към чл. 15 Определяне на свлачищен натиск, на земен натиск и на коефициента на устойчивост 1. Свлачищният натиск е силата, която създават земните маси вследствие нарушаване устойчивостта на склона. Свлачищният натиск се формира при образуване на повърхнини на плъзгане, по които е настъпило придвижването на земни маси, под влияние на гравитационни сили, сеизмични въздействия, филтрационен или хидростатичен натиск и др. Свлачищният натиск обикновено е по-голям от активния земен натиск, но той не може да превишава пасивното съпротивление на почвите за дадено сечение. 2. В изчислителните схеми се приема предимно равнинна задача с участието на два пласта - горен плъзгащ се и долен стабилен (най-често водоплътен) със следните характеристики и означения: 2.1. средна височина на разглежданата ламела над повърхнината на плъзгане (h); 2.2. дължина на ламелата (l); 2.3. широчина на ламелата (b) (b = 1 m, равнинна задача); 2.4. средна дебелина на почвената ламела (d), мерено перпендикулярно на повърхнината на плъзгане; 2.5. ъгъл на наклона на повърхнината на плъзгане към хоризонта (a); 2.6. обемно тегло на почвата в естествено състояние (g); 2.7. обемно тегло на водонаситената почва (gr); 2.8. обемно тегло на почвата под вода (g'); 2.9. обемно тегло на водата (gw); 2.10. изчислителна стойност на ъгъла на вътрешно триене на почвата в повърхнината на плъзгане (j); 2.11. изчислителна стойност на кохезията (с); 2.12. коефициент на устойчивост (Куст). 3. Свлачищният натиск при почви без кохезия и при липса на подземни води (фиг. 1) се определя по формулите: H = Ntga = gldsina
(1) T = Ntgj = gldcosa.tgj
(2) Куст = T/H = Ntgj/Ntga = tgj/tga
(3) където: Н е плъзгащата сила; Т - задържащата сила; Куст - коефициентът на устойчивост. Фиг. 1 4. Свлачищният натиск при почви без кохезия и без порен натиск при действието на сеизмични сили (Es), приложени в центъра на тежестта на ламелата и насочени хоризонтално (фиг. 2), се определя по формулите: Фиг. 2 H = Gsina + Escosa = Ntga + Escosa
(4) Т = (N - Essina)tgj
(5) където Еs е сеизмичната сила, определена по формулата: Еs = С.Rп.Кc.G (7) където: С е коефициентът на значимост, както следва: за категория А - С = 1,50; за категория Б - С = 1,20; за категория В - С = 1,00; за категория Г - С = 0,75; Rп - коефициент на реагиране на почвите, който се приема равен на 0,5; чрез допълнителни изследвания или геотехническа експертиза могат да се докажат и други стойности на Rn, но не по-ниски от 0,3; Кc - сеизмичен коефициент; G - тегло на ламелата, изчислено с обемни тегла, в зависимост от състоянието на почвите и нивото на подземните води; Н, N, Т и Куст са както във формули (1), (2) и (3). 5. Свлачищният натиск при почви без кохезия и без порен натиск при действието на хидродинамичния натиск (WФ) над плъзгателната повърхнина (фиг. 3) се определя по формулите: Фиг. 3 H = G'sina + WФ = G'sina + dlgwJ = dlg'sina + dlgw sina = Grsina (8) T = Ntgj = G'cosa.tgj = ldg'cosa.tgj (9) където: G' е теглото на ламелата под вода; Gr - теглото на ламелата с обемното тегло на водонаситената почва; J - хидравличният градиент (J » sina). 6. Свлачищният натиск при почви без кохезия и с порен натиск (фиг. 4) се определя по формулите: Фиг. 4 u = hwgwcos2a, U = ul = hwgwlcos2a, H = Ntga, T = (N - U)tgj, N = G.cosa (11) където: u е порният натиск; U - равнодействащата на порния натиск; G - теглото на ламелата, изчислено от състоянието на почвата (над вода с g, под вода - с gr), 7. При наличие на преграда от водоплътни почви, която подпира подземните води, към активните (свлачищните) сили се добавя и хидростатичен натиск (фиг. 5). Решението е както по т. 5. Фиг. 5 8. Активният земен натиск от несвързани почви върху корава подпорна стена при наклон на терена a < j, наклон на гърба на стената 0 < e < (45° - j/2), триене между почвата и стената d № 0 се определя съгласно изискванията на НППС и по формулите: Еa = gh2Кa/2 (13) където: Еa е активният земен натиск съгласно фиг. 6; Кa - коефициент на активния земен натиск. 