Основы расчета общей устойчивости откосов земляной плотины
Случай нарушения общей устойчивости откоса плотины показан на рис. 2.8. Такого рода физическое явление весьма сложно: в толще грунта возникают области пластических деформаций, поверхность сдвига грунта не выражена определенно; нарушение прочности грунта вдоль этой поверхности сдвига происходит не одновременно и т. п.
В силу сказанного подвергать расчету устойчивость действительного грунта нет необходимости. Практически поступают следующим образом: действительный откос заменяют воображаемой неполной моделью; воображаемой в том смысле, что мы ее создаем в своем воображении, неполной — поскольку эта модель неполно отражает действительные условия работы откоса, несколько схематизируя их. Очевидно, несоответствие воображаемой модели действительному откосу можно откорректировать только путем введения в результаты расчета соответствующего коэффициента запаса.
Можно считать, что в настоящее время для расчета устойчивости земляных откосов мы располагаем только двумя воображаемыми моделями: 1) моделью локального предельного равновесия; 2) моделью повсеместного предельного равновесия, которую можно назвать моделью Ренкина—Соколовского—Голушкевича.
Согласно первой модели считают, что в момент предельного равновесия всего откоса (рис. 2.46) во всех точках некоторой только одной наиболее опасной поверхности сдвига ABC одновременно возникает предельное равновесие, причем во всех точках этой поверхности (см. площадку ab) одновременно удовлетворяется известное уравнение Кулона
Что касается других поверхностей, намеченных внутри тела отсека, то согласно первой, модели какиелибо ограничения (условия) на них не налагаются.
Согласно второй модели предполагается, что в момент предельного равновесия всего откоса в целом через любую точку тела откоса должна проходить соответствующая поверхность обрушений типа поверхности ABC (см. выше). В теле откоса одновременно возникает множество поверхностей предельного равновесия (одинаково опасных поверхностей сдвига). Таким образом, согласно второй модели сдвиг любого тела обязательно должен происходить с одновременным «расползанием» всего этого тела (т. е. с изменением его формы, как в случае жидкого тела). В практике почти исключительно используют первую модель, как более общую и более отвечающую физической природе явления.
Согласно модели локального предельного равновесия при построении расчета устойчивости заданного откоса поступают следующим образом:
1) через фд и сд обозначают действительные расчетные прочностные (сдвиговые) характеристики грунта (см. §1.3), после чего мысленно снижают эти характеристики до критических значений фк и ск, при которых откос оказывается в состоянии предельного равновесия;2) полученную так называемую предельную схему воображаемой модели откоса подвергают расчету, применяя формулу Кулона (2.59), в результате находят для предельной схемы значения
Согласно указаниям СНиПа, критериями прочности и устойчивости сооружений являются неравенства вида
В данном случае tg(pK, ск могут служить для количественной оценки активных сил характеризуют реактивные силы. В этих условиях коэффициент запаса kl , получаемый по (2.60), может сопоставляться с комплексом, который можно трактовать как допустимый коэффициент запаса.
Таким образом, задача собственно расчета должна состоять в отыскании для заданного откоса значений фк и ск. Для этого: а) условно задают геометрическую форму возможной поверхности сдвига — или в виде дуги окружности ABC (рис. 2.47, а), или в виде ломаной линии 1—2—3—4 (рис. 2.47, б) (число сторон этой линии принимают не более 2...3); б) намечают в теле откоса множество возможных поверхностей сдвига принятой геометрической формы; в) каждая намеченная поверхность сдвига выделяет соответствующий отсек обрушения грунта (см. отсек, заштрихованный на рис. 2.47, а или б); используя законы механики, анализируют устойчивость выделенных отсеков обрушения и для каждого из них определяют фк и ск; заметим, что существует много различных способов их определения; г) среди всех намеченных поверхностей сдвига выбирают ту поверхность, которая характеризуется максимальными значениями найденных фк и ск; эту поверхность и считают самой опасной, причем отвечающие ей значения фк и ск подставляют в формулу (2.60) и в результате находят k. Более подробно определение дано в §2.16 и 2.17.
Для разных способов определения k°3 величина т, входящая может иметь различные значения. При применении способов Крея, Терцаги и Чугаева (весового давления, а также наклонных и горизонтальных сил) можно полагать т = 0,95. Значения коэффициентов kH, пс приведены в табл. 2.1.
Расчеты устойчивости откосов часто осложняются необходимостью учета фильтрационных и сейсмических сил, а также неоднородностью грунта и избыточного порового давления, обусловленного консолидацией.
При выполнении этих расчетов (требующих относительно большого объема вычислительной работы) приходится пользоваться специальной литературой, в частности [22].