Грунты, их физические характеристики. Прибор стандартного уплотнения. Сопротивление грунтов сдвигу. Прибор прямого плоскостного среза. Метод расчета напряжений в грунтовой толще

Размещено на http://www.allbest.ru/

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Грунты, их физические характеристики. Прибор стандартного уплотнения. Сопротивление грунтов сдвигу. Прибор прямого плоскостного среза. Метод расчета напряжений в грунтовой толще



Задание 1

Укажите, из каких компонентов состоят грунты, какие физические характеристики используются при их описании. Найдите важность, плотность, плотность в сухом состоянии, коэффициент пористости, влажность при полном насыщении, степень влажности, удельный вес частиц, удельный вес грунта, а также удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды. Масса образца песчаного грунта, отобранного методом режущего кольца со стенки шурфа, указана в таблице 1. Объем (V) полости кольца-пробоотборника равен 200 см³. Плотность частиц грунта составляет 2,65 г/см³. Дайте определения перечисленных физических характеристик.

грунты компрессионный плоскостной срез

Состав грунтов в значительной мере определяет их физические и механические свойства. В связи с этим он достаточно хорошо изучен в разделе инженерной геологии - грунтоведения. В общем случае, с физических позиций, грунт состоит из трех компонентов: твердой, жидкой, газообразной. Твердая, жидкая и газообразная компоненты находятся в постоянном взаимодействии, которое активизируется в результате строительства.

Оценка каждой конкретной разновидности грунта как физического тела производится с помощью ряда физических характеристик. Разнообразие состава, строения и состояния грунтов делает неизбежным введение значительного числа таких характеристик. Некоторые из них непосредственно применяются в расчетах оснований и грунтовых сооружений, совокупность ряда характеристик используется для классификации грунтов. Количественные показатели одних характеристик всегда определяются опытами, чаще всего с образцами грунта, других - расчетом по значениям определенных опытом показателей.

Основными физическими характеристиками грунта являются:

· плотность с;

· удельный вес частиц грунта г_s;

· природная влажность w.

Остальные физические характеристики могут быть вычислены с их использованием.

Таблица 1

Масса образца, г
природной важности mвл	после высушивания mсух
395	342

Расчеты сводим в таблицу 2.

Таблица 2

Характеристика	Определение	Формула	Расчет	Единицы измере-ния
Влажность	Отношение массы воды, содержащейся в грунте, к массе твердых частиц			-
Плотность	Отношение массы грунта к его объему			г/см3
Удельный вес частиц	Отношение веса частиц грунта к их объему		2,65·10=26,5	кН/м3
Плотность в сухом состоянии	Отношение массы твердых частиц грунта к объему грунта ненарушенной структуры			г/см3
Коэффициент пористости	Отношение объема пор к объему твердых частиц			-
Влажность при полном насыщении	Влажность грунта при полном заполнении всех его пор водой			-
Степень влажности	Отношение природной влажности к влажности при полном насыщении			-
Удельный вес грунта	Отношение веса твердых частиц грунта к их объему	г=сg	1,97·10=19,7	кН/м3
Удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды	Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня грунтовых вод, но выше водоупора			кН/м3

Примечание. В расчетах ускорение свободного падения принято g ?10 м/с², удельный вес воды .

Задание 2

Поясните, чем обусловлена сжимаемость грунтов, сформулируйте закон уплотнения, опишите устройство компрессионного прибора. По результатам испытаний песка, представленным в таблице 3, постройте компрессионную кривую и найдите модуль деформации в интервале давления 50…200 кПа.

Сжимаемость грунтов обусловливается изменением их пористости вследствие переупаковки частиц, ползучестью водных оболочек, вытеснением воды из пор грунта. Сжатие полностью водонасыщенных грунтов возможно только при условии вытеснения воды из пор грунта. Закон уплотнения формулируется так: изменение коэффициента пористости грунта прямо пропорционально изменению давления.

Компрессионный прибор (рис.1) позволяет производить исследования как сжимаемости грунтов под нагрузкой, так и просадочных и фильтрационных свойств грунтов. Следует отметить, что в отличие от других приборов, применяемых в изыскательской практике, одометр приспособлен к работе в полевых условиях.

Другой особенностью компрессионного прибора является то, что образцы грунта с ненарушенной структурой помещаются в прибор в тех же гильзах, в которых производился отбор монолитов. Перемещение образцов в специальные гильзы не требуется, что способствует лучшему сохранению ненарушенной структуры грунта и естественной влажности в период времени между отбором образцов и проведением испытаний.

Рис.1. Схема компрессионного прибора (одометра): 1 - компрессионное кольцо; 2 - корпус прибора; 3 - перфорированные штампы; 4 - индикаторы.



Таблица 3

Начальная высота образца h0, мм	Осадка поршня s при давлении p (кПа), 10-2 мм
	12,5	25	50	100	200
30	4,8	8,7	14,7	24,0	36,0

Вычисляем относительные деформации образца на каждой ступени нагрузки:

Компрессионную кривую строим в координатах е - р. Аппроксимируя зависимость е=ѓ(р) прямой линией в заданном интервале давления, находим модуль деформации:

где в - поправка, учитывающая отсутствие поперечного расширения грунта при испытаниях.



Задание 3

Опишите конструкцию прибора стандартного уплотнения и методику определения максимальной плотности грунтов. По результатам испытаний, приведенным в таблице 4, установите максимальную плотность и оптимальную влажность песка.

Рис. 2 - Прибор стандартного уплотнения 1 - грунт, 2 - обойма, 3 - поршень, 4 - направляющая штанга, 5 - груз

Грунт укладывают в прибор стандартного уплотнения (Рисунок 2) тремя слоями и каждый слой уплотняют ударами стандартного груза, сбрасываемого с определенной высоты. Таким образом, исследуют один и тот же грунт при различных влажностях. После уплотнения определяют плотность грунта и влажность. Затем вычисляют плотность сухого грунта, характеризующую его уплотненность и строят графическую зависимость По графику определяют влажность, при которой стандартным уплотнением достигается наибольшая плотность сухого грунта. Эта влажность называется оптимальной W_opt. Наибольшее значение плотности сухого грунта, достигнутое в приборе стандартного уплотнения при оптимальной влажности, называется оптимальной плотностью сухого грунта.

Таблица 4

Плотность образца с, уплотненного при влажности W, г/см3
0,04	0.06	0,08	0,10	0,12	0,14	0.16
1,64	1,73	1,84	1,90	1,93	1,93	-

При каждом цикле испытаний вычисляем плотность сухого грунта с_d.

По графику зависимости с_d=ѓ(W) находим:

, W_opt= 0,10.



Задание 4

Поясните, чем обусловлено сопротивление грунтов сдвигу, сформулируйте закон Кулона, опишите устройство прибора прямого плоскостного среза. По результатам испытаний, представленным в таблице 5, найдите параметры, характеризующие прочность, исследованного грунта.

Сопротивление сдвигу - показатель прочности грунта, обусловлено трением между частицами и структурными связями между ними.

Закон Кулона: Предельное сопротивление сыпучих грунтов сдвигу прямо пропорционально нормальному напряжению:

.

Предельное сопротивление связных грунтов сдвигу при завершенной их консолидации есть функция первой степени от нормального напряжения:

Прибор прямого плоскостного среза представлен на рисунке 3:

Рис. 3. Прибор прямого плоскостного среза: 1 - штамп верхнего коромысла; 2 - верхняя обойма; 3 - верхняя гильза; 4 - нижняя гильза; 5 - нижняя обойма; 6 - крепежный винт; 7 - пористый вкладыш; 8 образец грунта; 9 трос горизонтального усилия; 10 регулировочный винт; 11 подъемный винт

Таблица 5

Предельные касательные напряжения фпр при нормальном давлении р, кПа
50	100	150	200
28	37	46	55

Строим график зависимости ф^пр=ѓ(р) в виде прямой линии. Отрезок, отсекаемый прямой на оси ординат, называется удельным сцеплением - с = кПа, угол наклона графика к оси абсцисс - углом внутреннего трения -

tgц=(55 - )/200=

ц=



Задание 5

Инженерно-геологические изыскания показали, что на строительной площадке с поверхности залегает слой суглинка, ниже расположен песок. В слое песка обнаружены ненапорные подземные воды. Физические характеристики песка были получены при выполнении задания 1, остальные исходные данные приведены в таблице 6. Постройте эпюру напряжений от собственного веса грунта на вертикали - от поверхности до глубины 10 м.

