Яковлев П.И., Тюрин А.П., Фортученко Ю.А. Портовые гидротехнические сооружения

Общая характеристика

применяемых методов. Все

основные методы оценки несущей спо-

собности оснований сооружений и ус-

тойчивости откосов можно подразделить

на две большие группы.

Д. Методы, основанные на введении

произвольно задаваемых очертаний по-

верхности скольжения. Сюда относятся

способы, в которых поверхность сколь-

жения составлена из двух пересекаю-

щихся плоскостей (схемы Г. Е. Паукера,

С. И. Белзецкого, Н. М. Герсеванова и

др.). Осуществленная замена действи-

тельного очертания криволинейной по-

верхности скольжения двумя плоскос-

тями является слишком грубым при-

ближением к кинематической картине

выпирания основания, существенно сни-

жающим точность расчета. Поэтому в

настоящее время упомянутые способы в

инженерной практике не применяются.

К этой же группе относится и большое

количество различных методов, основан-

ных на применении круглоцилиндри-

ческой поверхности скольжения. Здесь

без какого-либо теоретического обосно-

вания принимается, чтб скольжение в

массиве грунта происходит по дуге ок-

ружности. Имеются аналогичные пред-

ложения принять за поверхность сколь-

жения логарифмическую спираль, дугу

циклоиды, параболы или эллипса, плос-

кость, ломаную поверхность и т. д. Об-

щим для всех этих методов является то,

что в дальнейшем среди поверхностей

произвольно принятого вида — кругло-

цилиндрической, в виде ломаной по-

верхности и т. д. находится наиболее

«опасная» из них. Несмотря на кажу-

щуюся простоту, эти методы достаточно

трудоемки, так как требуют большого

числа попыток для установления той

поверхности, для которой коэффициент

надежности минимален.

Б. Методы, основанные на теории пре-

дельного равновесия сыпучей среды или

теории предельного напряженного со-

стояния. Здесь вид поверхности сколь-

жения заранее не задается. Она опреде-

ляется из условия Предельного равнове-

сия, которое однозначно, без последова-

тельных приближений обусловливает

вполне определенное положение объ-

емлющей поверхности скольжения, а

также позволяет установить поле напря-

жений в основании, что совершенно не-

достижимо при применении методов с за-

данной поверхностью скольжения. В от-

личие от методов, использующих боль-

шое число различных допущений и пере-

численных в группе А, эта теория в ее

строгой постановке основана на единст-

венной предпосылке возникновении

предельного напряженного состояния в

каждой точке некоторой области грунта.

Следует отметить, что методы, рас-

сматривающие сложные явления дефор-

маций основания сооружения на основе

модели отвердевших отсеков, противо-

речат опыту. В то же время, учитывая,

что в момент разрушения, когда поле

деформаций, как по размеру, так и по

направлению смещения частиц будет

весьма сложным, предположение о нали-

чии относительных сдвигов частиц в зна-

чительных по размерам областях осно-

вания выглядит более правдоподобным

и универсальным.

В связи с тем что точное решение задач

этой теории достаточно громоздко, в по-

следние 15 20 лет на основе технической

теории предельного напряженного со-

стояния грунтовой среды П. И. Яковле-

вым были разработаны инженерные ме-

тоды, охватывающие в сущности все

встречаемые на практике расчетные слу-

чаи.

Основные положения

расчета основания по

СНиП 2.02.02—85. Основания гидротех-

нических сооружений рассчитываются

по двум группам предельных состояний.

Первая группа — непригодность со-

оружения к эксплуатации, под которой

понимается потный или частичный вы-

ход сооружения из строя, исключающий

возможность выполнения им заданных

эксплуатационных функций. Целью рас-

чета является недопущение, в частности,

следующих предельных состояний: по-

тери основанием несущей способности,

а сооружением устойчивости^ значи-

тельных неравномерных перемещений ос-

нований, вызывающих разрушение или

нарушение отдельных частей сооруже-

ний, недопустимых по условиям их даль-

нейшей эксплуатации (например чрез-

мерного раскрытия трещин бетонных

сооружений). По этой группе выполня-

ет

ются расчеты прочности и устойчивости

отдельных элементов сооружений, а так-

же расчеты перемещений статически не-

определимых конструкций, от которых

зависит прочность или устойчивость со-

оружения в целом или его основных эле-

ментов (например, анкерные опоры боль-

вер ков).

