close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

255.796 Механика грунтов

код для вставкиСкачать
Министерство образования и науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Воронежский государственный архитектурно-строительный университет
Кафедра строительных конструкций, оснований и фундаментов
МЕХАНИКА ГРУНТОВ
Методические указания
к выполнению курсовой работы по дисциплине «Механика грунтов»
для студентов, обучающихся по специальностям
270205 – «Автомобильные дороги и аэродромы»,
270201 – «Мосты и транспортные тоннели»
Воронеж 2010
УДК 624.131
Составитель Б.С. Одинг
Механика грунтов: метод. указания к выполнению курсовой работы
по дисциплине «Механика грунтов» / Воронеж. гос. арх.-строит. ун-т; сост.:
Б.С. Одинг. – Воронеж, 2010. – 30 с.
Методические указания содержат рекомендации по расчету напряжений в
грунте, определению размеров подошвы фундамента, расчету осадок фундамента, подпорной стенки и устойчивости откоса выемки под автомобильную
дорогу при выполнении курсовой работы по дисциплине «Механика грунтов».
Приведены примеры построения эпюр распределения вертикальных сжимающих напряжений по горизонтальной и вертикальной осям. Дан принцип определения оценки инженерно-геологических условий строительной площадки при
расчете искусственных сооружений на трассе автомобильной дороги.
Предназначены для студентов специальностей 270205 – «Автомобильные
дороги и аэродромы», 270201 – «Мосты и транспортные тоннели» всех форм
обучения.
Ил. 8. Табл. 20. Библиогр.: 5 назв.
УДК 624.131
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Воронежского государственного архитектурно-строительного университета
Рецензент
В.П. Подольский, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой строительства
автомобильных дорог и аэродромов Воронежского государственного
архитектурно-строительного университета
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………. 4
1. Расчет напряжений от действия сосредоточенной силы………………… 4
1.1. Построение эпюры распределения вертикальных сжимающих
напряжений z по горизонтальной оси, заглубленной
от поверхности на z0 и пересекающейся с линией
действия силы N…………………………………………………………
6
1.2. Построение эпюры распределения вертикальных сжимающих
напряжений z по горизонтальной оси, удаленной от линии действия силы N на заданное расстояние r0………………………………
6
2. Расчет искусственных сооружений на трассе автомобильной дороги….
8
2.1. Оценка инженерно-геологических условий
строительной площадки……………………………………………..
8
2.2. Расчет фундамента опоры путепровода
по деформациям основания………………………………………….
17
2.2.1. Определение размеров подошвы фундамента……………….
17
2.2.2. Расчет осадки фундамента…………………………………….
19
2.3. Расчет подпорной стенки, ограждающей выемку в грунте………..
23
2.3.1. Определение активного давления грунта на подпорную
стенку………………………………………………………….. 23
2.3.2. Воздействие пассивного давления грунта
на подпорную стенку ………………………………………… 25
2.3.3. Построение эпюры пассивного давления по результатам
расчета ………………………………………………………… 26
2.4. Расчет устойчивости откоса выемки в грунте методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения………………………….
27
Библиографический список литературы ……………………………………... 30
3
ВВЕДЕНИЕ
Курсовая работа по механике грунтов выполняется с целью закрепления
курса и приобретения студентами навыков в оценке инженерно-геологических
условий строительной площадки, выполнении расчетов при решении практических инженерных задач, соответствующих профилю специальностям 270205.65
– «Автомобильные дороги и аэродромы», 270201.65 – «Мосты и транспортные
тоннели».
Выполнение курсовой работы заключается в расчете откоса выемки в
грунте, осадки фундамента промежуточной опоры путепровода.
Задание на курсовую работу включает в себя данные об инженерногеологических условиях строительной площадки, где на трассе автомобильной
дороги, проходящей в выемке, в месте пересечения ее с путепроводом пробурено три скважины.
Заданы геологические колонки по скважинам, дана таблица физических
характеристик грунтов (табл. 2.1). Образец задания приведен на рис. 1.
Отдельным разделом курсовой работы выделяется задача по определению
вертикальных составляющих напряжений z от действия на поверхности грунта
сосредоточенной силы N.
Выполнению курсовой работы должно сопутствовать изучение специальной технической литературы [1-4].
1. РАСЧЕТ НАПРЯЖЕНИЙ ОТ ДЕЙСТВИЯ
СОСРЕДОТОЧЕННОЙ СИЛЫ
Задана сосредоточенная сила N, расстояние z0 от поверхности грунта до
горизонтальной оси r, пересекающейся с линией силы N. Задано расстояние r0
от линии действия силы N до вертикальной оси z (рис. 2).
