Механика грунтов

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Построение геологической колонки, изучение напластований грунтов

До начала проектирования любого здания или сооружения необ ходимо: грунт строительный фундамент

- изучить местный опыт строительства;

- по отчету инженерно-геологических изысканий ознакомиться с напластованием грунтов и положением уровня подземных (грунто вых) вод на строительной площадке и ожидаемым во время строи тельства и эксплуатации сооружения;

- установить нормативные и расчетные характеристики грунтов каждого слоя для расчета по предельным состояниям;

- с учетом напластования грунтов наметить наиболее рациональное размещение (если оно не задано) сооружения на участке строительства.

- по данным изысканий оцениваются инженерно-геологические условия, приводимые в отчете или заключении. Напластование грун тов оценивается по разрезам и колонкам скважин.

Характерными напластованиями грунтов являются:

- однородный слой грунта в пределах большой глубины;

- слоистое напластование, когда слои грунта относительно гори зонтальны и каждый подстилающий слой менее сжимаем, чем несу щий;

- сложное, когда слои грунта выклиниваются, залегают линзооб разно или имеются сильно сжимаемые грунты.

Особое внимание должно уделяться оценке уровня грунтовых вод, его сезонным колебаниям, возможным изменениям вследствие возведения сооружения, их агрессивности по отношению к материа лу фундаментов.

Масштаб геологической колонки принимаем 1 : 100. Абсолютная отметка устья скважины (точка пересечения ствола скважины с по верхностью земли) равна +135,6 м.

Мощность первого слоя равна глубине залегания его подошвы. Абсолютные отметки подошвы слоев определяют как разность абсо лютной отметки устья скважины и глубины залегания подошвы со ответствующего слоя. В середине графы двумя ли ниями обозначают ствол скважины и с обеих сторон от ствола пока зывают условными обозначениями литологический состав пород каждого слоя. Ствол скважин в интервалах развития водоносных слоев затемняют.

2. Классификация песчаного грунта

Для оценки строительных свойств грунтов производится их клас сификация согласно СТБ 943-2007, включающая следующие таксо номические единицы, выделяемые по группам признаков:

- класс (по характеру структурных связей);

- группа (по происхождению);

- подгруппа (по условию образования);

- тип (по петрографическому и гранулометрическому составу, числу пластичности);

- вид (по структуре, текстуре, составу цемента и примесей, со держанию заполнителя и включений, гранулометрическому составу и степени его неоднородности, пористости, относительному содер жанию органического вещества, степени зольности, по способу пре образования, степени уплотнения от собственного веса, давности намыва);

- разновидность (по физическим, механическим, химическим свойствам и состоянию).

В зависимости от характера структурных связей грунты подраз деляются на два класса:

I С жесткими структурными связями - скальные:

- магматические (интрузивные - гранит, диорит, сиенит, габб ро, диабаз и др.; эффузивные - липарит, порфир, базальт, туф и др.);

- метаморфические (регионально-метаморфизованные - гнейс, кварцит, сланец; динамометаморфизованные - порфироид, тектони ческая брекчия);

- осадочные (сцементированные крупнообломочные - конгломе рат, брекчия, гравелит; сцементированные мелкообломочные - пес чаник, туффит; сцементированные пылевато-глинистые - алевро лит, аргиллит; органогенные - известняк, мергель, мел, опока, диа томит; хемогенные - гипс, ангидрит, галит);

- искусственные (искусственный грунт - грунт природного проис хождения, закрепленный или уплотненный различными методами, на сыпной и намывной, а также твердые отходы производства и быто вые отходы) - магматические, метаморфические и осадочные трещино ватые сцементированные грунты; крупнообломочные, песчаные, пыле вато-глинистые несцементированные грунты - закрепленные или улуч шенные (цементация, силикатизация, битумизация, замораживание, термическая обработка и т. д.).

