.

Використання запропонованого закону тертя і математичної моделі може виявитися корисним для прогнозу можливих стихійних обвалів у потенційно небезпечних районах, а також для оцінки ступеня рухливості потоку гірничої маси скидається вибухами при будівництві гребель в гірських ущелинах.

Цей закон застосовується і у випадках, коли потік складається з інших матеріалів (потік уламків льоду, снігова лавина, пепловая лавина на вулканах тощо). Пропонований метод розрахунку можна використовувати для кількісного опису обвальних процесів на планетах земної групи і на Місяці, що дозволяє по-новому трактувати природу ряду морфологічних особливостей поверхні цих небесних тіл (каньйони і потоки «лави» на Марсі, зсуви і обвали тощо). В якості прикладу такого застосування в табл. 10 наведено результати розрахунку для грандіозного обвалу біля кратера Ціолковського на зворотному боці Місяця.

На основі запропонованого закону тертя розроблені також методи фізичного моделювання великомасштабних обвальних процесів.

Інші методи. Крім розглянутих методів, в СРСР іноді використовується ряд інших методів і способів розрахунку і найчастіше - розрахунок стійкості по одній площині зсуву. Всі вони відрізняються прийняттям різних гіпотез про взаємодію між окремими відсіками масиву. Крім цього, існують методи, що враховують більш складні механізми порушення стійкості скельного схилу.

Імовірнісний аналіз.

Імовірнісна оцінка стійкості скельних масивів. В інженерній практиці ми маємо справу з системами, про яких завжди чогось не знаємо. Особливо очевидним це стає при проектуванні і будівництві споруд на природних підставах, де основними невизначеними параметрами є азимути і кути падіння тріщин, характеристики міцності на зсув по тріщинах, а також силові впливи, викликані землетрусами та паводками. У цих умовах природно застосування імовірнісних методів оцінок і розрахунків.

Імовірнісний аналіз передбачає облік не тільки середніх значень параметрів, але і їх дисперсій, що дозволяє отримати остаточний результат розрахунку (наприклад, дефіцит стійкості) у вигляді випадкової величини, що має певну дисперсію, тобто встановити ймовірність, з якою задовольняється вибране критеріальне умова, і оцінити надійність отриманого рішення.

Істотним для спрощення імовірнісного аналізу обставиною є те, що закон розподілу кутів падіння тріщин і параметрів міцності на зсув але ним може бути прийнятий нормальним, причому всі ці параметри, за винятком опору зрушенню по одній і тій же поверхні зсуву, можуть вважатися незалежними.

Метод статистичного аналізу даних за параметрами орієнтування тріщин. Для оцінки достовірності вихідної інформації про тріщинуватості скельного масиву був розроблений імовірнісний метод визначення параметрів систем тріщин, що дозволяє виявляти системи тріщин і визначати середні значення і дисперсії їх азимутів і кутів падіння, що необхідно для ймовірнісної оцінки надійності.

Спочатку, аналізуючи за допомогою критерію -/-квадрат щільність розподілу тріщин на полярній равноплощадной діаграми тріщинуватості, встановлюють наявність систем тріщин, а потім, припускаючи нормальний закон розподілу азимутів і кутів падіння для кожної з виділених систем, що визначають місце розташування систем тріщин і їх параметри.

Застосування методу лінеаризації.

Весь розрахунок виконується автоматично на ЕОМ за розробленою в інституті Гідропроект програмі.

Беручи за критерій стійкості умова, можна зазначити, що величини А Я в загальному випадку можуть бути функціями всіх випадкових аргументів, якими є кути падіння площин обвалення і параметри міцності на зсув за ним. Числові характеристики А і В можна визначити за будь-якого існуючого методу розрахунку стійкості з використанням методу лінеаризації, який, як показують розрахунки, вносить похибки не перевищують кількох відсотків.