Необходимо построить эпюры напряжений z при заданных значениях N,
z0, r0. Напряжения рассчитываются по формуле Буссинеска
где
z 
3N z 3

;
2 R 5
(1.1)
z 
N
K,
z2
(1.2)
расстояние от точки приложения силы N до точки, в которой
определяется перемещение , R  x 2  y 2  z 2 ;
K- безразмерный коэффициент, величина которого зависит от
отношения r/z.
Значения коэффициентов K приводятся в табл. 1.1.
R-
4
Рис. 1. Образец задания на курсовую работу - грунтовые условия
строительной площадки
q=
H=
h 0=
B=
N=
d 1=
m=
=l/b=1
Рис. 2. Образец задания на курсовую работу
5
N0=
z 0=
r0 =
Таблица 1.1
Значения коэффициентов K
r/z
0.00
0.05
0.10
0.16
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
К
0.4775
0.4746
0.4657
0.4482
0.4329
0.3849
0.3294
0.2733
0.2214
0.1762
0.1386
1.1.
r/z
0.90
1.00
1.10
1.20
1.40
1.50
1.60
1.70
1.90
2.00
2.10
К
0.1083
0.0844
0.0658
0.0513
0.0317
0.0251
0.0200
0.0160
0.0105
0.0085
0.0070
r/z
2.30
2.40
2.50
2.60
2.80
3.10
3.30
3.50
4.00
4.50
5.00
К
0.0048
0.0040
0.0034
0.0029
0.0021
0.0013
0.0090
0.0007
0.0004
0.0002
0.0001
Построение эпюры распределения вертикальных сжимающих
напряжений z по горизонтальной оси, заглубленной от поверхности на z0 и пересекающейся с линией действия силы N
Для построения эпюры z по формуле (1.2) при z= z0 = const достаточно
заполнить табл. 1.2, в которой z= z0 = const задано, а r назначается, как показано в таблице. В зависимости от отношений r/z по табл. 1.1 выбираются коэффициенты К.
Таблица 1.2
Расчет напряжений z по горизонтальной оси, заглубленной
от поверхности на z0 и пересекающейся с линией действия силы N
r, м
00
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
1.2.
z, м
z0
z0
z0
z0
z0
z0
r/z
К
N/z2, кН/м2
 z , кПа
Построение эпюры распределения вертикальных сжимающих
напряжений z по горизонтальной оси, удаленной от линии действия
силы N на заданное расстояние r0
Для построения эпюры z по формуле (1.2) при r = r0 = const достаточно
заполнить табл. 1.3, в которой r = r0 = const задано, а z назначается, как показа6
но в таблице. В зависимости от отношений r/z по табл. 1.1 выбираются коэффициенты К.
Таблица 1.3
Расчет напряжений z по горизонтальной оси,
удаленной от линии действия силы N на заданное расстояние r0
r, м
r0
r0
r0
r0
r0
z, м
r/z
К
N/z2, кН/м2
 z , кПа
00
1,0
2,0
3,0
4,0
По данным табл. 1.2 и табл. 1.3 строятся эпюры напряжений z=f(z) и
z=f(r), как показано на рис. 1.3.
Рис. 3. Эпюры напряжений  z
7
2. РАСЧЕТ ИСКУССТВЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ НА ТРАССЕ
АВТОМОБИЛЬНОЙ ДОРОГИ
2.1. Оценка инженерно-геологических условий строительной площадки
Используя заданные инженерно-геологические разрезы по скважинам
(рис. 1.1) и учитывая заданное на плане расстояние между скважинами в масштабе 1:1000, строится геологический разрез между двумя скважинами в масштабе 1:100. На полученный таким образом геологический разрез накладывается приведенная в задании на курсовую работу выемка в грунте, огражденная с
одной стороны подпорной стенкой, а с другой стороны - откосом с заданным
заложением. В центре выемки находится опора путепровода.
По данным задания, приведенным в табл. 2.1 физическим характеристикам грунта, послойно определяется плотность сухого грунта по формуле
d 
где

1W
;
(2.1)
3
 - плотность грунта, г/см ;
W- природная влажность грунта, д.е.
Коэффициент пористости грунта определяется по формуле
е  (s  d ) / d .
(2.2)
Полная влагоемкость грунта определяется по формуле
Wsat  e   w /  s ,
где
(2.3)
w- плотность воды, г/см3, w=1 г/см3;
3
s- плотность частиц грунта, г/см /
Коэффициент водонасыщения грунта определяется по формуле
S r  W / Wsat .
(2.4)
Для глинистого грунта необходимо определить число пластичности
IР и показатель текучести IL по следующим формулам:
I p  (WL  W p )  100 ,
(2.5)
I L  (W  W p ) /(WL  W p ) ,
(2.6)
8
где
WL Wp -
влажность на границе текучести;
влажность на границе пластичности.