Вторая группа — непригодность со-

оружения к нормальной эксплуатации,

под которой понимаются нарушения в

работе сооружений, допускающие воз-

можность их эксплуатации с ограниче-

ниями, Целью расчета является недо-

пущение, в частности, следующих пре-

дельных состояний, затрудняющих нор-

мальную эксплуатацию: перемещения и

наклона сооружения; потери устойчи-

вости склонов и откосов (если при этом

сооружение приходит в состояние, не-

пригодное к эксплуатации, то расчеты

устойчивости производятся по первой

группе предельных состояний); других

состояний, затрудняющих нормальную

эксплуатацию и снижающих долговеч-

ность оснований вследствие проявлений

ползучести, трещинообразования и т. п.

Оценка устойчивости сооружения, си-

стемы сооружение — основание, склона

или грунтового массива производится

методами, удовлетворяющими в пре-

дельном состоянии всем уравнениям рав-

новесия (допускается применять и дру-

гие методы, в том числе упрощенные,

проверенные опытом проектирования,

строительства и эксплуатации) исходя

из условия

yicF<— Щ (5.9)

Уп

где F и R — соответственно расчетные зна-

чения обобщенных сдвигающих

сил' и сил предельного сопротив-

ления;

yic и у

— соответственно коэффициенты

сочетания нагрузок и надежно-

сти по степени ответственности

(принимаются по СНиП

2.02.02—85 «Основания гид-

ротехнических сооружений»);

— коэффициент условий работы

(для портовых сооружений у

—

= 1,15; для естественных и

искусственных откосов и скло-

нов Yc ^ 1)

В необходимых случаях при надлежа-

щем обосновании принимаются дополни-

тельные коэффициенты условий работы,

учитывающие особенности конструкции

и их оснований. При наличии нескольких

фа кторов, действ у ющ и х одновременно

в расчет вводится произведение соответ

ствующих коэффициентов.

Условие (5.9) должно выполняться

для всех возможных поверхностей сдви

га. Если габаритные размеры сооружу

ния определяются только требованиями

его устойчивости, то превышение правой

части неравенства над левой не должно

превышать 3 %. При определении рас.

четных нагрузок коэффициенты надеж-

ности по нагрузкам принимаются одина

ковыми (повышающими или понижающи-

ми) для всех проекций расчетной на

грузки в соответствии соСНиП 2.06.01—

86 «Гидротехнические сооружения. Ос-

новные положения проектирования». Все

воздействия от грунта (вертикальное к

боковое давление и т. п.) определяются,

как правило, по расчетным характерис-

тикам грунта (<pi. л, с\

и, Yf, и) при коэф-

фициентах надежности по нагрузкам,

равных единице.

В расчетах устойчивости для условий

пространственной задачи учитываются

силы трения и сцепления по боковым по-

верхностям сдвигаемого массива грунта

и сооружения. Задача рассматривается

как пространственная, если -^-<3(для

L \

больверков, если jj <СЗ) или когда по-

перечное сечение сооружения, нагрузки,

геологические условия меняются по

длинеL<3B{L <3//), где L иВ —соот-

ветственно длина и ширина сооружения;

Н — высота сооружения с учетом заглуб-

ления сооружения или шпунта в грунт

основания.

В СНиП 2.02.02—85 выделены три ви-

да деформации основания и соответ-

ствующие им три схемы сдвига сооруже-

ния.

Первый вид — деформация основания,

соответствующая понятию плоского

сдвига, когда сооружение сдвигается не-

посредственно по контакту подошвы с

грунтом основания или каменной (щебе-

ночной) постелью, а также по контакту

постели с грунтом основания.

Второй вид — деформация основания,

соответствующая понятию смешанного

сдвига, при котором пластические дефор-

мании грунта основания (выпор Грунта)

возникают только под частью ширины

подошвы фундамента. При проектирова-

нии причальных, оградительных и бере-

гозащитных сооружений этот вид де-

формации обычно не рассматривают.

Третий вид — деформация основания,

соответствующая понятию глубинного

сдвига, при котором пластические де-

формации грунта основания (выпор) воз-

никают под всей подошвой фундамента.

Расчет по этой схеме выполняется для

всех портовых сооружений.

При расчете устойчивости сооружений

на

основаниях, сложенных из глинистых

грунтов со степенью влажности S

>0,85

и коэффициентом консолидации c

следует учитывать степень их консоли-

дации, принимая <pi и си соответствую-

щие его нестабилизированному состоя-

нию, или вводя в расчет поровое давле-

ние при характеристиках грунта, соот-

ветствующих его стабилизированному со-

стоянию.

