Каковы причины разрушения склонов? - Строительство и ремонт

Неустойчивость грунта – это склонность грунта к восходящему, боковому или нисходящему движению под воздействием естественных факторов, таких как давление поровой воды, растрескивание, землетрясения и т.д.

Очень важно понимать факторы, вызывающие неустойчивость склона, по двум причинам. Во-первых, для строительства и проектирования новых склонов, а во-вторых, для ремонта старых склонов, которые разрушаются раньше положенного срока.

При проектировании нового склона важно предусмотреть изменения химических и механических свойств грунта в пределах склона. Эти изменения обычно развиваются со временем под воздействием различных нагрузок и условий просачивания и могут повлиять на устойчивость склона в долгосрочной перспективе.

Для ремонта склонов, вышедших из строя раньше положенного срока, очень важно определить ситуации и компоненты, приведшие к разрушению, чтобы сохранить устойчивость таких склонов и избежать разрушений в будущем.

В этой статье рассказывается о различных причинах, которые приводят к разрушению склонов.

2. Увеличение напряжения сдвига грунта

2.1 Нагрузки в верхней части склона
2.2 Давление воды в трещинах
2.3 Из-за увеличения веса грунта
2.4 Выемка грунта
2.5 Падение уровня воды в основании склона
2.6 Землетрясения

Часто задаваемые вопросы

Причины разрушения склона

Основным критерием для достижения устойчивости склона является обеспечение того, чтобы прочность грунта на сдвиг была выше, чем напряжение сдвига, которое может привести к разрушению. Если это основное требование не выполняется, склон может стать неустойчивым и разрушиться.
Ниже перечислены способы, которые могут повлиять на устойчивость склонов:

Снижение прочности почвы на сдвиг.

Увеличение напряжения сдвига, которое в конечном итоге приводит к разрушению почвы.

1. Снижение прочности почвы на сдвиг

Несколько факторов могут привести к снижению прочности почвы на сдвиг. Следующие факторы имеют особое значение для устойчивости склонов.

1.1 Увеличение давления поровой воды

Частое повышение уровня грунтовых вод и просачивание грунта вверх в результате нередких сильных дождей являются наиболее распространенными причинами повышения давления поровой воды. В результате, соответствующие эффективные напряжения уменьшаются при увеличении давления поровой воды.

Более важно то, что проницаемость почвы определяет время, необходимое для эффективной разгрузки давления поровой воды, таким образом, для высокопроницаемых почв изменения в условиях грунтовых вод могут происходить быстро, в то время как для низкопроницаемых почв изменения происходят медленно.

В основном, глинистые грунты имеют очень низкий индекс проницаемости. Таким образом, изменение прочности на сдвиг глинистых грунтов определяет долгосрочную устойчивость склона, в то время как в случае песчаных грунтов необходимо оценивать краткосрочную устойчивость.

Снижение устойчивости склона из-за давления поровой воды

1.2 Растрескивание

Обрушению склона часто предшествует появление трещин в почве вблизи гребня склона. Эти трещины появляются в результате напряжения в грунте на поверхности земли, которое превышает предел прочности грунта на растяжение. Поэтому, по мере снижения прочности грунта на растяжение, снижается и прочность на сдвиг по плоскости трещины.

1.3 Набухание

Высокопластичная и чрезмерно уплотненная глина легко набухает при контакте с водой. Классическим примером для определения разрушения из-за набухания может служить случай в Хьюстоне, штат Техас, где насыпи шоссе, построенные из чрезвычайно пластичной уплотненной глины, разрушились через десять лет в результате набухания и потери прочности на сдвиг.

1.4 Разложение заполнителей из глинистых пород

Глинистые породы и сланцы в качестве материала для заполнения швов в скальных породах можно использовать, разбивая их на куски для формирования прочной породы, которая может быть относительно стабильной после уплотнения. Однако со временем, когда уплотненный заполнитель вступает в контакт с грунтовыми или просачивающимися водами, в результате дезинтеграции уплотненного заполнителя могут образоваться куски глинистых частиц.

Эти куски глинистых частиц затем разбухают в открытых пространствах заполнителя, вызывая снижение прочности грунта на сдвиг и делая заполнитель неустойчивым.

1.5 Ползучесть

При длительной нагрузке высокопластичные глины подвергаются постоянной деформации. Поэтому через определенное время глина может окончательно разрушиться даже при низких напряжениях сдвига.

Влияние ползучести усугубляется при циклических нагрузках, таких как замораживание, оттаивание, увлажнение и высыхание. Когда такие циклически меняющиеся условия находятся в своих неблагоприятных крайних точках, движение грунта в пределах склона происходит в направлении вниз по склону. Поэтому в долгосрочной перспективе может развиться движение вниз по склону, которое в конечном итоге приведет к разрушению склона вдоль критической плоскости.

