Условия прочности грунтов оснований

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Условия прочности грунтов оснований

Содержание

Введение

1. Прочностные свойства грунтов оснований

2. Испытание грунтов на сдвиг

3. Закон Кулона для несвязных грунтов

4. Определение прочностных характеристик в полевых условиях

Заключение

Введение

Механика грунтов, основания и фундаменты вместе с инженерной геологией и охраной природной среды составляют особый цикл строительных дисциплин. Предметом его изучения являются материалы, как правило, природного происхождения - грунты и их взаимодействие с сооружениями. Если конструкционные материалы приготавливаются технологами так, чтобы они обладали заданными строительными свойствами, то грунты каждой строительной площадки имеют самостоятельную историю образования. Состав, строение и свойства грунтов разных строительных площадок определены природой и могут существенно различаться, требуя каждый раз специального изучения.

Поведение грунтов под нагрузками сопровождается сложными процессами, во многом отличающимися от поведения конструкционных материалов. Это потребовало разработки специальных экспериментальных методов и теоретического аппарата механики грунтов для описания процессов их деформирования и разрушения.

Нормальная эксплуатация здания или сооружения во многом зависит от того, насколько правильно запроектировано и осуществлено его взаимодействие с основанием. Это же в значительной мере влияет на стоимость и сроки строительства.

1. Прочностные свойства грунтов оснований

Грунты оснований зданий и сооружений испытывают воздействие не только нормальных, но и касательных напряжений. Когда касательные напряжения по какой-либо поверхности в грунте достигают его предельного сопротивления, то происходит сдвиг одной части массива грунта по другой.

Сопротивление грунта сдвигу характеризуется прочностными свойствами грунта и используется в расчетах оснований по первому предельному состоянию (по прочности).

Прочностью грунта называют способность его воспринимать силы внешнего воздействия не разрушаясь. Разрушение грунта, служащего основанием сооружения, слагающего берег (склон) водохранилища или же откос канала, происходит в виде перемещения-сдвига одной его части относительно другой тогда, когда силы внешнего воздействия превысят силы внутреннего сопротивления.

Прочность грунта определяется его сопротивляемостью сдвигу и оценивается показателем, который называется предельным сопротивлением сдвигу ф.

2. Испытание грунтов на сдвиг

В лабораторных условиях сопротивление грунта сдвигу устанавливается испытанием его образцов на прямой сдвиг (срез) в сдвиговых приборах и приборах трехосного сжатия, в полевых -- путем испытания крыльчаткой, методами раздавливания призмы грунта, сдвигом целика грунта в заданной плоскости и другими способами. На рис. 1 показан общий вид установки для испытания грунтов на одноплоскостной сдвиг.

Рис. 1 Общий вид прибора для испытания грунта на сдвиг

Сопротивление сдвигу песчаных и крупнообломочных фунтов возникает в основном в результате трения между перемещающимися частицами и зацепления их друг за друга. В этих грунтах сопротивление растяжению практически отсутствует, поэтому их называют сыпучими, или несвязны ми. Тогда сопротивление сдвигу в несвязных (сыпучих) грунтах зависит от сил трения между частицами.

Процесс разрушения глинистых грунтов значительно сложнее, чем песчаных или крупнообломочных. Водно-коллоидные и цементационные связи, которые имеют место в глинистых грунтах, обеспечивают некоторое сопротивление их растяжению.

Поэтому эти фунты часто называют связными. Тогда сопротивление сдвигу в связных фунтах складывается из сил трения частиц и сил сцепления между ними.

Сцепление -- это сопротивление структурных связей глинистых грунтов всякому перемещению частиц.

Испытание глинистых грунтов на сдвиг производится по двум схемам:

· I схема -- закрытая (неконсолидированно-недренированные испытания), т.е. когда фунт не консолидирован. Испытания производятся сразу после приложения вертикальной нагрузки, при этом плотность и влажность грунта в процессе опыта не меняются. Такие опыты носят название «быстрого сдвига».

· II схема -- открытая (консолидированно-дренированная), т.е. когда грунт консолидирован. В этом случае испытания на сдвиг производятся после полной консолидации. Консолидация -- процесс уплотнения грунта, сопровождающийся отжатием воды из пор грунта, т.е. это явление свойственно водонасыщенным грунтам.
Как было сказано выше, сопротивление грунтов сдвигу можно определить с помощью различных приборов. Наиболее простым из них является одноплоскостной сдвиговой (рис. 2).