Понятие о коэффициенте

запаса устойчивости. Он

долгое время служил главным критери-

ем

для оценки несущей способности соо-

ружения. Учитывая, что коэффициент

запаса устойчивости определялся при

проектировании сотен и тысяч построен-

ных сооружений

он в настоящее время

используется при апробации новых пред-

ложений по критериям устойчивости, а

также может служить в качестве обоб-

щающего показателя при выработке

предварительного суждения о резервах

несущей способности сооружения. Обоб-

щая огромный имеющийся опыт, кото-

рый по-прежнему интересен для инже-

нерной практики, можно выделить три

группы методов.

1. Определение коэффициента запаса

как отношения разрушающей (предель-

ной) нагрузки, которая находится рас-

четом устойчивости к так называемой

расчетной нагрузке, которая устанавли-

вается на основе подсчета реально дей-

ствующих нагрузок.

В этой группе коэффициент запаса по

разрушающим нагрузкам можно опреде-

лить тремя способами:

по отношению горизонтальных нагру-

зок при заданном значении расчетной

вертикальной нагрузки Ц const)

разрушение основания или сдвиг соору-

жения происходит под действием сил

^вер и /?

гор

, т. е.

«гор R гор/*гор;

по отношению вертикальных нагру-

зок при заданном значении расчетной

горизонтальной нагрузки (F

rop

const)

разрушение основания или сдвиг соору-

жения происходит под действием сил

*^вер ^ fpopi Т. €.

^вер ^ ^вер/Fвер»

по отношению полных нагрузок, здесь

предполагается, что направления и ли-

нии действия равнодействующих сил F

и R совпадают; в данном случае задается

отношение горизонтальной и вертикаль-

ной НаГруЗКИ frop/ZVp - Ягор/Явер ~

щ const, т. е.

k -- #?/F = Rpop/Fгор ^вер/' вер

•

В этом случае разрушение основания

или сдвиг сооружения происходит под

действием сил R

и /?

гор

(R является

их равнодействующей).

В общем случае для одного и того же

сооружения значения коэффициентов

гор

, fe

Bep

, k получаются различными и

главным в расчете является определение

гор

, или Язер, или R.

Следует заметить, что благодаря вы-

числению всех трех коэффициентов мож-

но более полно судить о резервах устой-

чивости рассматриваемого конкретного

сооружения или основания при различ-

ных условиях его работы.

2. Определение коэффициента запаса k

как отношение сил, сопротивляющихся

сдвигу к силам сдвигающим.

При расчетах на сдвиг сооружения по

подошве или слабой прослойке

= £

овр/£сдв» (5.10)

при расчете по методу круглоцилиндри-

ческих поверхностей

кф. Мудер/Мсдв» (5-HI

где Мудер» Мсдв моменты удерживающих

и сд ви га ющ и | с ил.

Вместо этих выражений, определяю-

щих k как отношение усилий, действую-

щих в различных направлениях (в на-

правлении возможного смещения и в об-

ратном направлении), можно исполыо-

вать:

(5.12)

//Пакт. (513)

к реакт' ^акт»

реакт

где £

кт и М

лнт

реакт

сумма горизонтальных

активных сил и сумма

моментов активных сил;

и Afр

акт — сумма горизонтальных

реактивных и сумма

моментов реактивных

(пассивных) сил.

Эта методика, где коэффициент запаса

(точнее его обратное значение) характе-

ризует степень использования реактив-

ных сил, более логически обоснована и

должна применяться шире, чем выраже-

ния (5.10) и (5.11).

Следует заметить, что при расчете по

формулам (5.10) —(5.13) в общем слу-

чае получаются различные значения ко-

эффициента, так как ряд усилий при

этом учитывается различно. Например,

при использовании формул (5.10), (5.11)

давление воды может относиться к удер-

живающим и сдвигающим силам в зави-

симости от направления его действия.

При применении формул (5.12), (5.13)

давление воды всегда относится к актив-

ным воздействиям. Аналогичное поло-

жение и при учете активного и пассив-

ного (реактивного) давления грунта.

Имеется много различных предложе-

ний по вычислению коэффициента запа-

са, особенно по методу круглоцилиндри-

ческих поверхностей. В. А. Флорин счи-

тает целесообразным, чтобы независимо

от метода расчета устойчивости придер-

живаться единого подхода к установле-

нию коэффициента запаса. Поэтому при

расчетах по способу круглоцилиндриче-

ских поверхностей, а также при анали-

зе возможности сдвига по подошве или

по слабой прослойке В. А. Флорин пред-

лагает постепенно перейти к определе-

нию коэффициента запаса по методам

первой группы, т. е. рассматривать его

как отношение разрушающей нагрузки

к расчетной. Для этого методом после-

довательных приближений находится та-

кая внешняя нагрузка, которая, будучи

приложенной к сооружению (/?

гор

Явер и R при заданном F

rop

Кгор/Явер ^ const), обеспечит коэф-

фициент запаса, равный единице, под-

считываемый по формулам (5.12) и

(5.13) при тех же методах расчета v

чивости основания. Тогда величины/^

BEР

, R можно рассматривать как Ч

рушающие нагрузки и, шая дейст^

тельные расчетные нагрузки Р

F, можно по приведенным выражен**

найти коэффициенты запаса k^

t**

Л, соответствующие первой группе ^

дов его определения.

В случаях если коэффициент з

апаг

находят как отношение суммы гориз^

тальных удерживающих сил р

сумме горизонтальных сдвигающий

Рсдв»

- J

Ш ^удер^сдв*

МОЖНО

логично найти разрушающую нагрузи

определяя ее как внешнюю нагрузи

при которой этот коэффициент становил-

ся равным единице. Тогда, вычисляв

№

ношение разрушающей нагрузки к рас

четной, можно и в этом случае найти

коэффициент запаса, соответствующая

первой группе. Таким образом, всегда

можно от коэффициентов запаса второй

группы перейти к коэффициентам запаса

первой группы.

3. Определение коэффициента запасам

как отношение действительных фат

чески имеющихся характеристик сопро-

тивления грунта сдвигу, определенны!

любым способом, например лаборатор-

ными исследованиями образцов грунта

к предельным показателям сопротивле

ния грунта сдвигу, при которых проис-

ходит разрушение основания или потер*

устойчивости сооружения.

Выражения для коэффициентов запао

имеют вид

к МСдейст в йгр tg фдейств фяр*

Щ Фдейств Фпр-

или AKigiJ^ekcTQ tgifnp.

где tg if т о

ШШ

известный из

грунтов коэффициент

Йа (в грунтах, не об

щи х связностью, U' *

II§§ MMИВ

Главным в этом способе является

деление методом последовательных К

ближений значений <p

HJI

и г

11Р

для которых при заданных Р

асчетн

нагрузках, устанавливаемых на оси

известных эксплуатационных Harppjj

коэффициенты запаса по

пе

в0

второй группе равны единице. Это Щ

но представить как процесс одновр

I 0V " г Г -

ар

актеристнк сопротивления грунта

I *явигу tg f и г до тех пор, пока при за-

I данных внешних нагрузках не получим

I f 1. В случаях когда разрушающая

| нагрузка (по первой группе) или удер-

жи0

ающие и реактивные силы (по второй

группе) пропорциональны значениям

\ и с, то коэффициенты запаса по пер-

вой или второй группам совпадают с ко-

эффициентами запаса по третьей группе.

Достоинствами этого метода является

возможность без всяких затруднений на-

ходить коэффициенты запаса при самых

разнообразных способах расчета, т. е.

большая общность, а также то, что коэф-

фициент k определяется применительно

к наиболее недостоверным параметрам,

входящим в расчет (<р и с или tp).

Коэффициенты третьей группы легко

применить и к методам расчета устой-

чивости на основе теории предельного

равновесия. В этом случае, зная требуе-

мое значение коэффициента запаса /г,

определяют tg q> = tg с Щ

- Сдейст!Д и затем, используя найден-

ные значения (рис, определяют расчетом

соответствующие щ предельные на-

грузки основания, которые будут яв-

ляться допустимыми с коэффициентом

запаса, равным k. Как отмечал

П. Л. Иванов (1985 г.), подразделять си-

лы на удерживающие и сдвигающие не

следует. Необходимо использовать толь-

ко

разделение всех сил на активные и ре-

активные, а последние, в свою очередь,

на предельные и действующие.

§ 5.6. РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ

ОСНОВАНИЙ и откосов.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОГО

СОПРОТИВЛЕНИЯ ГРУНТА ОСНОВАНИЯ

Метод

СНиП 11-16—76. В 1948 г.

П. Д. Евдокимовым на основе предпосы-

лок

теории

С. С. Голушкевича был раз-

работан

графический метод расчета со-

противляемости

основания сдвигу (ме-

тод

ВНИИ Га). Впоследствии этот метод

был

включен в СНиП 11-Б 3—62 «Осно-

вания

гидротехнических сооружений.

Нормы

проектирования».

