195

Расчет устойчивости естественных откосов

Курсовая

География, геология и геодезия

Метод круглоцилиндрической поверхности скольжения. Метод горизонтальных сил и расчет устойчивости склона. Определённые возможности появления и степени распространения активных (движущихся) оползней при инженерно–геологических условиях и действующих нагрузках.

Русский

2012-11-14

187 KB

273 чел.

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет архитектуры и градостроительства

Кафедра градостроительства

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по теме:

«Расчет устойчивости естественных откосов»

Студент V курса, гр.714, М.С.1/05                                              В.А.Пономарева

Руководитель,                                                                                 С.С. Казнов

доцент

г Н.Новгород – 2012г

Содержание

Введение

1 Метод круглоцилиндрической поверхности скольжения

1.1 Расчёт устойчивости склона

2 Метод горизонтальных сил

2.1 Расчёт устойчивости склона

2.1.1 Графический метод

2.1.2 Аналитический метод

3.Сравнение и анализ расчетных методов. Выводы.

Список используемых источников


Введение

Курсовая работа посвящена оценки устойчивости склонов. Под оценкой устойчивости склонов понимают определённые возможности появления и степени распространения активных (движущихся) оползней при инженерно – геологических условиях и действующих нагрузках, наблюдающихся на местности при выполнении изысканий на оползневых склонах.

Различают локальные и региональные методы и прогнозы устойчивости склона. Локальные методы являются основными при составлении инженерно – геологического обоснования застройки и других видов хозяйственного освоения склоновых территорий. Региональные методы предназначены для выявления и прогноза распространённости оползней для значительных по площади зон.

Оползневые склоны подразделяются на:

  1.  Устойчивые – на которых формирование оползней завершилось давно и при сохранении наблюдающийся ныне природной обстановке опасность развития оползневых подвижек отсутствует.
  2.  Условно устойчивые – формирование которых закончилось недавно и запас устойчивости ещё очень невелик.
  3.  Неустойчивые – формирование которых продолжается и сопровождается развитием оползней.

Основным количественным показателем, используемом при локальной оценки и прогнозировании склонов является коэффициент устойчивости – отношение сумм удерживающих и сдвигающих сил, действующих по поверхности предполагаемого смещения. В расчётах мы будем считать склон устойчивым при k>1,25.

В своей работе я рассчитывала склон двумя способами:

1 способ – Метод круглоцилиндрической поверхности скольжения;

2 способ – Метод горизонтальных сил.


1 Метод круглоцилиндрической поверхности скольжения

Этот метод получил широкое мировое признание благодаря своей простоте и практическим результатам. Сущность этого метода, который в краткой форме можно было бы назвать «методом моментов», заключается в следующем.

Предполагается, что обрушение откоса может произойти лишь в результате вращения оползающего массива вокруг центра О. Таким образом, поверхность скольжения будет представлена дугой некоторого круга с радиусом R, очерченного из центра О. Оползающий массив рассматривается при этом как некоторый твёрдый блок, всеми своими точками участвующий в одном общем движении.

Оползающий массив находится под воздействием двух моментов: момента МВР, вращающего массив, и момента МУД, удерживающего массив. Коэффициент устойчивости откоса kзап будет определяться величиной соотношения этих моментов, то есть:

kзап = МУД/ МВР

(1)

1.1 Расчёт устойчивости склона

Исходные данные:

Н = 38м, В = 40м, h1= 8м, h2= 20м

Таблица 1

Исходные данные

с, m2

, град

, т/м2

а

2,4

21

1,90

б

6,0

17

1,94

в

7,0

21

1,92

Рис.1 – Исходные данные

Все построения приведены в приложении 1.

Последовательность выполнения:

1) Вычерчиваем поверхность склона

2) Задаёмся кривой поверхности скольжения. Для этого из некоторого центра О проводим дугу R=56,5 м. Для данного склона с заложением 1:1 и углом откоса 450 α=28°, β=37°.

3) Делим кривую скольжения на 10 равных частей. У концов отрезков, начиная от нижней бровки склона последовательно ставим цифры от 0-10. Из точек 1-9 поднимаем перпендикуляры на профиль склона.

4) Обозначаем точки пересечения перпендикуляров с поверхностью склона последовательно 1’- 9’.

5) Из точек 1’- 9’ опускаем перпендикуляры на радиусы О1 – О9. Отрезки соответственно подписываем Q1Q9.

6) Полученные отрезки Q измеряем и откладываем вверх от кривой скольжения. Полученные точки соединяем красной линией, начиная из точки 0. Таким образом мы получили эпюру сдвигающих сил.

7) Отрезки, лежащие на радиусах О1 – О9 называются N и являются проекцией удерживающих сил. На этом же чертеже откладываем от кривой скольжения вертикально вверх величины N.

8) Соединяем все проекции удерживающих сил N синей линией.

9) Находим площади F1, F2, F3

F1 - площадь между эпюрой N и кривой скольжения, F1=1764, 70(м2)

F2 - площадь между эпюрой Q и кривой скольжения, F2=776, 06(м2)

F3=0

10) Находим сумму удерживающих сил N:

N=F1·γср

(2)

γср - удельный средний вес грунта 3 - х слоёв;

N=1764,70·1,94=3423,5(т/м);

11) Находим сумму сил Q:

Q=F2·γср

(3)

Q=776,06·1,94=1505,5(т/м);

12) Находим величину коэффициента запаса устойчивости:

n= (∑N·tgφср+∑С·τ) / ∑ Q;

(4)

С - удельное сцепление грунта каждого слоя;

τ - длина дуги

tgφср - тангенс от средней величины (tg((25+22+24)/3)=tg24),  tgφср=0,445

∑С·τ= С1·τ1+ С2·τ2+ С3·τ3;

(5)

С1·τ1=7,0·9,64=67,48(т/м);

С2·τ2=6,0·25,07=150,42(т/м);

С3·τ3=11,0·68=748(т/м);

∑С·τ=965,9(т/м);

n=(3423,5·0,445+965,9)/ 1505,5=1,65

Полученные сведения сводим в таблицу 2.

Таблица 2

Результаты расчета

F1, м2

F2, м2

F3, м2

ср, т/м2

tgφср

N, т/м

Q, т/м

№  слоя

τ, м

С·τ, т/м

n

1764,70

776, 06

0

1,94

0,445

3423,5

1505,5

1

9,64

67,48

1,65

2

25,07

150,42

3

68

748,0

Вывод: n=1,65>1,25 склон  устойчив.


2 Метод горизонтальных сил

Сущность метода горизонтальных сил Маслова - Берера заключается в том, что поверхность скольжения в данных условиях определяется не столько напряжённым состоянием толщи, сколько природными условиями и строением толщи, и носит «фиксированный» природой характер. Здесь очень часто оказываются решающими условия залегания в толще откоса или склона слабых прослоев с пониженной сопротивляемостью сдвигу или форма поверхности, подстилающей толщи, на которой происходит смещение оползневых масс.

2.1 Расчёт устойчивости склона

Исходные данные приведены в главе 1 настоящей работы

Схема построения приведена в приложении 1.

2.1.1 Графический метод

Последовательность выполнения:

1) Вычерчиваем поверхность склона

2) Задаёмся кривой поверхности скольжения. Для этого из некоторого центра О проводим дугу R=56,5 м. Для данного склона с заложением 1:1 и углом откоса 450 α=28°, β=37°.

3) Выделяем на поверхности оползания шесть блоков (элементы смещающийся массы грунта с весом Pi). Запишем характеристики грунта для каждого блока в таблицу 3:

Таблица 3

Характеристики грунта для каждого блока

         Обоз. блока

Хар-ки

1

2

3,4,5

6

с, m2

11

8,5

8

6,5

, град

24

23

24

23,5

, т/м2

1,96

1,93

1,94

1,93

4) Подсчитываем площадь каждого блока

F1=133,22 м2

F2=365,65 м2

F3=491,13 м2

F4=380,30 м2

F5=197,68 м2

F6=48,95 м2

5) Подсчитываем вес грунта в каждом блоке:

Pi=Fi·γi

(6)

Fi - площадь блока;

γi - удельный вес грунта блока;

P1=123,77*1,92+9,45*1,94=255,97 т/м;

P2=191,36*1,92+174,29*1,94=705,53 т/м;

P3=135,05 *1,92+286,81*1,94+69,27*1,95=950,77 т/м;

P4=34,05*1,92+247,15 *1,94+99,09*1,95=738,10 т/м;

P5=120,33*1,94+77,35*1,95=384,27 т/м;

P6=10,09*1,94+38,81 *1,95=95,25 т/м;

Выбирая масштаб силы P 100 т/м = 1 см, показываем силу на чертеже, лежащую на линии центра тяжести каждого блока.

