Устойчивость склонов на просадочных грунтах

УСТОЙЧИВОСТЬ СКЛОНОВ НА ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТАХ

Ю.О. Киричек, профессор, д.т.н., С.М. Кочан, ассистент, Приднепровская государственная академия строительства

и архитектуры

Аннотация. Рассмотрено влияние просадки грунтового основания на устойчивость склонов. Приведены примеры обрушения склонов на просадочных грунтах. Предложен подход для учета просадки грунтового основания в расчетах устойчивости склонов.

Ключевые слова: устойчивость, склон, просадка, просадочная воронка.

Введение

Проблема обеспечения устойчивости природных склонов и откосов искусственных сооружений из грунта не может быть решена без надежных методов расчета их устойчивости.

Анализ публикаций

При проектировании грунтовых сооружений, земляного полотна расчет устойчивости склонов и откосов выполняют различными методами, в основе которых лежат научные труды М.Н. Гольдштейна, Н.Н. Маслова, К. Терцаги, Г.М. Шахунянца и др. [1-3]. Все эти методы дают довольно близкие между собой результаты и отражают механику происходящих при обрушении процессов.

Наибольшее распространение в практике получил метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения, поскольку он позволяет учитывать сложный характер поверхности склона, грунтовые условия, внешние нагрузки и опирается на достоверные эмпирические данные. Вместе с тем при расчете склонов на структурно-неустойчивых грунтах возникают проблемы, которые не учитывались в расчетах и которые в ряде случаев послужили причиной образования оползней. Речь идет о деформациях основания, которые могут радикально изменять напряженно-деформированное состояние и прочность склонов. Существующие методы расчета, не отражающие такие процессы, естественно, не могут обеспечить достоверность результатов расчета устойчивости склонов в подобных условиях.

Речь идет об устойчивости откосов, в основания которых залегают просадочные лессовые суглинки и супеси. При втором типе просадочности просадки от собственного веса превышает 5 см и может до-стигать порядка 1 м, при этом образуется просадочная воронка, в пределах которой помимо

вертикальных деформаций существенное развитие получают горизонтальные перемещения к центру воронки с образованием в грунте трещин [4, 5]. Воздействие таких процессов на склон, с одной стороны, подобно воздействию эрозии склона, в результате которой уменьшаются силы сопротивления. С другой стороны, изменяется геометрия склона, а горизонтальные деформации и образование трещин в грунте приводит к значительному снижению влияния сцепления внутри призмы обрушения. Поскольку сцепление играет решающую роль в обеспечении прочности связных грунтов, то влияние отмеченных процессов при развитии просадок основания нельзя не учитывать в расчете устойчивости склонов.

Определение устойчивости склона на просадочных грунтах

Расчетная схема (рис. 1) при определении устойчивости склона на просадочных грунтах должна учитывать:

- просадки - вертикальные перемещения основания склона в пределах просадочной воронки исходя из наиболее невыгодного местоположения очага замачивания у основания грунтового массива;

- горизонтальные перемещения массива грунта в пределах просадочной воронки;

- образование трещин в поверхности склона;

- изменение характеристик грунта при увлажнении

Подтверждение приведенных выше предпосылок получено на основании результатов наружных обследований оползней в городе Днепропетровске. В качестве примера здесь можно привести оползень по ул. Крапивницкого в г. Днепропетровске. Оползень в плане занял размеры 30*70м при высоте откоса 6 - 8 м (рис. 2).

Рис. 1. Расчетная схема при расчете устойчивости склона после просадки: 1 - склон; 2 - кривая скольжения; 3 - зона замачивания; 4 - про-садочная воронка; 5 - трещины в грунте

Рис. 2. Схема оползня по ул. Кропивницкого в г. Днепропетровске: 1 - естественный склон;

2 - поверхность скольжения; 3 - источник замачивания

В результате скопления талых вод в балке у основания оползня произошло замачивание и просадка лессового основания, что привело к нарушению устойчивости склона и разрушению жилых домов. Расчет устойчивости склонов без учета процессов, связанных с просадкой, подтверждает его устойчивость. Вместе с тем расчет, выполненный с учетом процессов, происходящих при замачивании лессового основания, дает значение коэффициента устойчивости менее единицы.

Выводы

Проведенные расчеты на других объектах также подтверждают изложенные выше предпосылки. Оползень больших размеров произошел в 1997 г. [6] в жилом массиве «Тополь-1». В результате полностью был разрушен девятиэтажный жилой дом, здание школы, два детских сада и расположенные рядом частные строения и гаражи (рис. 3). За несколько дней до обрушения на верхней застроенной площадке начали формироваться закольные трещины, а в течение нескольких часов в близко расположенных зданиях - деформироваться стены. В результате оползня образовалась чаша размерами в плане примерно 180 х 370 м и глубиной 13 - 17 м.

Рис. 3. Общая схема территории в поперечном разрезе и расчетная схема склона в жилом массиве «Тополь»: 1 - естественный склон; 2 - железнодорожная трасса;3 - балка с протекающим по дну ручьем; 4 - естественный склон (в котором произошел оползень); 5 -суглинок; 6 - лессовидный суглинок; 7 -лессовидная супесь; 8 - поверхность скольжения; 9 - уровень подземных вод

Оползень проявился в лессовидных грунтах, слагавших склон, высотой 20-25 м. Накануне оползня зафиксировано существенное водонасыщение лессовых грунтов атмосферными осадками при неупорядоченности дождевых стоков, сбрасывающих воду в верхнюю часть склона, следствие -нарушение путей фильтрации воды, а также под влиянием утечек из водонесущих коммуникаций. Коэффициент устойчивости верхней части склона (см. рис. 1) постепенно снижался к нижней части от 2,8 до 1,05.

Литература

1. Маслов Н.Н. Длительная устойчивость и де-

формации смещения подпорных сооружений. - М.: Энергия, 1968. - 160 с.

2. Терцаги К., Пек Р.Б. Механика грунтов в инже-

нерной практике. Перевод с англ. - М.: Гос-стройизд, 1958. - 607 с.

3. Шахунянц Г.М. Расчеты верхнего строения

пути. - М.: Трансжелдоризд,. 1959. - 264 с.

4. Расчет зданий и сооружений на просадочных

грунтах / Клепиков С.Н., Трегуб А.С., И.В. Матвеев. - К.: Будiвельник, 1987. - 200 с.

5. Шведов Э.П. Влияние горизонтальных дефор-

маций грунтов при просадке от суммарной нагрузки на конструктивные элементы зданий. Дисс... канд. техн. наук (05.23.02)/ Научный руководитель В.Б. Швец. - Днепропетровск, 1981. - 218 с.

6. Швец В.Б. Обеспечение устойчивости сооруже-

ний на оползневых склонах, сложенных лессовидными грунтами. // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 2001. - № 6. -С. 11-15.

Рецензент: В.К. Жданюк профессор, д.т.н., ХНАДУ.

Статья поступила в редакцию 12 сентября 2006 г.