Таблица 6

Глубина залегания подземных вод, м	Мощность слоя суглинка h, м	Удельный вес суглинка г, кН/м3
3,2	1,5	19,3

Основание делим на три однородных слоя:

1) суглинок - h₁=1,5 м, г₁=19,3 кН/м³;

2) песок выше уровня подземных вод (УПВ) - h₂=1,7 м, г₂=19,7 кН/м³;

3) песок ниже УПВ (во взвешенном водой состоянии) - h₃=6,8 м, г₁=10,7 кН/м³.

Напряжение от собственного веса грунта вычислим по формуле

Обозначив глубину от поверхности z, найдем:

при z=0

z=h₁=1,5 м ;

z=h₁+h₂=3,2м ;

z=h₁+h₂+h₃=10 м ;

Задание 6

На площадке, геологическое строение которой рассмотрено в предыдущем задании, возведен фундамент мелкого заложения. Размеры фундамента и нагрузка на него указаны в таблице 7. Постройте эпюру дополнительных сжимающих напряжений на вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента. Поясните, какие закономерности лежат в основе примененного метода расчета напряжений в грунтовой толще, что такое дополнительное давление под подошвой.

Осадка основания вызывается дополнительным давлением, равным полному давлению под подошвой фундамента за вычетом вертикального нормального напряжения от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента.

Таблица 7

Глубина заложения фундамента d, м	Размеры подошвы, м	Нагрузка на фундамент N, кН
	длина l	ширина b
1,7	2,0	1,7	750

Определяем приближенно собственный вес фундамента и грунта на его уступах:

кН,

где - средний удельный вес материала фундамента и грунта на его уступах, кН/м³.

Среднее давление под подошвой фундамента:



кПа.

Определяем напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента:

кПа.

Основание делим на однородные слои толщиной 0,5 м рекомендуется от (0,2…0,4)b.

На границах выделенных слоев вычисляем сжимающее напряжение:

,

где - коэффициент, завит от соотношения сторон подошвы фундамента и относительной глубины.

Таблица 8

z, м
0	0	1,00	221,7	254,59
0,5	0,6	0,91	201,75	231,68
1,0	1,2	0,65	144,1	165,48
1,5	1,7	0,46	101,98	117,11
2,0	2,3	0,31	68,73	78,92
2,5	2,9	0,22	48,77	56,01
3,0	3,5	0,16	35,47	40,73
3,5	4,1	0,12	26,6	30,55
4,0	4,7	0,10	22,17	25,46
4,5	5,3	0,07	15,52	17,82
5,0	5,9	0,06	13,30	15,28
5,5	6,5	0,05	11,08	12,73
6,0	7,0	0,04	8,87	10,18
6,5	7,6	0,04	8,87	10,18
7,0	8,2	0,03	6,65	7,64
7,5	8,8	0,03	6,65	7,64
8,0	9,4	0,02	4,43	5,09
8,3	9,6	0,02	4,43	5,09

Примечание.

з=

Задание 7

Поясните назначение и сущность метода угловых точек. Используя этот метод, по исходным данным предыдущего задания постройте эпюру дополнительных сжимающих напряжений на вертикали, проходящей через точку А (рис. 9, а). Расстояние от центра фундамента до т. А примите равным b+0,5 (b-ширина подошвы, м).

Этот метод используется для определения осадок гибких фундаментов или для учета влияния осадки соседних фундаментов.

Расчёт осадки фундамента по методу эквивалентного слоя (Н.А. Цытовича) позволяет определять осадки основания в любой точке основания. Прежде всего это относится к угловой точке, для которой автором составлены таблицы по нахождению величин Ащ_ос, позволяющие вычислять величину h_э.

Вычисляем:

ОА= b+0,5=1,7+0,5=2,2 м,

АВ=ОА-ОВ=2,2-0,85=1,35 м.



Заменяем имеющийся фундамент 4 фиктивными фундаментами, для каждого из которых т.А является угловой.

Размеры фундаментов: ,

, .

В фундаментах 1 и 2 давление под подошвой принимаем , а в фундаментах 3 и 4

Сжимающее напряжение в основании под углами фиктивных фундаментов определяем по формуле:

,

где - коэффициент, как функция параметров , .

