загальні положення
Укосом називається штучно створена поверхню, що обмежує природний грунтовий масив, виїмку чи насип. Укоси утворюються при зведенні різного роду насипів (дорожнє полотно, дамби, земляні греблі і. Т.д.), виїмок (котловани, траншеї, канали, кар'єри і. П.) або при перепрофілюванні територій.
Схилом називається укіс, освічений природним шляхом і обмежує масив грунту природного складання.
При несприятливому поєднанні різноманітних чинників масив грунтів, обмежений укосом або схилом, може перейти в нерівноважний стан і втратити стійкість.
Основними причинами втрати стійкості укосів і схилів є:
пристрій неприпустимо крутого укосу чи підрізання схилу, що знаходиться в стані, близькому до граничного;
збільшення зовнішнього навантаження (зведення споруд, складування матеріалів на укосі чи поблизу його бровки);
зміна внутрішніх сил (збільшення питомої ваги грунту за умов зростання його вологості або, навпаки, вплив взвешивающего тиску води на грунти);
неправильне призначення розрахункових характеристик міцності грунту або зниження його опору зрушенню за рахунок, наприклад підвищення вологості;
прояв гідродинамічного тиску, сейсмічних сил, різного роду динамічних впливів (рух транспорту, забивання паль і. т.п.).
Інженерні методи розрахунку стійкості укосів і схилів
В проектній практиці застосовуються інженерні методи розрахунку стійкості, що містять різного роду спрощують припущення. Найбільш поширений з них - метод круглоціліндріческіх поверхонь ковзання, який зараховує до схемою плоскої задачі.
Мал. 1. Схема до розрахунку стійкості укосів методом круглоціліндріческіх поверхонь ковзання: а) - розрахункова схема; б) - визначення положення найбільш небезпечною поверхні ковзання; 1, 2, ... - номери елементів.
Цей метод був вперше застосований К. Петерсоном в 1916 р для розрахунку стійкості укосів (тоді і довгий час називався методом шведського геотехнічного суспільства).
Розглянемо широко використовувану модифікацію цього методу. Припустимо, що втрата стійкості укосу або схилу, представленого на рис. 1, а, може статися в результаті обертання відсіку грунтового масиву щодо деякого центру. Поверхня ковзання в цьому випадку буде представлена дугою кола з радіусом r і центром в точці. Зміщається масив розглядається як недеформіруемое відсік, всі крапки якого беруть участь в загальному русі. Коефіцієнт стійкості приймається у вигляді
де і - моменти щодо центру обертання всіх сил, відповідно утримують і зміщують відсік.
Для визначення входять до формулу (1) моментів відсік грунтового масиву розбивається вертикальними лініями на окремі елементи. Характер розбивки призначається з урахуванням неоднорідності грунту відсіку і профілю схилу так, щоб в межах відрізка дуги ковзання підстави кожного i-го елемента міцності грунту j і з були постійними. Обчислюються сили, що діють на кожен елемент: вага грунту в обсязі елемента і рівнодіюча навантаження на його поверхню. При необхідності можуть бути також враховані і інші впливу (фільтраційні, сейсмічні сили і т.д.). Равнодействующие сил вважаються прикладеними до основи елемента і розкладаються на нормальну і дотичну складові до дузі ковзання в точці їх застосування. тоді
Відповідно момент сил, що обертають відсік навколо 0, визначився як
де п - число елементів у відсіку.
Приймається, що утримують сили в межах підстави кожного елемента зумовлюються опором зрушенню за рахунок внутрішнього тертя і зчеплення грунту. Тоді з урахуванням виразу для закону кулона можна записати
де - довжина дуги підстави i-го елемента, що визначається як. Тут - ширина елемента)
Звідси момент сил, що утримують відсік, буде мати вигляд
З огляду на формулу (1), остаточно отримаємо
При стійкість відсіку масиву грунту щодо обраного центру обертання 0 вважається забезпеченої. Основна складність при практичних розрахунках полягає в тому, що положення центру обертання 0 і вибір радіуса r, відповідні найбільш небезпечному нагоди, невідомі. Тому зазвичай проводиться серія таких розрахунків при різних положеннях центрів обертання і значеннях r. Найчастіше найбільш небезпечна поверхню ковзання проходить через нижню точку укосу або схилу. Однак якщо в основі залягають слабкі грунти з відносно низькими значеннями міцності j і з, то ця умова може не виконуватися.
Один із прийомів знаходження найбільш небезпечного становища поверхні ковзання полягає в наступному. Задаючи координатами центрів обертання 01, 02, ..., 0n на деякій прямій, визначають коефіцієнти стійкості для відповідних поверхонь ковзання і будують епюру значень цих коефіцієнтів (рис.1, б). Через точку 0min, відповідну мінімального коефіцієнта стійкості, проводять по нормалі другий відрізок прямий і, маючи в своєму розпорядженні на ньому нові центри обертання,, ..., знову оцінюють мінімальне значення коефіцієнта стійкості. Тоді і визначить положення найбільш небезпечною поверхні ковзання. При стійкість укосу або схилу буде забезпечена.
Заходи щодо підвищення стійкості укосів і схилів.
Одним з найбільш ефективних способів підвищення стійкості укосів і схилів є їх виполажіваніе або створення уступчатого профілю з утворенням горизонтальних майданчиків (берм) по висоті укосу. Однак це завжди пов'язано зі збільшенням обсягів земляних робіт. При відносно невеликій висоті укосів може виявитися ефективною пригрузка підошви в його низової частини або пристрій підпірної стінки, що підтримує укіс. Позитивну роль також відіграють закріплення поверхні укосу одернуванням, науковістю каменем, укладанням бетонних чи залізобетонних плит.
Найважливішим заходом є регулювання гідрогеологічного режиму укосу або схилу. З цією метою стік поверхневих вод перехоплюється пристроєм нагірних канав, відведенням води з берм. Підземні води, висачівающіеся на поверхні укосу або схилу, перехоплюються дренажними пристроями з відведенням вод в спеціальну зливостічну мережу.
При необхідності розробляються складні конструктивні заходи типу прорізання потенційно нестійкого масиву грунтів системою забивних або набивних паль, вертикальних шахт і горизонтальних штолень, заповнених бетоном і входять в підстилають нерухомі частини масиву. Використовується також анкерне закріплення нестійких обсягів грунту, часто у взаємодії з підпірними стінками або пальовими конструкціями.