При расчетах определяются удельный вес грунта  =  ·q, кН/м3; удельный вес сухого грунта  d =  d ·q, кН/м3; удельный вес частиц грунта  s =  s ·q,
кН/м3; где q -ускорение свободного падения q = 9,8 м/с2. Ориентировочные значения плотности частиц грунта для песчаных грунтов  s = 2,66 г/см3 ; для
супесей s = 2,70 г/см3; для суглинков  s = 2,71 г/см3, для глин  s = 2,74 г/см3.
Результаты расчета сводятся в табл. 2.2.
Нормативные и расчетные значения прочностных и деформационных характеристик грунтов для предварительных расчетов допускается определять по
их физическим характеристикам.
Нормативные значения удельного сцепления Сп , кПа, и угла внутреннего
трения φп, град., модуля деформации Е, кПа, для песчаных и глинистых нелессовых грунтов приводятся в табл.2.8, 2.9, 2.10.
Расчетные значения характеристик прочности грунта в расчетах основания по деформациям при выполнении раздела 2.2 принимаются с коэффициентом надежности по грунту yq=1. Удельное сцепление сII = сп, угол внутреннего
трения φII = φп. В расчетах основания по несущей способности при выполнении разделов 2.3 и 2.4 расчетные значения характеристик прочности грунтов
определяются по формулам
C I  C n /  q (c ) ,
где
 q (c )  q ( ) -
 I   n /  q ( ) ,
коэффициенты надежности по грунту,
 q (c ) =1,5;  q ( ) =1,1 для песчаных грунтов;
 q ( ) =1,15 для пылевато-глинистых грунтов.
9
(2.7)
Таблица 2.1
Таблица результатов определения физических характеристик грунта
Номер
обр.
грунта
1
Скважина
№1
-‫״‬Скважина
№2
-‫״‬Скважина
№3
2
3
4
5
Гранулометрический состав грунта, %
Глубина
отбора грунта,
м
Номер
скважины
Границы
текучести и
пластичности
грунта
WL
Wp
>5,0
5,0
2,0
2,0
1,0
1,0
0,5
0,5
0,25
0,25
0,1
0,1
0,05
0,05
0,01
0,01
0,005
0,005
0,001
<0,001
Плотность
частиц
грунта s
г/см3,
Плотность
грунта
,
г/см3
Влажность
грунта
,
d.е.
1,0
0
1,0 1,0 20,0 25,0 20,0 28,0
3,0
1,5
0,5
0
0.00
0,00
2,65
1,80
0,12
2,5
5,0
0
0
0,5 1,5 18,0 27,0 18,8 26,0 6,0
0
0
5,0 6,0 18,0 35,0 25,0
3,0
4,0
2,0
3,0
0
3,0
0,00
0,21
0,00
0,15
2.66
2,67
2,00
2,08
0,21
0,20
7,5
12,0
0
0
0
0
3,0 2,0 5,0 9,0 30,0 25,0 21,0
1,0 3,0 20,0 24,0 30,0 10,0 4,0 3,0 2,0
11,0
0
0,44
0,00
0,24
0,00
2,74
2,64
2,01
1,99
0,27
0,225
10
Таблица 2.2
Характеристики физического состояния грунта
Номер обр.
грунта
1
Глубина отбора грунта,
м
Удельный вес
грунта
, кН/м3
Удельный вес
частиц грунта
s, кН/м3
Плотность
сухого грунта
d,, г/см3
Коэффициент
пористости
е
2
3
4
5
6
10
Влажность
насыщенного
водой грунта
Wsat, d.е.
7
Коэффициент
водонасыщения
грунта
Sr
8
Число
пластичности
грунта
Ip
9
Показатель
текучести
грунта
IL
10
Наименование
грунта по
ГОСТ
11
Классификация песчаных и глинистых грунтов (табл. 2.3-2.7) даются согласно ГОСТ 25100-95 [4].
Таблица 2.3
Классификация песчаных грунтов по гранулометрическому составу
Разновидности
грунтов
Размер частиц d, мм
Содержание частиц,
% по массе
Пески:
>2,00
>0,50
>0,25
>0,10
>0,10
-гравелистый
-крупный
-средней крупности
-мелкий
-пылеватый
>25
>50
>50
>75
<75
Таблица 2.4
Классификация песчаных грунтов по коэффициенту пористости е
Разновидность
песков
Плотный
Средней
плотности
Рыхлый
Коэффициент пористости е
Пески гравелистые,
крупные и средней
крупности
<0,55
0,55<е <0,70
Пески
мелкие
Пески
пылеватые
<0,60
0,60 < е< 0,75
<0,60
0,60 < е <0,80
>0,70
>0,75
>0,80
Таблица 2.5
Классификация песчаных грунтов по коэффициенту водонасыщения Sr
Разновидность грунтов
Коэффициент водонасыщения Sn
Д.е.