Суммируем от четырех фундаментов, определяем дополнительное снижающее напряжение под точкой А:

,

при и ,

Таблица 9

z,м	Фундамент 1,	Фундамент 3,	, кПа
0	0	1	0	1	0
0,5	0,5	0,96	0,5	0,95	1,11
1,0	1,0	0,81	1,0	0,75	6,65
1,5	1,5	0,66	1,5	0,55	12,19
2,0	2,0	0,53	2,0	0,40	14,41
2,5	2,5	0,43	2,5	0,29	15,52
3,0	3,0	0,35	3,0	0,22	14,41
3,5	3,5	0,29	3,5	0,17	13,3
4,0	4,0	0,24	4,0	0,14	11,08
4,5	4,5	0,20	4,5	0,11	9,97
5,0	5,0	0,17	5,0	0,09	8,87
5,5	5,5	0,15	5,5	0,08	7,76
6,0	6,0	0,13	6,0	0,07	6,65
6,5	6,5	0,11	6,5	0,06	5,54
7,0	7,0	0,10	7,0	0,05	5,54
7,5	7,5	0,09	7,5	0,04	5,54
8,0	8,0	0,08	8,0	0,04	4,43
8,3	8,3	0,08	8,3	0,04	4,43

Задание 8

Построить эпюру дополнительных сжимающих напряжений в основании насыпи автодороги. Размеры насыпи приведены в таблице 10. Грунт в теле насыпи имеет оптимальную влажность и уплотнен до плотности, равной 0,95 от максимальной.

Таблица 10

Ширина насыпи, м	Высота насыпи, м	Крутизна откоса
10	3,6	1:1,50

Определяем плотность грунта в насыпи:

и его удельный вес

Давление под подошвой насыпи



Сжимающее напряжение в основании

а- заложение откоса, а=3,61,5=5,4.

Приняв геологическое строение участка по заданию 5, делим основание на однородные е слои мощностью 1,7.На границах выделенных слоев вычисляем :

при z=0

z=1,5 м

1,279

кПа

при z=2,5 м, 1,335

1,107

кПа

при z=5 м, 1,122

0,785

кПа

при z=7,5 м, 0,946

0,59

кПа

при z=10 м, 0,805

0,464

кПа

Задание 9

Назвать существующие методы расчета осадки фундаментов и главные теоретические предпосылки, лежащие в их основе. Найти осадку фундамента методом послойного суммирования, пользуясь вычисленными ранее значениями модуля деформации песка и напряжений .

Методы расчета осадки фундаментов:

1)Расчёт осадки методом послойного суммирования

2)Расчет осадок методом эквивалентного слоя

Эквивалентный слой - это слой грунта толщиной h_э, осадка которого при сплошной нагрузке на поверхности р₀ будет равна осадке грунтового полупространства под воздействием местной нагрузки той же интенсивности.

3)Расчёта осадок оснований фундаментов во времени

Если в основании фундаментов залегают водонасыщенные глинистые грунты, осадка может развиваться в течении длительного периода времени. Временной процесс развития осадок связан с малой скоростью фильтрации воды в глинистых грунтах и обусловленным этим медленным уплотнением водонасыщенных грунтов.

Основные предпосылки приближенных методов расчёта осадок

Осадка грунта происходит только в пределах глубины сжимаемой толщи Н_с. Осадка основания происходит только за счёт сжатия столба грунта, непосредственно находящегося под подошвой фундамента. Сжатие каждого элементарного слоя мощностью Дz вызывается равномерно распределенной на его поверхности нагрузкой равной максимальному значению у_zp, действующему по оси z.

Определив величину сжатия каждого элементарного слоя грунта в пределах сжимаемой толщи основания и просуммировав эти величины, получим общую осадку основания фундамента. Такой подход к решению задачи называют методом послойного (элементарного) суммирования.

Размеры котлована L=30 м, В=20 м. Строим графики 0,5и , определяем точку их пересечения, она расположена на глубине z=3 м от подошвы фундамента. Основание разбито на слои толщиной м, поэтому принимаем мощность сжимаемой толщи м. Осадку фундамента вычисляем суммированием осадок 5 слоев. (Е=const, const).

,

где -среднее значение в элементарном слое, равное полусумме напряжений на кровле и подошве слоя,

,

- среднее значение вертикального нормального напряжения от внешней нагрузки на i-ом слое грунта по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, кПа;

- толщина i-го слоя грунта, м;

- модуль деформации i-го слоя грунта по ветви первичного нагружения, кПа;- среднее значение вертикального напряжения в i-ом слое грунта по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, от собственного веса выбранного при отрывке котлована грунта, кПа;

n - число слоев на которые разбита сжимаемая толща основания.

Напряжение под подошвой фундамента:

,

где - коэффициент, учитывающий распределение напряжения на глубине;

р - среднее давление под подошвой фундамента, кПа.

Напряжение от собственного веса выбранного при отрывке котлована грунта:

,

где - коэффициент, учитывающий распределение напряжения на глубине, зависящий от размеров котлована;

- вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента, кПа.

Коэффициент, учитывающий распределение напряжения от собственного веса выбранного при отрывке котлована грунта:

Таблица 11

z, м		*
0	0	1,00	32,89	254,59	221,7
0,5	0,05	0,997	32,79	231,68	198,89
1,0	0,1	0,993	32,66	165,48	132,82
1,5	0,15	0,990	32,56	117,11	84,55
2,0	0,20	0,986	32,43	78,92	46,49
2,5	0,25	0,983	32,33	56,01	23,68
3,0	0,30	0,980	32,23	40,73	8,5
3,5	0,35	0,976	32,1	30,55	-
4,0	0,40	0,973	32	25,46	-
4,5	0,45	0,958	31,51	17,82	-
5,0	0,50	0,943	31,02	15,28	-
5,5	0,55	0,928	30,52	12,73	-
6,0	0,60	0,913	30,03	10,18	-
6,5	0,65	0,898	29,54	10,18	-
7,0	0,70	0,883	29,04	7,64	-
7,5	0,75	0,868	28,55	7,64	-
8,0	0,80	0,853	28,06	5,09	-
8,3	0,83	0,850	27,96	5,09

0,015м

При расчете осадки фундаментов, возводимых в котлованах глубиной менее 5 м, допускается в формуле не учитывать второе слагаемое.

Задание 10

Вычислить, насколько возрастет осадка фундамента, рассмотренного в предыдущем задании, если на расстоянии 0,5 м от него возвести второй такой же фундамент.

Эпюру дополнительных снижающих напряжений в оcновании фундамента Ф1строим путем сложения двух эпюр:

Таблица 12

z, м	, кПа	, кПа
0	254,59	0	32,89	254,59	221,7
0,5	231,68	1,11	32,79	232,79	200
1,0	165,48	6,65	32,66	172,13	139,47
1,5	117,11	12,19	32,56	129,3	96,74
2,0	78,92	14,41	32,43	93,33	60,9
2,5	56,01	15,52	32,33	71,53	39,2
3,0	40,73	14,41	32,23	55,14	22,91
3,5	30,55	13,3	32,1	43,85	11,75
4,0	25,46	11,08	32	36,54	4,54
4,5	17,82	9,97	31,51	27,79	-
5,0	15,28	8,87	31,02	24,15	-
5,5	12,73	7,76	30,52	20,49	-
6,0	10,18	6,65	30,03	16,83	-
6,5	10,18	5,54	29,54	15,72	-
7,0	7,64	5,54	29,04	13,18	-
7,5	7,64	5,54	28,55	13,18	-
8,0	5,09	4,43	28,06	9,52	-
8,3	5,09	4,43	27,96	9,52

Размеры котлована L=30 м, В=20 м.

Принимаем мощность сжимаемой толщи м.

Осадка фундамента:

0,0175м

Таким образом, осадка фундамента Ф1 за счет влияния соседнего фундамента Ф2 увеличилась на 17%.

Задание 11

Используя значения , найденные при выполнении заданий 4 и 8, вычислить осадку основания насыпи методом послойного суммирования. Модуль деформации суглинка примем равным 16 МПа, песка - по заданию 2. На глубине более 10 м залегает малосжимаемый грунт, деформацией которого пренебрегаем.

Строим графики 0,5и , определяем мощность сжимаемой толщи, она составляет 7,3 м. Осадку основания вычисляем в пределах 10 м, так как ниже этой глубины залегает малосжимаемый грунт.

Так как , следовательно .

Таблица 13

z, м	, кПа	, кПа	hi, м	Еi, кПа	, м
0	65,16	65,035	1,5	9000	0,0087
1,5	64,91
		64,54	1,0	15600	0,0033
2,5	64,17
		61,845	2,5	15600	0,0079
5,0	59,52
		56,23	2,5	15600	0,0072
7,5	52,94
					м

Задание 12

Указать основные предпосылки, пояснить сущность и назначение теории фильтрационной консолидации. Найти конечную осадку и построить график развития во времени осадки основания рассмотренной ранее насыпи автодороги, если под ее подошвой залегает слой торфа.