9. Отчитането на вертикалната и хоризонталната компонента на Ea, влиянието на кохезията при свързани почви, натоварването зад гърба на стената и триенето (d = 0 ё j), както и за други случаи се извършва съгласно изискванията на НППС. 10. При наклон на теренната повърхност a = j и при вертикална стена без триене (e = d = 0) коефициентът на активния земен натиск се определя по формулата: 11. При силно наклонен терен (a > j) зад стената и при устойчивост на склона (фиг. 6) се допуска активният земен натиск да се определя по формулите: Фиг. 6 където j и с са изчислителните стойности при върхова якост; q' е претоварването от почвения клин; 12. При пълзящ склон и a » j се допуска свлачищният натиск (Есв) да се определя по формулата: където коефициентът m(j) е в зависимост от коравината на стената (ЕJ) и при j » 20° се приема, както следва: 13. Общата схема за оценка на устойчивостта на терена, заедно със сградата върху него, при установена дълбока повърхнина на плъзгане е показана на фиг. 7. Силите, които действат в случая над плоскостта А-А', са: теглото на сградата, теглото на почвения масив, сеизмичните хоризонтални сили от земния масив и сградата. Коефициентът на устойчивост срещу свличане в условията на равнинна задача се определя по формулата: където: G1 е теглото на земния блок A-D-A'; G2 - пълното тегло на сградата, без теглото на изгребаната почва; Hсгр - хоризонталната сеизмична сила върху сградата. 14. Коефициентът на устойчивост може да се определя и при пространствен модел за широчина B(В0) и с включване на задържащите странични сили 2Rстр. В случая трябва да се докаже устойчивостта на земната основа встрани, преди и след изпълнението на сградата. Фиг. 7 15. В случаите, когато възможните повърхнини на плъзгане пресичат сградата (съоръжението), по тях се задейства и неговата обща коравина, която може да се определи по съответните строителни методи. 16. При подсичане на откоси или склонове, в т. ч. вследствие на ерозия, повърхнината на свлачището може да се апроксимира като плоскост съгласно фиг. 8, където за условията на равнинната задача дадените означения са, както следва: 16.1. общо тегло на свлачищното тяло (земна маса заедно със сградата - когато има такава) (G); 16.2. среден наклон на повърхнината на свлачището (b); 16.3. дължина на плоскостта на свлачището (l); 16.4. активен земен натиск в горния край на свлачището, предизвикан от земния клин (Ea); 16.5. пасивно съпротивление на почвата в петата на свлачището (Ep). 17. Активният земен натиск и пасивното съпротивление на почвата в петата на свлачището се определят съгласно изискванията на НППС. Фиг. 8 18. При якостни показатели jg и cg (обратни изчисления) и липса на порен натиск Куст при основно съчетание на натоварванията се определя по формулата: 19. В случай на подсичане, подмиване или подкопаване на петата на свлачището, което води до снижаване или елиминиране на Ep, се прави нова проверка по формула (22), като се приема Ep = 0. 