II Без жестких структурных связей - нескальные:

- осадочные несцементированные (обломочные, крупнообломочные (валунный, галечниковый, глыбовый грунт и др.); обломочные, песчаные (песок); обломочные, пылевато-глинистые (супесь, суглинок, глина); озерные (ил); биогенные (сапропель, торф и др.); почвы);

- искусственные (преобразованные в природном залегании (об ломочные, биогенные, почвы); насыпные; намывные).

- Наиболее распространенным основанием являются обычно пес чаные и пылевато-глинистые грунты.

Строительная классификация песчаных грунтов

Песчаные - несвязные грунты, сложенные угловатыми и окатан ными обломками минералов размером от 2 до 0,05 мм. Основная масса состоит из кварца и полевых шпатов.

Песчаные грунты подразделяются:

- по гранулометрическому составу (гравелистый, крупный, средний, мелкий, пылеватый);

- показателю максимальной неоднородности U_max (однород ный (U_max? 4), среднеоднородный (4 < U_max? 20), неоднородный (20 < U_max? 40), повышенной неоднородности (U_max > 40));

- степени влажности (маловлажные (0 <S_r? 0,5); влажные (0,5 < S_r? 0,8); водонасыщенные (0,8 < S_r? 1));

- прочности (проч ный, средней прочности, малопрочный).

Для определения классификации песчаного грунта рассчитаем степень влажности S_r по формуле

где щ - природная влажность в долях единиц;

- плотность частиц грунта;

е - коэффициент пористости;

- плотность воды.

Также определим коэффициент пористости е по формуле

где - плотность частиц грунта;

с - плотность грунта;

щ - влажность.

Подставив исходные данные (с_s=2,65 г/см³; с=2,08 г/см³; щ=12%) в формулы (1.1) и (1.2), получим следующее:

По значению степени влажности песчаного грунта можно сделать вывод, что данный песок относится к классу водонасыщенный.

Так как коэффициент пористости равен 0,43 и песок средний, то данный песок является плотным.

Исходя из всех расчетов условное расчетное сопротивление R₀=500 кПа.

3. Классификация глинистого грунта

Строительная классификация пылевато-глинистых грунтов

Пылевато-глинистые грунты - группа осадочных пород с преобладанием тонких фракций(<0,01 мм). Состоят из глинистых минералов, а также минералов обломочного(слюда, кварц, полевые шпаты) и химического(карбонаты, сульфаты) происхождения. Занимают около 60% объёма осадочных пород. Происхождение- обломочно-химическое.

Глинистые грунты относятся к группе связных. Они являются продуктом механического распада и химического разложения горных пород. Глинистые грунты представляют собой агрегаты мельчайших глинистых частиц чешуйчатого строения (слюда, хлорит и др.).

Чешуйчатая и мелкозернистая (пылеватая) фракции глинистых грунтов имеют большую удельную поверхность соприкасания и тонкие капилляры. Такое строение грунтового скелета и наличие пленок воды, обволакивающей частицы, придают глинистым грунтам связность и способность деформироваться под влиянием нагрузки во влажном состоянии без появления трещин на поверхности. Связность глинистых грунтов увеличивается с уменьшением влажности. Глинистые грунты благодаря своей структуре обладают малым коэффициентом фильтрации и слабой водопроницаемостью. Водопроницаемость глинистых грунтов увеличивается с увеличением размеров и количества зернистых частиц. По процентному содержанию глинистых частиц различают глины, суглинки и супеси, а по размерам песчаных частиц -- глинистые, глинисто-пылеватые грунты.

По консистенции глинистые грунты подразделяются на твердые, пластичные и текучие. При этом по мере насыщения водой твердые глинистые грунты размягчаются и переходят сначала в пластичное, затем в текучее состояние. Процентное содержание воды при переходе из одного состояния консистенции в другое является пределом (границей) пластичности.

Каждый вид глинистого грунта имеет два предела пластичности. Нижний предел щ_P соответствует минимальной влажности, при которой грунт из твердого состояния переходит в пластичное, и называется границей раскатывания. Верхний предел щ_L соответствует максимальному проценту влажности, при котором глинистый грунт переходит из пластичного состояния в текучее. Разность влажностей между верхним и нижним пределами пластичности называется числом пластичности.