Застосувавши метод лінеаризації функцій А і В, ми отримаємо функцію S також лінійною. Враховуючи, що закон розподілу лінійної функції випадкових аргументів, кожен з яких розподілено по нормальному закону, також є нормальним, умова при обраної величиною надійності можна записати у вигляді.

Імовірнісний аналіз дає можливість знайти слабкі місця проекту, виявити найбільш сильні фактори, що визначають надійність, що, в свою чергу, дозволяє визначити оптимальний склад і обсяг вишукувальних робіт.

Оцінка стійкості та допустимих параметрів укосів за спостережуваними деформацій в період будівництва та експлуатації. Іноді при проведенні гірничих або будівельних робіт, пов'язаних із створенням кар'єрів або водосховищ в гірських районах, підрізуванням схилів виникають зрушення скельних масивів, зумовлені зміною напружено-деформованого стану, розвантаженням масиву або порушенням його стійкості. Характер зміщень і деформацій може бути різним в залежності від їх природи, будови масиву і зовнішнього впливу.

Розкриття тріщин і зрушень по їх поверхнях.

Наприклад, при деформаціях укосів типу В висотою понад 100 і величини зміщень на гребені можуть досягати декількох метрів, в той час як при типах укосів А, Г і Д зміщення до обвалення можуть становити лише кілька міліметрів. Як показує досвід, в укосах типу Р можуть відбуватися значні зрушення з крутопадаючих тріщині в той час як за пологопадающей тріщині практично ніяких зрушень не спостерігається, і укіс знаходиться в стійкому стані. Крім того, необхідно мати на увазі, що часто зсуву, що передують утворенню обвалень, порівнянні з деформаціями розвантаження.

Зміщення в скельних масивах є результатом розкриття тріщин і зрушень по їх поверхнях, в результаті чого орієнтування повного вектора зміщення зазвичай дає досить чітке уявлення про системи тріщин, що визначають стійкість аналізованого масиву. За графіками замеренных зміщень обчислюються швидкості і прискорення в різних точках масиву.

При розвитку деформацій зсуву характерні прискорений ріст величин зміщень реперів по мірі поглиблення кар'єра або котловану і відносно слабке затухання зрушення (або навіть його прискорення) при консервації борту, а також циклічний зростання швидкостей зміщень у періоди інтенсивних дощів та сніготанення.

Після виявлення механізму обвалення виконуються зворотні розрахунки стійкості (виходячи з граничного стану масиву в момент зсуву), на основі яких визначаються можливі значення параметрів міцності на зсув по поверхні зсуву. Аналіз діаграм зсуву спільно з розрахунками стійкості дозволяє визначити найбільш ефективні заходи щодо стабілізації масиву.

Основні способи розрахунку стійкості піщано-глинистих укосів.

Серед численних методів, що застосовуються для оцінки стійкості укосів, можна виділити три групи.

Прогноз стійкості укосів у дисперсних ґрунтах.

Методи, засновані на припущенні про те, що оцінюваний укіс перебуває у граничному напруженому стані; розрахунки стійкості укосів, коли за геологічними даними може бути встановлена поверхню зсуву; розрахунки стійкості укосів з передбачуваним поверхонь зсуву, які, як правило, приймаються круглоцилиндрическими.

При використанні методів першої групи передбачається, що у всіх точках укосу досягається граничний напружений стан. В цьому випадку математична модель об'єднує рівняння рівноваги з умовою граничного напруженого стану стосовно до деформацій зсуву.

Рішення цієї математичної моделі шляхом чисельного або графічного інтегрування системи рівнянь є досить складним у математичному та технічному відношеннях. З допомогою моделі граничного напруженого стану можна визначити, якою повинна бути при заданому навантаженні форма укосу, що перебуває у граничному напруженому стані.

Розрахунки другої групи застосовуються, коли за даними геологічної розвідки вдається встановити найбільш ймовірну поверхню зміщення, обумовлену наявністю в укосі нашарування порід, кордон розділу між литологически різними комплексами глинистих відкладень чи інших ослаблених прошарків і т. д.

Зазвичай така поверхня зміщення може бути апроксимована однією плоскою поверхнею або системою таких поверхонь, що мають різний нахил. Розрахунок стійкості укосу в цьому випадку проводиться точно так само, як для скельних укосів з похило падаючої в бік схилу шаруватість або полігональної поверхні зсуву.

Розрахунок стійкості укосів при круглоцилиндрической поверхні зсуву. Розрахунок стійкості укосів за цим методом зводиться до відшукання шляхом підбору найбільш небезпечної поверхні зсуву. Для розрахунку в розглянутому укосі проводиться потенційна поверхня зсуву, близька за формою до круглоцилиндрической, яка виділяє в укосі тіло можливого зсуву.

Загальне співвідношення сдвигающих і утримуючих сил.

Останній розбивається, як правило, вертикальними площинами на кілька розрахункових відсіків, уздовж бічних граней яких повинні виникати додаткові сили, які враховують різними способами розрахунку стійкості або взаємодією відсіків нехтують. У межах кожного відсіку наближено визначаються нормальні і дотичні напруження вздовж потенційної поверхні ковзання, обумовлені вагою порід (з урахуванням або без урахування силової взаємодії між відсіками в залежності від способу розрахунку). Нарешті, складається загальне співвідношення сдвигающих і утримуючих сил шляхом їх алгебраїчного (або, рідше, геометричного) підсумовування по всіх відсіках та визначається ступінь стійкості укосу за формулою, що випливає з рівності нулю суми моментів всіх сил, діючих на оползающий блок:

Коефіцієнти стійкості визначають для серії можливих поверхонь зсуву, з яких поверхня з найменшим коефіцієнтом стійкості вважається найбільш небезпечною, а відповідний їй мінімальний коефіцієнт приймається за коефіцієнт запасу всього оцінюваного укосу.

Облік гідростатичних і гідродинамічних сил і сейсмічного впливу при розрахунку стійкості укосів. При розрахунках стійкості, заснованих на припущенні про граничний напруженому стані укосу, гідростатичні, гідродинамічні та сейсмічні сили враховуються у вихідних диференціальних рівняннях. При розрахунках за системою плоских поверхонь або круглоцилиндрической поверхні зсуву фільтраційні сили розраховуються інтегруванням по величині й напрямку в межах виділеного об'єму, виходячи з їх питомої інтенсивності, або замінюються еквівалентними контурними силами, прикладеними уздовж кордонів виділеного об'єму.

У першому випадку гідростатичне зважування може бути виражене в питомій вазі порід, а інтенсивність і напрямок гідродинамічних сил визначаються па основі попередньо побудованої аналітично або на моделі сітки фільтрації.

Розрахунок коефіцієнта стійкості укосу.

Цей спосіб обліку фільтраційних сил є найбільш загальним і при побудованої сітки руху дозволяє детально врахувати силовий вплив води на напружено-деформований стан гірських порід, але досить трудомістким і тому рідко застосовуються на практиці.

При практичних оцінках більш зручний другий спосіб. Діючі на кожен відсік об'ємні гідростатичні і гідродинамічні сили на основі відомої теореми Гауса-Остроградського, можуть бути зведені до деякої контурної силі, яка виходить шляхом геометричного підсумовування сил нейтрального тиску вздовж поверхні зсуву, перпендикулярно до якої вони орієнтовані, в межах розглянутого відсіку. При цьому в розрахунок вводиться вага порід разом з укладеної в них водою. Тоді формула розрахунку коефіцієнта стійкості укосу з урахуванням гідростатичних і гідродинамічних сил прийме вигляд

При обліку сейсмічної сили, яка є об'ємною, передбачається, що вона горизонтальна і має найбільш несприятливий напрям - під зовнішню по відношенню до укосу бік

Для оцінки стійкості укосу, до якого прикладена горизонтальна сейсмічна сила, проводиться розрахунок стійкості фіктивного укосу, крутизна якого збільшена на деякий кут так, щоб рівнодіюча сейсмічної сили та сили тяжіння стала вертикальної. Фіктивний укіс володіє тією ж ступенем стійкості, що й дійсний.