Рис. 2 Схема прибора для испытания фунта на сдвиг

1 -- неподвижная обойма; 2 -- то же, подвижная; 3 -- фильтрующая пластина с зубцами

Если образец грунта поместить в сдвиговой прибор (в виде двух компрессионных колец), то приложив вертикальную силу F и постепенно увеличивая горизонтальную силу Т, происходит срез (сдвиг) одной части образца относительно другой по линии, показанной пунктиром (см. рис. 2).

Опыты на сдвиг проводят при нескольких сжимающих напряжениях (о) для образцов грунта, находящихся в одинаковом состоянии и результаты оформляют в виде графиков (рис. 3). При этом, чем больше а, тем больше предельное сопротивление сдвигу фи.

Под действием возникающих в плоскости среза касательных напряжений ф=Т/А развиваются горизонтальные перемещения верхней части образца а (см. рис. 3). По мере увеличения интенсивность горизонтальных перемещений а возрастает, и при некотором предельном значении ф = фи дальнейшее перемещение части образца происходит без увеличения сдвигающего напряжения. Это свидетельствует о разрушении образца грунта.

Рис. 3 Кривые горизонтальных смещений части образца при различных значениях нормальных напряжений (а) и график сопротивления сдвигу образца песчаного грунта (б)

3. Закон Кулона для несвязных грунтов

Многочисленными экспериментами различных авторов установлено, что график зависимости сопротивления сдвигу от нормального напряжения для песчаных и крупнообломочных грунтов с достаточной точностью может быть представлен отрезком прямой, выходящей из начала координат (см. рис. 3, б). Тогда эта зависимость может быть выражена уравнением:

где tgц -- коэффициент внутреннего трения, характеризующий трение грунта о грунт, tgц = ѓ; ц-- угол внутреннего трения.

Зависимость (1) установлена французским ученым Ш. Кулоном еще в 1773 г. и формулируется следующим образом: предельное сопротивление сыпучих грунтов сдвигу прямо пропорционально нормальному напряжению. Этот закон называется законом Кулона для несвязных фунтов.

Как известно, глинистые фунты (супесь, суглинок, глина) обладают связностью, интенсивность которой зависит от влажности и степени уплотненности грунта. грунт напряжение сдвиг прочностной

Испытание глинистых грунтов производится в таких же приборах, что и несвязных грунтов (см. рис. 2), только фильтрующая пластина -- без зубцов.

Так же проводятся несколько испытаний и строится график (рис. 4). Тогда зависимость ф = ѓ (у) для связных грунтов может быть представлена следующим образом:

где с -- отрезок, отсекаемый от оси фи прямой АВ (рис. 4), называется удельным сцеплением и характеризует связность грунта.

Параметры ц и с лишь условно можно назвать углом внутреннего трения и удельным сцеплением, так как физика процесса разрушения грунта намного сложнее.

Рис. 4 График сопротивления сдвигу образцов глинистого грунта

На полученные величины параметров сопротивления грунта сдвигу (ц и с) оказывает влияние методика проведения опытов (табл. 1).
Уравнение (2) называют законом Кулона для связных грунтов и формулируют следующим образом: предельное сопротивление связных грунтов сдвигу при завершении их консолидации есть функция первой степени нормального напряжения.

Прочностные показатели глинистых грунтов, определяемые различными методиками

Таблица 1

Исследования, проведенные во ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, показывают, что метод определения сопротивления сдвигу оказывает довольно существенное влияние на конечные результаты.

Так, ц и с определенные в полевых условиях по результатам сдвига жестких бетонных штампов, довольно существенно отличаются от результатов, полученных на приборе одноплоскостного среза для грунтов с ненарушенной структурой (табл. 2).

Характеристики грунтов, полученные различными испытаниями (по П.Д. Евдокимову, 1966).

Таблица 2

Применявшиеся бетонные штампы размером от 1,5x1,0 до 2,5x2,5 м позволили интегрирование учесть свойства грунта большого объема, в то время как испытания в лабораторных условиях на образцах объемом в несколько кубических сантиметров дают возможность определить лишь свойства грунта в той точке, в которой взята проба.
Таким образом, для расчета оснований зданий и сооружений необходимо определить вышеуказанные прочностные характеристики грунта, а именно: угол внутреннего трения и удельное сцепление грунта.

4. Определение прочностных характеристик в полевых условиях

Полевое испытание на срез в заданной плоскости целика грунта, заключенного в кольцевую обойму, аналогично лабораторному испытанию на срез в одноплоскостных срезных приборах. Испытания проводятся в шурфах, котлованах, штреках и т.д. Для получения характеристик ц и с определяют сопротивление срезу не менее чем трех целиков при различных вертикальных нагрузках. Схемы испытаний принимаются те же, что и в лабораторных условиях.

Полевое определение характеристик ц и с в стенах буровой скважины проводится методами кольцевого и поступательного среза. Схемы испытаний приведены на рис. 5

Эти методы применяются для испытаний грунтов на глубинах до 10 м (кольцевой срез) и до 20 м (поступательный срез). В методе кольцевого среза используется распорный штамп с продольными лопастями, в методе поступательного среза -- с поперечными лопастями. С помощью распорного штампа лопасти вдавливаются в стенки скважины и создастся нормальное давление на стенки. В методе кольцевого среза грунт срезается вследствие приложения крутящего момента, а в методе поступательного среза -- выдергивающей силы. Для получения ц и с необходимо провести не менее трех срезов при различных нормальных давлениях на стенки скважины и построить зависимость ф = f (у) (см. рис. 6).

Рис. 5 Схемы испытаний грунта в скважинах на срез

а -- кольцевой; б -- поступательный; в -- вращательный крыльчаткой: 1 -- лопасти; 2 -- распорные штампы; 3 -- скважины; 4 -- штанги; 5 -- устройства для создания и измерения усилия

Метод вращательного среза с помощью крыльчатки, вдавливаемой в массив грунта или в забой буровой скважины (см. рис. 5), позволяет определить сопротивление срезу ф, поэтому его рекомендуется применять при слабых пылевато-глинистых грунтах, илах, сапропелях, заторфованных грунтах и торфах, так как для них угол внутреннего трения практически равен нулю и можно принять с = ф. Испытания крыльчаткой проводят на глубинах до 20 м.

Рис. 6 Зависимость сопротивления срезу грунта ф от нормального напряжения у

Для определения характеристик прочности в полевых условиях применяют методы выпирания и обрушения грунта в горных выработках. Значения ц и с вычисляют из условий предельного равновесия выпираемого и обрушаемого массива грунта.

Угол внутреннего трения песчаных грунтов может быть определен с помощью статического и динамического зондирования. По данным статического зондирования угол ц имеет следующие значения:

Значения ц по данным динамического зондирования приведены для сооружений I и II класса является обязательным сопоставление данных зондирования с результатами испытаний тех же грунтов на срез. Для сооружений III класса допускается определять ц только по результатам зондирования.

Заключение

В зависимости от типа, назначения, конструктивных и технологических особенностей сооружения - с одной стороны, от особенностей геологического строения основания, физико-механических свойств грунтов и возможных их изменений в результате строительства и эксплуатации сооружения - с другой, сложность устройства оснований и фундаментов может быть различна. Этому соответствует широкая номенклатура типов фундаментов и способов улучшения строительных свойств грунтов оснований, обеспечивающая возможность строительства и нормальной эксплуатации любых сооружений в самых сложных инженерно0геологических условиях.

Однако стоимость, трудоемкость и длительность работ, связанных с устройством оснований и возведением фундаментов в сложных инженерно-геологических условиях, может составлять весьма значительную часть общих расходов на строительство сооружения. Поэтому всегда важно оценить технико-экономическую целесообразность размещения тех или иных сооружений в определенных инженерно-геологических условиях.

Очень важной составляющей всего комплекса являются инженерно-геологические и геотехнические изыскания на площадке предполагаемого строительства. Необходимо всегда помнить, что изыскания проводятся для проектирования и строительства определенногго сооружения или комплекса сооружений. Поэтому программа изысканий должна учитывать специфические особенности проектируемых зданий и сооружений. А рекомендации изыскателей содержать конкретную информацию, необходимую для проектирования и строительства именно этих зданий и сооружений. Целесообразна, особенно в сложных инженерно-геологических условиях, тесная взаимосвязь между проектировщиками и изыскателями, что позволит своевременно вносить необходимые коррективы в программу изысканий, а в случае необходимости - и в проект сооружения. Это обеспечит повышение качества и сокращение продолжительности проектно-изыскательных работ.

Список используемой литературы

1. Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты. - М.: Стройиздат, 1988;

2. Цытович Н.А. Механика грунтов (краткий курс): Учебник для строит. вузов. - М.: Высш. шк., 1983;

3. ТБартоломей А.А. Механика грунтов: Учеб. издание/ АСВ, Москва, 2004;

4. К.З. Игнатенко, Т.Н. Пронкина. Механика грунтов. Методические указания к изучению дисциплины. Владивосток, ДВГТУ, 1997;

5. К.З. Игнатенко, Т.Н. Пронкина. Механика грунтов. Методические указания к выполнению лабораторных работ. Владивосток, ДВГТУ, 1998.

Размещено на Allbest.ru