Пылевато-глинистые грунты подразделяются:

- по показателю текучести I_L супеси бывают : твёрдые, I_L<0; пластичные, 0?I_L?1; текучие, I_L>1;

- по показателю текучести I_L суглинки и глины бывают: твёрдые, I_L<0; полутвёрдые, 0< I_L?0,25; тугопластичные, 0,25< I_L?0,5; мягкопластичные, 0,5< I_L?0,75; текучепластичные, 0,75< I_L?1; текучие I_L>1;

- по числу пластичности I_P: супесь, 1 ?I_P?7; суглинок, 7 <I_P?17; глина, I_P>17;

- по прочности: очень прочные, прочные, средней прочности и слабые).

Для определения классификации глинистого грунта рассчитаем число пластичности по формуле



где щ_L - влажность грунта на границе текучести;

щ_P - влажность грунта на границе раскатывания.

Также рассчитаем показатель текучести по формуле

где щ_P - влажность грунта на границе раскатывания;

щ - влажность грунта;

I_P - число пластичности.

Подставив исходные данные (щ_L =23%; щ_P =15%; щ=16%) в формулы (3.1) и (3.2), получим следующее:

По значениям покателя текучести и числа пластичности определяем, что наименование грунта- глина полутвердая.

Кроме того, следует определить коэффициент пористости e данного грунта.

Для этого подставим исходные данные (с_s=2,68 г/см³; с=2,01 г/см³; щ=27%) в формулу (2.2), получим следующее:

Рассчитав число пластичности глинистого I_P грунта, определим классификацию глинистого грунта по виду при помощи таблицы В.1.

По данным таблицы В.1 можно сделать вывод, что данный глинистый грунт является суглинком.

Рассчитав показатель текучести I_L глинистого грунта, определим классификацию глинистого грунта по консистенции при помощи таблицы В.2.

Исходя из всех расчетов, определим условное расчетное сопротивление R₀ суглинка при помощи справочного материала. Определяем методом интерполяции.

Так как глинистый грунт - суглинок, а коэффициент пористости е равен 0,69 и показатель текучести I_L равен 0, то расчетное сопротивление R₀ принимаем равным 252,5 кПа.

4. Компрессионные испытания грунта

Физико-механические характеристики, определяемые в лабораторных условиях, необходимы для установления номенклатурных наименований грунтов и для расчетов оснований и фундаментов. Физико-механические характеристики грунтов должны устанавливаться в соответствии с действующими нормативными и инструктивными документами. Для определения основных механических характеристик грунтов применяют нижеследующие методы испытаний.

Компрессионные испытания -- наиболее распространенный вид лабораторных исследований для определения деформационных характеристик (свойств) грунтов. Компрессия -- это процесс сжатия фунта без возможности бокового расширения , т.е. уплотнение образца без его разрушения.

Компрессионные испытания проводятся для оценки сжимаемости грунтов в условиях невозможности бокового расширения и для определения модуля деформации грунтов. В результате эксперимента устанавливается зависимость между уплотняющим давлением p и коэффициентом пористости.

В лабораторных условиях компрессионные испытания грунтов проводятся в компрессионных приборах (одометрах). Конструкции их бывают различные, в зависимости от способа приложения нафузки и целей исследования. На компрессионное сжатие образец грунта испытывается в металлическом кольце, и на него через жесткий штамп передается сила , вызывающая в образце сжимающее напряжение. Таким образом, под действием вертикальной нагрузки происходит вертикальное перемещение штампа, вызывающее осадку образца.

При помощи компрессионных испытаний определяются такие характеристики грунта, как коэффициент сжимаемости m₀ и модуль общей деформации E_k .

Испытанный грунт - песок средний. Коэффициент пористости е = 0,43.

Вычислим модуль деформации по компрессионным испытаниям с помощью формулы

где m_k - безразмерный коэффициент;

m_х - коэффициент относительной сжимаемости.

Коэффициент в вычисляется по формуле

где х - коэффициент Пуассона.