20. Решенията за укрепване на свлачищата отчитат принципите на укрепване, методите на изчисляване (проверки) и техническите средства за реализацията им. 21. При директно прилагане на анкерна сила (Аан) върху свлачищното тяло (фиг. 8) Куст се определя по формулата: където d е ъгълът на напрегателната анкерна сила спрямо нормалата на плоскостта АD. 22. Минималната напрегателна сила се получава за ъгъл на наклона d, определен по формулата: d = arctg(Куст + DКуст)/tgj (24) 23. В случая по т. 22 се изисква подобряване устойчивостта на свлачищното тяло най-малко с 20 на сто: DКуст/Куст і 20% 24. За да не се допусне преливане на почвени маси над короната на стената при корави подпорни съоръжения, дължината на свлачищното тяло (L), мерена по наклона, се ограничава от условието (фиг. 9): Фиг. 9 където: Куст = 1,5 е частичният коефициент на устойчивост; Lb - дължината на съпротивителния земен клин, оформен непосредствено зад стената; - дължината на масива над клина, необходима за предизвикване на пасивно съпротивление на почвите. 25. При липса на порен натиск и при приблизително постоянен наклон (b) Lb и по т. 24 могат да се определят по формулите: където: h е дълбочината на свличащия се пласт; j и c са якостните показатели на почвата в зоната на свличане; където: g е обемното тегло на почвата; KP - коефициентът на пасивно съпротивление на почвата, който се определя съгласно изискванията на НППС. 26. В случай, че по формула (25) се получи реална дължина от свлачището зад стената се налага изграждането на второ подпорно съоръжение по склона. 27. В случай, че реалната дължина на свличащия се склон е и втората стена не е изградена, се приема скъсване на склона нагоре, на дължина L, а подпорното съоръжение се оразмерява за максимален свлачищен натиск (Fmax) (фиг. 9) по формулата: Fmax = D + Ep (28) където: Ep е пасивното съпротивление на почвата; D - резултативното натоварване по склона за участъка Lb, за един линеен метър от него; D се определя по израза: D = ghsinbcosb - (ghcos2btgj + c) (29) 28. Аналогично на случая по т. 27 се третират и случаите при наличие на порен натиск, претоварвания върху склона, сеизмичност и др., като действието им се отчита във формулите по т. 24, 25, 26 и 27. Фиг. 10 29. Граничното равновесие по метода на Фелениус-Терцаги настъпва едновременно по цялата повърхнина на плъзгане, като силите на триене между ламелите се пренебрегват. Моментите от активните (Мa) и задържащите (Мr) сили спрямо центъра на въртене (т. О на фиг. 10) и Куст се определят по формулите: 30. Минимално допустимите стойности на Куст се приемат по табл. 4 от наредбата. 31. При поява на пукнатини в горния край (участък А-В на фиг. 10) задържащите сили намаляват, тъй като повърхнината на плъзгане започва от долния край на пукнатината, чиято дълбочина може да се определя по формулата: където Kа се определя по формула (14). 32. При свлачища, за които е доказано, че Куст < Кустдоп, необходимите задържащ момент и задържаща сила, които трябва да се осигурят от противосвлачищната конструкция (фиг. 11), могат да се определят по формулата: Фиг. 11 (33) 33. Свлачищната сила S0 = DMпас/r', където r' е рамото на S0 спрямо центъра на въртене - т. О на фиг. 11 (r' е в зависимост от диаграмата на свлачищния натиск). 34. В условията на равнинна задача, при плъзгане по кръгово-цилиндрична повърхнина, Wф се изчислява по формулата: Wф = gwJSwwi (34) където: е Swwi е сумарната площ на сечението на филтрационния поток (фиг. 10); gw - обемното тегло на водата; J - хидравличният градиент. 35. Коефициентът на устойчивост по метода на Фелениус-Терцаги, при който Wф се отчита като вътрешна (обемна) сила, се определя по формулата: където активните и пасивните сили са определени с отчитане на водния подем. 36. Хидродинамичната сила се приема успоредна на токовите линии на хидродинамичната мрежа. 37. Вместо директно включване на Wф в израза за Куст може да се работи, като се отчита порният натиск, който действа перпендикулярно на повърхнината на плъзгане и намалява якостта на срязване (фиг. 10): или където: gri е обемното тегло на водонаситената почва; U - порният натиск, който се определя по формула (11). 