ВСН 04-71
Минэнерго СССР

Ведомственные строительные нормы

Указания по расчету устойчивости земляных откосов

Издание второе

Дата введения 1971-11-01

Внесены Всесоюзным научно-исследовательским институтом гидротехники имени Б.Е.Веденеева

Утверждены Главтехстройпроектом Минэнерго СССР 21 января 1971 г.

Предисловие к первому изданию

Настоящие "Указания" составлены в отделе грунтов и оснований Всесоюзного научно-исследовательского института гидротехники (ВНИИГ) имени Б.Е.Веденеева профессором, доктором технических наук Р.Р.Чугаевым.

"Указания" распространяются на нескальные и полускальные грунты. В "Указаниях" вовсе не затрагиваются вопросы проектирования земляных откосов и вопросы выбора так называемых расчетных случаев, подлежащих расчету. Эти вопросы решаются по-разному для различных сооружений, и потому они должны освещаться в других нормативных документах, посвященных проектированию отдельных земляных сооружений (земляных плотин, дорожных насыпей и т.п.). В данных "Указаниях" имеется в виду зафиксировать только наиболее рациональную методику таких расчетов, которые должны быть одинаковыми для всех видов земляных сооружений, встречающихся в практике. В связи с этим в приводимых ниже "Указаниях" совсем не освещаются различные специальные расчеты, относящиеся только к какому-либо одному частному виду земляного сооружения (например, к намывным плотинам и т.п.). Предполагается, что такого рода специальные ("частные") расчеты должны также приводиться в других нормативных документах (посвященных проектированию отдельных земляных сооружений).

Что касается оценки устойчивости откосов в период консолидации грунта, а также возможного разжижения песчаных грунтов под действием динамических сил, то, поскольку этим вопросам должен быть посвящен специальный нормативный документ (охватывающий не только расчеты устойчивости откосов, но и расчеты оснований массивных сооружений), в данных "Указаниях" вопросы консолидации и разжижения грунтов не затрагиваются.

Обоснование методов расчета, приводимых в "Указаниях", дано в книге Р.Р.Чугаева: "Земляные гидротехнические сооружения (теоретические основы расчета)", издательство "Энергия", 1967.

В этой книге показано, что наиболее точными способами расчета устойчивости земляных откосов являются (для случая однородного грунта) способ Тейлора, способ Крея и способ весового давления; эти три способа дают примерно одинаковые численные результаты, практически удовлетворяющие для плоской задачи всем трем уравнениям статики. Что касается способа Терцаги, то для пологих откосов, обычно встречающихся в гидротехнической практике, этот способ дает значительные погрешности.

Поскольку из числа упомянутых способов, относящихся к методу круглоцилиндрических поверхностей сдвига, способ весового давления является наиболее простым, то в качестве основного способа расчета в "Указаниях" приводится именно этот способ. Следует учитывать, что способ весового давления в отличие от способа Крея позволяет решать соответствующее расчетное уравнение без подбора (так же, как и способ Терцаги); вместе с тем в отличие от способа Тейлора способ весового давления легко распространяется на случай неоднородного грунта (так как мы до сего времени всегда распространяли на этот случай способы Терцаги и Крея).

Дополнительно в "Указаниях" приводится еще способ наклонных сил, относящийся к методу плоских поверхностей сдвига грунта. Этот способ имеет примерно ту же точность, что и способ весового давления.

Просьба ко всем организациям и лицам, которые будут пользоваться "Указаниями", присылать свои замечания по адресу: Ленинград, К-220, Гжатская ул., 21, Всесоюзный научно-исследовательский институт гидротехники имени Б.Е.Веденеева.

Февраль 1967 г.