Предпосылки теории фильтрационной консолидации сводятся к следующему:

? скелет грунта линейно-деформируемый, деформируется мгновенно после приложения к нему нагрузки и вязкими связями не обладает;

? структурной прочностью грунт не обладает, давление в первый момент полностью передается на воду;

? грунт полностью водонасыщен, вода и скелет объемно несжимаемы, вся вода в грунте гидравлически непрерывна;

? фильтрация подчиняется закону Дарси.

Теория фильтрационной консолидации описывает деформирование во времени полностью водонасыщенного грунта. Принимается, что полное напряжение, возникающее в элементе грунта от приложенной нагрузки, разделяется на напряжения в скелете грунта (эффективные напряжения) и давление в поровой воде (поровое давление). В различных точках массива грунта под действием нагрузки возникают разные значения порового давления. Вследствие этого образуется разность напоров в поровой воде и происходит ее отжатие в менее нагруженные области массива. Одновременно под действием эффективных напряжений происходят перекомпоновка частиц и уплотнение грунта.

Считается, что уменьшение пористости грунта (его уплотнение) пропорционально расходу воды (оттоку воды из пор грунта). Следствием этого является важное положение о том, что скорость деформации грунта будет находиться в прямой зависимости от скорости фильтрации в нем поровой воды. Поэтому основной характеристикой грунта, определяющей время протекания процесса фильтрационной консолидации, является коэффициент фильтрации. Скелет грунта принимается линейно деформируемым.

Таблица 12

Н, м	Параметры компрессивной зависимости	Коэффициент консолидации сн, м2/год
	а,кПа-n	n
1,9	0,030	0,55	1,8

Отношение

поэтому рассматриваем одномерную задачу уплотнения. Конечную осадку торфа вычислим по формуле:

м



где А=0,9 - коэффициент, приближенно учитывающий ползучесть торфа.

При степени консолидации , фактора времени .

Определяем осадку во времени:

м

При односторонней фильтрации воды время достижения осадки:

года1,2 месяца.

где H_Ф- длина пути фильтрации, H_Ф=Н.

при , , м, года4,7 мес.,

при , , м, года9,7 мес.,

при , , м, года13,7 мес.,

при , , м,года20,5 мес.,

при ,,м, года27,3 мес.,

при ,,м, года36,1 мес.,

при ,,м, года43,3 мес.,

Рис. 4 - Расчетная схема

Задание 13

Рассмотреть фазы напряженного состояния грунта при действии постепенно возрастающей нагрузки. Вычислить критическое и предельное давление под подошвой ленточного фундамента. Найти давление, при котором зоны предельного равновесия распространяются на глубину равную ј ширины фундамента. Параметры зависимости Кулона для глины, залегающей в основании, возьмем из задания 4, остальные исходные данные из таблицы 15.

Для грунтов, обладающих структурной прочностью, можно выделить 4 фазы напряженного состояния, в условиях которых последовательно преобладают деформации: упругие, уплотнения и местных сдвигов, интенсивных местных сдвигов и уплотнения по сторонам зон пластических деформаций, выпирания.

Фазы напряженного состояния грунта:

Если на поверхности грунта, обладающего структурной прочностью, установлен жесткий штамп, загруженный нагрузкой N, то под действием этой нагрузки в массиве грунта происходят перемещения, величина которых будет возрастать по мере увеличения давления на основание.

Рис. 5 - Схема испытания грунта штампом (а) и график зависимости осадки штампа от нагрузок.

На кривой определим 4 участка: ОА, АВ, ВС, СД. Участок ОА соответствует нагрузке, при которой возникающие в грунте под основной частью подошвы штампа напряжения не превышают структурную прочность грунта. При таких напряжениях развиваются упругие осадки и осадки, связанные с затухающей ползучестью. Вследствие неравномерности распределения давления по подошве жесткого штампа напряжения под его отдельными частями, будут превышать структурную прочность. Это приведет к перераспределению давления. Так как под основной частью штампа прочность грунта не превышает структурной прочности, деформации будут возрастать пропорционально изменению нагрузки. Эту фазу напряженного состояния грунтов в основании штампа, называют фазой упругих деформаций, хотя одновременно с ними в небольших зонах развиваются пластические деформации и деформации уплотнения. А это значит между что между нагрузкой и осадкой нет строгой линейной зависимости.

