автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Метод оценки устойчивости склонов для выбора положения трассы и проектного решения плана автомобильной дороги в горной местности

РГ6 0.4

, .ГОСУДАРСТВЕННА! ДОРОШЬш НАУЧНО-ЙССЛВДОВАТЕЛЬСКИл

/ л чили ■ •; инсхитат /ССЮЗДОРНИИ/

На правах рукописи

Мурадов Хурам йхшибаевич

МЕТОД ОЦЕНКИ УСТОЙЧИВОСТИ СКЛОНОВ ДЛЯ ВЫБОРА ПОЛОЖЕНИЯ ТРАССЫ И ПРОЕКТНОГО РЕШЕНИЯ ПЛАНА АВТОМОБИЛЬНОЙ ДОРОГИ В РОШОЙ МЕСТНОСТИ

Специальность 05.23.11 "Строительство автомобильных

дорог и аэродромов"

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1993

Работа выполнена в Государственном дорожном научно-иссле-дйвательском институте /ССЮЗДСРНИИ/

Научные руке водители: докюр технических наук, профессор В.Д. Казарновский кандидат технических наук, доцент Ь.П. Жидкий

Официальные оппоненты: доктор технических наук, доценз З.Ы.Добров

кандидат технических наук В.Д.Ьраславский Ведущая организация - Таджикгипротранссарой Минавтодора

Республики Таджикистан. Защита состоится " " " 1993г. в {О часов на

заседании Специализированного совета ВАК РФ при Государственном дорожном научно-исследовательском института /СЮЬЗДОРНЩ/ по адресу: Московская область, г.Балашиха, ш.Энтузиастов,79, актовый зал СОЩЦОРНИИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке С01ЩСРНИИ. Просим принять участие в работе совета или направить отзыв в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью учреждения, по адресу : 14390С/, Московская обл., Ьалашиха-6, ш.Энтузиастов,79, СОЬЗДОРШШ, Ученое секретарю.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук

Б.С.Марышев

иЫДАЯ ЛАРАКТЕРИСТРМ РАБОТЫ

Актуальность темы. Анализ данных по условиям эксплуатации горных автомобильных дорог в Таджикистане, а также изучение практики проектирования и проектных решений дорог в указанных условиях свидетельствует о том, что при трассировании и назначении геометрических элементов плана и профиля в основном учитываются условия движения автомобилей и объемы земляных работ. При этом недостаточно учтенным зачастую остается влияние геодинаыи-ческих процессов, свойственных горной местности, на условия последующей эксплуатации дороги, а также влияние строительства дорога на активизацию геодинамических склоновых процессов. Одними из наиболее значимых для дорог reoдинамических процессов в условиях Таджикистана являются оползневые процессы, проявляющиеся в различных формах. Между тем действующие нормативные документы по автомобильным дорогам только в самых общих чертах выдвигают требование учета оползневых процессов в проектных решениях. Различного рода рекомендации по методам геотехнического прогноза, необходимого в оползнеопасных условиях, не освещают ряда часто встречающихся в практике проектирования дорог случаев, отражающих специфику нарушения устойчивости склона при устройстве на нем автомобильной дороги. В частности, не имеется рекомендаций по оценке влияния радиусов кривых дорог в плане на устойчивость склонов на выпуклых элементах рельефов. Между тем эти участки горных дорог зачастую подвержены оползневЬш процессам, часто техногенного происхождения. Применение в данных случаях обычных методов оценки устойчивости, основанных на плоских задачах, нельзя считать корректным в связи с существенным отличием фактической картины нарушения устойчивости склона от принимаемой в плоской расчетной схеме. Кроме того существующие методы расчета не позволяют оценить возможные объемы земляных работ по уборке с дороги оползших земляных масс в случае аварийной ситуации, некоторая вероятность которой всегда остается уже в связи с ограничениями в уровне недежности проектных решений земляного полотна горных дорог. Рассматриваемые геотехнические прогнозы необходимы как при новом строительстве, так и при реконструкции дорог.

Целью настоящей работы является совершенствование оценки

и учета устойчивости оползнеопасных склонов при проектировании автомобильных дорог в горной местности.

