Оценка устойчивости грунтовых откосов гидротехнических сооружений с применением вариационного принципа тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.07, кандидат наук Нгуен Тхай Хоанг

• Нгуен Тхай Хоанг
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Нгуен Тхай Хоанг

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Расчетные методы оценки устойчивости грунтовых откосов

1.1. Краткий обзор наиболее распространенных методов оценки устойчивости грунтовых откосов

1.2. Обзор методов поиска наиболее опасной поверхности сдвигов

1.3. Обзор концепций коэффициента запаса устойчивости

1.4. Анализ наиболее распространенных методов оценки устойчивости грунтовых откосов

1.5. Выводы по главе 1

Глава 2. Расчетный метод для проведения исследования

2.1. Расчетные предпосылки метода

2.2. Мера запаса устойчивости грунтового откоса

2.3. Применение вариационного принципа для решения задачи

2.4. Выводы по главе 2

Глава 3. Исследование влияния различных факторов на оценку устойчивости грунтовых откосов

3.1. Учет граничных условий при оценке устойчивости грунтовых откосов

3.1.1. Аналитическое решение задачи методом Терцаги

3.1.2. Исследование влияния числа элементов разбиения на точность вычисления по методу Терцаги

3.1.3. Анализ влияния граничных условий на оценку устойчивости грунтовых откосов

3.2. Влияние формы поверхности обрушения на меру запаса устойчивости грунтовых массивов

3.3. Влияние функции распределения нормальных напряжений по поверхности обрушения на оценку устойчивости грунтового откоса

3.4. Влияние высоты откоса и удельного веса грунта на оценку устойчивости

3.4.1. Влияние высоты откоса на оценку устойчивости грунтового откоса

3.4.2. Влияние удельного веса грунта на оценку устойчивости откоса

3.5. Влияние фильтрации воды на оценку устойчивости откоса

3.6. Выводы по главе 3

Глава 4. Применение разработанной методики к оценке устойчивости грунтовых откосов наиболее распространенных типов сооружений

4.1. Оценка устойчивости обводненного откоса котлована

4.2. Оценка устойчивости откосов грунтовой плотины

4.3. Выводы по главе 4

Заключение

Список использованной литературы

Приложение А. Справка о внедрении результатов кандидатской диссертационной работы

Приложение Б. Акт о внедрении результатов кандидатской диссертационной работы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оценка устойчивости грунтовых откосов гидротехнических сооружений с применением вариационного принципа»

ВВЕДЕНИЕ

Задача обеспечения устойчивости грунтовых массивов возникает при проектировании сооружений гидротехнического, промышленного, гражданского, транспортного и других назначений. При этом в качестве грунтовых массивов выступают основания, откосы насыпей и выемок, естественные склоны при их хозяйственном использовании.

Под устойчивостью грунтовых массивов обычно понимают их способность в течение длительного времени противостоять сдвигающим усилиям, сохраняя свою форму. Устойчивое положение откосов и склонов определяется соответствующим напряжённо-деформированным состоянием, формируемым силовыми воздействиями. При неблагоприятном сочетании разнообразных факторов грунтовый массив, ограниченный откосом или склоном, может перейти в неравновесное состояние и потерять устойчивость.

Особую значимость эта задача приобретает в гидротехническом строительстве при проектировании напорных грунтовых сооружений большой высоты.

Для оценки устойчивости склонов применяются методы трех классов [30]: историко-географические, сравнительные (или методы аналогий) и расчетные -аналитические или графические. В работе рассмотрены исключительно расчетные методы, которые позволяют дать количественную оценку степени его устойчивости. Степень устойчивости необходимо знать не только для решения вопроса о надежности грунтового массива, но также и для сравнительной оценки вариантов рассматриваемого земляного сооружения, чтобы выявить экономически оптимальный вариант.

В работе рассмотрены вопросы устойчивости исключительно нескальных грунтовых массивов, сложенных осадочными породами, образовавшимися в результате разрушения и осаждения горных пород. Грунт рассматривается как сплошная многокомпонентная среда, прочность которой подчиняется известному закону Кулона.

Надо отметить, что при оценке устойчивости расчетными методами мы рассматриваем не сам естественный грунтовый массив, а его расчётную модель. Такая модель упрощенно отражает лишь наиболее важные для оценки устойчивости свойства натурного объекта. Для решения задачи оценки устойчивости, эта модель, помимо геометрических размеров, должна содержать сведения о его геологическом строении, гидрогеологическом состоянии, механических свойствах грунтов.

Для построения схемы геологического строения естественного грунтового массива проводятся испытания образцов грунта, добытых бурением или шурфованием, которыми, в частности, определяются механические свойства грунтов. По результатам геологических изысканий выделяются расчетные геологические слои, отделяемые друг от друга четкими границами в виде простых поверхностей.

Для выяснения гидрогеологического состояния грунтового массива, бурится небольшое число разведочных скважин, с помощью которых определяется режим фильтрации и фильтрационные характеристики водоносных горизонтов. Результаты гидрогеологических исследований позволяют разработать необходимые мероприятия для снижения негативного воздействия подземных вод на устойчивость грунтового массива.

К установленной таким образом расчетной модели прикладываются внешние нагрузки: вес сооружения и грунтового массива основания, давление воды, сейсмические силы. Нагрузки также определяются приближенно с разной степенью достоверности.

