Расчет устойчивости склона

Расчет устойчивости склона – это инженерное исследование, которое определяет, насколько безопасен естественный или искусственный откос (склон, насыпь) и существует ли риск его обрушения или оползня.

Инженерный расчет позволяет оценить вероятность деформации грунтовых массивов и предотвратить их. Это комплексный анализ, включающий полевые исследования и компьютерное моделирование.

Задачи:

• Выявить, насколько устойчив склон:
  способен ли грунтовый массив, природный или созданный человеком (откосы карьеров, котлованов) выдерживать нагрузки без разрушения.

• Спрогнозировать риски:
  вероятность возникновения обвалов, оползней и других опасных деформаций.

• Получить данные для укрепления:
  информация для разработки мер по защите и стабилизации склона.

Этапы, вид и состав работ

Специалисты выезжают на место и проводят следующие исследования:

• Инженерно-геологические изыскания (ИГИ):
  бурение скважин для взятия проб грунта, зондирование, геологическая съемка.

• Топографическая съемка:
  создание карт рельефа.

• Гидрогеологические исследования:
  определение уровней грунтовых вод, их химического состава.

Применяют 2 подхода:

1. Двумерный расчет
Анализируется поведение тонкого (около 1 м) слоя грунта, “вырезанного” из склона:

• какие силы на него давят,

• как он сопротивляется.

Влияние соседних боковых участков при этом не учитывается.
Подход является основным и подходит для большинства случаев оценки устойчивости склонов.

2. Трехмерный расчет

Учитывает полную геометрию склона и свойства окружающих грунтов, применяясь:

• в сложных геологических условиях,

• при проектировании ответственных объектов,

• при наличии подробных данных.

Этапы расчета оползневых склонов

• Сбор исходных данных.

• Выбор расчетного сечения (створа).

• Составление расчетной схемы.

• Определение расчетных параметров грунтов.

• Выбор метода расчета.

• Выполнение и анализ результатов расчета устойчивости.

• Определение и построение эпюр оползневого давления.

• Рекомендации по мероприятиям инженерной защиты.

Стабильность склона под вопросом: когда нужен расчет

Расчет необходим в следующих случаях:

• Нестабильные территории
  В районах, где часто происходят оползни, обвалы, лавины или другие движения грунта.

• При земляных работах
  Во время рытья больших котлованов или разработки карьеров, чтобы убедиться в безопасности откосов.

• Для оценки рисков
  Чтобы определить вероятность опасных склоновых процессов.

• При проектировании защитных сооружений
  Когда планируется строительство подпорных стен, дренажных систем или других укрепляющих конструкций.

Устойчивость может измениться под воздействием различных факторов:

• изменение рельефа, водного режима, свойств грунтов;

• дополнительные нагрузки в виде появления новых сооружений;

• активизация геологических процессов;

• выветривание пород под воздействием природных явлений;

• сейсмические воздействия.

От условий до алгоритма: выбор метода

На выбор метода для расчета устойчивости склонов влияют:

• рельеф: насколько выражен и крут склон.

• нагрузки: наличие местных или динамических воздействий.

• распределение напряжений: присутствие зон концентрации напряжений.

• строительные конструкции: тип и наличие зданий, сооружений, а также удерживающих конструкций.

• история освоения: необходимость учета последовательности изменений на склоне.

1. Метод предельного равновесия

Применяется:

• Для протяженных склонов незначительной или средней крутизны (до 30-45°) с плавным рельефом.

• Когда нет значительных местных, динамических нагрузок или сложных строительных конструкций, влияющих на тело оползня.

• Если поверхность скольжения относительно проста и не пересекает сооружения.

Ограничения:

• Не учитывает местные концентрации напряжений, нагрузки вне тела оползня, взаимодействие со строительными конструкциями (их жесткость, историю нагружения).

• Требует допущений о распределении сил.

• Может быть сложен для крутых и укрепленных откосов.

2. Метод конечных элементов (МКЭ)

Применяется:

• Когда требуется детальный анализ деформаций.

• При наличии сложных взаимодействий грунта с конструкциями.

• В случаях, когда необходимо учитывать историю нагружения или местные концентрации напряжений.

• Для крутых, сложных или укрепленных склонов.

Метод не позволяет оценить локальную устойчивость и неприменим для сильно нестабильных грунтовых массивов (с коэффициентом устойчивости значительно меньше 1).

Учет больших перемещений требует сложного математического аппарата, а границы расчетной схемы могут искажать внутреннее напряженно-деформированное состояние.

3. Комбинированные методы

Последовательность расчета:

1. Выбор расчетного сечения (створа).

2. Создание и генерализация расчетной схемы.

3. Определение внешних дополнительных нагрузок.

4. Расчет напряженно-деформированного состояния грунтового массива с помощью метода конечных элементов.

5. Выбор поверхности скольжения.

6. Составление отсековой модели оползня.

7. Вычисление коэффициента устойчивости по формулам предельного равновесия, адаптированным для комбинированного метода.

Ограничения совпадают с методом конечных элементов, но он лучше подходит для оценки устойчивости локальных участков.

4. Метод пространственных колонок

Формула расчета устойчивости склона

Чтобы понять, насколько устойчив склон или откос, инженеры используют специальный показатель — коэффициент устойчивости, называемый также коэффициентом запаса или безопасности. Он показывает, насколько склон способен сопротивляться силам, которые могут вызвать обрушение. Если коэффициент устойчивости больше 1 (К > 1), значит, склон устойчив. У него есть запас прочности, и он не должен обрушиться. Если коэффициент устойчивости примерно равен 1 (К ≈ 1), это состояние называется предельным равновесием. В такой момент склон находится на грани: это может быть самое начало оползня или, наоборот, момент, когда движение грунта уже завершилось и склон едва стабилизировался. В этом состоянии запас прочности отсутствует.

Таким образом, можно выразить следующую формулу:

Ку(з)>[Ку(з)]

где Ку(з) − расчетный коэффициент устойчивости (запаса устойчивости);
[Ку(з)] − нормативный (минимально требуемый) коэффициент устойчивости (запаса устойчивости).

Когда все данные собраны, расчеты выполняются с помощью компьютерных программ:

• GeoStab;

• Кредо Геотехника (для работы нужны цифровая карта местности и геологическая модель участка);

• Midasb;

• Geo 5b;

• Откос;

• Rocscience Slideb;

• SVSolid.

*Программы могут быть недоступны в определенных регионах.

Заказ расчета устойчивости склона: что получает клиент

После заказа расчета устойчивости склона вы получите детальный Технический отчет. Документ составляется по результатам ИГИ (в соответствии с СП 47.13330.2016) и содержит необходимую информацию для проектирования и безопасного строительства.

В отчет включены:

• Рекомендации по защите
  Четкие указания для проектных решений по инженерной защите участка от оползней.

• Подробная оценка склона
  Данные о характеристиках грунтов, уровне грунтовых вод, общей стабильности склона, о текущем состоянии оползневых процессов:

  • скорость движения,

  • развитие трещин.

• Советы по работам
  Рекомендации по безопасному проведению строительных работ и необходимых противооползневых мероприятий.

• Прогноз стабильности
  Оценка того, как изменится устойчивость склона после завершения вашего строительного проекта.