Если давление под всей подошвой штампа превысит структурную прочность грунта, то в основании развиваются деформации уплотнения, которые в пределах небольших напряжений можно принять линейно возрастающими с увеличением давления. Если бы в пределах изменения нагрузки, соответствующей участку АВ, деформация уплотнения развивалась в одном и том же объеме, указанный участок кривой был бы прямолинейным… но это не так. При давлении, незначительно превышающем структурную прочность грунта, уплотнение развивается лишь в зоне, примыкающей к подошве штампа. По мере увеличения нагрузки грунт будет уплотняться во все большей зоне. Одновременно в грунте под краями штампа, где происходит концентрация напряжений, будут развиваться пластические деформации, следовательно, участок АВ будет еще более криволинейным.

Но при сравнительно небольших давлениях, обычно возникающих под подошвой фундаментов, кривую на участке АВ можно принять за прямую. Эту фазу напряженного состояния грунтов в основании называют фазой уплотнения и местных сдвигов.

При еще большем давлении зоны пластических деформаций, развиваясь в стороны, будут приводить к уплотнению грунтов и по сторонам от этих зон. И радиус кривизны на участке ВС станет меньше. Это участок соответствует значительному развитию местных сдвигов, поэтому фазу напряженного состояния в основании на участке ВС называют фазой развития интенсивных деформаций сдвигов и уплотнения, в том числе по сторонам от зон пластических деформаций.

При воздействии нагрузки N на сравнительно неглубоко заложенный фундамент произойдет осадка его с выпором грунта из основания в стороны и вверх. На кривой осадок появится почти вертикальная линия СД, это фаза выпора.



Таблица 15

Ширина фундамента, м	Глубина заложения (от пола подвала), м	Удельный вес глины, кН/м3
1,6	0,5	18,4

=1,73;;;;;;с=19 кПа.

Расчет ведем по формулам:

,

,

,

Отсюда

=

При высоких темпах возведения сооружения и степени влажности суглинка , для вычисления предельного давления воспользуемся формулой Прандтля:

Задание 14

Описать существующие методы расчета устойчивости откосов. Определить допустимую крутизну плоского откоса временной выемки в слое глины. Свойства глины возьмем из предыдущего задания, остальные исходные данные берем из таблицы.

Методы расчета устойчивости откосов:

1) Устойчивость откоса связного грунта

Рис. 6 - Схема расчета откоса

Предельная высота откоса:

,

где - расчетное значение сцепления, ;

- расчетное значение угла внутреннего трения, ;

- удельный вес грунта;

-сцепление и угол внутреннего трения грунта;

- коэффициент устойчивости, ;

- коэффициент надежности по назначению;

- коэффициент условий работы.

Если Н<5 м, то уклон принимается по СНИП 12.01.2003 «Техника безопансости в тсроительстве».

Если Н>5м, то оперделяем параметр устойчивости и число единиц загружения К:

,

,

где q- нагрузка на поверхность откоса.

По графикам Тейлора определяем допустимый угол наклона откоса к горизонту .

Определяем максимальную крутизну откоса:

где - заложение откоса.

2) Оценка устойчивости откосов методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения

Рис.7 - Схема расчета откоса методомкруглоцилиндричексих поверхностей скольжения

1. Выбираем центр вращения и проводим цилиндрическую поверхность скольжения АС.

2. Призму обрушения АВС делим вертикальными плоскостями на отсеки шириной не более (1/3)Н.

3. Вес отсеков (G_i) раскладываем на две составляющие: нормальную (N_i) и касательную (Q_i) к поверхности скольжения:

N_i = G_i·cosб_i ,

Q_i =G_i·sinб_i,

4. Вычисляем силы трения и сцепления, действующие на поверхности скольжения

T_i = N_i·tgц_i = G_i·cosб_i·tgц_i ,

S_i = c_i·l_{i ,}

5. Определяем коэффициент запаса устойчивости:

,

где n - общее число отсеков;

m- число отеков, расположенных слева от центра вращения (где ила Q_i является удерживающей).

Рис.8 - Расчет устойчивости откоса

Определяем расчетные значения угла внутреннего трения и удельного сцепления суглинка:

,

кПа.