Часто общее обрушение (оползание) откоса носит пространственный характер. Однако, из-за простоты и погрешности расчета в сторону запаса, часто решается плоская задача.

Процесс нарушения устойчивости реальных грунтовых массивов весьма сложен. Формирование области пластических деформаций и поверхности сдвигов происходит постепенно и сопровождается существенными деформациями объема и формы грунтового массива. В то же время, часть грунтового массива, не дости-

гая предела прочности, выделяется в отдельные области (отсеки), ограниченные снизу ярко выраженной поверхностью сдвигов.

Имеются два принципиально разных подхода к решению задачи об устойчивости грунтовых массивов: с учётом деформаций и без учёта деформаций. В связи с вышесказанным, разумеется, более строгим является подход с учетом деформаций грунтового массива.

В последние десятилетия в России интенсивно развиваются перспективные направления оценки работоспособности грунтовых сооружений и оснований, в которых расчетные модели грунта отличаются более полным учетом его физико-механических свойств. Предложен ряд методов, расширяющих область применения теории пластичности и ползучести применительно к грунтам сооружений и оснований. В этой области плодотворно трудились: А.К. Бугров, И.М. Васильев, А.Л. Гольдин, Ю.К. Зарецкий, В.Н. Ломбардо, В.Г. Мельник, Л.Н. Рассказов и др. В их работах, благодаря использованию более сложной модели грунта, достаточно полно отражаются его деформационные свойства. Эти предложения [3, 4, 18, 26, 27, 36, 38, 40 и др.] различаются между собой различной степенью обобщения и обоснованностью, а также пригодностью к практическому использованию при проектировании.

Следует отметить, однако, что при решении задачи с учетом деформаций приходится использовать большое число параметров, характеризующих прочностные и деформационные свойства грунтов, от которых зависит напряжённо-деформированное состояние грунта. Значения этих параметров определяются в результате испытания образцов грунта с весьма значительными погрешностями. Поэтому добиться увеличения точности оценки устойчивости грунтового массива за счет увеличения числа расчетных параметров весьма затруднительно. Кроме того, анализ состояния грунтовых массивов на основе этих математических моделей оказывается достаточно сложным. Использование упомянутых методов ограничивается проведением научных исследований при проектировании уникальных сооружений.

Во многих случаях, имеющих практический интерес, геометрическая конфигурация грунтового массива, граничные условия и другие факторы, влияющие на устойчивость, настолько сложны, что не позволяют определить напряженно-деформированное состояние грунтового массива в замкнутой аналитической форме. Поэтому задача решается численно.

В рамках второго подхода к решению задачи об устойчивости грунтовых массивов условие совместности деформаций заменяется условием достижения предельного равновесия силовых воздействий на грунтовый массив, предшествующего потере устойчивости. Такого рода предельное состояние характеризуется достижением грунтом в какой-либо области грунтового массива предельного сопротивления сдвигу, то есть достижением на какой-либо площадке, проходящей через произвольную точку этой области, предельного значения касательного напряжения

тпр=/а + с, (0.1)

где / = щ<р, с - параметры механической прочности грунта, а - нормальное напряжение на площадках сдвигов в соответствующих точках грунтового массива.

Применительно к данному подходу были предложены две схемы предельного состояния, в соответствии с которыми разработаны две группы методов оценки устойчивости грунтового массива.

В методах одной схемы предельного состояния предполагается, что во всех точках потенциально неустойчивой части грунтового массива одновременно возникает предельное напряженно-деформированное состояние, подчиняющееся закону Кулона - Мора (0.1).

В этом направлении первые исследования проводились Ф. Котлером (1903), Г. Рейснером (1925), Т. Карманом (1927), А. Како (1934), В.И. Новоторцевым (1938). Создание современной теории предельного напряженного состояния грунта и разработка на ее основе общего метода оценки устойчивости осуществлено с 1939 по 1960 г. фундаментальными трудами В.В. Соколовского [41]. Графический

метод решения плоской задачи был разработан С.С. Голушкевичем [25], а решение осесимметричной задачи было получено В.Г. Березанцевым [1]. В этих методах строго соблюдаются условия равновесия как произвольно выбранного элемента, так и предполагаемого тела обрушения в целом. Дальнейшее развитие методов первой группы получило в работах М.В. Малышева, B.C. Христофорова, Ю.И. Соловьева, A.C. Строганова, П.И. Яколева [54], Г. Мейергофа, Ж. Биареза и др.

Однако, как отмечали многие ученые (П.Д. Евдокимов, М.И. Горбунов-Посадов, П.Л. Иванов [33] и др.), состояние предельного равновесия во всех точках грунтового массива почти никогда не может реализоваться. Поэтому практическая значимость решений, получаемых на основе этой схемы, невелика.

Недостатком методов этой группы, наряду с условностью расчётной предпосылки, является сложность и громоздкость получаемых расчётных зависимостей, что приводит к невозможности разработки приемлемых практических способов расчета, позволяющие учитывать фильтрационные силы, неоднородность строения грунтового массива, его сложные очертания, действие сейсмических сил и другие факторы, осложняющие расчет, обычно встречающиеся в практике. Поэтому эти методы не получили широкого распространения в расчетной практике.

В методах другой схемы предельного состояния предполагается, что предельное сопротивление сдвигу грунтом достигается лишь на поверхности сдвигов, отделяющей тело обрушения от остальной, устойчивой части грунтового массива.

