Глава 3. Устойчивость склонов.

§ 3.1 Реология грунтов.

Склоны гор, холмов, оврагов, лощин под действием силы тяжести могут потерять устойчивость и разрушиться, вызвав тяжёлые последствия. Катастрофические явления, происходящие на склонах, необязательно должны быть быстрыми. Медленное, но неудержимое скольжение в море берега вместе с расположенными на нём сооружениями в течение года или нескольких лет опасно, как и быстрое смещение.

Динамика движения склонов после потери ими устойчивости существенно зависит от состава слагающих пород. Обычно выделяют рыхлые и скальные грунты.

К скальным грунтам относится обширная группа изверженных горных пород (граниты, гранодиориты, порфириты, габбро, базальты, и др.) и прочных метаморфизированных осадочных пород (известняки, песчаники, туфы). Условная граница существования скальных пород определяется соотношением Np>Np*, где Np- скорость распространения продольных волн в массиве, Np* = 103м/с - для изверженных пород и

Np* 2000 м/с - для осадочных метаморфизированных.

К рыхлым (мягким) грунтам относят глины, суглинки, лёссы, пески. Эти осадочные отложения покрывают слоем различной толщины подавляющую часть территории суши. От скальных грунтов они отличаются существенно большей пористостью ~ (30…50)%, влажностью (содержат значительное количество несвязной воды) и на два - три порядка меньшей прочностью.

Условная граница существования мягких грунтов определяется соотношением Np< 103м /с.

Известняки, песчаники, туфы иногда называют полускальными грунтами.

Они обладают сравнительно прочным скелетом и значительной общей пористостью. От прочных скальных грунтов их отличает пониженное значение скорости распространения упругих волн и прочности, а от мягких грунтов, - наоборот, повышенное значение прочности и скорости распространения упругих волн. Для таких грунтов имеют место соотношения :

103< Np< 103м/с, 10% < n < 50%,где n - пористость.

Рыхлые грунты состоят в основном из скоплений отдельных зёрен и частиц. Связность этих скоплений зависит от внутреннего сцепления и трения между зёрнами. Размеры зёрен и частиц несоизмеримо малы по сравнению с масштабом изучаемого явления. В скальных массивах размеры составляющих элементов значительно больше. Они представлены блоками, ограниченными системами трещин, присутствующих в любом таком массиве. Трещины могут варьироваться в широком диапазоне от микротрещин шириной менее 1 микрона с очень небольшой поверхностью до тектонических нарушений, являющихся геологическими разрывами. Ограниченные трещинами блоки по размерам могут быть сравнимы с масштабом рассматриваемого явления - движущегося склона. Отмеченные особенности строения грунтов необходимо учитывать при оценке устойчивости склонов.

Известно, что напряжённое состояние в точке деформируемого тела определяется тензором напряжений. Связь упругих деформаций с напряжениями согласно обобщённому закону Гука находится по уравнениям (1.26).

При возрастании нагрузки деформации возрастают. При значительном возрастании нагрузки в породах образуются трещины, происходит разрушение грунтового материала. Однако отклонения от упругости наблюдаются раньше, до трещинообразования.

Медленные продолжительные неупругие деформации, происходящие в теле под действием нагрузки, превышающей предел пластичности, обозначаются в механике грунтов специальным термином - ползучесть. С ползучестью связан, например, случай медленного скольжения берегового склона (и ряд других случаев).

Ещё большую опасность представляет быстрое разрушение склона, когда практически невозможно или затруднительно обеспечить меры безопасности.

Задача определения условий разрушения склона имеет, таким образом, большую практическую значимость.

Установлено, что разрушение склона, сложенного из рыхлых грунтов, происходит при сдвиговых деформациях. Предельное сдвигающее напряжение определяется по закону Кулона [11]

, (3.1)

где касательное напряжение;

нормальное напряжение;

угол внутреннего трения рассматриваемого грунта;

сцепление.

Значения и для разных материалов различны. Для песка = 33º, осыпи из рыхлого лёсса и мергелей 25º, сланца (26 ¸ 29)º, известняка 32º, гнейса 34º, гранита (35 ¸ 40)º. В глинах угол внутреннего трения близок к нулю. Сцепление изменяется от близкого к нулю в очень влажных глинах, находящихся в жидком состоянии, до 107Па в высушенной горячим воздухом глине. В рыхлых слоях песка и в щебне возможно значение » 0. В этом случае является углом склона, круче которого насыпь из этого материала не может быть устойчивой (угол естественного откоса).

Для скальных грунтов важно установить условия образования трещин. Так при трёхосном напряжённом состоянии отмечаются две плоскости возможного образования трещин. Они проходят под одинаковым углом

45º к направлению наибольшего сжатия, а линия их пересечения параллельна средней оси напряжений. При действии растягивающих напряжений трещина образуется нормально к наибольшим растягивающим напряжениям. Предел прочности гранита на сжатие составляет ~ 3 ·108Па, предел прочности на скалывание для большинства пород (мрамор, известняк, песчаник) составляет примерно 108Па. Прочность пород на разрыв значительно ниже и может составлять примерно 106Па.

Поиск по сайту: