Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 [ 15 ] 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63

Рис. 5.2. Распределение оползней по трассе

Рнс. 5.3. «Пьяный» лес - признак оползня

трассы в полосе шириной 1-2 км можно получить картину, схематично показанную на рис. 5.2. Оползни 1, 2, 3, 4, 5, 6 обнаружены в результате аэрофотосъемки. Причем по линии водоразделов можно даже определить направление движения оползня; иногда на вершине оползня имеется несколько линий разрыва грунта (оползни 1, 3 и 4), что совершенно четко определяет направление. Участки, на которых аэрофотосъемка отметила наличие оползней, необходимо обследовать наиболее тщательно. Желательно на местности точно определить границы оползней. При этом следует использовать такой характерный для оползней признак, как «пьяный» лес (рис. 5.3), в котором деревья в результате деформации грунта наклонены в разные стороны. Конечно, лучше всего найти видимые признаки границ оползня - отрыв подвижного грунта от неподвиж-

Рис. 5.4 Эпюры скоростей движения оползней

ного. Такая граница часто имеет вид уступа за счетвертикального смещения тела оползня. Далее необходимо установить состояние оползня. Под состоянием в данном случае понимается его кинематика и динамика.

Изучение кинематики оползня, т. е. геометрических характ теристик его движения, представляет, хотя и трудоемкую, но достаточно простую задачу. Определяются величины и направления скоростей движения v в различных точках оползня, п строятся эпюры скоростей вдоль и поперек площади оползня (рис. 5.4). В точках 1-10 устанавливают поверхностные реперы и измеряют перемещения (по величине и направлению) фик-. сированных точек через определенные промежутки времени;-привязывая эти измерения к постоянным реперам /?1-/?4. Желательно такие измерения проводить перед началом строительства, в период строительства и после его окончания. Если окажется, что оползень движется непрерйвно или периодически. (в зависимости от изменения влажности грунта), то лучше всего вынести трассу за. пределы оползня. Если этого сделать нельзя, необходимо исследовать динамику оползня, т. е. установить зависимость геометрии и скорости опдлзня от,.сил,..обусловливающих его " движение. Эта работа требует значительных

4 Заказ J* 1690 97г.-

Рис. 5.5. Схемы оползня

материальных затрат и времени. Для определения сил, управляющих оползнем, необходимо установить не только плановые границы, но и глубину оползня, а также физико-мехаиические характеристики грунтов оползня и коренного грунта (основания, по которому движется оползень) и изучить режим грунтовых вод. Выполнив этн исследования, можно рассчитать устойчивость оползня, сделать прогноз его развития, определить силовое давление грунта на трубопровод. Допустим, все необходимые исследования проведены. При этом может быть установлен один из двух основных случаев оползания грунта: по плоской поверхности смещения или по искривленной.

Первый случай. Оползание по плоской поверхности характерно для напластований грунтов, например, глинистого над скальным, песчаного над глинистым и т. п. Схема такого оползня показана на рис. 5.5, а, а расчетная схема -на рис. 5.5,6.

Этот случай наиболее прост в отношении определения коэффициента запаса устойчивости ky.

В соответствии со схемой рис. 5.5,6 выделим в оползающем слое h элемент абвг. Сдвиг его по плоскости вг может произойти под действием силы Я (составляющая сила тяжести Q) и давления грунта, расположенного выше грани бг~д\. Силами, сопротивляющимися смещению, являются касательные напряжения по плоскости вг и сопротивление грунта по грани аб, расположенного ниже ее. Можно допустить, что в любой момент времени д\ = Евкт, а 92 = .£nacCos а, где акт и Епас - активное н пассивное давления грунта, а а - угол наклона склона к горизонту.

Таким образом, условие устойчивости получает вид Уест COS а tg Ф -f сДг + УестЛ51па+91

(5.1)

91 = tg (45° - f) ~ 2c,h tg (45° - f);

ltg(i5° + f) + 2c,h tg(45° -Ь--)

cos a;

где YecT объемная сила тяжести грунта в естественном состоянии; с - сцепление грунта по линии скольжения; Ci - сцепление грунта / (см. рис. 5.5); ф -угол внутреннего трения грунта /.

Если ky>l, то склон устойчив; при йу=1 склон неустойчив и возможно его оползание.

Второй случай. Оползание происходит по криволинейной поверхности (см. рис. 5,1,6 и г). Общий подход к проблеме устойчивости можно сформулировать следующим образом: запас устойчивости определяется отношением суммарного сопротивления сдвигу но поверхности скольжения к полной сдвигающей силе по этой же поверхпости, т. е.

(5.2)

где Ci - среднее сцепление грунта в пределах A/j; ti - сдвигающая сила на единицу длины участка А/;.

Самая сложная часть задачи заключается в определении возможной поверхности скольжения. Если ее каким-либо образом можно установить прн изысканиях, то ky определяется достаточно точно. Если же определить поверхность скольжения непосредственным измерением невозможно, то следует определить ее хотя бы ориентировочно, руководствуясь общими закономерностями оползневых процессов. Так, Е. П. Емельянова предлагает различать четыре основных вида оползня склонов.

