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

295 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

56371. Технологии проектирования урока изобразительного искусства 208.5 KB
  Зарождение идеи технологизации обучения связано прежде всего с внедрением достижений технического прогресса в различные области теоретической и практической деятельности.
56372. Економічне обґрунтування проекту 82.5 KB
  Актуалізація опорних знань та життєвого досвіду учнів Мотивація навчальнотрудової діяльності Перед виготовленням запланованого виробу необхідно зясувати чи є даний проект економічно вигідним...
56373. Створення умов для розвитку ключових компетентностей учнів через впровадження інноваційних освітніх та інформаційно- комп'ютерних технологій в навчально-виховний процес 384 KB
  Використання презентацій на уроці при викладанні нового матеріалу: Наперед створена презентація заміняє класну дошку при пояснюванні нового матеріалу а також зосереджують увагу учнів на будь яких ілюстраціях даних висновках тощо.
56374. Does television play a positive or negative role in modern society? 71 KB
  During the lesson you’ll be able to deepen and widen your knowledge about the most famous invention of the 20th century. You will work in small groups and than share your researched information with each other. The second part of the lesson will be dedicated to a Talk Show...
56375. Є. Гуцало «Перебите крило» 64 KB
  Однією із головних задач сучасної школи є виховання відповідальної особистості, яка здатна до самоосвіти й саморозвитку, вміє творчо застосовувати набуті знання
56376. Чи може бути свобода основою моральності? 66.5 KB
  Мета. Навчити учнів обґрунтовувати поняття свободи як основи моральності висловлювати своє розуміння свободи пояснювати що означає свобода вибору дії волі; формувати вміння наводити приклади узгодження власних інтересів із суспільними...
56378. Теоретические основы трудового воспитания дошкольников 62 KB
  Отличие труда взрослых и детей. Виды труда дошкольников. Формы организации труда. Понимая огромную роль труда в воспитании подрастающего поколения в своих работах часто затрагивали эту тему.
56379. Виды труда дошкольников 175 KB
  Труд детей в детском саду многообразен. Труд в природе предусматривает участие детей в уходе за растениями и животными выращивание растений в уголке природы на огороде в цветнике.