1.6 Выщелачивание

Когда вода просачивается через пустоты почвы, химические и механические свойства почвы начинают изменяться. Этот процесс известен как выщелачивание.

В случае с морскими глинами выщелачивание играет важную роль, так как оно способствует развитию состояния быстрой глины, а такие глины не обладают значительной прочностью при нарушении.

Разрушение склона из-за состояния быстрой глины

1.7 Деформационное размягчение

Явление смягчения деформации связано с хрупкими грунтами. На кривой напряжение-деформация хрупких грунтов, когда критическое напряжение достигает пика, прочность на сдвиг хрупких грунтов уменьшается при более постоянной деформации. Такой тип поведения напряжения-деформации приводит к прогрессирующему разрушению, тем самым создавая путь для разрушения склона.

1.8 Выветривание

Процесс, в котором горные породы и почвы теряют свою прочность из-за изменения физических, химических и механических свойств под воздействием внешних факторов, таких как вода, ветер, изменение температуры и т.д., известен как выветривание.

Выветривание значительно снижает прочность почвы на сдвиг. В худшем случае выветривание может изменить всю структуру пород и почвы, превратив прочный и устойчивый склон в неустойчивый.

1.9 Циклическая нагрузка

Под воздействием циклических нагрузок связь между частицами грунта может нарушиться, давление поровой воды может увеличиться, что приведет к потере прочности. Рыхлый грунт может насытиться в результате увеличения давления поровой воды и потерять всю свою прочность при циклической нагрузке из-за разжижения.

2. Увеличение напряжения сдвига грунта

Даже если прочность грунта на сдвиг остается неизменной, изменение напряжения сдвига в результате увеличения нагрузки может дестабилизировать склоны.

Ниже рассматриваются факторы, под воздействием которых может увеличиться напряжение сдвига:

2.1 Нагрузки в верхней части склона

Если грунт в верхней части склона нагружен, то напряжение сдвига, необходимое для равновесия склона, будет больше. Если удерживать нагрузки вдали от гребня склона, то можно предотвратить увеличение напряжений сдвига.

Разрушение склона из-за увеличения нагрузки в верхней части склона

2.2 Давление воды в трещинах

Склон может стать неустойчивым, если трещины в верхней части склона заполняются водой. Давление, создаваемое водой в трещинах, нагружает грунт и увеличивает напряжения сдвига. Если трещины остаются заполненными водой для просачивания к поверхности склона, то давление поровой воды в почве увеличивается, что приводит к еще более худшему состоянию.

2.3 Из-за увеличения веса грунта

Просачивание в почву в пределах склона может увеличить содержание воды в почве, тем самым увеличивая ее вес. Если это увеличение веса значительное, особенно в сочетании с другими силами, оно может привести к разрушению склона.

2.4 Выемка грунта

Выемка грунта, которая делает склон более крутым, увеличивает напряжение сдвига в почве в пределах склона и снижает устойчивость. Дезинтеграция почвы потоком у основания склона приводит к тому же результату.

2.5 Падение уровня воды у основания склона

Внешнее давление воды, действующее на лицевую сторону склона, обеспечивает стабилизирующий результат. Скорее, склон станет неустойчивым, если содержание воды уменьшится в результате увеличения напряжения сдвига.

Когда этот уровень быстро снижается, а поровое давление внутри склона не уменьшается в соответствии с падением уровня воды снаружи, склон становится менее устойчивым. Это явление известно как условие быстрого проседания и важно для проектирования частично погруженных склонов.

2.6 Землетрясения

В случае землетрясения склоны подвергаются воздействию вертикальных и горизонтальных скоростей, что приводит к циклическим изменениям напряжений внутри склона. Это повышает их выше статических значений на короткие промежутки времени, длящиеся секунды или доли секунды. Даже если тряска не вызывает изменения прочности грунта, устойчивость склона снижается в те короткие моменты, когда динамические силы действуют в неблагоприятных направлениях.

Разрушение склона, вызванное землетрясением.

Часто задаваемые вопросы

Как влияют поверхности сликенсайда на устойчивость склонов?

Участки поверхности сликенсайда обычно возникают в глинах, особенно в чрезвычайно пластичных глинах, из-за скольжения по критическим плоскостям сдвига. Вследствие сдвига по уникальным плоскостям происходит выравнивание частиц глины параллельно критической плоскости скольжения. Это приводит к образованию гладкой поверхности с тусклым блеском, называемой сликенсайдом.
Поверхность поверхности сликенсайда слабее, чем окружающая глина, а угол трения очень мал. Поэтому прочность откосов на сдвиг значительно снижается в этой области, что приводит к неустойчивости откоса.

Читайте далее: