Зависимость очертания откосов от свойств грунтов

Откосы являются наиболее неустойчивой частью земляного полотна в насыпях и выемках. Мри нарушении условий равновесия откосы деформируются.

Опыт эксплуатации автомобильных дорог показал, что устойчивость откосов насыпей и выемок следует проверять расчетами при рабочих отметках более 12 м.

Очертание откосов зависит от свойств грунта: угла внутреннего трения (р и удельного сцепления с.

Чтобы не допустить деформаций откосов земляного полотна, сооружению следует придавать такое очертание, при котором обеспечивается устойчивое равновесие сил, действующих на откосы.

Силами, вызывающими деформации откосов, являются нагрузки от собственного веса грунтового массива, веса дорожной одежды и воздействия подвижной нагрузки.

Силами, удерживающими неизмененными очертания откосов, являются силы внутреннего трения и сцепления в грунте.

Возможно установление предельного очертания откоса.

Представим себе массив грунта шириной /, имеющий вертикальную плоскость (рис. 10.3). Обрушение этого массива произойдет по поверхности скольжения. Рассмотрим условия равновесия данного массива грунта.

Обрушение призмы происходит иод действием касательной силы, равной проекции силы тяжести на направление скольжения.

Рис. 10.3. Схема к определению устойчивости откоса.

Сопротивление сдвигу оказывают:

• сила сцепления, действующая между частицами грунта.

• сила внутреннего трения, равная нормальному давлению N, умноженному на коэффициент трения.

Коэффициент трения / равен тангенсу угла внутреннего трения tg <�р

Удельное сцепление с и tg ф являются расчетными параметрами грунта и определяются в лаборатории Условие предельного равновесия, соответствующее равенству сдвигающих и удерживающих сил, выразится зависимостью.

Разделим обе части выражения на Qcosoc, получим.

Поскольку ()=/•/?• у, то.

Из полученного уравнения следует, что чем больше высота откоса, тем меньше требуется угол а, т. е. верхняя часть откосов устойчива при больших углах а, а в нижней части откосы должны быть более пологими.

Для различных грунтов численные значения tgcp и с меняются в широких пределах. Кроме того, для одного и того же грунта с увеличением влажности эти величины уменьшаются.

Различают две различные группы грунтов.

• Сыпучие грунты, обладающие большим внутренним трением и весьма малым сцеплением.

Например, для песка ф = 40°; tg9 = 0,7; с = 0,005—0,01 МПа.

Для этих грунтов полученное выражение примет вид, если вторым членом пренебречь.

Вывод. Для сыпучих грунтов угол откоса не зависит от высоты откоса и равен углу внутреннего трения tg ф.

• Связные грунты, обладающие высоким сцеплением и малым углом внутреннего трения.

Например, для глин ф = 10°; tgф = 0,1; с = 0,1—0,15 МПа.

Для связных грунтов можно пренебречь первым членом в правой части приведенного выше выражения, тогда.

Вывод. Высота откоса в связных грунтах влияет па очертание откоса, т. е. для грунтов, обладающих сцеплением, линия устойчивого откоса должна иметь криволинейное очертание (рис. 10.4, а). Следует иметь в виду, что, применяя одинаковую крутизну откоса, возведенного из связных грунтов для удобства производства работ, обеспечивают разную степень устойчивости откоса земляного полотна, но высоте.

Для повышения устойчивости при высоких насыпях (/? > > 6 м) и глубоких выемках крутизну откосов устаивают переменной (рис. 10.4, 6). Устойчивость откосов может быть повышена устройством берм — горизонтальных площадок на откосах насыпей и выемок шириной не менее 1,5—2,0 м. Бермы уменьшают скорость стекапия воды по откосам, предотвращая их размывание.

Рис. 10.4. Откосы переменной крутизны:

а — с переменной крутизной откосов (без берм); 6 с бермами; 1 — берма.