Для оценки устойчивости при решении плоской задачи методы этой группы используют три уравнения предельного равновесия. Поскольку задача в такой постановке является статически неопределимой, для ее решения необходимо ввести какое-либо дополнительное условие, связывающее неизвестные функции. В зависимости от этого условия, дополняющего уравнения равновесия, методы этой группы делятся на три подгруппы.

К одной подгруппе относятся методы монолитного отсека, ограниченного снизу круглоцилиндрической или плоской поверхностью сдвигов.

Рассматривать призму обрушения как единое монолитное тело впервые (в 1936 г.) предложил А.И. Иванов [32]. После него с таким же предложением в 1937 г. выступил Д. Тейлор [46], который впервые дал правильную схему сил, действующих на монолитное тело обрушения, ограниченное круглоцилиндрической поверхностью сдвигов. Д. Тейлор ввел допущение, согласно которому характер распределения нормального напряжения вдоль дуги сдвига сходен с характером распределения напряжений, подчиняющегося синусоидальному закону. В дальнейшем концепцию монолитного тела рассматривали O.K. Фрелих [60], М. Како [57], У.А. Тер-Аракелян и др.

Как отмечается в работах P.P. Чугаева и A.JT. Можевитинова, методы этой подгруппы пригодны только для оценки устойчивости однородных откосов, загруженных собственным весом. Их практически невозможно распространить на случаи более сложного строения откоса, действия фильтрационных и сейсмических сил. Кроме того, этот способ требует относительно большой вычислительной работы.

К другой подгруппе относятся наиболее распространенные методы, оперирующие с телом обрушения, расчлененным на плоские элементы. В большинстве методов этой подгруппы поверхность сдвигов предполагается также круглоцилиндрической или плоской, а в некоторых - произвольной. Для решения задачи этими методами делается дополнительное предположение относительно соотношения сил взаимодействия между плоскими элементами, на которые разбивается тело обрушения, либо относительно положения точек приложения этих сил, а также относительно распределения нормального напряжения по поверхности сдвигов.

К этой подгруппе относятся методы Г. Крея [34], К. Терцаги [47], H.H. Мас-лова [37], P.P. Чугаева [52] и др. Анализ и сопоставление методов этой подгруппы можно найти в работах P.P. Чугаева, И.В. Федорова, A.JI. Можевитинова и др. Из зарубежных методов, относящихся к данной подгруппе, следует отметить методы авторов: Fellenius (1936), Bishop (1955), Janbu (1973), Spencer (1967), Morgenstern

& Price (1965), Fredlund & Krahn (1984), Nash (1987), Morgenstern (1992), Duncan (1996) и др.

К третьей подгруппе относятся немногочисленные пока методы (например, методы И.М. Васильева, М.П. Саинова и др.), в которых нормальное и касательное напряжения, действующие по вертикальным граням элементов тела обрушения, определяются в результате предварительного решения задачи о напряжённо-деформированном состоянии действительного устойчивого откоса [18, 19]. Затем к боковым граням элементов прикладываются равнодействующие напряжения, полученные в предварительном расчете, и задача об устойчивости откоса решается как в методах второй подгруппы. Очевидно, в этих методах расчета устойчивости условия равновесия в предельном состоянии также не соблюдаются.

Следует подчеркнуть, что в современной практике проектирования до сих пор широко используются методы второй группы. Во многих из них даже интегрально не соблюдаются условия равновесия, а граничные условия по напряжениям и углам наклона площадок сдвигов игнорируются. Несмотря на очевидные несовершенства этих методов, они остаются популярными среди инженеров. Это объясняется относительной их простотой и во многих случаях скрытыми запасами устойчивости, обусловленными несовершенством расчетных предпосылок этих методов.

Развитие вычислительной техники позволяет сегодня качественно улучшить оценку устойчивости грунтовых массивов за счет внедрения более совершенных расчетных методов. Один из возможных вариантов такого улучшения связан с применением метода [7, 8], в котором законы механики соблюдаются. Поэтому разработка методики применения метода, в котором соблюдаются все законы механики, является актуальной задачей.

Степень разработанности рассматриваемой темы характеризуется, с одной стороны, весьма большим числом отечественных и зарубежных исследований, а с другой стороны, нерешенностью целого ряда задач, связанных с учетом граничных условий, оценкой влияния расчетных допущений, используемых в методах, и др.

Цель и основные задачи исследования Цель исследования - разработать методику применения расчетного метода, в котором соблюдаются законы механики, к оценке устойчивости грунтовых откосов гидротехнических сооружений. Использовать данный метод для решения ряда задач, направленных на выявление влияния на устойчивость грунтовых откосов основных факторов:

• граничных условий в крайних точках профиля поверхности сдвигов по напряжениям и ориентации площадок сдвигов;

• формы поверхности обрушения;

• закона распределения нормальных напряжений по поверхности обрушения;

• высоты и крутизны откоса;

• удельного веса грунта сооружения;

• фильтрационных сил при разных глубинах воды в нижнем бьефе.

В задачу исследования также входила разработка алгоритма применения вариационного метода к оценке устойчивости грунтовых откосов и на его основе создание вычислительной программы для ЭВМ.

Метод исследования В работе использованы общие методы механики твердого тела и механики грунтов с критерием прочности грунта Кулона - Мора, а также методы вариационного исчисления.

Научная новизна работы

Научная новизна работы заключается в разработке методики оценки устойчивости произвольно загруженных грунтовых откосов и доведении этой разработки до практического применения.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается: 1) во всестороннем анализе факторов, влияющих на оценку устойчивости грунтовых откосов, и применении вариационного принципа поиска наиболее опасной поверхности обрушения при использовании расчетного метода, в котором строго соблюдаются законы механики;

2) в разработке методики и доведения ее до практического применения, что позволит повысить обоснованность принимаемых технических решений при проектировании конкретных гидротехнических сооружений, например, плотин из грунтовых материалов, грунтовых перемычек, котлованов и т.д.

Результаты исследования внедрены в учебный процесс инженерно-строительного института Санкт-Петербургского политехнического университета подготовки бакалавров и магистров по направлению Строительство.

Предложенная методика использована при разработке технического проекта реконструкции гидроузла «Водохранилище №2 АФ «Дивноморское» Г. Геленджик Краснодарского края».

Достоверность и обоснованность результатов исследования основывается на применении проверенных зависимостей математического анализа и физических законов механики, а также сопоставлением результатов решения тестовых задач, полученных другими исследователями.

Личный вклад автора заключается в разработке методики оценки устойчивости грунтовых откосов, составленной на основе анализа применяемых расчетных методов и анализа факторов, влияющих на устойчивость откосов.

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались автором на семинаре кафедры Водохозяйственного и гидротехнического строительства Санкт-Петербургского государственного политехнического университета и на заседании секции ученого совета «Основания и грунтовые сооружения» ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева».

Положения, выносимые на защиту

На защиту выносятся упомянутые положения научной новизны, а также теоретической и практической значимости, а именно:

1. Методика выполнения оценки устойчивости грунтовых откосов, загруженных произвольной нагрузкой, с применением расчетного метода, в котором соблюдаются законы механики.

2. Методика применения вариационного принципа к оценке устойчивости грунтовых откосов гидротехнических сооружений.

3. Вероятностный метод определения меры запаса устойчивости и вычисления коэффициента запаса.

4. Результаты анализа влияния различных факторов на оценку устойчивости грунтовых откосов: граничных условий, формы гипотетической поверхности обрушения, распределения нормальных напряжений по поверхности сдвигов и др.

Публикации. По теме диссертации опубликовано пять статей, в издательствах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературных источников. Диссертация, общим объемом 106 стр., содержит 35 рисунка, 14 таблиц.

Глава 1. Расчетные методы оценки устойчивости грунтовых откосов

1.1. Краткий обзор наиболее распространенных методов оценки устойчивости грунтовых откосов

Наиболее популярными до настоящего времени являются методы второй группы, широко использующиеся в инженерной практике. Эти методы основываются на предположении о достижении предельного сопротивления сдвигу только на поверхности обрушения. В этих методах поверхность обрушения обычно предполагается круглоцилиндрической или плоской, а в некоторых - произвольной. Для уточнения закона распределения нормального напряжения по поверхности обрушения, что особенно важно при неоднородности строения грунтового массива, тело обрушения расчленяется на плоские элементы. Задача оценки устойчивости грунтовых массивов решается этими методами путем введения допущения относительно сил взаимодействия между плоскими элементами, на которые разбивают тело обрушения, или относительно закона распределения нормальных напряжений, действующих на поверхности обрушения.

На рисунке 1.1 представлена общая расчетная схема для методов, в которых предполагается, что неустойчивая часть грунтового массива ограничена снизу круглоцилиндрической поверхностью (методы Терцаги, Крея, весового давления и др.).

На выделенный /-й элемент тела обрушения шириной Ь, действуют силы: ^ - вес элемента, включающий вес грунта и воды в порах; IV,./ и Ж, - равнодействующие давления воды, действующего по боковым граням рассматриваемого элемента; и - давление воды, действующее на подошву элемента; Г,./ и Т, - вертикальные составляющие силы взаимодействия между элементами; Е,./ и Е, - горизонтальные составляющие силы взаимодействия между элементами; а, и т, - соответственно нормальные и касательные напряжения, действующие по подошве элемента.

а)

б)

Ь,

2

УВ

Ж

Рисунок 1.1- Общая расчетная схема для методов, выведенных для круглоцилин-дрических поверхностей обрушения: а - профиль грунтового массива; б - схема сил, действующих на произвольный элемент тела обрушения; 1 - профиль поверхности, ограничивающей грунтовый массив, 2 - профиль поверхности обрушения (дуга окружности), 3 - профиль поверхности грунтовых вод.

В методе Терцаги [47] принято Е1-х = Е1 = = Т1 — 0, а также считается,

что силы Ж,./, ¡V, и горизонтальная составляющая давления и1, взаимно уравновешены, т. е.

Схема учитываемых в этом методе сил, действующих на произвольный /-й элемент, представлена на рисунке 1.2.

= и11§та1

где I, - длина профиля подошвы /-го элемента.

I'

(1.1)

b,

G,

ursino

Ж-1

W,

u^cos a,

Рисунок 1.2 - Схема действующих на /-й элемент сил в методе Терцаги Коэффициент запаса определяется как отношение момента предельных реактивных сил М„ к моменту действующих реактивных сил Мд, уравновешивающих момент активных сил Ма. Эти моменты подсчитываются относительно горизонтальной оси круглоцилиндрической поверхности, ограничивающей тело обрушения.

где тпр - предельные касательные напряжения; г - действующие касательные напряжения; / - длина дуги окружности радиусом г (профиля поверхности сдвигов).

Из уравнения равновесия проекций сил на нормаль к подошве элемента получается выражение для определения нормального усилия, действующего на подошву /-го элемента:

(1.2)

<т,/, = (G, -ubl)-cosal.

(1.3)

Допущение Т,.1 = Т,=0 указывает на то, что вертикальные площадки являются главными, и, следовательно, перемещение отсеков относительно друг друга отсутствует.

Касательное напряжение по подошве элемента достигает своего предельного по Кулону значения, которое при действующем нормальном напряжением а,

определяется зависимостью:

(1.4)

где Х^ср,, с, - параметры механической прочности грунта для /-го элемента.

Уравнение равновесия моментов активных и реактивных сил относительно центра окружности, ограничивающей профиль тела обрушения, имеет вид:

м,~ма = вта, -г£тг/, = 0. (1.5)

п п

Коэффициент запаса в методе Терцаги определяется выражением:

м X [(С. - "ь. >сош, '£<?, + с.]

п

В методе Крея [34] принято допущение: силы взаимодействия между элементами тела обрушения имеют горизонтальное направление, т.е. предполагается, что Т,-1 = Т, =0. Следовательно и в этом методе предполагается, что вертикальные площадки являются главными, а перемещение отсеков относительно друг друга отсутствует.

Схема учитываемых в этом методе сил, действующих на произвольный /-й элемент, представлена на рисунке 1.3.

u^sinoij

uliCOSCXi

Рисунок 1.3- Схема действующих на i-й элемент сил в методе Крея Уравнение равновесия проекций сил на вертикальную ось для каждого отсека имеет вид:

Gj-т I, sinar, -(7,1, cosa, -ul, cos a, = 0. (1.7)

Учитывая, что: 2"Пр¡~ <^¡^S(Pi'>rCi-> h = Ь, , после преобразования

(1.7) получается выражение для определения нормальных усилий, действующих в предельном состоянии по поверхности обрушения:

(G -ub,)-c I .s'ma <7,1, =—---——-Lcos (р,

I I 71

(1.7*)

соб(а, -<р,)

В методе Крея коэффициент запаса устойчивости определяется либо из уравнения равновесия моментов сил относительно центра дуги окружности (метод моментов), либо из уравнения равновесия проекций сил на горизонтальную ось (метод сил).

Следует отметить, что на практике часто используется первый вариант, то есть коэффициент запаса определяется из уравнения равновесия моментов. Что касается второго варианта, он редко применяется, потому что в нем не соблюдается условие равновесия моментов. При равенстве нулю вектора сил это приводит

к неограниченному росту плеча силы взаимодействия в нижней части тела обрушения откоса.

Выражение для определения коэффициента запаса в методе Крея по первому варианту имеет вид:

г т dl у-^ (Gt - ubt) sin ср, + clbl eos (p,

к = —= -= —--————-. (1.8)

Мя \ г i dl v" п •

а J а sina,

1 i=i

В методе весового давления [52] коэффициент запаса определяется зависимостью:

к =-= —, (1.9)

где сра, сд - действительные расчетные прочностные характеристики грунта; срК, ск

- прочностные характеристики грунта соответствующие предельному состоянию.

Схема учитываемых в этом методе сил, действующих на произвольный /-й элемент, представлена на рисунке 1.4.

В этом методе введено понятие дифференцированного коэффициента перехода р, который для каждого столбца определяется выражением:

где 5в - вес столба, 8К - нормальная составляющая силы давления, действующего на подошву рассматриваемого столбца.

После сопоставления результатов, полученных тремя методами: Терцаги, Крея и Тейлора, Р.Р.Чугаев предложил применить для относительно пологих откосов (т > 2+2.5) 1, а для относительно крутых откосов согласно Терцаги: /?г=соза,.

т

«£>/ 6Т+6С

Рисунок 1.4 - Схема к расчету устойчивости методом весового давления. В случае относительно пологих откосов уравнение предельного равновесия моментов относительно центра дуги окружности имеет вид:

вх0-^(гЯГ + г<5С) = 0,

(1.11)

где С - вес всего тела обрушения ; дТ и ЗС - сила трения и сила сцепления в пределах 1-го столбца.

С учетом того, что:

X {г8Г + гдС) = г]Г {тё(рк + , (1.1

коэффициент запаса определяется выражением:

1 )

к = -

(1.13)

где 8б - длина дуги, образующей подошву рассматриваемого столба.

Следует отметить, что задачу оценки устойчивости грунтовых откосов в рамках второй группы методов впервые четко и полно сформулировал и решил для достаточно общего случая неоднородного строения грунтового массива, лю-

бого действия сил и произвольной формы поверхности сдвигов А.Л. Можевити-нов [39]. Схема к расчету устойчивости откосов методом наклонных сил А.Л. Можевитинова представлена на рисунке 1.5.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Нгуен Тхай Хоанг, 2014 год

Список литературы

1. Березанцев, В.Г. Расчет прочности оснований сооружений/ В.Г. Березанцев. - М.: Госстройиздат, 1960. - 138 с.

2. Большев, JI.H. Таблицы математической статистики/ JI.H. Большев, Н.В. Смирнов. - М.: Наука, 1983. - 416 с.

3. Бугров, А.К. Расчёт несущей способности грунтовых массивов/ А.К. Бургов, A.A. Зархи // Гидротехническое строительство. - 1979. - №11.

