Вплив води на стійкість укосів і схилів

На стійкість укосів і схилів великий вплив має вода: атмосферні опади, що інфільтруються в ґрунт; ґрунтові води, що насичують безпосередньо або за рахунок капілярного підйому кожні шари насипів, їх основ, укосів, виїмок або схилів; води водотоків, водосховищ або заплавні води на мостових переходах, що підтоплюють укоси або схили.

При насиченні ґрунту вода суттєво змінює його властивості, а якщо має місце фільтрація, то в ґрунті виникають додаткові фільтраційні сили. Все це, як правило, зменшує запаси стійкості укосів і схилів.

Розглянемо вплив води на стійкість укосів на прикладі заплавного насипу, як найбільш характерного.

Паводкова вода спричиняє комплекс дій на ґрунт земляного полотна. При підйомі і стоянні води на заплаві вона інфільтрує в ґрунт. В залежності від роду ґрунту насипу і основи, його щільності і водопроникності, геометричних розмірів насипу і т.д. можуть бути різні випадки насичення ґрунтів водою (див. рис. 5.49). За розрахунковий приймають самий несприятливий випадок (рис. 5.49 в), хоча він зустрічається не часто. Приймається, що після тривалого підйому і стояння паводку водопроникний ґрунт насипу насичується водою до відмітки найвищого рівня води (НРВ). Припускається, що на початку спаду паводку вода з заплави виходить швидко і починається процес фільтрації її з тіла насипу під дією сил тяжіння. Її верхній рівень окреслюється кривою депресії, над ним знаходиться зона суцільного капілярного насичення.

Вплив води на стійкість укосів в прийнятій розрахунковій схемі враховується так:

1. Змінюється питома вага ґрунту γ. Вище рівня суцільного насичення вона дорівнює фактичній при природній вологості. Якщо насип складається з різних ґрунтів, то враховуються різні значення γ, відповідні різній природній вологості різних ґрунтів.

В зоні суцільного капілярного насичення вода тримається на менісках і є додатковим навантаженням. Тому питома вага ґрунту збільшується. Її можна визначити за формулою:

,

де γ_s – питома вага часток ґрунту;

е – коефіцієнт пористості ґрунту;

γ_е – питома вага води.

Величини капілярного підйому води можуть досягати 2-3 м в пилуватих і глинистих ґрунтах, 0,3-0,4 м – в пісках і супісках.

При водопроникній основі в зоні суцільного насичення ґрунту водою діють виштовхуючі сили. В цьому випадку питома вага ґрунту зменшується:

.

Якщо ґрунт основи насипу водопроникний, питома вага його буде γ_{осн ρв}, при водонепроникному ґрунті – γ_осн.

Зміна питомої ваги ґрунту суттєво впливає на стійкість укосів і схилів.

2. При наявності фільтрації виникають сили тиску води, що фільтрується, на частки ґрунту, так звані фільтраційні або гідродинамічні сили.

Рух води в ґрунті характеризується лініями течії і лініями рівного напору. Лінії течії в кожному елементарному об’ємі мають уклон І_j. Він приймається середнім в межах площі фільтрації Ω. Фільтраційна сила в цих же межах виражається приблизною формулою:

.

Ця сила є зрушуючою і тоді коефіцієнт стійкості укосу або схилу визначається за формулою:

.

3. Водонасичення ґрунтів в значній мірі впливає на зміну параметрів їх опору зміщенню (рис. 5.54). В природному стані ці параметри суттєво вищі, ніж при повному водонасиченні. Зменшення питомого зчеплення при насиченні водою становить 30-50%, а кута внутрішнього тертя ґрунту 15-25%. В межах поверхні можливого зміщення АС (рис. 5.54) мають місце характеристики ґрунту при природній вологості, а в межах ВС – зменшені. Зниження опору зміщення ґрунтів суттєво зменшує коефіцієнт стійкості.