В 1965 г. на основе положений теории

предельного напряженного состояния

—

•

•••II

,—

—

Рис. 5.5. Замена действительной трап<*ш идаль

ной эпюры расчетной равномерной

грунтовой среды С. С. Голушкевича

П. И. Яковлевым был разработан на-

лагаемый далее аналитический метод

расчета, вошедший позднее в СНиП

11-16—76 и получивший название метода

СНиП 11-16—76. В дальнейшем этот

метод, развитый П. И. Яковлевым на

случай расчета слоистого основания, уче-

та сейсмических и фильтрационных сил

для сооружений с каменной постелью, а

также для условий пространственной за-

дачи помещен в пособие к СНиП 11-16 - 76

(Проектирование оснований гидротехни-

ческих сооружений, ВНИИГ им.

Б. Е. Веденеева, Ленинград, 1984 г..

402 е.), а при пересоставлении СНиП

11-16—76 включен в СНиП 2.02.02—85

Способ разработан для случая равно-

мерной эпюры под подошвой сооруже-

ния. В большинстве случаев эпюра на-

пряжений под подошвой шириной b име-

ет форму трапеции (рис. 5.5) с ордината-

ми а

тах

, а

ш1ш

которую назовем действи-

тельной эпюрой. СНиП II-16—76 пред-

лагает эту эпюру заменить расчетной

равномерной эпюрой шириной В и ин-

тенсивностью о. По рекомендации

Н. М. Герсеванова такая замена осуще-

ствляется исходя из двух положений:

действительная и расчетная эпюры

должны быть равновеликими;

центры тяжести обеих эпюр должны

располагаться на одной вертикали.

Используя эти условия, получаем:

В (о

та%

2а

га

)/3 (о

шах

Ч-0

);

а b (а

шах

+ о

1п1в

} 2Я.

При осуществлении такой замены зна-

чение и линия действия вертикальной со-

ставляющей F

равнодействующей F

всех сил на уровне подошвы остаются

неизменными.

Считается, что в пределах расчетной

ширины В касательные напряжения т

от горизонтальной составляющей F

roр

равнодействующей F передаются равно-

мерно. Поэтому

т—Е/В.

Тогда угол наклона б' равнодействую-

щей F к вертикали можно определить

так:

tg б' F

r0p

p^xB/aB^r/a.

Обозначения F, F

Beр

, F

ложения объемлющей поверхности

скольжения ABCD (рис. 5.6, б) и нахож-

дение размеров зон /, // и III Следую-

щие формулы позволяют решить эту

часть задачи:

^ н а 1

гор»

0 И T ОТ-

фак-

- / arccos

—

45°

—~

В sin ft

cos ф

sin 6'

sin ф

б'

О;

т кон

—-

^нач ^

et*<p

носятся к силам и напряжениям,

тически передаваемым основанию соору-

жением. Они подсчитываются исходя

из нагрузок, действующих на сооруже-

ние, и его веса.

Условимся через /?, R

вер

, /?

гор

, о

FOpJ

пр.р

пр.р обозначать аналогичные силы и

напряжения, соответствующие состоя-

нию предельного равновесия (рис. 5.6,

а). Они устанавливаются расчетом. При

малейшем увеличении их произойдет

разрушение (выпирание) основания.

Продолжая расчет, вначале найдем

значение силы R, действующей под тем

же углом 6', что и сила F.

Решение кинематической части задачи.

Она ставит своей целью определение по-

В последнюю формулу значение угла

0 следует подставлять в радианах.

Таким образом, положение поверхно-

сти скольжения A BCD и размеры зон

/, //, /// полностью определяются уг-

лом Ф, зависящим только от углов б' и ц.

При 6'=0 0=45°--+ф/2; 0-90° и тре-

угольник ABE становится равнобедрен-

ным (ZBAE ЩBE А = 45 -f ф/2). При

б' =фф = 0 угол 0 стремится к величине

45°—ф/2. В этом случае сдвиг происхо-

дит по подошве сооружения АЕ (плос-

кий сдвиг).

Случай б'—0 соответствует наиболее

глубокому расположению поверхности

скольжения, когда вместе с сооружение*!

в движение вовлекается большая масса

в\

ЩА,

Сп

рр

—

' 1

Г м

I ис. 5.6. Поверхности скольжения

грунта основания. Сила R в этом случае

наибольшая. С увеличением угла 6' объ-

емлющая линия скольжения проходит

все

ближе и ближе к поверхности грунта

основания (см. рис. 5.6, б), а сила R

уменьшается.

Решение статической части задачи.

Целью ее является определение силы /?.

