Устойчивость насыпей на косогорах, устойчивость откосов насыпей и выемок.

Откосы являются наиболее неустойчивой частью земляного полот­на в насыпях и выемках: грунт на поверхности откосов подвергается воздействию атмосферных осадков и ветра, при нарушении условий равновесия откосы деформируются. Многолетний опыт выполнения земляных работ — рытье котлованов и каналов, отсыпка гидротехниче­ских дамб и плотин, дорожных и железнодорожных насыпей — позволил установить заложения откосов, обеспечивающие устойчивость насыпей и выемок при наиболее часто встречающихся рабочих отметках.

Устойчивость откосов высотой более 12 м, а также откосов в водо­насыщенных грунтах необходимо проверять расчетом.

Предельное очертание устойчивого откоса в связном грунте, име­ющем угол внутреннего трения ф и сцепление с может быть установ­лено из следующих соображений.

Представим себе грунтовый массив, ограниченный сверху горизон­тальной, а сбоку вертикальной поверхностями. Разделим мысленно возможную призму обрушения вертикальными сечениями на ряд со­ставляющих призм равной ширины и рассмотрим условия равновесия одной из них (рис. XIV.17). При этом допустим, что каждая отдельная призма сохраняет равновесие независимо от смежных с нею, т. е. силы бокового давления и трения по граням вертикальных сечений от­сутствуют.

Выделенная призма (см. рис.а) стремится сместиться по поверхности обрушения под действием касательной составляющей силы веса: Т=Q*sin∝

Силы сопротивления сдвигу слагаются из сил внутреннего трения и сцепления, которые равны: Q*cos∝ *tgφ +c*(1/cos∝)

где с — сцепление; φ — угол внутрен. трения.

Условия предельного равновесия, соответствующие равенству сдвигающих и удерживающих сил, выразятся зависимостью Q*sin∝ = Q*cos∝ *tgφ +c*(1/cos∝)

Деля обе части равенства на Q*cos∝ и учитывая, что Q=l*h*δ, где δ — плотность грунта, получаем tg∝ =tgφ +c/(δ /2cos²∝)

Полученная зависимость показывает, что верхняя часть откосов в связных грунтах может быть устойчива при большой крутизне, а в нижней части высокие откосы должны быть пологими, с углом наклона, приближающимся к углу внутреннего трения (см. рис. б). Метод исходит из предпосылок, что в момент обрушения в грунте действует гидростатическое распределение давления (коэфициент бокового давления ε = 1), а угол устойчивости откоса для любого грунта равен углу сдвига φ при давлении на грунт р, т. е. Tg =tgφ +c/p

Для построения профиля устойчивого откоса (см. рис. XIV. 17, е) выделяют по высоте ряд слоев в соответствии со слагающими его на­пластованиями; для подошвы каждого из них определяют давление от собственного веса грунта: P_h=∑ δ h

Величины расчетных углов сдвига находят по выражению Tg𝛙 =1/K₃(tgφ +c/p)

где К₃ — необходимый коэффициент запаса При К₃ = 1 получается очер­тание откоса в состоянии предельного равновесия. Очертание откоса назначают в соответствии с найденными вели­чинами ф, начиная с подошвы откоса.

Для приближения формы откоса к очертанию устойчивого откоса применяют переменную крутизну его на разных участках по высоте или, сохраняя постоянную крутизну, вводят бермы (рис. XIV. 18). Бермы уменьшают скорость стекания по откосу дождевых и талых вод, предотвращая его размывание. Они облегчают также ремонт и со­держание откосов, позволяя осматривать их, подвозить и складывать материалы для ремонта.