4. Бугров, А.К. О влиянии траектории нагружения на напряженно-деформированное состояние оснований/ А.К. Бургов // Основании, фундаменты и механика грунтов. - 1980. - №2. - С. 24-26.

5. Бухарцев, В.Н. О коэффициентах безопасности в расчетах устойчивости сооружений/ В.Н. Бухарцев, A.JI. Можевитинов // Известия ВНИИГ им. Б.Е. Беденеева. -1977.-Т. 117.-С. 14-18.

6. Бухарцев, В.Н. Общий метод расчета устойчивости грунтовых откосов в рамках плоской задачи/ В.Н. Бухарцев // Гидротехническое строительство. - 1983. -№11.-С. 28-32.

7. Бухарцев, В.Н. Оценка устойчивости грунтовых откосов вариационным методом/ В.Н. Бухарцев // Гидротехническое строительство. - 1998. - №11. - С. 44-47.

8. Бухарцев, В.Н. Оценка устойчивости грунтовых откосов вариационным методом/ В.Н. Бухарцев // Межвузовский сборник научных трудов по гидротехническому и специальному строительству. - М.: МГСУ, 2002. - 401 с.

9. Бухарцев, В.Н. К определению расчетных значений параметров прочности грунтов/ В.Н. Бухарцев // Гидротехническое строительство. - 2006. - №6. - С. 2730.

10. Бухарцев, В.Н. Расчетные методы для оценки устойчивости причальных сооружений/ В.Н. Бухарцев // Труды СПбГТУ, Строительство. - 2007. - №502. - С. 291-296.

11. Бухарцев, В.Н. Повышение надежности оценки устойчивости бетонных сооружений на нескальном основании против сдвига с поворотом/ В.Н. Бухарцев, Ву Мань Хуан // Гидротехническое строительство. - 2012. - №11. - С. 41-46.

12. Бухарцев, В. Н. Оценка устойчивости грунтовых массивов/ В.Н. Бухарцев, Нгуен Тхай Хоанг // Инженерно-строительный журнал. - 2012. - №9. - С. 41-48.

13. Бухарцев, В.Н. Учет граничных условий при оценке устойчивости грунтовых массивов/ В.Н. Бухарцев, Нгуен Тхай Хоанг // Гидротехническое строительство. -2013.-№1.-С. 36-43.

14. Бухарцев, В.Н. Влияние формы поверхности обрушения на меру запаса устойчивости грунтовых массивов/ В.Н. Бухарцев, Нгуен Тхай Хоан // Гидротехническое строительство. - 2013. - №7. - С. 17-20.

15. Бухарцев, В.Н. Влияние функции распределения нормальных напряжений по поверхности обрушения на оценку устойчивости грунтового массива/ В.Н. Бухарцев, Нгуен Тхай Хоанг // Гидротехническое строительство. - 2014. - №6. - С. 3338.

16. Бухарцев, В.Н. Применение вариационного метода к оценке устойчивости обводненных грунтовых откосов / Т.Х.Нгуен, В.Н.Бухарцев // Инженерно-строительный журнал. - 2014. - №6. - С. 24-31.

17. Бухарцев, В.Н. Решение задачи о фильтрации в однородном прямоугольном грунтовом массиве на основе вариационных принципов/ В.Н. Бухарцев, М.Р. Петриченко // Гидротехническое строительство. - 2012. - №3. - С. 32-37.

18. Васильев, И.М. Расчет пространственной устойчивости деформационно-неоднородных грунтовых плотин/ И.М. Васильев // Гидротехническое строительство. - 1983. -№11. -С. 19-23.

19. Василев И.М., Гребнев К.К. Метод расчета устойчивости грунтовых неоднородных плотин в пространственных условиях/ И.М. Васильев, К.К. Гребнев // Известия ВНИИГ им. Б.Е. Беденеева. - 1980. - Т. 144.

20. Ву, М.Х. Методика оценки устойчивости гидротехнических сооружений большой жесткости против сдвига эксцентрично приложенной нагрузкой: дис.... канд. техн. наук: 05.23.07/ Ву Мань Хуан. - СПб, 2013. - 97 с.

21. Гидротехнические сооружения / Под ред. М.М. Гришина, ч.1. - М.: Высшая школа, 1979.-615 с.

22. Гидротехнические сооружения / Под ред. Н.П. Розанова. - М.: Стройиздат, 1978.-648 с.

23. Гидротехнические сооружения (Справочник проектировщика) / Под ред. В.Н. Недриги. - М.: Стройиздат, 1983. - 543 с.

24. Гиргидов, А.Д. Вариационный метод расчета устойчивости откоса/ А.Д. Гир-гидов // Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. - 1969. - Т. 88. - С. 123-135.

25. Голушкевич, С.С. Статика предельных состояний грунтовых масс/ С.С. Го-лушкевич. - М.: Гостехниздат, 1957. - 288 с.

26. Гольдин, A.JI. Определение несущей способности оснований сооружения с использованием неассоциированного закона течения грунтов/ А.Л. Гольдин, B.C. Прокопович // Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. - 1980. - Т. 137.

27. Гольдин, А.Л. Проектирование грунтовых плотин/ А.Л. Гольдин, Л.Н Рассказов. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 384 с.

28. Гольдштейн, М.Н. О применении вариационного исчисления к исследованию оснований и откосов/ М.Н. Гольдштейн // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 1969. - №1. - С. 2-6.

29. ГОСТ 20522-75. Грунты. Методы статистической обработки результатов определения характеристик. - М.: Изд-во стандартов, 1975. - 13 с.

30. Емельянова, Е.П. Сравнительный метод оценки устойчивости склонов и прогноза оползней/' Е.П. Емельянова. - М.: Недра, 1971. - 54 с.

31. Зарецкий, Ю.К. Статика и динамика грунтовых плотин/ Ю.К. Зарецкий, В.Н. Ломбардо. - М.: Энергоатомизддат, 1983. - 256 с.

32. Иванов, А.И. Расчет устойчивости откосов плотин насыпей и выемок/ А.И. Иванов // Нижне-Волгопроект. - 1936. - Вып. VI ОНТИ.

33. Иванов, П.Л. Грунты и основания гидротехнических сооружений/ П.Л. Иванов. - М.: Высшая школа, 1991. - 447 с.

34. Крей Г. Теория давления земли и сопротивления грунтов нагрузке/ Г. Крей; пер. с нем. В.Н. Федорович; ред. пер. с нем. В.К. Дмоховский. - JI: Госстройиздат, 1932.-218 с.

35. Ломизе, Б.М. Нахождение опасной поверхности скольжения при расчете устойчивости откосов/ Б.М. Ломизе // Гидротехническое строительство. - 1954. -№2. - С. 32-36.

36. Малышев, М.В. Прочность грунтов и устойчивость оснований/ М.В. Малышев. - М.: Стройиздат, 1980. - 136 с.

37. Маслов, H.H. Механика грунтов в практике строительства/ H.H. Маслов. - М.: Стройиздат, 1977. - 320 с.

38. Мельник, В.Г. Применение низкопрочных грунтов для строительства плотин/ В.Г. Мельник // Гидротехническое строительство. - 1985. - № 7. - С. 31-37.

39. Можевитинов, А.Л. Общий метод расчета устойчивости откосов земляных сооружений/ А.Л. Можевитинов, М. Шинтемиров // Известия. ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. - 1970. - Т. 92. - С. 11-22.

40. Рассказов, Л.Н. Напряженно-деформированное состояние плотин из местных материалов с учетом сейсмических воздействий/ Л.Н. Рассказов // Труды ВОД-ГЕО.-1974.-Вып. 44.

41. Соколовский, В.В. Статика сыпучей среды/ В.В. Соколовский. - М.: Физма-тгиз, 1960.- 121 с.

42. Стефанишин, Д.В. Расчет устойчивости откосов с применением гипотезы кру-гоцилиндрических поверхностей скольжения/ Д.В. Стефаншин // Гидротехническое строительство. - 1984. - №12.

43. СП 22.13330.2011. Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*. - М.: 2011.

44. СП 23.13330.2011. Основания гидротехнических сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.02-85. - М.: 2011.

45. СП 39.13330.2012. Плотины из грунтовых материалов. Актуализированная редакция СНиП 2.06.05-84*. - М.: 2012.

46. Тейлор, Д.В. Основы механики грунтов/ Д.В. Тейлор; пер. с англ. Г.Л. Гнатюк; ред. пер. с англ. Н.А. Цытович. - М.: Стройиздат, 1960. - 598 с.

47. Терцаги, К. Теория механики грунтов/ К. Терцаги; пер. с нем. И.С. Устевский; ред. пер. с нем. Н.А. Цытович. - М.: Госстройиздат, 1961. - 507 с.

48. Указания по расчету устойчивости земляных откосов. ВНИИГ, 1971.

49. Фандеев, В.В. Краткий обзор способов расчета устойчивости земляных откосов/ В.В. Фандеев // Научные записи МИИВХ. - 1965. - Т. 18.

50. Федоров, И.В. О расчете устойчивости откосов и склонов неоднородного сложения/ И.В. Федоров // ВОДГЕО. Тр. лаб. земляных сооружений. - М.: Стройиздат, 1972.

51. Хуан, Я.Х. Устойчивость земляных откосов/ Я.Х. Хуан; пер. с англ. B.C. Заба-вина; ред. пер. с англ. В.Г. Мельник. - М.: Стройиздат, 1988. - 238 с.

52. Чугаев, P.P. Земляные гидротехнические сооружения/ P.P. Чугаев. - Л.: Энергия, 1967.-460 с.

53. Шинтемиров, М. Развитие общего метода расчета устойчивости откосов земляных сооружений/ М. Шинтемиров // Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. -1972.-Т. 99.

54. Яковлев, П.И. К определению пассивного давления грунта на подпорные стены/ П.И. Яколев // Строительная механика и расчет сооружений. - 1968. - №4.

55. Bishop, A.W. The use of the slip circle in the stability analysis of slopes/ A.W. Bishop// Geotechnique. - Vol. 5. - 1955. - Pp. 7-17.

56. Bishop, A.W. Stability coefficients for earth slopes/ A.W. Bishop, N.R. Morgenstern // Geotechnique. - Vol. 10. - 1960. - Pp. 129-150.

57. Caquo, A. Methode exaete pour le calcul de la rupture d'un massif pour dlissement cylindrique/ A. Caquo // Geotechnique. - Vol. 5. - №1. -1955. - Pp. 29-32.

58. Cheng, Y.M. Slope stability analysis and stabilization: new method and insight/ Y.M. Cheng, C.K. Lau // Routledge Publishers. - 2008. - Pp. 241.