Предисловие ко второму изданию

После выпуска в свет в 1967 г. первого издания настоящего нормативного документа вопрос о расчете устойчивости земляных откосов в течение 2-3 лет рассматривался специальной межведомственной комиссией Госстроя СССР, работавшей под председательством проф. А.Л.Можевитинова. Эта комиссия в результате подробного изучения данного вопроса пришла к заключению, что предлагаемые "Указания по расчету устойчивости земляных откосов" Минэнерго СССР, в отличие от других имеющихся аналогичных ведомственных нормативных документов, более всего отвечают современным взглядам на подобного рода расчеты. Вместе с тем эта комиссия сделала несколько ценных указаний, относящихся к тексту первого издания. Наиболее существенными из этих указаний являются следующие:

1) в случае относительно крутых и неоднородных откосов найденный при помощи метода весового давления наиболее опасный отсек обрушения, ограниченный снизу самой опасной круглоцилиндрической поверхностью сдвига, рационально подвергать (в ответственных случаях) окончательному расчету по методу Крея;

2) при учете фильтрационных сил в случае расчета по методу плоских поверхностей сдвига распределение гидродинамического давления вдоль поверхности сдвига не всегда рационально принимать по линейному закону; в некоторых случаях это распределение рационально принимать в соответствии с имеющейся кривой депрессии;

3) вопрос о расчете устойчивости земляных откосов с учетом консолидации водонасыщенного грунта имеет две разные стороны:

а) определение величины гидродинамического давления в различные моменты времени и в различных точках грунтового массива;

б) учет при статическом расчете откоса установленного гидродинамического давления. В данных нормах должна освещаться только вторая сторона вопроса (п.б); что касается величины гидродинамического давления (п.а), то она должна устанавливаться на основании соответствующих фильтрационных (гидравлических) расчетов;

4) при учете избыточного порового давления (см. стр.31 первого издания и стр.34 второго издания) величину этого давления следует умножать не на , а на (здесь в первом издании имелась опечатка);

5) необходимо иметь в виду, что в районе верхнего участка поверхности сдвига в случае связного грунта должны появляться растягивающие напряжения, обусловливающие возможность появления трещины на некоторой длине поверхности сдвига (в верхней ее части).

Следует отметить, что во втором издании поясненные замечания (исключая 5-е, по которому мы в настоящее время не располагаем надежными материалами) были соответствующим образом учтены автором настоящих "Указаний" проф. Р.Р.Чугаевым*. Кроме того, во второе издание были внесены некоторые чисто редакционные изменения.

________________

* Первое замечание комиссии было учтено не полностью: вместо рекомендуемого способа Крея (согласно которому расчет приходится вести методом подбора) в данных "Указаниях" для наиболее опасной круглоцилиндрической поверхности сдвига при крутых откосах был принят способ Терцаги (который для крутых откосов дает приемлемую погрешность).

Только в указанном отношении второе издание отличается от первого.

Июль 1970 года.

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

§ 1. Содержание и область применения. Настоящие "Указания" относятся к любым сооружениям всех классов по капитальности и распространяются на расчеты общей устойчивости любых земляных откосов (выемок, насыпей и естественных склонов), образованных нескальным, а также полускальным грунтом.

В данных "Указаниях" фиксируется методика только таких расчетов, которые являются одинаковыми для всех видов земляных сооружений, встречающихся в практике. Различные специальные расчеты, относящиеся только к одному частному виду земляного сооружения (например, к откосу земляной намывной плотины и т.п.), в приводимых ниже "Указаниях" не затрагиваются; эти частные расчеты должны освещаться в других нормативных документах, посвященных проектированию отдельных земляных сооружений.

Примечания. 1. Как правило земляные откосы следует подвергать расчету только при достаточно большой их высоте (например, при высоте более 5 м).

2. Расчеты устойчивости откосов являются в значительной мере приближенными. Результаты этих расчетов, носящих часто характер "расчетных прикидок", должны соответствующим образом увязываться с данными практики.

3. В настоящих "Указаниях" не приводятся расчеты консолидации и разжижения грунтов (этим вопросам должен быть посвящен специальный нормативный документ, согласно которому должно определяться гидродинамическое давление в различные моменты времени и в различных точках грунтового массива); однако в данных "Указаниях" поясняется, как следует учитывать при расчете общей устойчивости откоса известное гидродинамическое давление, возникшее благодаря консолидации грунта.