6) Изображаем на чертеже нормаль N к поверхности скольжения, являющейся реакцией веса P. В блоках 1 и 2 нормаль совпадает по направлению с весом P. В блоках 3, 4 и 5 проводим касательную к кривой скольжения в точке приложения веса P и строим перпендикуляр к этой касательной.

7) Находим угол сопротивления сдвигу ψ. Этот угол связан с коэффициентом сопротивления сдвигу Fp: Fp=tg ψ и ψ=arctg Fp. Обе эти величины зависят от нормального напряжения Pn. При наличии такой линейной зависимости угол сопротивления сдвигу ψ может быть выражен следующей формулой:

φp=arctg(tg φ+C/P)

(7)

P - вес грунта каждого блока;

C - удельное сцепление грунта каждого блока;

ψ1=arctg(tg 24°+11/218,08)=26,36°;

ψ2=arctg(tg 23°+8,5/590,36)=23,6°;

ψ3=arctg(tg 24° +8/892,45)=24,42°;

ψ4=arctg(tg 24°+8/1024,53)=24,37°;

ψ5=arctg(tg 24° +8/1002,65)=24,38°;

ψ6=arctg(tg 23,5°+6,5/374,55)=24,33°;

8) Откладываем от нормали N угол ψ.  Измеряем на чертеже критический угол откоса α - угол между весом P и нормалью к поверхности скольжения N. Полученные данные заносим в таблицу 4.

9) Измеряем на чертеже силы H и T. Сила H как проекция на горизонтальную ось N представляет собой распор, то есть давление на вертикальную стенку нижерасположенного блока, при отсутствии в грунте трения и сцепления.

Сила T - эта часть распора H, воспринимаемая трением и сцеплением. Значения этих сил так же представлены в таблице 2

10) Подсчитав сумму сил H и T по блокам всего оползневого склона, мы можем определить соответствующий ему коэффициент запаса устойчивости. Результаты записываем в таблицу 4

n=∑ Ti/∑ Hi

(8)

Таблица 4

Результаты расчета

№блока

P ,т/м

α,град

ψi, °

H, т/м

T, т/м

1

218,08

36,9

26,36

164,0

123,2

2

590,36

23,8

23,6

259,2

3,6

3

892,45

24,43

24,42

386,4

196,4

4

1024,53

24,41

24,37

476,4

466,4

5

1002,65

39,9

24,38

814,8

551,6

6

374,55

55,3

24,33

540,4

316,0

Итог:

2632,2

1657,2

n=1657,2/2632,2=0,629

Вывод: n=0,629

Кроме того можно сделать выводы об устойчивости каждого блока в отдельности.

При αi≈ ψi - имеет место равновесие блока; (блок 4)

При αi > ψi - собственная устойчивость блоков не обеспечивается и они давят на нижерасположенные блоки (блоки 5,6);

При αi < ψi - блоки обладают явным запасом устойчивости и служат поддерживающим контрофорсом для вышерасположенных (блок 1,2,3)

2.1.2 Аналитический метод

Последовательность выполнения:

Для аналитического метода пункты 1, 2 остаются такими же, остальные данные мы получаем не с чертежа, а путём вычислений. Расчетная схема та же, что и для графического метода, представлена на рис.2

Рис.2 - Расчетная схема

3) Рассчитаем давление на вертикальную стенку нижерасположенного блока по формуле (9)

H=tgαi·Pi

(9)

H1=tg36.9 ·218.08=163.73 т/м

H2=tg23.8·590.36=259.99 т/м

H3=tg24.25 ·892.45=402.01 т/м

H4=tg24.41·1024.53=464.96 т/м

H5=tg39.9·1002.65=838.34 т/м

H6=tg55.3·374.55=540.91 т/м

4) Рассчитаем составляющую R, давления на вертикальную стенку нижерасположенного блока по формуле (10)

Ri=Pi·tg(αi- ψi)

(10)

R1=218.08·tg(36.9-26.36)=40.57 т/м

R2=590.36·tg(23.8-23.7)=254.98 т/м

R3=892.45·tg(24.43-24.42)=190.02 т/м

R4=1024.53·tg(24.41-24,37)=0.71 т/м

R5=1002.65·tg(39.9-24.38)=278.43 т/м

R6=374.55·tg(55.3-24.33)=224.78 т/м

5) Рассчитаем силу Т, часть распора H, воспринимаемая трением и сцеплением

Т=Н-R

(10)