Научная новизна работы заключается в разработке объемной расчетной схемы и математической модели, обеспечивающих возможность расчета степени устойчивости склонов при прохождении дороги по выпуклым элементам рельефа с учетом радиуса кривых дороги в плане, и методики реализации указанной расчетной схемы и математической модели.

Практическая ценность работы состоит в том, что разработанная методика позволяет уточнять проектные решения по плану горных дорог в части выбора радиусов кривых в плане с учетом степени устойчивости склонов на участках кривых, а также с учетом объемов потенциально-оползневых масс грунта.

Реализация работы. Предусмотрено использование разработанной методики при проектировании новых и реконструкции существующей сети дорог в Таджикистане, в том числе в форме использования получаемых на ее основе дополнительных критериев для сравнения вариантов проектных решений плана и профиля дорог.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследования докладывались на научно-методических совещаниях в Союздор-НШ в 1990-1992 г.г. а также на научно-методической конференции ПАДИ в 1993г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано две статьи в журнале "Автомобильные дороги".

Объем работы. Диссертация написана на русском языке, состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из

наименований, и приложений. Она изложена на в страницах машинописного текста и содержит таблиц и ^ рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

I. Состояние вопроса и задачи исследования

Благодаря исследованиям, выполненным специалистами целого ряда организаций (МГУ, Тадкикгипротрансстрой, Тбилгипротранс, Союздорпроект, СоюздорНИИ, ЫДЦИ и др.), в настоящее время накоплен большой материал по геодинамическим процессам на территории 2.

Таджикистана и их влиянию на условия эксплуатации автомобильных дорог. Последние вследствии линейного характера оказываются на- . иболее уязвимыми по сравнению с другими инженерными сооружениями с точки зрения воздействия оползней, селей, камнепада, обвалов, лавин и др. склоновых процессов.

Анализ основных нормативных документов, которыми руководствуются в настоящее время при проектировании и реконструкции автомобильных дорог в Таджикистане (СНиП 2.05.02-85, Нормативы удельных капиталовложений в строительство автомобильных дорог -общего пользования, Прогрессивные показатели технического уровня-производства по Минавтодору Таджикистана на 19ьь-20с0 г.г.) показывают, что эти документы не учитывают в полной мере влияния на дорогу геодкнамических процессов, в частности с точки зрения последующих затрат при эксплуатации.

Существенное количество и многократное повторение разрушений и аварийных ситуаций на дорогах, вызванных геодинамическими процессами, свидетельствуют о том, что они не были-достаточно полно учтены при проектировании и строительстве существующей сети дорог в стесненных условиях сильно расчленного горного рельефа.

Специально выполненное при участии автора обследование республиканских и общегосударственных дорог на 1.01.90г., показало, что около 33,0% суммарной протяженности (323,7 км) дорог подвержены обвальным явлениям, а более 20% (198,5 км) - оползневым явлениям в различных формах. При этом причинами возникновения оползневых явлений являются не только чисто природные процессы, но и техногенные воздействия. Так, на участке 23-43 км дороги Душанбе-Курек в результате техногенных воздействий возникло 14 "больных" мест с постоянным нарушением устойчивости откосов и склонов общей протяженностью около 0,8 км.

Самыми крупными оползневыми очагами на республиканских дорогах являются оползень длиной 300 м на Ы-Ь2 км автомобильной дороги Душанбе-Х&рог (Файзабадский оползень), оползень длиной 750 п.м. на 57 км автомобильной дороги Джиргиталь-Ляхш-Граница Киргизии, оползень длиной 350 п.м. на дороге Пенджикент-Айни, .оползень длиной 140 м на 66 км автодороги Душанбе-Хаваст, опол- ■ зень на перевале Шар-Шар по дороге Душанбе-Куля^ и др.

Изучение данных службы эксплуатации показало, что в условиях Таджикистана ежегодные эксплуатационные затраты на содержание и ремонт I км дороги на участках, подверженных reoдинамическим процессам в 4-6 раз (а на некоторых участках до 20 раз) превышают затраты, требующиеся на участки на устойчивых склонах. При этом не учитывается ущерб от перебоев в движении по дорогам. Вместе с тем дополнительные расхода на восстановительные и ремонтные работы представляют собой лишь малую часть ущерба, который несет ■экономика республики от опасных геологических процессов на дорогах. Общий ущерб с учетом значимости автомобильного транспорта для горной страны, оценивается многими сотнями миллионов рублей.