Коэффициент относительной сжимаемости m_х рассчитывается так



где m₀ - коэффициент сжимаемости;

е₀ - коэффициент пористости песка (е = 0,43).

Коэффициент сжимаемости вычислим по следующей формуле

где е₁ - значения коэффициента пористости при Р=0,1 МПа;

е₂ - значения коэффициента пористости при Р=0,2 МПа;

P₁, P₂ - значения давлений в интервале P=0,1…0,2 МПа.

Подставив исходные данные (m_k =4; е₀ =0,43; х =0,3; е₁ =0,387; е₂ =0,368; P₁ =0,1 МПа; P₂ =0,2 МПа) в формулы (4,1), (4,2), (4,3) и (4,4) получим следующие значения:

МПа-¹

МПа-¹

МПа.

Из приведенных вычислений следует, что коэффициент сжимаемости m₀=0,19 МПа-¹, коэффициент относительной сжимаемости m_х=0,13 МПа-¹, а модуль общей деформации E=22,8 МПа.

5. Штамповые испытания грунта

В полевых условиях исследование деформационных свойств грунтов производится поэтапным нагружением жестких штампов, установленных в породах, которые будут находится в пределах сферы взаимодействия с сооружением, и заключается в измерении осадок штампа от каждой ступени нагрузки, а также в изучении характера деформации во времени. Методика испытания пород штампами отличается сложностью я трудоемкостью, что связано с монтажем тяжелого оборудования, специальной подготовкой грунтов к испытаниям, значительными затратами времени на изучение характера осадки. Поэтому испытания пород штампами производится лишь на последних стадиях инженерно-геологических исследований под строительство, когда выбрано место "посадки", установлены габариты и ориентировка сооружения, а также передаваемые на грунты нагрузки, тип и глубина заложения фундамента, геологическое строение участка и прочее.

Модуль деформации является показателем cжимаемоcти грунтов, поведение которых описывается теорией линейно-деформируемых тел. Модуль деформации, являющийся при принятых ограничениях величиной постоянной для грунта данного состава и состояния, служит для вычисления осадок сооружений. Его принимают за эталон при оценке модуля деформации, полученного по данным зондирования и прессиометрических испытаний. Кроме определения модуля деформации по данным испытаний грунтов статическими нагрузками на штамп можно оценить осадку грунта под нагрузкой, упругую деформацию грунта, характер развития деформации пород под нагрузкой во времени, критическую (разрушающую) нагрузку, дополнительную осадку (просадку) в просадочных грунтах при их увлажнении под нагрузкой.

В соответствии с представлениями Н.М. Герсеванова (1930г.), процесс осадки, проекающий в грунте под жестким фундаментом и моделируемый с помощью нагрузок на штамп, характеризуется несколькими стадиями.

Стадия уплотнения (участок 1) характеризуется деформациями сжатия скелета грунта, выражающимися в уменьшении пористости. Эту стадию характеризует прямолинейная (либо близкая к ней) зависимость S =f (P ).

Стадия сдвигов (участок 2) соответствует предельному равновесию грунта. Кривая S =f (Р) приобретает криволинейный характер, что свидетельствует о возникновении местных сдвигов, развивающихся в первую очередь по краям подошвы фундамента.

Стадия разрушения (участок 3) характеризуется полным разрушением боковых стенок грунта, т.е. отвечает деформациям, сопутствующим образованию поверхностей скольжения. Конусообразный уплотненный объем грунта перемещается со штампом вниз, почти не встречая сопротивления, а боковое выпирание пород из-под штампа происходит свободно. Этот процесс сопровождается резким возрастанием деформаций при незначительном увеличении нагрузок либо незатухающими деформациями при постоянном значении нагрузок.

Испытанный грунт - суглинок полутвёрдый. Глубина испытания - 5,5 м, место испытания - котлован, диаметр штампа - 27,7 см. Коэффициент Пуассона для глины х=0,35, коэффициент K_p=1.

Модуль деформации определяется по формуле

где х - коэффициент Пуассона;

K_p - коэффициент,принимаемый в зависимости от заглубления Штампа;

K₁ - коэффициент, принимаемый равным 0,79 для жесткого круглого штампа;

D - диаметр штампа;

ДР - приращение давления на штамп в интервале давлений

Р=0,1…0,2 МПа;

ДS - приращение осадки штампа в интервале давлений

Р=0,1…0,2 МПа.

Подставив исходные данные (х=0,35; K_p=1; K₁=0,79; D=27,7 см; Р₁=0,1 МПа; Р₂=0,2 МПа; S₁=0,078 см; S₂= 0,194см) в формулу (5.1) и получим значение модуля деформации.

МПа

Таким образом, модуль деформации Е=16,55 МПа.

6. Испытание грунта на сдвиг

Изучение сопротивления грунтов сдвигающим усилиям, возникающим в результате воздействия различных инженерных сооружений, имеет большое значение для правильного расчета устойчивости оснований (несущей способности оснований), оценки устойчивости откосов, расчета давления грунтов на подпорные стенки и других инженерных расчетов.

В настоящее время нет единой точки зрения на природу сопротивления глинистых пород сдвигу. Одни исследователи считают, что сопротивление глинистых пород сдвигу обусловлено только сцеплением между частицами, показателем которого является коэффициент сцепления. Другие полагают, что сопротивление глинистых пород сдвигу зависит как от сил трения, так и от сил сцепления. Показателями сил трения, действующих в грунте, считают угол внутреннего трения и коэффициент трения.

Вследствие неясности природы сопротивления глинистых пород сдвигу и условности разделения его на внутреннее трение и сцепление, некоторые исследователи предлагают вообще отказаться от такого разделения и характеризовать сопротивление глинистых пород сдвигу так называемым углом сдвига ц соответственно тангенс этого угла называют коэффициентом внутреннего трения tgц.

Сопротивление сдвигу одного и того же грунта непостоянно и зависит от физического состояния грунта - степени нарушенности естественной структуры, плотности, влажности, а также от условий производства испытаний (конструкция прибора, размеры образца, скорость сдвига и т. д.). Для получения наиболее достоверных данных испытания на сдвиг должны всегда проводиться в условиях, максимально приближающихся к условиям работы грунта под сооружением или в самом сооружении.

Показатели сопротивления грунта сдвигу определяются различными способами, среди которых можно выделить три группы:

- способы определения сопротивления сдвигу по одной или двум заранее фиксированным плоскостям в сдвиговых приборах;

- способы определения сопротивления сдвигу путем раздавливания при одноосном и трехосном сжатии;

- способ определения сопротивления сдвигу по углу естественного откоса.

Способы первой группы могут быть в свою очередь разделены на две подгруппы:

- способы поперечного сдвига с конечной плоскостью сдвига;

- способы кольцевого сдвига с бесконечной (замкнутой) плоскостью сдвига.

Лабораторные испытания грунтов для определения показателей трения и сцепления способом поперечного сдвига производят путем среза нескольких образцов исследуемого грунта. При этом в зависимости от характера предварительной подготовки образцов к опыту различают:

- сдвиг нормально уплотненных образцов (завершенное уплотнение), когда образцы перед опытом предварительно уплотняются под разными нагрузками до окончания процесса консолидации; срез каждого образца производится при той же вертикальной нагрузке, под которой он предварительно уплотнялся;

- сдвиг переуплотненных образцов, когда образцы предварительно уплотняются до окончания процесса консолидации, а сдвигаются без нагрузки или при меньших нагрузках;

- сдвиг недоуплотненных образцов (незавершенное уплотнение), когда образцы предварительно не уплотняются или уплотняются в продолжение короткого времени, за которое не наступает полная консолидация; срез производится при различных вертикальных нагрузках.

В зависимости от скорости приложения сдвигающего усилия в процессе опыта различают медленный сдвиг и быстрый сдвиг. При медленном сдвиге сдвигающую силу увеличивают только после прекращения деформации, вызванной предыдущей ступенью этой силы. При быстром сдвиге увеличение сдвигающей силы производят быстро, не дожидаясь прекращения деформаций.