Все данные для определения веса

грунта Gi и С

в объеме зон I и II/ из-

вестны. Вес грунта в объеме зоны II

('кон

нач)/^

Ф'

Далее необходимо воспользоваться

формулами:

Ш **9-сояв

р^а— ф+ arctg — ;;

sin О

4- tg р tg

(45°

+<р/2)

tgp

—

(0 +

О«

+ б

)/[

—G,

tg Р—tg # X

/?.~G, cos ft sin (р + ф—d)/cos (p—#) x

Xsin (# + 6' — ф), (5.14)

где P — угол наклона к горизонтали равно-

действующей реактивного давления

по поверхности логарифмической

спирали ВС;

Qh р — вспомогательные параметры.

Приведенные формулы (П. И. Яков-

лев, 1965 г.) использованы в СНиП

11-16—76 и СНиП 2.02.02—85.

Практически расчеты по построению

графика несущей способности и нахож-

дению

прр

при известном о ведут в сле-

дующей последовательности:

1) полученную при расчете сооруже-

ния трапецеидальную эпюру напряже-

ний по подошве заменяют расчетной

равномерной эпюрой и находят значения

В, о, т, 6';

2) для найденного б' находят #, 6,

нач>

'нпю с„ G

Щ p., Q, Щ Щ а также

/?cos6' R sin 6'

°np.p 7j • Тир.р- -

Отложив найденные значения а

р.

и т

пр.р> получают одну из точек графи-

ка несущей способности основания

(рис. 5.7);

3) для нахождения еще нескольких то-

чек графика и построения кривой т

пр

/(о

||р р

) расчеты по п. 2 повторяют еще

для нескольких значений 6', которыми

задаются в пределах между 6' cjp и 6'

- . giggj

4) отложив на построенном графика

найденное в и. 1 значение a

отыскива-

ют точку d и соответствующее этой точке

значение т

прр

. Таким образом, искомый

^гор ^ир.р^" ^гор^гор*

Точки с координатами о и т, лежащие

за пределами кривой т

пр

^/(0

пр#р

соответствуют коэффициенту запаса ме-

нее единицы, а точки внутри кривой —

более единицы. Точки с координатами

а и т, попадающие на кривую, соответ-

ствуют состоянию предельного равнове-

сия (коэффициент запаса равен единице).

Таким образом, при заданном значении

а коэффициент запаса будет зависеть от

т. Он может быть больше, меньше или

равным единице. Соответственно при

заданном значении т коэффициент за-

паса будет изменяться с изменением а.

При этом горизонтальная линия дважды

пересекает кривую, т. е. состоянию пре-

дельного равновесия будут соответство-

вать два различных значения о. Точка a

графика будет отображать случай, ко-

гда состояние предельного равновесия

наступит при нулевом значении гори-

зонтальной сдвигающей силы (6'=0).

Точка b кривой будет соответствовать

случаю, когда значение горизонтальной

силы будет максимальным. Сказанное

поясняет взаимосвязь критических зна-

чений горизонтальной и вертикальной

нагрузок на сооружение.

Очевидно, что при конкретном расчете

нет необходимости строить весь график,

достаточно построить участок графика в

окрестности точки При этом следует

помнить, что значение а известно в са-

мом начале расчета, а при увеличении уг-

ла 6' точки кривой будут перемещаться в

направлении начала координат.

Особенности расчета для связного

грунта| Связность грунта можно учесть,

приложив на поверхности засыпки фик-

тивную равномерно распределенную на-

/тщ

/ Wp

- — Шри

U — *ГЧЧ>

Рис. 5

График несущей способности осно-

вании

грузку интенсивностью п—cfig ф (см.

рис. 5.6, а). В этом случае при подсчете

силы G

в нее, кроме веса грунта в объеме

зоны ECD (G3), следует включить равно-

действующую нагрузки интенсивностью

п над зоной III (rt ED), т. е.

G, Gi-f/i£D,

а давление а

пр

найти по формуле

R cos Ь'

<*пр.р=^

В рассматриваемом случае график не-

сущей способности пересечет ось т

пр

на расстоянии с от начала координат. В

остальном расчет проводится так же, как

и в случае несвязных грунтов. Таким

образом, учет связности по существу не

увеличивает трудоемкость расчета.

Приведенное ранее решение для на-

хождения R по формуле (5.14) можно

представить в форме:

t~B

Ni+BqN

где q — интенсивность равномер-

ной нагрузки на участке

призмы выпирания (на-

пример, в рассматривае-

мом далее случае заглуб-

ленной постели q — yt

N , Л/

, Nq—безразмерные коэффици-

енты несущей способно-

сти, зависящие от углов

ф и в'; некоторые значе-

ния этих коэффициентов,

вычисленные на ЭВМ,

приведены в табл. 5.5.

