книги / Прикладные задачи механики грунтов

Далее в соответствии с методическими рекомендациями, представленными выше, строим эпюры удерживающих и сдвигающих напряжений и определяем их площади (рис. 2.12).

Рис. 2.12. Эпюры удерживающих и сдвигающих напряжений

На последнем этапе находим значение коэффициента запаса прочности по формуле (2.8). Тогда, n 16581528 1,085.

Выводы по работе: расчеты, выполненные по трем методикам, дают приблизительно одинаковый результат, при этом минимальное значение коэффициента запаса устойчивости получено методом «касательных напряжений» и составляет 1,085.

Согласно нормативным требованиям значение коэффициента запаса устойчивости должно быть не менее 1,3, в связи с этим рекомендуется принять меры, направленные на увеличение коэффициента запаса устойчивости.

21

ЗАДАНИЕ№ 3

ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ НАБЛЮДЕНИЙ НА ДОЛГОВРЕМЕННЫХ И РЯДОВЫХ НАБЛЮДАТЕЛЬНЫХ СТАНЦИЯХ

Исходные данные

Исходными данными к данной работе являются геологические и горно-геологические условия в районе закладки реперов профильной линии: глубина залегания пласта Z (м) под репером № 15, длина лавы Lл (м), угол падения пласта , мощность пласта m (м). Абсолютные отметки реперов Hi и расстояния Di от опорного репера до рабочих реперов из начального и конечного цикла наблюдений. Варианты заданий по данной работе представлены в приложении № 3.

Примечание. Абсолютная отметка репера № 26 и расстояние до него от опорного репера сохранились постоянными в течение всего периода наблюдений. Середина очистной выработки совпадает с горизонтальной проекцией репера № 15 на плоскость пласта.

Требуется:

1.Составить геологический разрез в масштабе 1:1000 по профильной линии и нанести на него границы очистной выработки.

2.Произвести аналитическую обработку результатов конечных на-

блюдений: вычислить оседание реперов : определить наклоны интервалов i; определить кривизны K; вычислить горизонтальные сдвижения реперов : определить горизонтальные деформации интервалов .

3.По данным п. 2 построить графики оседаний, горизонтальных сдвижений, деформаций, наклонов и кривизны.

4.Определить угловые параметры сдвижения: граничные углы сдвижения, углы сдвижения, углы полной подработки, угол максимального оседания.

5.Сделать выводы по результатам о характере сдвижения земной поверхности.

22

Методические указания

Материалы каждой серии полевых наблюдений подвергаются аналитической и графической обработке. После проверки полевых журналов вычисления высотных отметок всех реперов и горизонтальных расстояний между ними по каждой профильной линии составляются ведомости оседаний, горизонтальных сдвижений, горизонтальных и вертикальных деформаций. По всем перечисленным параметрам сдвижения составляются графики. После построения графиков определяются угловые параметры сдвижения и делаются выводы о характере сдвижения.

1.По исходным данным в масштабе 1:1000 строится геологический разрез по профильной линии. На него наносятся репера наблюдательной станции и границы очистной выработки (рис. 3.1).

2.Числовые значения оседаний , горизонтальных сдвижений , наклонов i, кривизны K и горизонтальных деформаций ε вычисляются соответственно по формулам:

где H1, H2 – отметки реперов соответственно из предыдущего и последующего наблюдений;

ηi ,ηi 1 – величины оседаний переднего (по ходу вычислений) и заднего реперов;

ii ,ii 1 – величины наклона последующего и предыдущего ин-

тервалов;

l – длина интервала между i и i–1 репером;

23

lср – полусумма длин последующего и предыдущего интервалов; D1, D2 – расстояния от опорного репера до данного рабочего репе-

ра из предыдущего и последующего наблюдений;

li ,li 1 – длина интервалов из последующего и предыдущего на-

блюдений.

При этом с положительным знаком определяют:

–оседания;

–горизонтальные сдвижения и наклоны в сторону восстания

ив сторону простирания пласта;

–кривизну и радиус кривизны выпуклости кривой оседания;

–растяжения;

с отрицательным знаком:

–поднятия;

–горизонтальные сдвижения и наклоны в сторону падения и в сторону, обратную простиранию пласта;

–кривизну и радиус кривизны вогнутости кривой оседания;

–сжатия.

Все исходные линейные величины для определения сдвижений и деформаций за исключением длин интервалов берутся в метрах с точностью до третьего знака, длины интервалов – в целых метрах. Размерность величин , – миллиметры (иногда метры), K – 1/м, i и являются безразмерными, хотя их часто выражают в мм/м. Оседания, горизонтальные сдвижения и кривизны относятся к реперу, наклоны и горизонтальные деформации – к интервалу.

3. Для построения графиков сдвижений горизонтальный масштаб принимают равным 1:1000, а вертикальный масштаб принимают в зависимости от величин сдвижений и деформаций. По оси X наносят репера, по оси Y – , i, K, , . При этом для всех графиков за исключением графика оседаний положительные значения ординат откладываются вверх, отрицательные – вниз, для графика оседаний отрицательные – вверх, положительные – вниз (рис. 3.1).

4. На построенных графиках выделяют наиболее удаленные от середины мульды точки, соответствующие границам опасных (критических) деформаций: по наклонам – 4·10–3, кривизны – 0,2·10–3 1/м, растяжениям-сжатиям – 2·10–3. Из выбранных точек вновь выбирают-

24

ся две точки, наиболее удаленные от середины мульды. Через точки

исоответствующие границы выработки проводят прямые, которые

идают с горизонтальной линией углы сдвижения и .

Соединяя крайние точки с оседаниями 10 мм с соответствующими границами выработки, получают граничные углы сдвижения 0 и 0.

На профильной линии вкрест простирания определяют точку, имеющую максимальную величину оседания, и соединяют ее с точкой, обозначающей середину выработки. Эта прямая образует с горизонтальной линией угол максимального оседания .

Углы полной подработки 1, 2, 3 можно установить в тех случаях, когда в мульде образовалось плоское дно (участок с максимальными одинаковыми оседаниями, возможными при данной мощности пласта и данной глубине разработки и угле наклона). Углы 1, 2, 3 проводятся на крайние точки плоского дна мульды сдвижения.

5. В заключение необходимо сделать выводы о характере сдвижения, о величинах углов (сдвижений, граничных, максимального оседания и углах полной подработки), выделить взаимозависимости графиков деформаций и сдвижений.

Пример выполнения работы

Исходные геологические и горно-геологические условия в районе реперов профильной линии представлены в табл. 3.1.

Исходные абсолютные отметки реперов и расстояния от опорного репера до рабочих реперов из начального и конечного цикла наблюдений сведены в табл. 3.2.

Таблица 3.1

Геологические и горно-геологические условия в районе реперов профильной линии

25

Таблица 3.2

Абсолютные отметки реперов и расстояния от опорного репера до рабочих реперов из начального и конечного цикла наблюдений

Выполняем вычисления параметров процесса сдвижения по формулам (3.1)–(3.5) и сводим результаты вычислений в табл. 3.3.

Далее по исходным данным в масштабе 1:1000 строим геологический разрез по профильной линии, на него наносим реперы наблюдательной станции и границы очистной выработки (рис. 3.1). После этого строим графики всех вычисленных параметров процесса сдвижения.

26

Таблица 3.3

Результаты вычислений параметров процесса сдвижения

27

Окончание табл. 3.3

Рис. 3.1. Графики сдвижений и деформаций земной поверхности вкрест простирания пласта, угловые параметры процесса сдвижения (шкалы для и в мм, для i, b K в 1·103)

28

После этого определяем граничные углы сдвижения 0, 0, углы сдвижения и , а также угол максимального оседания . Следует отметить, что в данном случае плоское дно отсутствует, вследствие этого углы полной подработки не определяются.

Вывод по работе: угловые параметры процесса сдвижения имеют следующие значения: 0 = 61°; 0 = 58°; = 79°; = 71°; = 90°.

По результатам обработки материалов наблюдений можно сделать следующие выводы о характере процесса сдвижения: в настоящее время имеет место неполная подработка, т.е. в мульде сдвижения отсутствует плоское дно. В целом процесс сдвижения земной поверхности имеет вполне закономерный характер. Максимальные оседания земной поверхности наблюдаются в центральной части выработанного пространства, в целом вся мульда оседаний земной поверхности имеет закономерный вид, при этом наблюдается выраженная взаимосвязь между графиками оседаний, наклонов и кривизны. Наблюдается хорошая взаимосвязь между графиками горизонтальных сдвижений и деформаций. В краевых частях мульды сдвижения имеют место растягивающие горизонтальные деформации, при этом максимальные деформации до 8 мм/м наблюдаются в полумульде по восстанию, соответственно горизонтальные сдвижения в этом месте направлены в сторону падения пласта, в краевой части полумульды по падению горизонтальные сдвижения наоборот направлены в сторону восстания пласта. В центральной части мульды сдвижения наблюдаются закономерные деформации сжатия, величиной до 13,6 мм/м. Угловые параметры процесса сдвижения имеют достаточно высокие значения.

29

ЗАДАНИЕ№ 4

РАСЧЕТ ОСЕДАНИЙ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВСЛЕДСТВИЕ УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТА ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ НАЗЕМНОГО СООРУЖЕНИЯ

Исходные данные

Предполагается возведение прямоугольного сооружения шириной B, длинной L и весом Pзд. Сооружение возводится на сжимаемых изотропных грунтах мощностью Н и объемным весом , ниже которых залегает скальное основание. Имеются компрессионные испытания грунтов. Варианты заданий по данной работе представлены в приложении № 4.

Требуется

1.Рассчитать оседания земной поверхности, используя метод послойного суммирования.

2.Построить график распределения оседаний земной поверхности по линии А–А (рис. 4.1), проведенной в поперечном направлении через центр сооружения.

3.Построить серию эпюр вертикальных дополнительных напря-

жений z, возникающих от давления наземного сооружения.

Методические указания

Считать, что давление, создаваемое весом сооружения, распределяется равномерно на прямоугольной площадке площадью S B L.

Задачу считать симметричной относительно продольного направления здания (линия Б–Б см. рис. 4.1) и соответственно рассчитывать только половину мульды оседаний (линия М–А на рис. 4.1).

На линии М–А выбрать 10–12 точек так, чтобы в районе площадки нагружений эти точки располагались гуще, чем вне её, и в каждой точке рассчитать оседания земной поверхности. Положение точки А принять на удалении В от границы сооружения. По глубине мощность всего сжимаемого грунта разбить на 5 слоев.

30