Результаты испытания сопротивления грунтов сдвигу выражаются выражаются виде графика, построенного в осях «у-ф».

Математически сопротивление грунтов сдвигу выражается уравнением Кулона:

- для песчаных и крупнообломочных грунтов

где ф - сдвигающее касательное напряжение, МПа;

у - нормальное уплотняющее давление, МПа;

tgц - коэффициент внутреннего трения.

- для пылевато-глинистых грунтов

где ф - сдвигающее касательное напряжение, МПа;

у - нормальное уплотняющее давление, МПа;

tgц - коэффициент внутреннего трения;

с - сцепление, МПа.

Построим график зависимости касательного напряжения ф от нормального напряжения у и вычислим значения прочностных характеристик грунта ц и с.

Строим график по данным на сдвиг, для этого в системе прямоугольных координат в одинаковом масштабе откладываем по оси абсцисс значения нормального напряжения у, а про оси ординат- значения касателього напряжения ф. Через полученные точки проводим прямую до пересечения с осью ординат.

Коэффициент внутреннего трения определяется при помощи графика из соотношения сторон треугольника по формуле

где ф - касательные напряжения;

у - нормальные напряжения.

Подставим исходные данные (ф₃=111 кПа; ф₁=56 кПа; у₃=300 кПа; у₁=100 кПа) в формулу (6.3) и получим коэффициент внутреннего трения:

Таким образом, коэффициент внутреннего трения равен 0,28.

Угол внутреннего трения находится как арктангенс коэффициента внутреннего трения:

Значение удельного сопротивления определяем из уравнения Кулона для пылевато-глинистых грунтов по формуле (6.2), подстановкой в неё данных (ф=35 кПа; у=100 кПа; tgц=0,2) :

кПа

Таким образом, значение удельного сцепления равно 15 кПа.



7. Напряженное состояние грунтов в основании фундаментов

При возведении здания или сооружения наблюдается постоянное возрастание давления по подошве фундаментов. При таком характере воздействия в грунтовом основании, как и во всяком твердом теле, возникает напряженно-деформирующее состояние, которое адекватно интенсивности приложенной внешней нагрузки, причем возникает оно не только в точках контакта подошвы фундамента сооружения и грунта основания, но и на значительной глубине.

Напряженное состояние основания в линейно-деформированном пространстве создаётся как действием внешней нагрузки, так и действием собственного веса вышележащего пласта грунта.

Распределение напряжений как под подошвой фундамента, так и на значительной глубине необходимо знать, так как прочность и устойчивость сооружений зависит от сопротивления грунта, не только примыкающей к подошве, но и глубоколежащего. Без учета распределения напряжений в грунте невозможно, например, рассчитать осадки насыпей, устоев мостов, акведуков, лотков, фундаментов искусственных и других сооружений.

Распределение напряжений в грунтовой толще зависит от следующих факторов: характера и режима нагружения массива, инженерно-геологических и гидрогеологических особенностей площадки строительства, состава и физико-механических свойств грунтов. Давление от нагрузки, приложенной к поверхности грунтового массива, передается в грунте частицами или структурными агрегатами через точки контакта, распределяясь по мере углубления в грунт на все большую площадь.

Вертикальное напряжение от веса грунта у_zg принимается возрастающим пропорционально глубине слоя



где г - удельный вес i-го слоя;

h - толщина i-го слоя;

п - число слоёв,от веса которых передаётся напряжение.

Удельный вес грунта ниже уровня подземных вод, но выше водоупора определяется с учётом взвешивающего действия воды

где г_s - удельный вес частиц грунта, кН/м³;

г_щ - удельный вес воды, г_щ=10 кН/м³;

е - коэффициент пористости.

Напряжения в грунте, обусловленные действием приложенной внешней нагрузки, называются дополнительными.

