Устойчивость откосов грунтовых плотин
Откосы грунтовых плотин при некоторых условиях могут потерять устойчивость, произойдет их деформация в форме оползания (скольжения) части грунтового массива по некоторой криволинейной поверхности в пределах части высоты откоса, по всей высоте откоса или с захватом части основания (рис. 5.30). Устойчивость откосов грунтовых плотин должна быть обеспечена при любой из приведенных схем.
Разработано несколько методов расчетов: метод горизонтальных сил взаимодействия при круглоцилиндрической поверхности скольжения и метод весового давления при круглоцилиндрической поверхности скольжения. В гидромелиоративной практике широко используют метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения грунтового массива с разбивкой его на отсеки. Задача расчетов состоит в определении коэффициентов запаса устойчивости откосов, который должен быть не менее нормативного, приведенного в СНиП [102].
При расчете устойчивости откосов сдвиговые характеристики грунта ф, С относятся только к поверхности скольжения. Покрытие откосов камнем, железобетоном или другим материалом практически не влияет на повышение устойчивости откосов.
Расчет устойчивости откосов по круглоцилиндрической поверхности скольжения. В этом методе считают, что скольжение призмы обрушения будет происходить по радиальной кривой относительно некоторого центра вращения, расположенного выше гребня плотины.
Устойчивость откоса оценивается коэффициентом запаса Кзяп, представляющим отношение суммы моментов сил удерживающих к сумме моментов сил сдвигающих относительно центра вращения
В большинстве случаев грунты призмы обрушения имеют различные показатели, поэтому использовать формулу (5.31) для всего оползневого массива затруднительно. Учитывая это, применяют искусственный прием, основанный на рассмотрении устойчивости отдельно выделенных из массива отсеков (рис. 5.31), образованных вертикальными плоскостями произвольной ширины.
При расчете принимают допущение, согласно которому взаимодействие между отсеками отсутствует, и их рассматривают как недеформируемые тела, удерживаемые силами трения н сцепления.
Отсеки по высоте имеют различные грунты. Для удобства расчетов вычисляют приведенную высоту отсека по формуле:
При определении высоты по формуле (5.32) за приведенную плотность грунта упр можно принять любое значение у, но обычно задают значение, соответствующее грунту естественной влажности (выше кривой депрессии). Вес отсека, равный переносят по линии действия на кривую скольжения и раскладывают на две составляющие.
Нормальная составляющая собственного веса вызовет появление силы трения, которая будет равна.
Коэффициент запаса на устойчивость любого отсека:
Подсчет составляющих, входящих в формулу, целесообразно вести в табличной форме; следует учитывать, что сила 5 влево от вертикали, проходящей через центр вращения, будет действовать как сдвигающая, а справа — как удерживающая.
В теле и основании плотины при наличии фильтрационного потока появляется фильтрационная сила, определяемая по формуле (2.35), снижающая устойчивость откоса; поэтому момент от этой силы в формуле (5.34) входит в знаменатель.
Нахождение поверхности скольжения с минимальным значением. Для нахождения центра вращения О с минимальным значением коэффициента устойчивости существует ряд приемов. Среди них наиболее распространен прием, основанный на построении одного луча (рис. 5.32), на котором и возле которого лежат центры вращения О с минимальным значением Каап.
Построение этого луча сводится к следующему: из точки В на подошве плотины опускают вертикаль, на которой откладывают отрезок, равный Нпл. Из конца этого отрезка проводят горизонтальную линию и откладывают на ней отрезок, равный 5. Из конца этого отрезка через бровку откоса проводят луч ММ. Вдоль этого луча выше гребня плотины берут ряд центров вращения — 02, 03 и т. д. и строят эпюру изменения Кзап. Через точку с минимальным значением проводят нормаль NN и на ней берут ряд точек — 04, 05, 06 и т. д. и строят эпюру изменения. По минимальному значению из всех коэффициентов запаса судят об устойчивости откоса.