УДК 624.138.9

зав. отд., к. т. н., , к. т. н.

(Институт гидромеханики НАН Украины, Киев)

РАСЧЕТ ГИБКИХ КРЕПЛЕНИЙ ОТКОСОВ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГЕОТЕКСТИЛЯ ДЛЯ МАЛОСВЯЗНЫХ

ГРУНТОВ

Рассматривается расчетная схема устойчивости гибких креплений из каменной наброски и бетонных блоков, скрепленных гибкими связями, по геотекстилю при быстром снижении уровня воды перед откосом. Предложена методика учета сил сцепления при расчете крепления откоса, сложенного малосвязными грунтами.

The calculated schemas of a stability of flexible strengthening from rock fill and concrete blocks fastened by flexible links on geotextiles are considered at effect, fast lowering of a level before a slope. The method of application of the registration of binding forces is proposed at calculation of strengthening of a slope folded small-connected by grounds.

Рассматриваем два типа крепления: крепление из каменной наброски и из бетонных блоков, скрепленных гибкими связями, по слою геотекстиля на однородном основании из малосвязного грунта.

Геотекстиль представляет собой нетканый или тканый плоский материал из полимерных волокон, укладывается по контакту крепления и грунта откоса, выполняет роль обратного фильтра.

Гибкое крепление характеризуется поверхностной плотностью , где - толщина крепления, - объемная массовая плотность крепления.

Для крепления из каменной наброски

(1)

где - массовая плотность камня, n - пористость каменной наброски.

Для гибкого крепления из бетонных блоков с заполнением пустот щебнем

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

(2)

где - массовая плотность бетона, - массовая плотность щебня, n1 - пористость собственно бетонного крепления, n2 - пористость заполнения из щебня.

Если крепление заполнено водой, то с учетом взвешивания элементов крепления в воде будет:

- для крепления из каменной наброски

(3)

где - массовая плотность воды;

- для гибкого крепления из бетонных блоков с заполнением пустот щебнем

(4)

Рассмотрим расчетную схему закрепленного откоса для случая быстрого понижения уровня воды перед откосом (мгновенный сброс), hвыс > 0,3 м. (рис. 1).

Рис. 1

Уровень воды перед откосом мгновенно снижается на величину Мгновенным сбросом можно считать [1], если скорость снижения уровня , где - коэффициент фильтрации грунта откоса. Это может быть при быстром (аварийном или неконтролируемом) опорожнении канала или водоема, при быстром подъеме и спаде уровня в нижнем бьефе ГЭС.

Крепление не затоплено водой. Сдвиг происходит по плоскости, параллельной поверхности откоса на глубине . Грунт откоса насыщен водой. Фильтрационный поток силой на участке длиной выходит на поверхность откоса под углом .

(5)

(6)

где средний градиент фильтрационного потока .

Сдвигающая сила

(7)

Удерживающая сила

8)

где - расчетный коэффициент сцепления грунта откоса.

Тогда коэффициент устойчивости крепления k будет:

(9)

При геотекстиль, как и все крепление, не работает на растяжение. При усилие на разрыв в геотекстиле будет

(10)

Рис. 2 Экспериментальные зависимости : 1 – при мгновенном снижении уровня; 2 – при

При практических расчетах значение определяем, используя экспериментальные зависимости , рис. 2. Эти зависимости были получены нами [2] в результате анализа гидродинамических сеток притока к откосу, построенных с использованием метода ЭГДА для плоских моделей. Значение определялось нами на грунтовых моделях из лессовидной супеси, При мгновенном сбросе , при установившейся фильтрации При расчетах принимаем или

Значение Ср определяем по экспериментальной зависимости , рис. 3, где С - коэффициент сцепления грунта откоса, - давление на поверхность сдвига призмы обрушения

Рис. 3 Экспериментальная зависимость

(11)

Зависимость Рис. 3 была получена нами в результате анализа опытов на грунтовых моделях, проведенных нами ранее при исследовании устойчивости крепления откосов Рогачекского магистрального канала [2].

Исследования проведены на грунтовых моделях пригруженных откосов в фильтрационном лотке. В качестве пригрузки использовался щебень по слою крупнозернистого песка (d = 0,5 ÷ 2 мм) или слою из геотекстиля толщиной ~ 1 см.

Данные о фильтрационном потоке в откосе были получены на основе моделирования на ЭГДА для случая мгновенной сработки уровня воды в канале [2]. Гидродинамические сетки были обработаны, в результате чего получены средние значения угла βср для каждого опыта.

При проведении опытов было отмечено, что деформации откосов происходят в три стадии.

Первая стадия – откос не деформируется, коэффициент запаса местной устойчивости откоса kз. оп > 1.

Вторая стадия – откос деформируется незначительно, деформации затухающие kз. оп » 1.

Третья стадия – деформации откоса прогрессирующие, через некоторое время откос оплывает kз. оп < 1.

По результатам опытов установлено, что мало изменяется и может быть принято 0,115. Тогда учитывая, что , получим , где - толщина призмы сдвига.

Коэффициент запаса местной устойчивости откоса без учета сил сцепления kз

(12)

С учетом сил сцепления kз. с

(13)

Из (13) видно, что учет сил сцепления приводит к увеличению коэффициента запаса на

(14)

(15)

Значения коэффициента во всех опытах больше 1 (см. рис. 4), что говорит о значительном влиянии сил сцепления на устойчивость откоса.

Рис. 4 Зависимость при мгновенном сбросе для откоса, пригруженного щебнем, .

Грунт – лессовидная супесь

Значение по результатам опытов определялось по зависимости

(16)

Зависимость (15) при известных значениях позволяет определить действительное значение коэффициента сцепления Cр, который является расчетным.

При расчете гибкого крепления с использованием геотекстиля учет связности грунта производим следующим образом [3]. Определяем без учета сил сцепления по (12), с учетом сил сцепления по (13), растягивающее усилие в геотекстиле без учета сил сцепления и с учетом сил сцепления по следующим зависимостям

(17)

(18)

где

(19)

(20)

(21)

(22)

Допустимое усилие на разрыв геотекстиля с учетом его работы на растяжение определяется из уравнения:

(23)

Принимая коэффициент запаса , получим:

(24)

1. Чугаев гидротехнические сооружения. – Энергия. – Л. –1967. – 460 с. 2. , Бугай по теме «Исследование устойчивости откосов магистрального Рогачекского канала и рекомендации по его креплению». – Институт гидромеханики НАН Украины. – Киев. – 1969. 3. , , Фридрихсон крепления откосов земляных плотин гидротехнических сооружений с использованием геотекстиля. // Прикладная гидромеханика. – 2006. - Т. 8, № 1. – С. 3-21.