Расчет и оценка геомеханической устойчивости оползнеопасных склонов

Самопроизвольное смещение масс горных пород на склонах и откосах является следствием нарушения равновесия сил сдерживающих и сдвигающих. Оползневые процессы – сложные системы, активизация которых зависит от влияния целого комплекса экзогенных и эндогенных факторов( рис.1). Главными причинами образования оползней являются:

1. поднятие уровня грунтовых вод, развитие гидростатического взвешивания и рост гидродинамического давления, ухудшения физико-механических свойств грунтов вследствие замачивания;
2. увеличение склонов при подрезании, речной эрозии,  морской абразии;
3. нарушение гидродинамического равновесия, возрастание скорости фильтрации подземных вод;
4. ослабление структурных связей в грунтах при их физическом и химическом выветривании;
5. изменение напряженного состояния массива горных пород;
6. тектонические движения и сейсмические явления;
7. уменьшение лесистости склонов;
8. инженерная деятельность человека…

Существует множество методов и их модификаций для расчетов устойчивости склонов и откосов. На практике такие расчеты производят  по методам круглоцилиндрической поверхности скольжения (для асеквентных оползней) (рис.2), по методу горизонтальных сил Маслова-Берера и графоаналитическим методом Fp (для консеквентных и инсеквентных оползней).

Рис. 2. Схема поблочного расчета запаса устойчивости склона методом круглоцилиндрической поверхности скольжения.

Рис.3. Расчетная схема для определения наименее устойчивой поверхности скольжения грунта по В. Филлениусу.

Одним из методов расчета устойчивости склонов и откосов при смещениях по круглоцилиндрической поверхностях, является метод, предложенный В.Филлениусом и К.Терцаги. Особенностью расчетной схемы, соответствующей этому методу, есть предположение, что состояние предельного равновесия наблюдается только в точках вдоль поверхности скольжения, а тело смещения является жестким недеформируемым телом (рис.3).

Положение наиболее напряженной поверхности скольжения устанавливалось путем подбора при проведении многократных расчетов для возможных случаев расположения центра поверхности скольжения. Расположение центра вращения самой опасной поверхности скольжения легче всего определить по графикам Янбу.

Как было отмечено выше, условием равновесия теля оползня есть равенство удерживающих сил и сдвигающих:

Среди множества методов оценки устойчивости склонов широко используется графоаналитический метод Fp, предложенный М.М. Масловым в 1949 году и проверенный практикой инженерно-геологических расчетов, по которым оценивается не только степень стойкости склона или откоса, но и прочность пород в наиболее слабых зонах (рис. 4). Критерием прочности горных на склонах и откосах при использовании этого метода есть величина угла сопротивления сдвигу, которую можно рассчитать по формуле:

При проектировании контуров этим методом можно выбирать несколько вариантов с определенными коэффициентами устойчивости по формуле:

Это основные методики расчетов устойчивости склонов. Также довольно распространёнными являются методы Ю.И. Соловьева, Р.Р. Чугаева, горизонтальных и касательных сил, аналитический метод Г.М. Шахунянца и множество других. Все рассмотренные выше методы представляют собой способы решения плоской задачи, для блоков шириной 1 м. Существуют также методы расчета устойчивости склонов и откосов, которые  позволяют решать пространственные задачи – то есть, расчёт производится для всего предполагаемого тела оползня. Однако, хотя эти методы и более точные, они значительно сложнее методически и редко используются на практике.

Рис. 4. Расчетная схема для построения контуров равноустойчивого откоса с определенным коэффициентом запаса стойкости графоаналитическим методом  .