Т1=163.73-40.57=123.16 т/м

Т2=259.99-259.98=0.01 т/м

Т3=402.01-190.02=211.99 т/м

Т4=464.96-0.71=464.25 т/м

Т5=838.34-278.43=559.91 т/м

Т6=540.91-224.78=316.13 т/м

6) Полученные результаты сводим в таблицу 5

Таблица 5

Результаты расчета

№блока

Fi, м2

Pi ,т/м

i, град

сi, m2

ψi, °

H ,т/м

T ,т/м

1

111,27

218,08

24

11,0

26,36

163,73

123.16

2

305,89

590,36

23

8,5

23,7

259,99

0.01

3

460,03

892,45

24

8,0

24,42

402,01

211.99

4

528,11

1024,53

24

8,0

24,37

464,96

464,25

5

516,83

1002,65

24

8,0

24,38

838,34

559,91

6

194,07

374,55

23,5

6,5

24,33

540,91

316,13

Итог:

2669,94

1675,45

n=1675,45/2669,94=0,627

Вывод: n=0,627

3.Сравнение и анализ расчетных методов. Выводы.

Находим среднее значение по первому и второму методу расчета.

                                                         (11)

nср = 1,65 + 0,626 /2 = 1,13

, следовательно склон устойчивый и дополнительного перерасчета не требуется.


Список используемых источников

1.Стандарт предприятия. СТП ННГАСУ 1 -1 -98. Основные надписи

2.СТП ННГШАСУ 1 – 2 – 98. Титульный лист

3. СНиП 2.07.01-89*. Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений/ Госстрой России.- М.: ГП ЦПП,1994.-59с.

4. Маслов Н.Ф. Механика грунтов в строительстве – Москва, Высшая Школа – 1965г.

5. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров./Государственное издательство физико – математической литературы – Москва 1962 – 608


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

17016. Управління організаційними змінами 57 KB
  ТЕМА 9. Управління організаційними змінами План лекції Сутність організаційних змін. Процес організаційних змін. 1. Сутність організаційних змін В процесі функціонування організації під впливом численних факторів зовнішнього середовища виникає
17017. Основи теорії мотивації 12.21 MB
  ТЕМА 10. Основи теорії мотивації План лекції Людський фактор в управлінні. Змістовні теорії мотивації. Процесні теорії мотивації. 1. Людський фактор в управлінні Привести в дію організовану систему для отримання необхідного результату можливо л
17018. Система і процес контролю 6.4 MB
  ТЕМА 11. Система і процес контролю План лекції Поняття та процес контролю. Види управлінського контролю. Ефективність контролю. 1. Поняття та процес контролю Контроль – це процес забезпечення досягнення цілей організації шляхом постійного спост
17019. Інструменти управлінського контролю 5.62 MB
  ТЕМА 12. Інструменти управлінського контролю План лекції Фінансовий контроль. Операційний контроль. Контроль поведінки працівників. 1. Фінансовий контроль В спеціальній літературі з менеджменту існують різні підходи до класифікації засобів уп
17020. Управління групами 79.5 KB
  ТЕМА 14. Управління групами План лекції. Поняття та сутність груп в організації. Модель групової поведінки Дж. Хоманса. Типи груп в організації. 1. Поняття та сутність груп в організації Будьяка організація складається з великої кількості груп. Ке...
17021. Процес вимірювання рівня ультрафіолетового випромінювання 2.69 MB
  Штучне ультрафіолетове випромінювання широко використовується в хімічній промисловості, де також потрібний контроль його інтенсивності. В промисловості також існує чимало джерел мимовільного виникнення ультрафіолетового випромінювання, наприклад, зварювальні та інші електродугові пристрої...
17022. Вставлення в тексти документів графічних обєктів і формул 519.5 KB
  Практична робота №10 Тема: Вставлення в тексти документів графічних об'єктів і формул Мета: освоїти технології вставлення в тексти документів різних графічних об'єктів. Надбати навички з формування схем алгоритмів математичних формул та рівнянь. Обладнання: перс
17023. Виконання розрахунків у MatСad 104 KB
  Лабораторна робота №1 Тема. Виконання розрахунків у MatСad Мета: набуття навиків вводу і редагування формул використання стандартних функцій засвоєння особливостей застосування локального і глобального операторів присвоювання використання змінних що можу...
17024. Фізичні обчислення, розв’язання рівнянь і систем з використанням програми MathCad 243.5 KB
  Лабораторна робота №2 Тема: Фізичні обчислення розв’язання рівнянь і систем з використанням програми MathCad. Мета: ознайомитися з простими прийомами рішення рівнянь систем рівнянь і нерівностей фізичних обчислень з використанням програми MathCad. Обладнання: ПК ПЗ ...