38. Сеизмичните въздействия се отчитат чрез активните моменти на вертикалните и хоризонталните компоненти на сеизмичните сили, които действат едновременно. 39. Добавъчният момент от сеизмични сили (DМa(s)) се определя по формулата: където: h и аs са рамената на сеизмичните сили спрямо центъра на въртене; 40. Допуска се добавъчният момент DМa(s) по т. 39, даден в знаменателя, да се определя по формулата: DМa(s) = RпKcSGihi (40) където сеизмичната сила за всяка ламела е насочена хоризонтално (Rп е коефициент на реагиране на почвите съгласно т. 4). 41. Коефициентът на обща устойчивост съгласно метода на Бишоп, който удовлетворява две от условията за равновесие (SM = 0, SV = 0) за плъзгане по кръгово-цилиндрична повърхнина, е в неявен вид и се определя по формулата: където SPiai е сумата на моментите от външни сили; r - радиусът на кръгово-цилиндричната повърхнина на плъзгане. 42. Итерациите започват с Куст = 1,0 и продължават, докато разликата в резултатите от две поредни изчисления стане приемливо малка. 43. При наличие на хоризонтални сили (земетръс, хидродинамичен натиск) методът на Бишоп е по-подходящ в сравнение с метода на Фелениус-Терцаги. 44. Допуска се използването и на други изчислителни методи, като се отчитат техните особености и теоретични постановки. 45. При избора на метод за изследване на устойчивостта и за определяне на свлачищния натиск от значение са изчислителната схема и формата на повърхността на плъзгане. При некръгово-цилиндрична повърхнина се препоръчва използването на методите на Шахунянц и Янбу. 46. Методът на Янбу се отнася за произволна форма на повърхнината на плъзгане и отчита нееднородността, анизотропията, хидродинамичните сили, порния натиск, допълнителните външни натоварвания и сеизмичните въздействия. 47. Допуска се използването и на други методи и схеми за изследване на устойчивостта на свлачищното тяло (схемата с "почвен клин" - метод на Фисенко при делапсивни свлачища, методите на Моргенщерн - Прайс, Можевитинов, вариационни методи и др.). 48. Методът на Шахунянц (метод на начупената повърхнина на плъзгане и неговите разновидности под други наименования) удовлетворява две от уравненията за равновесие (SХ = 0, SY = 0) и се прилага при консеквентни и повърхностни свлачища, с ясно установен контур на повърхнината на свлачището (фиг. 12). 49. С метода на Шахунянц се решават две задачи: 49.1. определяне на коефициента на устойчивост итеративно - до затваряне на полигона за SEi (Е5 » 0); 49.2. определяне на сумарния свлачищен натиск за което и да е сечение (при зададен коефициент на устойчивост), както и оптимизиране мястото на противосвлачищната конструкция. 50. В метода на Шахунянц се отчита взаимодействието между блоковете чрез сили на триене, представляващи вертикални компоненти на свлачищните сили (Еi). Свлачищните сили се задават под наклон bi, който може да варира от 0° до j°, и обикновено се приема равен на средния наклон на цялата повърхнина на плъзгане. 