Вычисляем параметр устойчивости:

По графику Тейлора допустимый угол наклона откоса к горизонту равен .

Максимальная крутизна откоса составит: 1:2,54 получен путем интерполяции.

Задание 15

Рассмотреть основные положения теории давления грунтов на ограждения. Пояснить следующие термины: поверхность скольжения, призма обрушения и призма выпирания, активное и пассивное давление. Построить эпюру и найти равнодействующие активного давления на вертикальную гладкую подпорную стенку с горизонтальной засыпкой. Высота стенки 5 м, грунт засыпки - глина, нагрузка на поверхность засыпки отсутствует. Пассивное давление- значение горизонтальных напряжений в грунте, действующих на переднюю грань подпорной стены при ее смещении к грунту.

Активное давление - значение горизонтальных напряжений в грунте, действующих на стену при ее смещении от грунта.

Поверхность скольжения- дуга окружности, проходящая через основание откоса.

Призма обрушения- цилиндрическая поверхность с радиусом

Призма выпирания- формируется при некоторой величине перемещения, если под действием каких-либо сил подпорная стенка смещается в сторону грунта.

Ограждающие конструкции предназначены для того, чтобы удерживать от обрушения находящийся за ними грунтовый массив. Характерным примером ограждающей конструкции является подпорная стенка - конструкция, широко применяющаяся в промышленном, гражданском, дорожном, гидротехническом и других областях строительства.

Рис.9. Примеры конструкций подпорных стенок: а) - массивной; б) - тонкостенной; в) - тонкостенной, заделанной в основание.



По конструктивному исполнению различаются массивные (или гравитационные) и тонкостенные подпорные стенки (рис.19). Устойчивость массивных стенок на сдвиг и опрокидывание обеспечивается, прежде всего, их собственным весом. Устойчивость тонкостенных конструкций обеспечивается собственным весом стенки и грунта, вовлеченного в совместную работу, либо защемлением нижней части стенки в основание. К ограждающим конструкциям следует отнести также стены подвалов и заглубленных частей зданий, стены подземных сооружений и т.п.

По характеру работы ограждающие конструкции подразделяются на жесткие и гибкие. К жестким относится конструкция, которая под действием давления грунта изгибается очень незначительно или практически не изгибается, поэтому ее собственные деформации не изменяют характер давления на нее грунта. Жесткие подпорные стенки изготовляются обычно из железобетона, монолитного бетона, каменной кладки, деревянных или железобетонных ряжей или ящиков, заполненных грунтом, и т.п. Гибкие подпорные стенки выполняются главным образом из деревянного, железобетонного или металлического шпунта и часто называются шпунтовыми стенками. При воздействии нагрузки они изгибаются, и характер эпюры давления грунта на стенку зависит от ее деформаций.

Рис. 10. Связь равнодействующей давления грунта с величиной и направлением горизонтального смещения стенки: 1 - призма обрушения; 2 - призма выпирания

Найдем активное давление, действующее на стену, по формуле:

.

Здесь

при z=0 м

z=Н=5 м

Строим эпюру активного давления (рисунок 21).

Вычисляем равнодействующую:

Точка приложения равнодействующей находится на высоте



СПИСОК ИСПОЛЬЗВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Соболевский Ю.А. Механика грунтов: Учеб. Пособие для вузов.- Мн.: Высш. Шк., 1986. - 176 с.: ил.

2. Невзоров А.Л., Заручевных И.Ю. Механика грунтов: Контрольные задания для студентов -заочников. - Архангельск: Издательство АГТУ, 2003 г.-32с.

3. Малышев М.В., Болдырев Г.Г. Механика грунтов. Основания и фундаменты (в вопросах и ответах). Учебное пособие. - М.: Издательство ассоциация строительных вузов, 200г. - 328 с.

4. Горбунов-Посадов М.И. Основания, фундаменты и подземные сооружения: справочник проектировщика. - Москва: Стройиздат, 1985г.-480с.

5. СТО 89-03.5-2013 Общие требования к оформлению и изложению документов учебной деятельности обучающихся, Архангельск, 2013 г.

6. Заручевных И.Ю. механика грунтов в схемах и таблицах. Учебно пособие / М.: Издательство: АСВ, 2007 г. - 136 с.

Размещено на Allbest.ru

...