Просторово-часова мінливість є загальним фундаментальним властивістю матерії, наслідком її руху, в тому числі, якщо мати на увазі геологічні об'єкти, наслідком геологічної форми руху - геологічних процесів.

Математичні методи в регіональної інженерної геології.

Основний закон інженерної геології можна сформулювати наступним чином: сучасний стан літосфери та її рух у фізичному часі зумовлені давніми і сучасними ендогенними і екзогенними геологічними і фізико-географічними процесами і сучасними процесами штучного походження. Перелічені процеси мають різні режими у часі, володіють різною просторовою структурою. Внаслідок цього їх продукти - склад, структура, стан і властивості літосфери -виявляють відмінності в різних точках геологічного простору та змінюються в часі. Просторово-часова мінливість складу, структури, стану та властивості літосфери успадковує риси просторової структури та тимчасового режиму комплексу ендогенних і екзогенних процесів. Таким чином, не тільки речовина, організоване на мінеральному, породному і формационном рівнях, його склад, структура і властивості є результат дії регіональних, зональних і господарських процесів, але і його просторово-часова мінливість - функція цих процесів. Який процес геологічного розвитку (включаючи процеси литогенеза), і такі риси просторово-часової мінливості літосфери та її приповерхневої частини, взаємодіючої з знаряддями і продуктами праці - геологічного середовища.

Просторово-часова мінливість проявляється на різних рівнях організації геологічного середовища. На мінеральному рівні в межах монопородного геологічного тіла вона фіксується у відмінності структури і текстури гірських порід, у складі та змісті зерен акцесорних мінералів, особливості їх морфометрії та просторового розподілу. При цьому зберігається парагенез породоутворюючих мінералів і характер структурних зв'язків мінерального рівня, є ознаками породи. На рівні гірських порід ця мінливість виявляється у зміні складу та змісту головних породоутворюючих мінералів, характеру структурних зв'язків мінерального рівня і ефективних структурних зв'язків, геологічної будови, форми і відносин монопородных геологічних тел.

Просторово-часова мінливість літосфери і методи її опису.

Просторово-часова мінливість інформаційного рівня проявляється у зміні парагенетичних асоціацій гірських порід. Просторово-часову мінливість речовини літосфери формують парагенезы геологічних процесів різних рівнів. Нижче наведені основні процеси і зумовлена ними мінливість літосфери.

Процес зумовлює не тільки просторові відносини досліджуваних властивостей літосфери, але і основні характеристики мінливості. Наприклад, зміна гранулометричного складу алювіальних відкладів вздовж по долині річки, від її витоків до гирла, має в цілому (на рівні регіонально коррелированной складової) експоненціальний характер. Це зумовлено залежністю живої сили потоку, його транспортує здатності від ухилу русла річки. В ході еолового процесу формуються опади, функція гранулометричного складу яких вздовж напрямку пануючих повітряних потоків близька до лінійної. Просторова структура основного породообразующего процесу зумовлює величину розкиду показників складу і властивостей порід. Чим більш однорідний процес по структурі, тим менше заходи розсіювання досліджуваного показника.

Речовина літосфери, організоване на мінеральному, породному і формационном рівнях, просторово-часова мінливість його складу, структур та властивостей є продукт функціонування природної динамічної системи, компонентами якої є літосфера та інші оболонки Землі: атмосфера, гідросфера, біосфера і їх фізичні поля. Функціонування системи в частині, що відноситься до літосфері, являє собою процес геологічного розвитку, руху.

