 

А так как коэффициент внутреннего трения
f  tg ,
то окончательно получаем:
 .
(17.31)
Это соотношение можно сформулировать следующим образом:
предельный угол откоса в сыпучих грунтах равен углу внутреннего трения
грунта. Этот угол сыпучих грунтов называется углом естественного
откоса. Для сухих сыпучих грунтов он является величиной постоянной.
Влияние фильтрационных сил.
Если
устройство
откоса
производится в насыщенных водой грунтах или если уровень грунтовых
вод, например, при выпадении сильных дождей внезапно повышается
выше основания откоса, то на величину угла естественного откоса
существенное влияние будет оказывать гидродинамическое давление
фильтрующейся из откоса воды.
Воспользуемся решением авторов [45], выделив на поверхности
откоса объем грунта, равный единице (например, 1 см3). Здесь кроме
собственного веса грунта Q , который следует принимать с учетом
взвешивающего действия воды, на выделенный элемент будет действовать
по касательной к линии тока воды гидродинамическое давление D  .
Результирующее
давление
определим
путем
построения
R
параллелограмма сил Q и D  (рис.17.25). Так как угол внутреннего трения
сыпучего грунта, насыщенного водой, практически равен углу внутреннего
трения сухого грунта, то новая касательная к поверхности скольжения сила
будет составлять с результирующим давлением R по-прежнему угол
90 0   .
Отсюда вытекает правило определения угла откоса грунта при
фильтрации воды из массива, а именно: следует построить
равнодействующую сил D  и Q и от направления равнодействующей
отложить угол, равный 90 0   ; полученное направление a1 b1 и
определит для рассматриваемого случая предельный угол откоса  1 . Этот
угол будет максимальным, при котором частицы грунта будут находиться
в покое. Для определения угла устойчивого откоса необходимо полученное
значение угла  1 разделить на коэффициент запаса, больший единицы.
Таким образом, угол естественного откоса является величиной
постоянной только для сыпучих грунтов, не насыщенных водой. Если же
на откос действуют, кроме веса частиц грунта, фильтрационные силы
воды, то угол откоса будет изменяться в зависимости от величины
гидродинамического воздействия воды. Чем круче откос, тем больший
гидравлический уклон будет иметь уровень грунтовых вод при выходе
воды на свободную поверхность откоса, и, следовательно, тем больше
514
будет влияние фильтрационных сил. Во многих случаях за угол,
составляемый гидродинамическим давлением D  с горизонтом, можно
принимать угол естественного откоса грунта.
Рис.17.26 - Схема сил,
действующих на частицу
сыпучего грунта при учете
фильтрационного давления
Определим условие, при котором твердые частицы грунта на
поверхности откоса, подвергающегося действию фильтрационных сил,
будут находиться в устойчивом состоянии. Допустим, что направление
гидродинамических давлений D  совпадает с направлением откоса
(рис.17.26). Тогда силы, сдвигающие выделенный на поверхности откоса
единичный объем грунта, будут равны:
Рис.17.25 - Схема определения
угла откоса при действии
фильтрационных вод
T  Q sin  и D 
где n 

1
 0
I   w n tg ,
1 
- объем пор в единице объема грунта;  w - удельный вес
воды.
Силы, удерживающие рассматриваемый элемент грунта на
поверхности откоса, будут
T   N f  Q cos  tg .
При этом
Q 0 1,
где  0 - удельный вес грунта, облегченный весом вытесненной воды.
Для устойчивого откоса сдвигающие силы должны составлять
некоторую долю от удерживающих сил:
0 n tg   0 sin  
1

 0 cos  tg ,
где  - коэффициент устойчивости при скольжении частиц грунта.
515
(17.32)
Отсюда получаем:

 0 cos  tg
.
o n tg   0 sin 
(17.33)
Если   1 , то откос будет устойчивым.
Для применения метода оценки степени устойчивости склонов и
откосов, а также для разработки и назначения наиболее эффективных
противооползневых мероприятий необходимо знать форму проявления и
возможность развития оползневого процесса, природную обстановку –
климат, топографические особенности склона, геологическую структуру
толщи склона, инженерно-геологические свойства пород, слагающих
толщу, режим грунтовых вод, гидрологические особенности водотоков,
омывающих склон.
На рис.17.27 приведены основные формы нарушения устойчивости и
деформации склонов, а в табл.17.9 - классификация по характеру и
скорости их деформации.
Рис.17.27 - Основные формы нарушения устойчивости и деформации
склона: а – обвалы и вывалы; б – обрушение со срезом и вращением;
в – скольжение; г – покровные оползни; д – оплывы;
е – скол при просадке
Оползни всегда создавали много проблем для народного хозяйства
Украины. В связи с увеличением техногенной нагрузки многие из них
активизировались (происшествие на жилом массиве г.Днепропетровска,
повлекшее человеческие жертвы, оползень в г.Киеве, из-за которого
пришлось выселить жильцов из тринадцатиэтажного дома. Это
подтверждает необходимость разработки надежных противооползневых
конструкций. Значительные противооползневые работы проводятся по
516
устройству многорядных ростверков и буронабивных свай длиной 20 м и
диаметром 820-1020 мм на дороге Ялта-Севастополь, устройству
подпорных стен с анкерным креплением оползней на территории
санатория "Белоруссия" в Мисхоре, инженерных сооружений по
сохранению парка и здания Ливадийского дворца.
Всякое перемещение массива грунта вызывает механическое
нарушение его структуры, что, в свою очередь, создает предпосылки для
изменений физико-механических свойств грунта.
Развитие оползневого процесса всегда связано с определенными
причинами, которые приведены в табл.17.9.
Обвалы проявляются при внезапном обрушении откосов в скальных
и полускальных породах при их значительной крутизне падением больших
объемов породы, измеряемых миллионами кубометров.
Вывалы, в отличие от обвалов, характеризуются падением с той или
иной высоты с поверхности откоса отдельных камней и блоков породы,
отчлененных от скального массива трещинами.
Обрушение со срезом и вращением – это срез по некоторой
поверхности смещения части грунтовой толщи, слагающей массив склона
или откоса, в результате чего происходит дробление отколовшихся блоков
или срез новых. Этот процесс наблюдается при перенапряжении
грунтового массива и образовании в нем среза или скола определенной
части толщи.
Скольжением является перемещение по наклонной плоскости
скальных пород, при наличии в пластах глинистых, хлоритовых,
тальковых и слюдистых сланцев. Имеет место смещение больших масс
грунта, часто песка, подсыпаемого на наклонную поверхность без
специальной предварительной обработки.
Покровные оползни проявляются в виде смещения некоторого
массива грунта по склону под влиянием собственного веса и давления
массы породы, лежащей выше по склону. Эти явления свойственны
побережью Одессы и прибрежной полосе Южного Крыма.
Оплывы – это нарушение устойчивости песчаных и глинистых
грунтов по склону при локальном переувлажнении, динамических
нагрузках, при отливах на морском берегу, спаде паводка на реках.
Скол при просадке представляет собой нарушение устойчивости
грунтов в основании при проявлении деформаций в виде пучения и выпора
грунта в случае возведения высоких насыпей, в слабых грунтах,
нарушении устойчивости откосов и склонов при водонасыщении
береговых уступов из лессовидных грунтов и провалов в закарстованных
районах.
Для определения устойчивого очертания откоса при минимальном
объеме земляных работ производят расчеты, основанные на результатах
инженерно-геологических изысканий и исследования грунтов, слагающих
517