51. Всеки блок с широчина, съобразена с начупеността на повърхнината на плъзгане, се приема за твърдо тяло, намиращо се под въздействието на собственото си тегло, външни товари, сеизмични сили, налягането на съседните блокове (Еi, Еi-1) и реакцията в основата (фиг. 12). Фиг. 12 52. От проекцията на всички сили към равнините a-б и n-n се получават компонентите на реакцията: Ri = Ni + Eisin(ai - bi) - Ei-1sin(ai - bi-1) Ti = Ritgji + cill + Ei cos(ai - bi) - Ei-1cos(ai - bi-1) (42) 53. Определената реакция Ti в равнината на основата се умножава с коефициент на устойчивост по формулата: Кустдоп.Gisinai = Nitgji + cili + Ei[tgjsin(ai - bi) + cos(ai - bi)] - Ei-1[tgjisin(ai - bi-1) + cos(ai - bi-1)] (43) 54. Големината на свлачищната сила след всеки блок, без да се отчитат хидродинамичните и сеизмичните сили, се определя по формулата: 55. Изчисленията започват от най-горния блок, върху който свлачищният натиск Еi-1 = 0. Сумарната свлачищна сила за дадено сечение е SЕi. Получаваните сили SЕi се нанасят графично в диаграма на свлачищния натиск. Така чрез задаване на различни стойности на Куст може да се постигне затваряне на полигона (в петата SЕi = 0). Коефициентът на устойчивост за този случай е търсеният действителен коефициент на сигурност на изследвания склон. Минималната стойност на Еi в полигона е оптималното място на противосвлачищната конструкция (фиг. 12). 56. В случай, че в блока i се предвижда укрепителна конструкция с възможна задържаща сила (Ti,зад), тя се включва във формулата за Еi: (45) 57. При наличие на сили от хидродинамичен натиск и от сеизмични въздействия те се приемат за активни, с направление под наклон ai. В този общ случай Еi се определя по формулата: където G'i е с отчитане обемното тегло на почвите под вода. 58. Действителният коефициент на обща устойчивост за случая по т. 58 се определя по формулата: 59. При липса на задържаща сила се приема Ti,зад = 0. 60. При наклони на активните сили Wфi и SI, различни от ai, в знаменателя на формула (47) те се умножават с cosDai. 61. При укрепване на консеквентно свлачище само с анкери в изследването по метода на Шахунянц се включват като задържащи сили компонентите на анкерната сила Ti, успоредна на повърхнината на плъзгане, и на нормалната към повърхнината притискаща сила Ni (фиг. 13). Фиг. 13 62. При зададен коефициент на устойчивост Кустнеобх чрез формула (45) и фиг. 13 се определя големината на анкерната сила (Аан) за условията на равнинна задача по формулата: 63. В случай, че анкерът трябва да поеме само част от свлачищния натиск, ефектът на Аан се определя по формулата: (при bi = bi-1 = ai формулата се опростява). 64. Във формула (49) могат да се добавят като активни сили хидродинамичният натиск Wфi и сеизмичните инерционни сили Ssi. 65. Методът на Шахунянц не позволява еднозначно намиране на приложната точка на силите Ei поради неудовлетворяване на третото условие на статиката SM = 0. Затова се препоръчва при активни свлачища диаграмата на свлачищния натиск да се приема триъгълна, т. е. силите да са на височина 1/3 от мощността на свлачищното тяло и с наклон под ъгъл bi. В зависимост от условията диаграмата на свлачищния натиск може да има и друго разпределение (трапецовидно, параболично и др.). 66. При изследване на стръмни консеквентни свлачища трябва да се отчита възможното приплъзване на почвения масив над укрепителното съоръжение, което изисква уточняване на възходящата повърхнина на срязване, както и съответните якостни характеристики на почвите. Една от причините за получаване на такова приплъзване е, че пасивното съпротивление на почвата в третираното сечение е по-ниско от свлачищния натиск в същото сечение. 67. Допуска се да се взема под внимание противодействието на земните маси зад противосвлачищната конструкция. Това изисква извършване на числен анализ и доказване на устойчивостта на земните маси зад противосвлачищната конструкция с достатъчно висок коефициент на сигурност, както и експертна оценка за разпределението на добавъчното съпротивление за намаляване на свлачищния натиск. Нормално този задържащ земен натиск се ограничава до Ea - активния земен натиск зад противосвлачищната конструкция, определен по НППС.