Взагалі кажучи, мінливість властивостей літосфери має суттєво просторово-часовий характер (відображення двох форм існування матерії). У регіональній геології та регіональної інженерної геології виявлення структур (геологічної, тектонічної, геоморфологічною та ін) і властивостей літосфери передбачає їх вивчення та порівняльну оцінку різних точок геологічного простору.

Структура літосфери та її формування. Поле геологічного параметра.

При цьому приймають припущення про їх незмінності у фізичному часі, тобто досліджують тільки просторову мінливість. Це допущення дозволяє проводити регіональні геологічні дослідження, геологічну (інженерно-геологічну) зйомку і спеціалізоване опис структур і властивостей літосфери в статиці. Термін «неоднорідність», іноді використовується у літературі стосовно до показників властивостей гірських порід, не є синонімом просторово-часової мінливості. За своїм обсягом поняття, що позначається терміном «просторово-часова мінливість», ширше поняття неоднорідності. Неоднорідність являє собою прояв мінливості, її наслідок. Неоднорідність відноситься до мінливості так само, як вияв процесу (розрізаний на певний момент часу) до самого процесу. Вона умовно нерухома відносно як самих властивостей і структури геологічного об'єкта, так і кордонів однорідних за деякими ознаками обсягів літосфери. Неоднорідність виявляють шляхом зіставлення елементів множини в відносно деякої властивості, встановлення заходів подібності і зв'язки між елементами. Якщо елементи невиразні по досліджуваного властивості (заходи подібності високі), то об'єкт вважають однорідним. Якщо заходи подібності низькі, а характер заходів зв'язків елементів різний, то об'єкт, що вивчається властивості неоднорідний. Дослідження неоднорідності деякого об'єкта передбачає виконання наступних операцій: поділ об'єкта на порівнювані частини (елементи множини); вимірювання значень деякого показника властивостей на кожному елементі безлічі або виявлення ознаки, за яким оцінюють неоднорідність; знаходження мір подібності і зв'язків між елементами. При оцінці неоднорідності досліджуваний об'єм літосфери вважають однорідним відносно будь-якого геологічного параметра, якщо його функція, задана на множині, або функція міри зв'язку не змінюється при деякої групи перетворень (наприклад, при перетвореннях зміщення, при відображенні в самій собі).

Неоднорідність літосфери проявляється на різних рівнях її організації, причому кожному з них відповідає свій рівень неоднорідності. Наприклад, можна розглядати неоднорідність літосфери, обумовлену приналежністю її різних частин до різних формацій, формаційну, генетичну, мінерального і гранулометричного складу порід, хімічного складу підземних вод, властивостей ґрунтів.

Виявлення неоднорідності завжди супроводжує процедуру класифікації геологічних об'єктів. Класифікація зазвичай являє собою ієрархічну систему ознак-підстав, в якій таксономічні одиниці відповідають класам геологічних об'єктів, однорідних в деяких відношенні. Класифікація об'єктів в кінцевому підсумку зводиться до перевірки їх однорідності за властивостями-підстав класифікації.

Просторово-часова мінливість літосфери та її приповерхневої частини, взаємодіючої з знаряддями і продуктами людської праці - геологічного середовища, завжди відзначається по зміні деяких ознак або властивостей, що характеризують її речовина або структуру (просторові відношення компонентів). Ці ознаки і їх зміна в просторі або в різні моменти часу можна описати на словах (змістовно, якісно), представити у графічній формі (карти, розрізи, колонки, схеми взаємин), виразити аналітично у формі рівнянь. В останньому випадку опис просторово-часової мінливості передбачає операції з геологічними параметрами, у вигляді яких можна представити будь-ознака літосфери. Геологічний параметр - кількісна міра будь-якої якості (набору якостей) якого-небудь компонента літосфери або його ймовірності, або відносин якостей, що характеризують структуру літосфери. Кожній точці простору всередині деякого обсягу літосфери відповідають різноманітні її властивості і, отже, будь-якій точці геологічного простору можна поставити у відповідність певний геологічний параметр (набір параметрів).