В табл. 5.5 приведены также значения

/Си S — безразмерных коэффициентов,

зависящих от углов ф и 6' и позволяю-

щих при необходимости определить дли-

ну участка выпирания ED и максималь-

ное заглубление поверхности скольже-

ния в грунт /t

max

, т. е.

Полученные П. И. Яковлевым выра-

жения для вычисления коэффициентов

, N

N4, К и S приведены в пособии

к СНиП 11-16—76. В СНиП 11-16—76

и 2.02.02—85 приведены таблицы для

коэффициентов с интервалом по ф через

2°, а в пособии к СНиП 11-16—76 еще

более подробные таблицы с интервалом

по ф через 1°.

При использовании таблиц коэффи-

циентов N

, К и S можно суще-

ственно упростить и ускорить расчеты.

Влияние отдельных факторов на

несу-

щую способность основания. Из рис. 5.8

Таблица 5.5

Коэффи

циенты

Коэффи

циенты

0.14?

О.Зф

0. 5ф \

0.7ф |

0,9ф

0,5968

0,5742 0,5070

0,4184

0,3145

0,1929

10°

Nc •

14,016

2,4714

1,5721

0,893

13,715

2,4184

1.4760

0:839

13,052

2,3014

1,2709

0,722

12,288

2,1667

1,0428

0,593

11,374

2,0056

0,7775

0,442

10,133

1,7866

0,4238

0,241

2,8368 2,5872

2,0465

1,4965 0,9740

0,4889

20°

17,583

6.3996

2,5297

1,162

16,697

6,0772

2,3432

1,076

14,870

5,4122

1,9566

0,898

12,959

4,7169

1,5475

0,711

10,915

3,9728

1,1019

0,506

8.5081

3,0967

5.5621

0,258

30°

12,394

31,872

18,402

4,2897

1,585

10,608

29,027

16,759

3,9008

1,442

7,3255

23,619

13.637

3,1263

1,155

4,5958

18,596

10,738

2,3575

0,871

2,4911

13,900

8,0253

1,5846

0,586

0,9719

9,2321

5,3302

0,7469

0,276

45°

177,62

134,88

11,614

3,001

131,12

111,08

10,101

2,610

66,272

73,119

7,3504

A .898

29,516

45.728

45.729

4,9747

1,285

10,783

26,385

2,9512

0,763

2,5025

12.652

12.653

1,1848

0.306

-npt

О 200 WO 600 800 WOO 1700 1Ш

Рис. 5.8. Влияние удельного веса грунта на несущую способность основания

следует, что с изменением удельного веса

грунта основания при постоянном зна-

чении остальных факторов (cp=30°

5 =

--9 м, <7—0, с—0) наибольшие значения

(Т

|1Р

(при 6'=0) и Трр.р, а также R воз-

растают прямо пропорционально увели-

чению 7.

На рис. 5.9. показано влияние сцеп-

ления с грунта при постоянном значе-

нии остальных факторов (ф=15°; Я=

=9 м; <7=0; у=

кН/м

). При увели-

чении с от 0 до 0,054 МПа наибольшие

значения а

пр.р

(при 6'=0) и Тдр.р воз-

растают соответственно в 7 и 10 раз.

Из графиков, показанных на рис. 5.10,

следует, что с изменением расчетной

ширины эпюры В при постоянном зна-

чении остальных факторов (ф=30°; у=

11 кН/м

; <7=0, с=0) наибольшие зна-

чения Оцр-р (при 6'=0) и т

пр

возрас-

тают прямо пропорционально увеличе-

нию В.

По графикам, показанным на рис.

5.11, можно проследить влияние <jp при

постоянном значении других факторов

(Щ9 м; у—II кН/м

; <7=0; с=0). При

возрастании ф в 2 раза (с 15 до 30°)

максимальные значения <т

р.р (при 6' =

0) и т

увеличиваются соответ-

ственно в 10 и 12 раз. При дальнейшем

увеличении ф в 1,5 раза (с 30 до 45°)

эти значения возросли соответственно в

И и 14 раз. Если же сравнить графики

несущей способности для ф = 15° и

Ц> 45° (увеличение Ф В три раза), то

получим, что максимальное значение

°i4p.p (при б'~0) возрастает с 0,13 до

14,2 МПа, т. е. в ПО раз, а наибольшее

значение т

пр

увеличивается с 0,01

до 1,70 МПа, т. е. в 170 раз.