1. Нарушение общей устойчивости на всю высоту склона. При этом поверхность скольжения имеет обычно вогнутую форму (см. рис. 5.1,а), хорошо аппроксимируемую круглой цилиндрической поверхностью.

При таком подходе склон будет устойчив, если момент удерживающих сил Муд будет больше момента сдвигающих сил Мсяв относительно центра окружности. Коэффициент запаса устойчивости

k„ = hE.. (5.3)

fcдв

Методика определения устойчивости склона подробно рассмотрена в работе [3].

2. Нарушение устойчивости каких-либо образований па склоне. В этом случае положение поверхиостн скольжения определяется достаточно четко, как граница этих участков и образований грунта, составляющих коренные породы или тело склона. Особенно часты такие оползни в покровных образова-1П1ЯХ, располагающихся вдоль всего склона. Поверхность скольжения пх обычно параллельна поверхности склона (рис. 5,5, а). Такие оползни называют покровными. Коэффициент запаса устойчивости для них определяют по формуле (5.2).

Рнс. 5.6. Схема к расчету устойчивости склона

3. Нарушение устойчивости уже оползавших ранее участков (оползни второго порядка). Границы оползней устанавливают по аэрофотоснимкам, а поверхность скольжения определяют при детальном исследовании оползней на месте. Коэффициент запаса устойч1гвостн определяется по формуле (5.2).

4. Нарушение устойчивости части склона. Характер потери устойчивости такой же, как и в и. 1, но в оползание вовлекается часть склона, верхняя или нижняя (рис. 5,1,6, г). Коэффи-.цнент устойчивости определяют как но методу круглоцилиидри-

ческих поверхностей, так и по формуле (5.2).

Приведем пример определения устойчивости склона с вре-загсной в него полкой для строительства трубопровода (рис. 5.6).

Характеристика склона: длина подошвы L = 350 м, высота Я=100 м; грунт надматериковый -объемная сила тяжести грунта в естественном состоя1Ши уест = 0,016 Н/см; объемная сила тяжести водонасьпценного грунта Yiiac = 0,021 Н/см, угол внутреннего трения грунта ф=16°, сцепление с=1 Н/см.

Как видно из рис. 5.6, склон имеет три основных возможных состояния потери устойчивости: сползание всего склона по поверхности контакта с коренным грунтом, по поверхности уровня грунтовых вод /-/ п по круглоцилиндрической поверхности, проходящей через подошву полки для трубопровода (например, через точку в).

Рассчитаем сначала запас устойчивости склона при оползании его по коренному грунту, приняв поверхность контакта за плоскость. Угол наклона этой плоскости к горизонту ai=13°;

tgai = 0,228, Sinai ==0,225; cos ai = 0,974. Коэффициент запаса устойчивости находим по несколько измененной формуле (5.1)

Q COS «1 tg ф -f cZ.. Qsinai

(5.4)

где Q=YecT/i-i-YnacF2 -сила тяжести (вес) грунта в пределах призмы адеж\ Fx и F2 -площади фигур неводонасыщенного и водонасыщенного грунта. Таким образом, Q= 1,6-10*-8000 + + 2,Ы04. 7000 = 2,75- 10» Н.

Выполнив вычисления по формуле (5.4), получим

k = 2,75-108-0,974-0,287-f 10«-350 j 2,75-10«-0,225

Если бы, например, угол внутреннего трения грунта был бы пе 16°, а 14°, то йу=1,08 и устойчивость склона была бы на пределе.

Аналогично выполняется и расчет устойчивости по поверхности водораздела.

Устойчивость по круглоцилиндрическим поверхностям рассчитываем по известным правилам механики грунтов, задавая различные центры окружностей смещения 0\, О2 и т. д. (см. рис. 5.6) до тех пор, пока пе будет найден yminmin.

В обоих случаях оползание может происходить в течение длительного времени, хотя коэффициент запаса устойчивости йул1. В этих случаях вязкопластичное течение грунта происходит со скоростями, не превышающими нескольких сантиметров в год.

При этом сплошность не нарушается. Такой случай оползневых подвижек грунта рассмотрен в работе [3]. Скорость движения оползня определяют по формуле Н. Н. Маслова

t) = -

-ГЛг/-)(sina-cosatg9)---у,

V 2 / Т1д

(5.5)

где т)д - динамическая вязкость, устанавливаемая испытанием грунта. Значения ее колеблются в пределах 10-10® Н-с/м для пластичного состояния грунта, уменьшаясь до 10-- 10~* Н-с/см для текучей консистенции; у - глубина от поверхности оползня до трубы, на которой определяется скорость движения грунта; А и а показаны на рис. 5.5,6.

§ 5.2. НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТРУБОПРОВОДА В ОПОЛЗНЕ

1. Поперечные оползневые подвижки грунта Рассмотрим сначала прямолинейное расположение трубопровода в оползне (рис. 5.7).