§ 47. Откос в реальных условиях

Условия устйчивоаи ес!есгвенных земляных откосов (косогоров во многом определяются сложением массива и режимом грунтовых вод Неоднородность сложения массива обычно предопределяет положение участков, склонных к частичным смещениям. Вблизи по­верхности откоса положение гидроизопьез вообще резко изменяется, и при частичном смещении отдельных участков вода может оказать напорное действие, находя новые пути стока. Местные смещения пород приводя] к нарушению равновесия близлежащих участков, и в результате общее обрушение откоса может наступить при сравнительно небольшом значении угла а Виды обрушения откосов разнообразны. Они носят названия оползн°й, сплывов и др. Подробно они рассматриваются в инженерной геологии.

Что касается устойчивости откосов в коренных породах, то здесь особое значение имеет также неоднородность сложения массива. Поверхности напластования и отдельности, кливаж, сбросовые тре­щины, поверхности контакта в жильных месторождениях, трещины скольжения и т п представляют здесь поверхности (плоскости) наименьшею сопротивления при всяком нарушении равновесия пород и в частности - при открытой выемке В результате подробного изу­чения данного вопроса [57], считают, что сдвижение пород (обруше­ние откоса) происходит главным образом по плоскостям кливажа и скольжения. Если требуется определить положение плоскости, пр которой произойдет обрушение откоса, то нужно найти наиболее резко выраженные плоскости скольжения или кливажа Они и пред­определяют положение поверхности обрушения.

Вообще же при реальных условиях для решения задачи, сфор­мулированной в § 46, следует обращаться к изучению строения мас­сива, данным опыта и расчетным схемам, учитывающим при имею­щихся условиях наиболее неблагоприятные ситуации.

§ 48. Форма поверхности обрушений откоСй

Данному вопросу в применении к грунтам посвящена обширная литература [18], истоки которой восходят к концу XVIII века. Имеется ряд теоретических решений задачи. Выполнены многочисленные опытные наблюдения. Однако исчерпывающего решения пока нет.

При теоретическом решении задачи чаще всего принимают сле­дующие два исходных положения: 1) при некоторых допущениях задаются распределением напряжений в массиве откоса под влиянием его собственного веса и в связи с этим определяют форму и Поло­жение поверхности обрушения или 2) задаются формой и положе­нием возможных поверхностей обрушения и на основе этого опре­деляют критическую вертикальную высоту откоса.

—_ — j_aK> например, рассматрива-

ют полубесконечное однородное --f-~- тело, ограниченное наклонной

' плоскостью и находящееся под

/ " действием собственного веса.

Напряжения, действующие на /' вертикальную и параллельную

свободной поверхности площад-

. ки, считаются сопряженными.

, Дифференциальное уравнение по-

Фиг. 33. Очертание поверхности обрушения. _вер_ХН0Стей скольжения полу-

чается при этом в простой форме. Решение этого уравнения показывает, что след поверхности обруше­ния на вертикальной плоскости представляет собою дугу циклоиды, в верхней части которой кроме сдвигающих, имеют место также и нормальные растягивающие напряжения (фиг. 33).

На основании изучения оползней грунтовых масс пришли к вы­воду, что поверхности скольжения в однородных грунтах по своей форме близки к круглоцилиндрическим. Для расчетных целей этот вывод был развит рядом авторов [58] и в настоящее время часто используется при расчетах. Эти последние сводятся к отысканию положения наиболее опасной поверхности скольжения, принимаемой за круглоцилиндрическую, и к последующему затем определению критической высоты откоса. Трудности заключаются в отыскании центра следа этой поверхности скольжения. В этом отношении были выполнены многочисленные исследования и был предложен способ отыскания указанного центра для земляных откосов. Этот способ отличается многочисленными выкладками. В последнее время в этот способ были внесены , упрощения. Все расчетные способы с приме­рами их применения обстоятельно изложены в труде Н. А. Цитовича „Механика грунтов" [18].

Существенно отметить, что круглоцилиндрическая поверхность обрушения откоса, принимаемая для грунтов, имеет место и для любых связных горных пород.

В результате многочисленных наблюдений в карьерах по добыче золота и других полезных ископаемых было найдено [59], что обру­шения откосов происходят во всех породах, начиная от влажного" песка и кончая связными прочными породами, по поверхности, со­стоящей из нижней круглоцилиндрической части и верхней—из плос­кости. Для „свежего" обрушения откоса соотношение размеров его частей усматривается из фиг. 34.

Действующее усилие (вес отрывающейся массы породы), вызы­вающее обрушение откоса, пропорционально объему, а сопротивление

(сйлы сцепления) пропорционально площади отрыйа массы. Отрый происходит, когда действующее усилие достигает максимума, & соп­ротивление— минимума. Это условие наилучшим образом соблюдает­ся при шаровой (или круглоцилиндрической) форме отрывающейся массы. Вследствие этого теоретически отрыв массы породы должен произойти по шаровой поверхности ABD Однако в общем случае

Фиг. 34. Построение поверхности обрушения откоса.

свисающая часть породы BCD вследствие наличия изгибающего мо­мента не может удержаться, происходит отрыв ее по плоскости наименьшего сопротивления, т. е. по ВС. Если затем половина вер­тикальной высоты откоса превышает критическую вертикальную его высоту (для данной породы), то происходит обрушение откоса ВС с образованием круглоцилиндрической поверхности BE и вертикальной плоскости EF и т. д.

Процесс обрушения заканчивается по достижении вертикальной частью поверхности обрушения высоты, меньшей чем критическая вертикальная высота откоса для данной породы. Окончательная фор- - ма следа поверхности обрушения на вертикальной плоскости после сглаживания уступов представляется состоящей из трех частей: ниж­ней — дуги окружности, средней — огибающей семейство кругов ли­нией и верхней —вертикальной прямой. Такова простейшая схема, поясняющая форму поверхности обрушения откоса. Эта схема отвечает опытным наблюдениям.

Принятие поверхности обрушения за круглоцилиндрическую при аналитических расчетах приводит к весьма громоздким формулам, почти исключающим практическое их применение. Поэтому в целях упрощения выводов, поверхность обрушения обычно принимается за плоскость и окончательные выводы с читаются как приближенные. Ниже прив едятся такие упрощенные выводы (§ 50).