Закономерности формирования прочностных характеристик оттаивающих грунтов при сдвиге

Глава 5. Расчет устойчивости откосов по прочностным характеристикам оттаивающих грунтов.

Выполнено сравнение результатов оценки устойчивости откоса оттаивающей насыпи при использовании в расчете прочностных характеристик, полученных для условий полностью оттаявших грунтов и приконтактной зоны оттаивающих грунтов.

Расчеты выполнялись по методу наклонных сил (рис.4)

Устойчивость обеспечивается недопущением сдвиговых деформаций по поверхности скольжения из условия превышения (или равенства) удерживающих сил (T_уд) по сравнению со сдвигающими (T_сдв): T_уд >= T_сде.

Поверхность скольжения оттаявшего грунта задавалась по поверхности раздела оттаивающего и мёрзлого грунта и задана глубиной оттаивания.

Для проведения расчетов предполагаемая призма обрушения разбивается вертикальными линиями на блоки. Причем в пределах каждого блока линия скольжения задается прямой и составляет с горизонтом один и тот же угол . Считается, что все блоки взаимодействуют между собой по границе оттаивания. При проведении расчетов принималось условие устойчивости оттаивающего отдельного блока, предложенное Г.И. Бондаренко (1982):

где η - коэффициент устойчивости; Т_уд - удерживающие силы; Т_сдв - сдвигающие силы; α_i - угол наклона склона; ρ_отт - плотность оттаивающего грунта, кг/м³; h_отт- мощность оттаявшего слоя в отсеке; l_i - длина отсека, м; C_th, МПа и φ_th^o - значения параметров сопротивления сдвигу оттаивающего грунта.

Рассмотрены три варианта откосов, сложенных однородным грунтом - глиной, суглинком и супесью. Длина откоса задавалась равной 1 м при следующих значениях углов наклона: α = 5, 10, 15, 30, 40^o. Граница оттаивания задавалась параллельной поверхности откоса. Глубина оттаивания грунта откоса принята равной h_отт = 1,5м. В расчетах использованы полученные из опыта прочностные характеристики оттаивающих грунтов: C_th, МПа и φ_th^o. Для сравнения также рассчитывалась устойчивость откоса по прочностным характеристикам полностью оттаявшего грунта. Считалось, что откос сохраняет устойчивость, если вычисленное значение коэффициента устойчивости η больше или равно единице.

Данные проведенных расчетов показали, что для всех исследованных грунтов коэффициент устойчивости для оттаивающих грунтов (η_fth), по сравнению с коэффициентом устойчивости для аналогичных грунтов в полностью оттаявшем состоянии (η_th), снижается: для глины на 17-21%, для суглинка на 9-30%, для супесей на 15-33% (рис.5). Причем с увеличением начальной влажности отмечается увеличение отношения коэффициентов устойчивости оттаивающих грунтов к полностью оттаявших грунтов.

Значения коэффициента устойчивости оттаивающего грунта η_th в водонасыщенном состоянии рассчитанные по прочностным характеристикам, определенным с учетом порового давления уменьшаются для всего диапазона изменения угла наклона откоса α^o (рис.6).