Дополнительные вертикальные напряжения на глубине z по вертикали, проходящей через угловую точку прямоугольного фундамента, рассчитываются по формуле

где б - коэффициент, принимаемый в зависимости от соотношения сторон подошвы прямоугольного фундамента з = lЧb и относительной глубины о = z/b;

z - расстояние от подошвы фундамента до точки на вертикали, проходящей через угловую точку, в которой определяется напряжение.

Максимальная толшина элементарного слоя 1,0 м.

На геологический разрез наносим контуры фундамента и границы элементарных слоев.

Подставив исходные данные (d=3 м; с =2,08 г/см³) в формулы (7.5) и (7.6) получим следующее:

Рассчитаем значение удельного веса глинистого грунта (с =2,01 г/см³; g =9,81 м/с²) по формуле (7.6) :

Вертикальные напряжения от собственного веса грунта на уравне подошвы 0-го, 1-го, 2-го, 3-го, 4-го слоёв рассчитаем при помощи формулы

кПа

кПа

кПа

Рассчитаем удельный вес частиц грунта ниже уровня подземных вод при помощи формул (7.2) и (7.6). Исходные данные (г_s=2,68 кН/м³; г_щ=10 кН/м³; е=0,69):

Вертикальные напряжения от собственного веса грунта на уравне подошвы 3-го, 4-го,5-го и 6-го слоёв рассчитаем при помощи формулы (7.1), с учётом г_sb:

кПа

кПа

кПа

Далее определим вертикальное давление в уровне подошвы фундамента по формуле



где p - среднее давление (по условию p= 240 кПа);

у_zg,0 - вертикальное напряжение от собственного веса грунта в уровне подошвы фундамента ( у_zg,0 =60,80 кПа).

Подставим данные в формулу (7.7) и получим вертикальное давление в уровне подошвы:

Дополнительные напряжения в точках, определим при помощи формулы (7.3). Для этого необходимо рассчитать значение коэффициента б, зависящего от относительной глубины о = z/b и соотношения сторон з = lЧb. Найдём их численное значение:

Для значения з =1,67 и значений о при помощи интерполяции определим коэффициент б. Результаты представлены в таблице (7.2).

Дополнительные вертикальные напряжения на глубине z по вертикали, проходящей через угловую точку прямоугольного фундамента, рассчитаем по формуле (7.3).

Точка пересечения эпюр у_zp и 0,2у_zg соответствует нижней границе сжимаемой толщи.

8. Давление грунта на подпорную стенку при песчаной засыпке

Подпорные стенки устанавливают для удержания склонов и откосов , если их крутизна превышает предельно допустимую.

Давление грунта на опорную поверхность зависит от:

- способа и последовательности засыпки грунта;

- естественного и искусственного трамбования;

- физико-механических свойств грунта;

- случайных или систематических сотрясений грунта;

- осадок и перемещений стенки под действием собственного веса, давления грунта;

- типа сопряженных сооружений.

Все это значительно осложняет задачу определения давления грунта. Существуют теории определения давления грунта, использующие предпосылки, позволяющие с разной степенью точности выполнять решения задачи. Отметим, что решение этой задачи выполняется в плоской постановке.

Теория Кулона, предложенная в 1776 г., основывается на рассмотрении предельного равновесия призмы грунта, Ограниченной прямолинейными плоскостями обрушения (выпирания). Более строгое решение о предельном равновесии показывает, что действительное очертание этих поверхностей скольжения является криволинейным. Однако величины активного давления грунта на вертикальные или близкие к вертикальным, жесткие, гладкие и шероховатые стенки, определенные по Кулону и по точной методике,различаются между собой на 2--3 % что, несомненно, можно считать удовлетворительным результатом с инженерной точки зрения. Пассивное давление грунта весьма существенно зависит от трения грунта о стенку, которое в реальных условиях всегда имеет место.

В большинстве инженерных расчетов используются результаты, полученные на основании теории Кулона; в тех случаях, когда результаты следует уточнить, используются поправочные коэффициенты, вводимые на основании точных решений и экспериментальных данных. Различают следующие виды бокового давления грунта:

- активное давление (E_а) возникающее при значительных перемещениях конструкции в направлении давления и образования плоскостей скольжения в грунте, соответствующих его предельному равновесию. АВС -- основание призмы обрушения, высота призмы -- 1 м;

- пассивное давление (Е_n), появляющееся при значительных перемещениях конструкции в направлении, противоположном направлению давления и сопровождающееся началом «выпора грунта» АВС-- основание призмы выпирания, высота призмы --1м.