В результаті отримаємо геометричне місце точок, кожна з яких відповідає який-небудь, але скрізь один і той же, геологічний параметр або певний набір геологічних параметрів (вектор). Всі значення геологічних параметрів строго фіксовані по координатах простору-часу, і їх не можна міняти місцями. У межах досліджуваного об'єму геологічного простору вони, отже, являють собою просторово-тимчасові композиції геологічних параметрів (наборів геологічних параметрів).

Під композицією слід розуміти упорядковану в просторово-часовому або в просторовому, або тільки у тимчасове відносинах сукупність нескінченного або кінцевого числа об'єктів будь-якої довільної, але однієї і тієї ж фіксованої природи. Композицію називають неоднорідною, якщо її елементи є функції аргументів простору-часу.

Композицію слід вважати однорідною в просторі або однорідною (статичної) у часі, якщо ознаки, що характеризують її елементи, не залежать від координат простору або від часу. Однорідна в просторово-часовому відношенні композиція є множиною. Розрізняють одномірні (тільки просторові або тільки тимчасові), двох-, трьох - і чотиривимірні композиції. Число ознак, поставлених у відповідність елементу композиції, дозволяє виділити одне-, двох-, багатокомпонентні композиції.

Композиції, елементи яких представлені геологічними параметрами, називаються геологічними. В результаті оцінки (вимірювання) геологічного параметра р межах певного геологічного тіла отримують кінцеву просторову (або просторово-часову) геологічну композицію. Її називають реалізацією поля геологічного параметра. Реальні геологічні композиції - просторово-тимчасові, нескінченні, багатокомпонентні.

Характер зміни елементів геологічної композиції.

Нескінченна просторово-тимчасова композиція векторів, кожен з яких являє собою набір геологічних параметрів компонентів інженерно-геологічних умов, повністю описує простір - час будь-якого геологічного об'єкта, що вивчається в інженерно-геологічних цілях. Характер зміни елементів геологічної композиції в просторі і в часі відображає походження та історію розвитку геологічного тіла. В цілому у просторі - часі геологічного тіла структура композиції не випадкова - вона має геологічну природу та відображає процеси литогенеза та інші геологічні процеси Закономірності просторово-часової мінливості геологічного параметра можна описати за допомогою функції параметра по координатах простору і часу. Таким чином, у визначенні поля геологічного параметра повинні знайти відображення два істотних моменти: поле геологічного параметра відповідає фіксованого галузі геологічного простору; в межах цієї області властивості літосфери підкоряються деяким просторово-часовими закономірностями, відображає процес геологічного розвитку. З урахуванням переліченого можна дати наступне визначення: полем геологічного параметра називається область геологічного простору, для якого існує функція геологічного параметра. У цьому випадку поле геологічного параметра буде представлено функцією ймовірності якості у всьому просторі геологічного тіла.

Теорія просторово-часової мінливості геологічних параметрів, яка є аксіоматичною, спирається на наступні аксіоми.

Літосфера, її речовина, структура і властивості являють собою продукт функціонування природної динамічної системи, виявляється у взаємодії її компонентів, обумовленому їх фізичними полями.

Статті pp-budpostach.com.ua Все про лазні

Статті по пїноблоку,пінобетону,пінобетонним блокам

Статті pp-budpostach.com.ua Статті по бетону

Статті Все про парканах

Статті pp-budpostach.com.ua Все про дахах ( види, матеріал, як краще вибрати)

Статті Все про Фундаменті

Статті по газобетону ( газоблокам ), газобетонних блоків, блоків газосиликатнных

Новини, статті, чутки, факти, різне і по чу-чуть

Статті по цеглині ( рядовому, особового,облицювальної,клинкерному, шамотною, силікатній,)