Расчёт устойчивости откосов предпортальной выемки
Расчет устойчивости откосов предпортальной выемки производится аналитическим способом, предложенным проф. Г. М. Шахунянцем [I]. Данный расчет предполагает, что поверхность смещения – плоскость, и сводится к определению коэффициента устойчивости, который определяется по формуле
(1.19)
здесь обозначения аналогичны обозначениям принятым в формуле (1.14).
Выразив значения нормальной, N, и тангенциальной, Т , составляю-щих веса грунта через вес смещающегося клина и произведя тригономет-риические преобразования, получим значение коэффициента устойчивости в виде
(1.20)
| гггде | f | – | коэффициент внутреннего трения грунта; |
| b | – | угол наклона возможной поверхности обрушения к горизонту, град.; | |
| С | – | удельное сцепление грунта, т/м2; | |
| g | – | объемный вес грунта, т/м3; | |
| Н | – | приведенная высота откоса, м (рис. 1.2); | |
| a | – | угол наклона откоса выемки к горизонту, град. |
Приведенная высота откоса, Н, м, определяется по формуле
(1.21)
| где | h | – | коэффициент внутреннего трения грунта; |
| q | – | интенсивность нагрузки на поверхности откоса, т/м2; | |
| e | – | угол наклона верхней поверхности откоса к горизонту; | |
| К0 | – | глубина кювета (К0 = 0,6 м). |
При отсутствии нагрузки на поверхности откоса
, (1.22)
Рис. 1.2
Критическое положение плоскости обрушения, при котором коэффициент устойчивости принимает минимальное значение Кmin, определяется последовательным изменением угла b или по формуле
(1.23)
где bкр – критический угол наклона поверхности обрушения к горизонту, град.
Критический угол наклона bкр определяется по формуле
, (1.24)
здесь
, (1.25)
, (1.26)
, (1.27)
где αо и bо - расчётные коэффициенты.
Критический угол bкр должен удовлетворять требованию
(1.28)
П р и м е р. Примем следующие исходные данные: глубина выемки (по оси земляного полотна) h = 8,5 м; угол внутреннего трения грунта j=310; объемный вес грунта g=2,1 т/м3; удельное сцепление грунта С=1,5 т/м2, интенсивность приложения равномерно распределенной нагрузки на поверхности откоса q=0.
Расчет критического коэффициента устойчивости производится в следующем порядке.
1. Определяется приведенная высота откоса по формуле (1.22):
м.
2. Определяется угол наклона критической плоскости смещения грунта откоса к горизонту по формулам (1.4), (1.25), (1.26), (1.27):
При крутизне откосов 1:m=1:1,5, a=33043’, sina=0,555 по формуле (1.24) находим
Находим абсолютное значение
или
Требованию (1.28) 
удовлетворяет b”кр, т.е.
Коэффициент устойчивости Кmin определяется по формуле (1.23),
Следовательно откос предпортальной выемки при принятых исходных данных устойчив
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ДРЕНАЖА
При промерзании влажных грунтов (глин, суглинков, супесей, мелких и пылеватых песков) происходит пучение. Пучение – это общее или местное поднятие поверхности грунта или рельсового пути, причиной которого является промерзание грунта и увеличение в объеме (на 19%) замерзающей в нем воды.
При замерзании обычно происходит более или менее равномерное пучение на больших участках. В отдельных местах величина равномерного
вспучивания нарушается: эти местные искажения называют пучинами. Пучины могут быть в виде пучинных горбов, впадин и перепадов.
Величина равномерного пучения бывает 30-40 мм, неравномерного – 200 мм и более.
Пучины делятся на балластные и грунтовые (коренные), при этом у балластных пучин зона пучинообразования находится в пределах балластного слоя, грунтовых пучин – в земляном полотне. Высота балластных пучин 20-25 мм.
Для ликвидации балластных пучин проводят следующие мероприятия: прочистку кюветов, замену или очистку загрязненного балластного слоя, ликвидацию или осушение углублений в основной площадке земляного полотна.
Для ликвидации грунтовых пучин применяют: замену пучащего грунта дренирующим, выведение зоны промерзания из слоя грунта, вызывающего пучины и понижение горизонта грунтовых вод с целью выведения его из зоны промерзания.
В настоящее время практически применяются два последних способа.
Понижение горизонта грунтовых вод под земляным полотном производится с помощью односторонних или двухсторонних дренажей, которые закладываются под кюветами или на откосах.
Согласно классификации, предложенной проф. Г.М. Шахунянцем, дренажи различают по охвату осушаемого объекта и характеру работы на одиночные, групповые и дренажную сеть.
Одиночный дренаж является изолированным сооружением, обеспечивающим осушение определенного объекта.
Групповой дренаж – это ряд отдельных дренажей, не связанных друг с другом в единую систему, но созданных для одной цели. Групповой дренаж по сравнению с одиночным сокращает сроки осушения объекта.
Дренажной сетью называют комплекс дренажей, связанных друг с другом в единую систему.
По характеру сбора и отвода грунтовых вод, конструктивным особенностям и способам сооружения дренажи делятся на горизонталь-ные, вертикальные, комбинированные и биологические
Горизонтальные дренажи бывают открытые в виде лотков или канав и закрытые. Закрытые дренажи – наиболее распространённые.
Вертикальные дренажи применяются как буровые или шахтные водоспускные колодцы и значительно реже с откачкой воды.
Комбинированные дренажи представляют собой различные сочетания горизонтальных и вертикальных дренажей.
Биологический дренаж представляет собой систему осушения грунта путем испарения влаги различными растениями (посадка деревьев, создание травяного покрова).
Дренаж называется несовершенным, если его дно расположено выше водоупора, т.е. происходит подток воды со дна дренажа и совершенным, если его дно опирается на водоупор или врезано в него.
Наибольшее распространение нашли трубчатые дренажи горизонтального типа.
Устройство дренажей дает большой эффект в борьбе с пучинами при грунтах, хорошо отдающих воду.