4. Намеченные "расчетные случаи" для откоса заданного очертания и сложенного из заданных грунтов должны отвечать наиболее тяжелым эксплуатационным условиям работы данного откоса: наличие достаточно большой временной нагрузки на гребне откоса, наличие снижения горизонта воды в бьефе перед откосом, наиболее опасное высотное положение горизонта воды в бьефе перед откосом, наличие сейсмических сил и т.п. Эти расчетные случаи должны устанавливаться в соответствии с нормативными документами, относящимися к проектированию земляных сооружений соответствующего вида (земляных плотин, дорожных насыпей и т.п.).

§ 2. Терминология. Земляным откосом называется поверхность земли, имеющая угол наклона к горизонту более 10° (см. линию ВС на рис.1).

Рис.1

Гребнем откоса - поверхность земли АВ, имеющая наклон к горизонту менее 10°.

Поверхность основания откоса - поверхность CD, имеющая наклон к горизонту менее 10°.

Бровкой откоса - линия пересечения откоса с его гребнем, проектирующаяся на рис.1 в точку В.

Подошвой откоса - линия пересечения земляного откоса с поверхностью его основания (см. на рис.1 точку С).

Высотой откоса - превышение бровки откоса над подошвой откоса.

Телом откоса - область грунта, лежащая выше линии ЕС, проведенной через точку С горизонтально или несколько наклонно, например, как продолжение несколько наклонной линии CD.

Основанием откоса - область грунта, лежащая ниже линии ECD.

Нормальным откосом - плоский откос, имеющий гребень и поверхность основания в виде горизонтальных плоскостей.

Свободным или ненагруженным откосом - на котором, как и на его гребне, отсутствует какая-либо нагрузка в виде внешних поверхностных или сосредоточенных сил.

§ 3. Классификация откосов. Надлежит различать:

1) естественные откосы (склоны) и

2) искусственные откосы: а) насыпи и б) выемки, ограничивающие естественные массивы грунта.

Кроме того следует различать:

1) в зависимости от геометрической формы откоса:

а) плоские откосы,

б) ломаные откосы,

в) криволинейные откосы;

2) в зависимости от рода грунта, слагающего тело откоса и его основание:

а) откосы, образованные сыпучим (несвязным) грунтом, и откосы, образованные связным грунтом;

б) откосы, образованные однородным грунтом, и откосы, образованные неоднородным грунтом;

в) откосы, расположенные на скальном основании, и откосы, основание которых образовано нескальным грунтом;

г) откосы, образованные малосжимаемым грунтом (например, песчаным), и откосы, образованные сильно сжимаемым грунтом (например, глиной);

3) в зависимости от наличия или отсутствия воды в порах грунта:

а) откосы, тело и основание которых образовано практически сухим грунтом;

б) откосы, тело и основание которых образовано (полностью или частично) грунтом, содержащим пленочную воду (в том или другом количестве);

в) откосы, тело и основание которых образовано (полностью или частично) грунтом, насыщенным покоящейся гравитационной водой;

г) откосы, тело и основание которых образовано (полностью или частично) грунтом, насыщенным движущейся гравитационной водой.

§ 4. Принятые обозначения основных величин:

- угол наклона откоса к горизонту;

- коэффициент откоса: ;

- высота откоса;

- угол внутреннего трения грунта;

- величина , при которой рассматриваемая область грунта должна находиться в состоянии предельного равновесия (критический или иначе расчетный угол внутреннего трения);

- величина , свойственная рассматриваемому грунту (действительный угол внутреннего трения грунта);

- удельное сцепление грунта;

- величина , при которой рассматриваемая область грунта должна находиться в состоянии предельного равновесия (критическое или иначе расчетное удельное сцепление);

- величина , свойственная рассматриваемому грунту (действительное удельное сцепление);

- объемная пористость грунта, т.е. отношение объема пор грунта ко всему объему грунта (образованному скелетом грунта, т.е. твердой фазой и порами);

- объемный вес воды;

- объемный вес абсолютно сухого грунта;