При проектировании автомобильных дорог в специфических природно-климатических и инженерно-геологических условиях Таджикистана возникают трудности, обусловленные необходимостью согласования ландшафта, эстетических требований, сохранения и защиты окружающей среды с выбором рациональных конструкций защитных сооружений от различных геодинамических процессов. ..

Отмеченные обстоятельства приводят к выводу, что степень оптимальности проектного решения при строительстве и реконструкции дорога будет в существенной мере зависеть от степени учета влияния reoдинамических процессор на дорогу и от влияния строительства дороги на активизацию тех или иных геодинамических процессов.

Применительно к оползневым процессам, являющимся одними из самых существенных в рассматриваемых условиях, существенное значение имеет известное правило о том, что предотвратить их значительно проще, чем бороться с возникшим или активизировавшимся процессом.

Анализ оползневых проявлений на существующей сети дорог Таджикистана, показал,что оползневые участки часто сопряжены с выпуклыми элементами рельефа, к которым обычно приурочены кривые в плане, радиусы которых назначают из условия движения и объемов земляных работ. При этом зачастую подсекается склон и возникают условия для развития оползневого процесса на верховой части склона. Степень опасности возникновения нарушения устойчивости склона на таком участке должна зависеть от крутизны склона, его объемного очертания, параметров криволинейного участка дороги,

на котором происходит подсечка склона и от прочностных характеристик грунта, слагающего склон. При эюм отмечено, что оползневой процесс часто имеет место при наличии делювиальных отложений.

Для количественной оценки вероятности нарушения устойчивости склонов и откосов используются известные методы расчета устойчивости, соответствующие той или иной форме нарушения устойчивости, классификации которых предложены многими авторами (А.П.Павлов, Ф.П. Саваренский, И.В. Попов, Н.Ы.Маслов, Г.1«. Шахунянц, В.И. Преснухин и др.).

В практике дорожного строительства наибольшее распространение получила классификация, предложенная проф. Н.Н.Ыасловым и ее модификации (например, упрощенная классификация СоюздорНШ). При нарушении устойчивости сравнительно однородных по составу и условиям залегания грунтов склонов для расчета обычно используют метод, основанный на схеме круглоцилиндрических поверхностей скольжения. Существует несколько десятков модификаций этого метода (Феллениус, Крей, Терцаги, Шахунянц ГЛ.!., Чугаев P.P. и др.). Наибольшее распространение при этом получили решения, основанные на плоской схеме,предполагающей,что склон имеют неограниченное простирание в одном из горизонгальных направлений.

Наряду с плоской схемой имелись предложения по применению пространственной схемы (В.В. Аристовский, В.П. Поспелов, В.В.Соколовский, Е.П. Емельянова, М.Н. Гольштейн, Я. Копаши и др.).

Вместе с тем анализ показывает, что применение плоской схемы для оценки устойчивости верхового склона, подсекаемого кривой сравнительно небольшого радиуса, можно рассматривать лишь как достаточно грубое приближение, поскольку условие бесконечной протяженности и неизменности очертания склона не соблюдается. Что касается имеющихся предложений по объемным схемам, то в них тоже далеко не полностью отражается реальная картина нарушения устойчивости, поскольку предполагается ограниченность оползневого тела при неограниченном по существу простирании склона в горизонтальном направлении. При этом ни плоская, ни предложенная пространственные схемы не учитывают пространственности очертания склона» огибаемого криволинейным в плане участком дороги.

В соответствии с указанным выше целью настоящей работы явилось обоснование и разработка расчетной схемы и метода расчета устойчивости склона,представляющего собой выпуклый элемент рель-

ефа, при расположении на нем криЕОлинейного (,кругового) в плане участка дороги, имеющего тот или иной радиус.

В соответствии с поставленной целью представлялось необходим мым решить следующие задачи:

I. Предложить расчетную схему, отвечающую картине нарушения устойчивости склона в рассматриваемом случае, в том числе учитывающую объемность задачи.

Получить необходимые математические выражения для определения коэффициента запаса устойчивости склона по предложенной расчетной схеме (получить математическую модель).

3. Разработать алгоритм и программу для реализации математической модели.

