Методы расчета устойчивости склонов.

Сравнительно-геологический метод оценки современной устойчивости склона и прогноза его дальнейшего развития и метод природных аналогов.

Расчетные методы основанные на анализе напряженного состояния массива пород: 1) в пределах всего склона и 2) только вдоль известной или предполагаемой поверхности скольжения.

Методы экспериментального моделирования: на поляризационно-оптических и эквивалентных материалах.

Приближенные методы основаны на расчетах предельного равновесия масс горных пород на склонах и в откосах по поверхностям скольжения. Такие расчеты включают в себя:

1) оценку устойчивости склонов и откосов, сложенных неоднородными породами, и 2) оценку устойчивости склонов и откосов, сложенных однородными породами. Из этой группы методов большей известностью пользуются методы, предложенные Феллениусом, Терцаги, Вернацким, Тейлором, Фрелихом, Чугаевым, Гольдштейном, Шахунянцем, Масловым и Фисенко.

Метод расчета устойчивости склонов и откосов, сложенных неоднородными горными породами. Этот метод применим для склонов и откосов, в геологическом строении которых имеются явные границы раздела в напластовании горных пород, ориентированные неблагоприятно, т.е. наклоненные к основанию склона или образованные наклонными трещинами.

Расчетная схема склона или откоса при использовании этого метода аналогична схеме расчета устойчивости оползня, имеющего наклонную поверхность скольжения с тем отличием, что на расчетном геологическом разрезе намечают не выявленную, а возможную или возможные поверхности скольжения. В остальном весь расчет устойчивости склона или откоса производят так же, как и при расчете устойчивости оползня. Для этого подготавливают:

1) обоснованную расчетную схему - детальный геологический разрез;

2) обоснованные расчетные данные;

3) обоснование момента, для которого производится расчет, т.е. наиболее неблагоприятное сочетание силовых воздействий.

Метод расчета устойчивости склонов и откосов, сложенных однородными горными породами. В однородных изотропных породах, не имеющих каких-либо видимых границ разделов, ориентированных наклонно к основанию склона или откоса, поверхность скольжения обычно имеет вогнутую, условно круглоцилиндрическую форму. Поэтому расчет устойчивости в таких случаях обычно называют методом расчета по кругло-цилиндрической поверхности скольжения. Наиболее вероятными местами выхода этой поверхности скольжения на поверхность земли обычно являются бровка склона или откоса или часть их, приближающаяся к бровке, и их основания.

При расчете устойчивости таких склонов и откосов на геологическом разрезе радиусом произвольной длины намечают несколько поверхностей скольжения и по каждой из них проверяют устойчивость масс горных пород, ограниченных поверхностями скольжения и рельефа склона. Склон или откос можно считать устойчивым, если по каждой намеченной поверхности скольжения коэффициент устойчивости будет больше единицы.

Сущность расчета устойчивости склонов и откосов, сложенных однородными породами, состоит в следующем. Предполагается, что оползание пород может произойти по одной из намеченных поверхностей. Предельное равновесие масс горных пород по этой поверхности определяется равенством моментов действующих сил относительно центра вращения. Соответственно коэффициент устойчивости откоса в этом случае должен быть равен единице. Момент сил вращения, т.е. момент силы тяжести, равен произведению составляющей силы тяжести на плечо, равное радиусу. Так как угол наклона поверхности скольжения в разных ее точках неодинаков, соответственно и составляющая силы тяжести в этих точках изменяется. Поэтому момент сил вращения определяется как произведение суммы составляющих силы тяжести на радиус.

Момент удерживающих сил равен произведению суммы сил сопротивления сдвигу на плечо.

Поэтому при предельном равновесии коэффициент устойчивости откоса:

Метод расчета устойчивости склонов и откосов ВНИМИ. Этот метод разработан Г.Л. Фисенко и относится к числу сравнительно новых инженерных методов. Его основой является определенный порядок построения наиболее вероятной поверхности скольжения, при определении формы и расположения которой учитываются следующие основные положения теории предельного равновесия сыпучей среды:

1. Нарушение устойчивости склона или откоса происходит в виде оползания части слагающих их горных пород по поверхности скольжения, имеющей в однородных породах форму, близкую к круглоцилиндрической.

2. Элементарные площадки скольжения в однородных горных породах могут возникать начиная лишь с глубины, где напряжения будут не менее: у1=2ctg (45°-ц/2).

3. Вдали от бровки склона или откоса ось главных напряжений совпадает с вертикалью, при приближении к их поверхности изменяет наклон в сторону склона (откоса), а на плоских и вогнутых поверхностях склонов и откосов совпадает с ними.

4. С изменением направления главных напряжений изменяется и наклон площадок скольжения от угла (45° - ф/2) к вертикали в некотором удалении от откоса до угла (45° - ф/2) к поверхности откоса при его пересечении.

5. В однородных горных породах площадки скольжения возникают на глубине, соответствующей максимально возможной высоте вертикального откоса.

Метод Н.Н. Маслова оценки устойчивости склонов и откосов. Это один из широко известных приближенных методов, названный автором методом равнопрочного откоса или методом Fp. Равнопрочным принято называть такой откос, у которого в любом горизонтальном сечении обеспечена устойчивость слагающих его горных пород.

Зная угол сопротивления сдвигу горных пород каждого горизонта, слагающих склон или откос, и учитывая распределение напряжений от собственного веса пород, можно наметить очертание устойчивого склона или откоса.