Анализируя полученные результаты,

заметим, что учет сцепления существен-

Рис. 5.9. Изменение несущей способности ос-

нования в зависимости от сцепления грунта

= 12 м

ж.

УПР'Рt

кПа

100

ш 800 кПа

Рис. 5.I0. Влияние ширины расчетной эпюры

на несущую способность основания

inp.p,

кПа

150

100

нПо

1000

нПо

1000

нПо

1000

0 4000 3000

dnfifh Шм

0 4000 3000

dnfifh Шм

шш

'А'

0 200 400 600 800

1000 <?пр.р,

Рис. 5.11. Изменение несущей способности ос-

нования в зависимости от угла внутреннего

трения грунта

но увеличивает несущую способность

основания, а поэтому вопрос о выборе

расчетного значения удельной силы сцеп-

ления должен прорабатываться весьма

тщательно. Однако после такой про-

работки пренебрегать удельной силой

сцепления не следует.

Необходимо иметь в виду, что даже

при небольшом увеличении угла <р про-

исходит существенное возрастание не-

сущей способности основания. Посколь-

ку зависимости имеют резко выражен-

ный нелинейный характер, не следует

пользоваться методиками, содержащими

какие-либо интерполяции по ф в слу-

чае разнослойных грунтов. При рас-

чете следует тщательно учитывать фак-

торы, связанные с изменением ф (на-

личие каменной постели, прослойки

грунта с другими углами внутреннего

трения и др.). В большинстве случаев

мероприятия по увеличению ф (замена

грунта, уплотнение грунта и т. д.),

вероятно, окажутся экономически це-

лесообразнее, нежели уширение по-

дошвы сооружения.

Использование метода

СНиП 11-16—76 для расчета ус-

тойчивости сооружений

на каменной постели. В

этом случае на стадии предварительных

расчетов можно применить методику рас-

чета и все формулы, приведенные ранее.

Следует иметь в виду лишь следующие

особенности расчета.

Для случая возвышающейся постели

при подсчете силы С

(см. рис. 5.6)

в нее, кроме веса грунта в объеме зоны

ECD (вз) и равнодействующей нагрузки

интенсивностью п над зоной 111 (при

наличии в основании связного грунта),

следует включить и вес пригрузки G

над зоной ///, в которую входит вес

каменной постели, откосных и бермен-

щ$§

1200 *прркпа

Рис. 5Л2. Влияние заглублении подошвы соо-

ружении на несущую способность основания

ню

ных массивов, лежащих над прямой

выпирания ЯОщ т. е.

Ga о; 4- п7П>4 а

Для частично заглубленной постели

эта формула приобретает вид

*»0; + nH& f

f yt

ED,

где /

— заглубление постели;

Y — удельный вес грунта (удельный вес;

каменной постели, попадающей в эд

ну грунта толщиной /

, можно при

мять равной удельному весу грунта)

В случае полностью заглубленной пос

тели, когда G

~ 0, эта формула приоб

ретает вид:

+HED + yl

ED.

Точно такую же расчетную схему при-

ходится рассматривать при расчете не-

сущей способности основания сооруже-

ния, подошва которого действительно

заглублена на расстояние t от поверх-

ности грунта. Влияние заглубления I

на несущую способность основания при

постоянном значении других факторов

(ф=30°; В = 9 м; у=

кН/м

; с-0;

=0) показано на рис. 5.12.

Таким образом, при расчете устойчи-

вости сооружений на каменной постели

во всех случаях следует определять тра-

пецеидальную эпюру напряжений на

уровне подошвы каменной постели, ко-

торая заменяется равномерной эпюрой.

Горизонтальная плоскость на уровне

низа каменной постели принимется за

поверхность грунта, а вес грунта, ка-

менной постели^ берменных массивов и

т. д. над призмой выпирания ED (см.

рис. 5.6) рассматривается как пригруз-

ка. При этом:

R - у В* N

+ В

-Ь

В ШШ Ш

Яо ^ G

Расчет несущей способ-

ности связного откоса.

В данном случае будем считать, что из-

вестны значение и направление

мерной нагрузки на участке

(рис. 5.13/

наклонной поверхности грунтового мас-

сива, а также направление нагрузки щ

второй грани связного откоса. В резу^

тате расчета должно быть определено:^'

чение нагрузки на этой грани, при •

Яковлев П.И., Тюрин А.П., Фортученко Ю.А. Портовые гидротехнические сооружения

Подождите немного. Документ загружается.