4. Произвести необходимые расчеты и установить влияние основных параметров на степень устойчивости склона, а также составить номограммы, упрощающе практические расчеты.

5. Оценить предложенную расчетную схему на основе сопоставления расчетных данных с данными натурных наблюдений на конкретных оползневых участках, а также с данными расчетов по существующим схемам.

Ь. Разработать основы практической методики учета устойчивости склонов при назначении радиусов кривых в плане.

¡¿. Расчетная схема и математическая модель

Анализ многочисленных случаев нарушения устойчивости верховых о1косое на криволинейных участках дорог, подвергшихся обследованию, упомянутому выше, показал, что при построении расчетной, схемы,отражающей основные особенное™ картины нарушения устойчивости, должны найти отражение следующие факторы:

I. Необходимо учесть,что поверхность склона на рассматриваемых участках не является плоской, а представляет собой некоторую криволинейную поверхность.

'¿. Если оползень развивается в неслоистой делювиальной иди делювиально-пролювиальной толще, то граница оползневого тела на поверхности склона представляет собой некоторую выпуклую кривую параболического типа, а поверхность скольжения в разрезе на поперечниках имеет характер кривой, близкой к круглоцилиндричес-кой. Последнее обстоятельство в известной мере оправдывает применение на практике в этих случаях для расчета устойчивости ме-

юда круглоцилкндрических поверхностей скольжения (КДПС).

3. Граница нижней части оползневого тела обычно не опускается ниже порерхности земляного полотна '„т.е. оползает верхоБая по от -ношению к дороге часть склона,).

Учитывая отмеченные особенности картины, связанной с образо -ванием оползня, расчетная схема предложена е виде, представленном на рис. 1 а,б. Здесь поверхность склона схематизируется некоторой конической (.круговой конус), а поверхность скольжения - горизон -тально расположенной круглоцилиндрической поверхностью. Подошва кругового конуса совпадает с плоскостью проезжей части дороги и основание конуса соответовует криволинейному ^круговому) участку дороги.

Таким образом, в предложенной схеме оползневое тело представляет собой результат пересечения конуса частью горизонтально расположенного цилиндра. Фронтальная проекция расчетной схемы оползневого блока мало чем отличается от обычной схемы КЦПС. Предполагается, что оползневой блок (рис. 1а) в проекции имеет круговую линию скольжения, которая проходит в нижней части через точку перелома откоса. Нижняя точка кривой скольжения, в принципе, может быть принята и в другой ослабленной точке откоса (при соответствующем обосновании). Ход решения от этого не изменится. Па виде сверху поверхность скольжения имеет очертание, близкое к эллипсу.-Отдельный рассчетный блок представляется в виде некоторого пара-балического сектора (рис. 1б). -

При определении степени устойчивости оползневого тела ход решения принимается аналогичным методу Кц11С с некоторыми отличиями, связанными с условиями пространственной задачи. Коэффициент запаса против сдвига оползневого тела по поверхности скольжения определяется по выражению:

где

удерживающие силы для I -го блока; ~ сдвигающие силы для ¿ -го блока; $ - радиус цилиндрической поверхности скольжения.

• ч

Подошва каждого блока спрямляется, угол наклона подошвы принимают равным наклону касательной к круговой кривой в точке проекции центра тяжести соответствующего блока ¿рис. 1а).

В отличии от МКЦПС в предлагаемом методе ширину блока специально рассчитывают, а не принимают равной I м (ширина блока -- это его размер перпендикулярный плоскости чертежа, т.е. по оси Таким образом размеры отдельного блока характеризуются (рис.1 б) высотой - 1по оси у), длиной (толщиной) блока Л XI (по оси X) и шириной блока ¿1 (по оси 2 )• Взаимодействие блоков не учитывается. Число блоков в оползневом теле принимают в зависимости от общих его размеров. Остальные„детали по схеме можно уяснить по рис. I. Начало координат приняю в нижней точке пересечения кривой скольжения с линией откоса. Оползневое тело симметрично оси ХДентр вращения (для цилиндрической поверхности скольжения) обычно бывает смещен относительно начала координат на А (по X) и В (по У). Удерживающие силы блока складываются из сил трения и • сцепления по поверхности скольжения, сдвигающие силы -'это составляющие веса блока, направленные по касательной к этой поверхности.

