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

276 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

30950. Социальная педагогическая психология 3.16 MB
  Кроме того, следует помнить, что самим результатом профессионально-педагогической деятельности является развитие личности учащегося, характер которого, в свою очередь, влияет на методы воспитания, иллюстрируя принцип обратной связи в педагогическом процессе. На сегодняшний день можно считать доказанным, что обратная связь, посредством которой педагог анализирует результаты собственного труда, является необходимым условием роста профессионально-педагогического мастерства.
30951. Экология. Живая и неживая природа 30.05 KB
  Геоэкология изучает специфику взаимоотношений организмов и среды их существования в разных географических зонах дает экологическую характеристику разных географических регионов рассматривает последствия добычи полезных ископаемых занимается экологическим картографированием. Экологи́ческие фа́кторы свойства среды обитания оказывающие какоелибо воздействие на организм. Индифферентные элементы среды например инертные газы экологическими факторами не являются. οἶκος жилище местопребывание и σύστημα система биологическая система...
30952. Экономическая теория. Методы экономической науки 215.85 KB
  Общие экономические законы действуют при нескольких смежных стадиях общественного развития эпохах или нескольких способах производства. К таковым относят закон товарного производства спроса стоимости законы денежного обращения. Специфические экономические законы обслуживают только одну стадию общественного развития или только один способ производства например закон первоначального накопления капитала.Потребности как предпосылка производства.
30953. Основи економічної теорії 1.96 MB
  Це сфера суспільного виробництва або сфера економіки. Розв'язання цієї суперечності й зумовило інтерес людства до з'ясування закономірностей які регулюють сферу використання обмежених ресурсів тобто сферу суспільного виробництва. На противагу меркантилістам фізіократи вважали що багатство створюється не за рахунок обміну чи торгівлі а в результаті праці у сфері виробництва.
30954. ЭТОЛОГИЯ – НАУКА О ПОВЕДЕНИИ ЖИВОТНЫХ 87 KB
  Этология наука о поведении животных Таксисы Инстинкт Рефлекс Обучение Запечатление Условный рефлекс Инструментальный условный рефлекс Метод проб и ошибок Подражание Инсайт Мышление 2. Типы высшей нервной деятельности и поведение животных 4. Список литературы ЭТОЛОГИЯ НАУКА О ПОВЕДЕНИИ ЖИВОТНЫХ Термин этология происходит и греческого слова этос и означает поведение характер. Этология как наука о биологических закономерностях поведения значительное развитие...
30955. Социально инвестиционная программа «Пуховый мир» 848.5 KB
  Бизнес план социально инвестиционной программы Пуховый мир Муниципальное образование Верхнесалдинский район Возрождение старинного рукодельного ремесла в Свердловской области Проект Пуховый мир Социально инвестиционная программа Создания Уральского пухово шерстяного народно художественного промысла Автор и исполнитель: Мустакимов Вячеслав Алексеевич Общая стоимость проекта: 563007 USD Требуются инвестиции: 200000 USD Срок реализации: 5 лет Россия...
30956. Философия. Внутренний мир человека 48.14 KB
  Место философии во внутреннем мире человека. Происхождение философии. Для раскрытия специфики философии важно обратиться к истокам философского мышления а также к мифологическому и религиозному миропониманию как предпосылке. Таким образом можно с полной уверенностью сказать что истоками философии являются мифология и религия.
30957. Финансы и финансовые ресурсы 816.15 KB
  Первые два признака денежный характер и распределительный характер лишь ограничивают круг финансовых отношений а свойственная финансам фондовая форма существования обязательный безэквивалентный характер движения стоимости в одностороннем порядке подчеркивают специфические особенности финансов как особой экономической категории. отмечает что финансам присущи денежная форма стоимости; распределительный характер; формирование денежных доходов и накоплений принимающих форму финансовых ресурсов. Таким образом выясняя сущность и специфику...
30958. Охрана труда и техника безопасности при осмотре животных 46.5 KB
  При диагностических и лечебнопрофилактических мероприятиях взятии крови внутривенных вливаниях вакцинациях и других манипуляциях животное фиксируют в стоячем положении удерживая его за голову руками с помощью веревки или инструментов. Голову фиксируют руками за рога или одной рукой за рог другой за носовую перегородку. В таких случаях голову животного фиксируют веревкой которую закрепляют на рогах у комолых вокруг шеи. Быков фиксируют за носовое кольцо рукой или специальным водилом.