59. Fellenius, W. Calculation of the stability of earth dams/ W. Fellenius // Proceeding of the Second Congress on Large Dams. - Vol. 4. - 1936. - Pp. 445-463.

60. Frelich, O.K. General theory of slope/ O.K. Frelich // Geotechnique. - Vol. 5. -1955.-Pp. 37-44.

61. Fredlund, D.G. Comparison of slope stability methods of analysis/ D.G. Fredlund, J. Krahn // Canadian Geotechnique Journal. - Vol. 14. - 1977. - Pp. 429-439.

62. Geoslope (2002). SLOPE/W for Slope Stability Analysis, Version 5: User's Guide. Geoslope international, Calgary, Alberta, Canada.

63. Janbu, N. Application of composite slip surface for stability analysis/ N. Janbu // Proceedings of the European Conference on Stability of Earth Slopes, Stockholm. -Vol. 3.- 1954.-Pp. 43-49.

64. Janbu, N. Slope stability computation/ N. Janbu // Embankment-Dam Engineering. -1973. - Casagtande volume. - Pp. 47-86.

65. Michael Duncan, J. Soil Strength and Slope Stability/ J. Michael Duncan, G. Stephen Wright. - John Wiley & Son, 2005. - Pp. 297.

66. Morgenstern, N.R. The analysis of stability of general slip surface/ N.R. Morgenstern, V.E. Price // Geotechnique. - Vol. 15. - 1965. - Pp. 70-93.

67. Turnbull, W.J. Special problems in slope stability/ W.J. Turnbull, M.J. Hvorslev // Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division. - Vol. 93. - 1967. - Pp. 499528.

68. Spencer, E. A method of analysis of the stability of embankment assuming parallel inter-slice forces/ E. Spencer // Geotechnique. - Vol. 17. - 1967. - Pp. 11.

Приложение А. Справка о внедрении результатов кандидатской диссертационной работы

М1ШОБРНАУКИ РОССИИ

фсиральпое («суларотишн- яошношш обрампи тельное учреждение высшего образдиаиця «Санкг Пепрбур! екнй гоеуларегоишый политехнический университет» (ФГАОУ ВО «СПбГП»)

ИНН 7804040077, ОГРН 102780250479, ОКПО 0206ОТ74 Политехническая ул 29 С-Петербург 19525 В Телефон [phone] факс [phone] Е mail ofTtccfi^spbslii ru

У1ВЕРЖДАЮ»

Проректор по научной работе Федерального государственного автономного образовательдогдрудахусцения высшего образов « С а н кт- Пета^р^окЙ №'гос|4а|8!№е н н ы й

дат технический;»!

щщ и Д0 j) ьей и f/zjl •

Справка

о внедрении результатов диссертационной работы в учебный процесс

Настоящим подтверждается, что результаты диссертационной работы Нгуен Тхай Хоанга на тему «Оценка устойчивости грунтовых откосов гидротехнических сооружений с применением вариационного принципа», выполненной на кафедре «Водохозяйственное и гидротехническое строительство» под руководством доктора технических на>к, профессора Ь>-харцева Владимира Николаевича внедрены в учебный процесс подготовки бакалавров и магистров очной и заочной форм обучения по направлению 270800 «Строительство» ФГОС по профишо «Гидротехническое строитечьство»

Результаты диссертационного исследования включены в лекционный материал и в задание на курсовое проектирование дисциплин «Низконапорные комплексные гидроузлы» и «Устойчивость грунтовых массивов» Эти результаты используются также при выполнении выпускных квалификационных работ

Новизна научной разработки, используемой в учебном процессе, заключается в представленной методике оценки устойчивости гр> нтовых массивов гидро1ечнических сооружений и их оснований Такие воздействия испытывают многие гидротехнические сооружения, в частности, откосы грунтовых плотин

Директор инженерно строительного института, д т н , профессор Заведующий кафедрой «Водохозяйствен и гидротехническое строительство», д т н проф*

Ватин

олай Иванович

ай Викторович

Приложение Б. Акт о внедрении результатов кандидатской диссертационной работы

ООО «Центр судебно-технических экспертиз»

350004, г. Краснодар, ул. Каляева, д 2, тел: [phone] E-mail: [e-mail]: Интернет-сайт: http:// www cste.ru

Исх№243 от 14.10.2014 г.

УТВЕРЖДАЮ альный директор

Г.В. Дегтярев

14 октября 2014 года

Акт

о внедрении (использовании) результатов кандидатской диссертационной работы Нгуен Тхай Хоанга

Комиссия в составе:

председатель

члены комиссии:

Дегтярев Георгий Владимирович, генеральный директор доктор технических наук, профессор, «Заслуженный строитель Кубани»

Дегтярева Ольга Георгиевна, ведущий специалист, кандидат технических наук, доценг Коженко Наталья Владимировна, специалист,

магистр техники и технологии, ст. преподаватель

составили настоящий акт о том, что результаты диссертационной работы:

«Оценка устойчивости грунтовых откосов гидротехнических сооружений с применением вариационного принципа», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук, использованы при оценке устойчивости откосов грунтовой плотины при разработке технического проекта реконструкции гидроузла: «Водохранилище №2 АФ «Дивноморское» г. Геленджик Краснодарского края».

Использование предложенной расчетной методики позволило повысить надежность получаемых результатов расчета и получить более экономичные обоснованные решения.

Председатель комиссии

Члены комиссии:

О. Г. Деггярева

Н.В. Коженко