Исходными для расчета являются: прочностные характеристики грунта С оползневого массива, расчетный радиус конической поверхности й , угол наклона образующей конуса к горизонту (угол наклона склона). Радиус конуса должен соответствовать радиусу горизонтальной кривой дороги Ядор . В необходишх случаях следует учесть, что радиусы кривых в плане назначают для оси дороги-, а коническая поверхность имеет радиус, близкий к радиусу внутрен~ ней бровки дороги, т.е. /?= В/2, где В - ширина земляного

полотна поверху. При радиусах более 100 м можно принимать й = ^Цо

. Расчетные значения угла внутреннего трения ( ф ) и сцепления (С) принимают обычным методом по данным инженерно-геоло-гияеского обследования или назначают по аналогам на базе фондовых материалов .

Необходимые для расчета геометрические параметры оползневого тела (объемного отсека обрушения) и отдельных блоков, на которые делят оползневое тело, а также удерживающие и сдвигающие сияй устанавливают по соответствующим простым зависимостям, полученным при . анализе расчетной схемы.

к

Рис. 1 Расчетная схема предлагаемого метода : а) пояснения

к основным обозначениям расчетной схемы ; б) условной изображение /-го расчетного блока ( сегмента ) Объем сегмента ( блока ) - К} ; Вес сегмента - Р{ .

а

Расчетное значение коэффициента устойчивости (минимальное) Кэап устанавливают методом попыток, последовательно изменяя А, 3 к 55 .

Полученные выражения, с помощью которых в конечном итоге можно подсчитать коэффициент запаса, в комплексе формируют математическую модель необводненного склона в рассматриваемых условиях, отражающую его степень устойчивости.

3. Реализация математической модели

Для обеспечения возможности использования предложенной математической модели составлена специальная программа для ПЭВМ. Программа позволяет выполнять как единичные расчеты с фиксированными значениями исходных данных, так и проводить сопостовительные расчеты при заданных диапазонах изменения исходных данных. В результате расчетов получают координаты критического центра (Кзол/*и>/; объем оползневого тела, соответствующего этому центру; ющей силы, сдвигающую силу и собственно сам коэффициент запаса. При практических расчетах объем выдаваемьи результатов может в определенных рамках меняться по усмотрению пользователя. В целях выяснения некоторых особенностей математической модели, важных с точки зрения ее практического использования, а также для выявления наиболее существенных факторов, влияющих на результаты опре-' деления коэффициента запаса устойчивости склона было проведено несколько серий расчетов , в которых менялись все основные параметры, входящие в выражение К зап. При этом прежде всего было установлено, что при увеличении числа блоков более 10 результаты расчета не меняются, т.е. достаточным следует считать разделение отсека обрушения на 10 блоков. Положение расчетного центра вращения следует искать вблизи точки с координатами А = 0иВ = 0,51?

При выявлении факторов, существенно влияющих на коэффициент устойчивости, прежде всего было оценено влияние сдвиговых характеристик грунта. В соответствии с данными изысканий, выполненных геологами Таджикистана, а также приведенными Н.Н.Масловым для глинистого, суглинистого и супесчаного делювия,угол внутреннего трения может меняться от 13° до 28°, а сцепление от 0,02 ЫПа до 0,1 МПа. Мощность делювиального чехла может меняться от од- -•ного до десятков метров.

Работы, проведенные с проектными материалами и дополненные 10 .

непосредственными наблюдениями на ряде участков горных дорог Таджикистана, позволили сделать вывод, что крутизна склонов рыше проезжей части существующих дорог достигает 45-50°. Часто встречающиеся радиусы поворота существующих дорог находятся в пределах от '¿5 до 150 м. Кроме того, следует отметить, что на значительном протяжении существующие дороги проходят по огибающей рельефа, что позволяет с достаточной для практических целей точностью принять радиусы выпуклых поверхностей склонов, равными радиусам кривых дороги в плане.

В данном исследовании рассматривается только выпуклая форма рельефа. Учитывая указанный выше реальный диапазон изменения основных параметров, входящих в выражение коэффициента запаса, были выполнены соответствующие расчеты при различном сочетании значений параметров. При этом, в отличие от метода КЦПС, в котором положение критического центра вращения может быть получено сравнительно просто использованием графика Янбу или графическим методом, в нашем случае поиск критического центра (центра соответствующего минимальному коэффициенту устойчивости склона) осуществлялось расчетом поля центров.

Результаты расчетов показали следующее:

1. Для природных склонов, представленных обломочным материалом, для которого определяющим прочностным фактором является трение, а сцепление слабо выражено, положение критического цент-ра приближается к линии перпендикуляра к откосу, проведенного из нулевой точки координат. При этом наблюдается тенденция уменьшения коэффициента устойчивости по мере удаления координаты центра от откоса, такое положение свидетельствует о постепенном вырож -дении криволинейной поверхности скольжения и приближении ее к поверхности склона (и следовательно перехода формы нарушения устойчивости в виде среза с вращением в поверхностную осыпь).

Предельно устойчивый склон (С=0,КЭ=1) имеет угол наклона/,' равный углу внутреннего трения . Такое положение, достаточно понятное из общих положений механики грунтов, свидетельствует в частности, что предлагаемый метод не противоречит известным положениям.

2. В случае с =0, Ц>Ф 0 влияние радиуса кривой в плане

дороги оказывается малозначимым, вместе с тем наблюдается некоторое снижение коэффициента устойчивости склона по мере увеличения радиуса.

3. Сцепление оказывает очень существенное влияние на степень устойчиовости склона. По мере увеличения сцепления критический центр приближается к линии перпендикуляра проведенного из середины склона к его поверхности( Например, для i/5 =30° рис.^

4. Положение критического центра при прочих равных условиях зарксит от соотношения ^ и С грунта, слагающего склон.

5. Устойчивость склона уменьшается по мэре увеличения J& и радиуса кривой.

Ь. При фиксированном значении сцепления и угла внутреннего трения равная устойчивость достигается для больших радиусов поворота ( R - 75, ICO) при меньшем угле наклона склона. Ьолее крутые склоны допускают меньшие радиусы. При меньших радиусах поворотов можно иметь более крутые откосы. Например для 15° рис. 3.

?. По мере увеличения радиуса поворота при равном угле наклона объем призмы обрушения,соответствующий критическому центру с Kg = I растет.

8. Объем потенциально неустойчивого грунта,соответствующего критическому центру с коэффициентом запаса Kg = 1,с увеличением наклона склона J3 црИ известном угле внутреннего трения и сцеплении увеличивается (рис. 4.).

Если принять вй внимание, что объем призмы обрушения может характеризовать возможный объем сползшего грунта, т.е. объем земляных работ в случае аварийной ситуации, то можно сказать, что предлагаемая расчетная схема позволяет оценить в определенной степени затраты службы эксплуатации на борьбу с оползневым процессом методом удаления оползневых масс в процессе содержания дороги. Это в свою очередь позволяет более объективно оценить экономическую целесообразность применения специальных противооползневых сооружений в данном конкретном случае.

Сопоставление коэффициентов запаса, полученных предлагае-,мым методом с полученным традиционным методом (для тех же опасных центров вращения) показывает, что предлагаемый метод, как и следовало ожидать дает большие (на 5-30%) значения коэффициента запаса, причем различие в К тем больше, чем больше С и мень-

8. с.

я ж о ч

iL

0

СО

1 <п X ь

а

X

50" 45

40

35

30 25

i/> = 30°

K3=l

/?=25м ^

0 0.4 0.8 1.2 1.6 2,0 2.4 2.8 3.2 3.6

Сцепление с в tchh/Vb.m

Рис.2.Условия предельно-устойчивого склона (Кзап*1) в зависимости от его крутизны и сцепления грунта для f =30°

6,0

s

ю Ъс 5,5

^

X о 5,0

Е-

m 4,5

<u

г <D 4.0

С 3- 3,5

о

3,0

2.5

2.0

1.5

1.0

0,5

Mi

p=35V

i X

■J. f »=зс ]

г J

/

f / >

25 tf = 15°

5G----- 75

К3 = I

ЮС

Радиус дороги

R ,м

Рис.З.Предельяая допустимая крутизна склоне (Кзап=1) в зависимости от спепления грунта s радиуса поворота дорога для грунтов У=15°

Сцепление, С, т/м2

V. Т.м3 40,0 36,0 32,0 \ 28,0 24,0 20,0 16,0

]2,0 8,0

4,0

-г \Сп 1 ъ [сГ -1 - г1 1 * 1 " ¡■«Г

\

- V Л \ I Ч 1 ч /3=35° •

Л, > V" > ч ]у Г

\ > Л Ч 1 Ч Лг 30* = 40 е

\ N X

* V ч 1 N Ч

, У N N V

Vч ■ * .г| > ^\ в= <5*

30° N 1 \

К : 5 г 7 1 4 2 7 г 9 I 3: 31 3 7 3 9 А \ I 4 N 3 А 5 \7 49

Угол внутреннего трения в град ,

Рис.4. Зависимость объеыа оползневого массива для скрыто-пластичного грунта от его прочностных хорактеристик (^40, С^О (при радиусе поворота дороги К = 50м)

ше . Вместе с тем, это свидетельствует о том, что при при-

менении предлагаемого метода требуемый коэффициент запаса может быть несколько снижен по сравнению с применением традиционного метода (вместо К = 1,2 1,3, очевидно можно принимать К = 1,05* * 1,1).

4. Практическая методика использования предлагаемой расчетной схемы при проектировании дорог в горной местности

Результаты расчетов по предложенной математической модели положены в основу практической методаки, позволяющей в целом уточнять проектные решения по плану и профилю горной дороги с учетом степени устойчивости склонов на участках, где дорога проходит по выпуклым элементам рельефа, а также оценивать варианты проектных решений плана дороги на таки* участках, в том числе с учетом возможных объемов аварийных земляных работ в процессе эксплуатации дороги.

В качестве элементов методики используются построенные по результатам расчетов графики и номограммы, связывающие радиус кривой в плане, крутизну склона и прочностные характеристики { 1р и С ) с коэффициентом устойчивости склона, графики позволяющие определить координаты критических- центров вращения и др.

Используя полученные графики и номограммы, проектировщик может:

1. Оценить устойчивость склсна при имеющихся данных; расчетный радиус выпуклого элемента рельефа ( /? )■ крутизне склона ^ ; прочностных характеристиках грунта У и С.

к.. Дать заключение о минимальных прочности« характеристиках грунта, при которых устойчивость склона будет обеспечена при известных Я и .

3. Сделать предварительный выбор радиуса кривой в плане проектируемого участка дороги при известной крутизне склона £ и прочностных характеристиках грунта ^ и С, при котором обеспечивается устойчивость склона.

4. Сделать предварительный прогноз по возможному объему оползневого грунта в случае аварийной ситуации при известных К,С

Данные по объему оползневого тела могут помочь при сравнен™

вариантов защитных противооползневых инженерных конструкций," предназначенных для обеспечения устойчивости оползнегого склона.

5. Рассчитать коэффициент запаса устойчивости склона при известных радиусе /? , крутизне склона характеристикам грунтов'

I/>к С.

6. Определить допустимую величину пригрузки склона за счет веса возводимой насыпи.

7. Данная методика позволяет сопоставлять варианты трассы по их воздействию при сооружении земляного полотна на степень устойчивости природаых склонов и возможному масштабу развития опозне-вых процессов б период эксплуатации автомобильной дороги.

При проведении расчетов примерное положение опасного центра вращения устанавливают, пользуясь полученной номограммой (рис.Ь), что позволяет существенно сократить объем счета и время на поиск опасного центра.

о. Оценка предлагаемой методики по результатам ее использования на опытном участке.

Практическая апробация методики осуществлялась путем сопоставления результатов расчетов по ней для некоторого конкретного участка, отвечающего условиям применения данной методики с результатами наблюдений за реальным положением дел на участке.

В качестве опытного объекта, по которому были выполнены расчеты, выбрана автомобильная дорога Душанбе-Куляб, участок Орджо-•никидзеабад-Нурек (перевал Чормагзак-Найзирак) 23-42 км. Выбор указанного отрезка обусловлен прежде всего тем, что по нему были проведены достаточно обстоятельные работы, особенно по оползневым участкам, которые включали инженерно-геологическое обследование с изучением общих инженерно-геологических условий местности, проходку буровые скважин диаметром 2<си мм и глубиной до 20 м, закладку шурфов до 2,5 м и лабораторные исследования на монолитах с определением прочностных и деформационных свойств грунтов, слагающих потенциально-оползневые участки. В результате анализа проектного решения по выбранному участку дороги в качестве расчетного был определен отрезок дороги с ПК 00 по ПК 50-00 (Чормагзак-Ьайзирак), .участки с радиусами кривых в плане 50-60 м с разной степени подрезки склона дорогой.

SIX о

ir* 0«A О

C\J

Il II M II

ÏÎÔ S SO

ОВД O LOO

о о « in О lT>

п CS! и

1 о 1 0 1

ю in О

cv 1—1

II II II

H-*

M >»

3

S ( г-* « Л ж in t» II л

\ > & m II

r z m

( i) / s • » 4e*

CO' g / / X • #9 î*

-*-,m 4 1 ^^^

* rr / _ « i a S

/ •

Ъ,

s '

о о о о

¿то cu

So о о о О о о. о о ^ с\оэ с- vo"»-» i m « т

о ю

о

<г

О

о

cu

о о

о

о •«г I

О

m i

я о о to о,

о; s

ta

ч о о, с

я s m о Fî О Р->

X р-

я

«

со

at

3

р. н д

о и о m о

V

О"

s и я

о. «

IH

го а s к

P.

о о M

я

со о, и о а

о »

о £

На этом участке было выбрано три оползневых склона, для ко-юрых были выполнены расчеты по предлагавши методике.

В первом примере рассмотрен случай значительной подрезки склона при строительстве дороги, во втором примере распмотренн устойчивость склона на участке, где деллювиальный слой имеет различную мощность, в качестве третьего примера выполнен расчет участка на котором произошел большой оползень. Сопоставление реальной картины и расчетов позволяют говорить о достаточно хорошем совпадении результатов с наблюдаемыми в натуре оползневыми проявлениями. Так, пример № I показал, что глубокая врезка дороги в тело склона привела к существенному ухудшению его устойчивости. Коэффициент запаса устойчивости до подрезки по расчету составил К3£Ш = 2,07, после подрезки снизился до Кд = 0,99, что нашло отражение в неоднократных оползневых проявлениях на рассматриваемом участке дороги. Аналогичное подтверждение результатов расчета и наблюдений имеет место и в примерах № 2 и № 3.

Таким образом, можно считать, что предлагаемый метод обладает достаточно широкими возможностями для учета особенностей инженерно-геологического и геоморфологического строения реального оползневого склона, а оценки степени устойчивости, поручаемых расчетом, согласуется с данными наблюдений на объектах. Это позволяет считать, что предложенная методика может использоваться при практическом проектировании.

ОБЩЕ швода

1. Опыт эксплуатации дорог в условиях Таджикистана показывает, что существующая практика проектирования автомобильных дорог в горной местности при разработке проектного решения по трассированию, плану и профилю дороги недостаточно учитываются вопросы устойчивости склонов, особенно на участках выпуклых форы рельефа, огибаемых дорогой.

2. Предложена расчетная схема в объемной постановке и математическая модель, на основе которых может оцениваться степень устойчивости склонов на выпуклых элементах рельефа при расположении на них криволинейных (круговых) в плане участков дороги различного радиуса. Математическая модель реалжзуетея с помощью алгоритма и программы, разработанных в процессе исследований.

3. Практическое использование предложенной расчетной схемы, осуществляется на овнове предложенной методики, включающей применение полученных графиков и номограмм, позволяющих оценить степень устойчивости склона, а также возможный объем потенциально оползневой массы грунта, угрожающей дороге. Методика позволяет вносить коррективы в проектное решение по плану дороги, учитывающие устойчивость склонов, а также дает возможность учитывать этот фактор при сравнении вариантов плана трассы.

4. Сопоставление результатов оценок по предложенной методике с данными натурных наблюдений подтвердили возможность практического использования предложенной методики.

Основные положения диссертации опубликованы в следующие работах.

1. Мурадов Х.Я.; Каримов Б.Б. Учет геодинамических процессов при проектировании и строительстве дорог // Автомобильные дороги. - 1991 г., * 10, стр. 21-22.

2. Шкицкий Ю.П., Ыурадов Х.Я. Метод оценки устойчивости склонов, подрезаемых при строительстве дорог в горной местности. Автомобильные дороги, 1993г. № 4.