Рассмотрим расчёт подпорной стенки при песчаной засыпке. В данном случае расчёт сводится к определению активных и пассивных давлений на подпорную стенку.

Активное давление от песчаной засыпки на уровне подошвы фундамента, кН/м² определяется по формуле

где г - удельный вес грунта, кН/м² ;

Н - высота подпорной стенки, м;

ц - угол внутреннего трения, град.

Вычерчиваем в масштабе профиль подпорной стенки с учётом исходных данных. Размер подпорной стенки по верху равен половине размера этой же стенки по низу. Ширину горизонтальной площадки принимаем произвольно.

Определяем активное давление от песчаной засыпке на уровне подошвы фундамента (г= 19,2 кН/м³; Н=12 м; ц=17 град), кН/м² по формеле (8.1):

Определим пассивное давление от подпорной стенки на песчаный грунт (h_загл=2,5 м), кН/м² , по формуле (8.2):

Строим эпюру распределения активного и пассивного давлений на подпорную стенку. Эти эпюры носят прямолинейный характер. В верхней точке подпорной стенки равны нулю, а в нижней - соответственно Р_а и Р_n. Эпюра представлена на рисунке 8.3.

Определяем полное активное давление песчаного гркнта на 1 м длины подпорной стенки высотой Н=8 м, кН/м, по формуле (8.3):

Определимполное пассивное давление несвязного грунта на 1 м длины подпорной стенки с высотой фундамента h_загл, кН/м, по формуле (8.4):

По формулам (8.5) и (8.6) определим точки приложения активного и пассивного давлений, соответственно, м:

На эпюре активного давления от подошвы фундамента откладываем е_а и проводим горизонтальную стрелку, обозначающую Е_а.

На эпюре пассивного давления от подошвы фундамента откладываем е_п и проводим горизонтальную стрелку, обозначающую Е_п.



Заключение

Выполняя данный курсовой проект я получил теоретические навыки,которые применил на практике:

· построение геологической колонки;

· нахождение нормативных значений прочностных и деформационных свойств грунтов и значений условного расчетного сопротивления грунта;

· расчет компрессионных испытаний грунта;

· расчет штамповых испытаний грунта;

· расчет испытаний грунта на сдвиг;

· определение напряженного состояния грунтов в основании фундаментов;

· определение давления грунта на подпорную стенку при песчаной засыпке.



Список литературы

1. Беспалова, М.В. Дорожное грунтоведение, механика земляного полотна дорог: учеб.-метод. пособие по выполнению контрольной работы для студентов ФБО. - Гомель: БелГУТ, 2006. -35с.

2. Пьянков, С.А. Механика грунтов, основания и фундаменты: метод. указания к практическим занятиям / С.А. Пьянков, З.К. Азимов. - Ульяновск, 2008. - 24с.

3. Маслов, Н.Н. Основы инженерной геологии и механики грунтов: учеб. для вузов / Н.Н. Маслов. - М. : Высш. шк., 1982. - 511с.

4. Цытович, Н.А. Механика грунтов: учеб. для вузов / Н.А. Цытович. - М. : Высш. шк., 1979. - 272с.

5. Вотяков, И.Ф. Механика грунтов, основания и фундаменты. Ч.1,2 / И.Ф. Вотяков. - Гомель: БелГУТ,1998.

6. СТБ 943-2007. Грунты. Классификация. - Мн. : Министерство архитектуры и стр-ва РБ, 2007. - 20с.

7. ТКП EN 1997-2-2009 (02250). Еврокод 7. Геотехническое проектирование. Ч. 1. Общие правила. - Мн. : М-во архит. и стр-ва Респ. Беларусь, 2010. - 129с.

Размещено на Allbest.ru

...