0,00 < Sr < 0,50
0,50 < Sr < 0,80
0,80 < Sr < 1,00
Малой степени водонасьпцения
Средней степени водонасыщения
Насыщенные водой
11
Таблица 2.6
Классификация глинистых грунтов по числу пластичности Ip
Разновидность глинистых грунтов
Число пластичности Ip , %
Супесь
1 < Ip < 7
Суглинок
7 < Ip <17
Глина
>17
Таблица 2.7
Классификация глинистых грунтов по показателю текучести IL
Разновидность глинистых грунтов
Показатель текучести IL
Супесь:
- твердая
IL < 0
- пластичная
0 < IL < 1
- текучая
IL>1
Суглинки и глины:
- твердые
IL < 0
- полутвердые
0 < IL < 0,25
- тугопластичные
0,25 < IL < 0,50
- мягкопластичные
0,50 < IL < 0,75
- текучепластичные
0,75 < IL < 1,00
-текучая
>1,00
12
Таблица 2.8
Нормативные значения удельного сцепления Сп, кПа;
угла внутреннего трения φп, град. и модуля
деформации Е, МПа, песчаных грунтов
Разновидности Обозначения
песчаных
характеристик
грунтов
Гравелистые
Сп
и крупные
φп,
Средней
крупности
Мелкие
Пылеватые
Характеристики грунтов
при коэффициенте пористости е, равном
0,45
0,55
0,65
0,75
2
1
43
40
38
Е
50
40
30
-
Сп
3
2
1
-
φп,
40
38
35
-
Е
50
40
30
-
Сп
6
4
2
-
φп,
38
36
32
-
Е
48
38
28
18
Сп
8
6
4
2
φп,
36
34
30
26
Е
39
28
18
11
13
Таблица 2.9
Нормативные значения удельного сцепления Сп , кПа; угла внутреннего трения φп, град,
глинистых нелессовых грунтов
Разновидности грунтов и пределы
нормативных значений их
показателей текучести
Супеси
0<1 L <0,25
0,25<I L <0,75
Суглинки
0<1 L <0,25
14
0,25<1 L <0,50
0,50<I L <0,75
Глины
0<1 L <0,25
0,25< I L <O,50
0,50<1 L <0,75
Обозначения
характеристик
грунтов
Сп
φп,
Сп
φп,
Сп
φп,
Сп
φп,
Сп
φп,
Сп
φп,
Сп
φп,
Сп
φп,
Характеристики грунтов при коэффициенте пористости е,
равном
0,45
0,55
0,65
0,75
0,85
0,95
1,05
21
17
15
13
30
29
27
24
Л9
15
13
11
9
28
26
24
21
18
47
37
31
25
22
19
36
25
24
23
22
20
39
34
28
23
18
15
24
23
22
21
19
17
25
20
16
14
12
19
18
16
14
12
81
68
54
47
41
36
21
20
19
18
16
14
57
50
43
37
32 .
18
17
16
14
11
45
41
36
33
29
15
14
12
10
7
14
Таблица 2.10
Нормативные значения модуля деформации глинистых нелессовых грунтов
Происхождение
и возраст грунтов
15
Разновидности грунтов
Модуль деформации грунтов E, МПа, при коэффициенте
и пределы нормативных
пористости е, равном
значений их показателя
0,35 0,45 0,55 0,65 0,75 0,85 0,95 1,05 1,2 1,4 1,6
текучести
Четвертичные отложения:
Аллювиальные
Супеси
0<IL<0,75
32 24 16 10
7
Делювиальные
Суглинки
0<IL<0,25
34 27 22 17 14 11
32 25 19 14 11
8
0,25<1L<0,50
17 12
8
6
5
0,50<IL<0J5
Озерные
Глины
0<IL<0t25
28 24 21 18 15 12
Озерно-аллювиальные
21 18 15 12
9
0,25<IL<0,50
15 12
9
7
0,50<IL<0,75
Флювиогляциальные Супеси
0<IL<0,75
33 24 17 11
7
Суглинки
0<1L<0,25
40 33 27 21 14
7
0,25<IL<0,50
35 28 22 17 10
0,50<IL<0J5
17 13
Моренные
Супеси
IL<0,50
75 55 45
Суглинки
IL< 0,50
Соответствующие данные заносятся в табл. 2.11.
15
Таблица 2.11
Механические характеристики грунта
Номер Глубина
образца отбора
Модуль
Удельное
Угол
Условное
деформации
сцепление
внутреннего
cопротивление
Е, кПа
С, кПа
трения
грунта
φ, град.
R0, кПа
пробы
грунта,
м
1
2
CI
CII
φI
φ II
4
5
6
7
3
8
Условное сопротивление грунта Ro, кПа, определяется по СНиП 2.05.0384 "Мосты и трубы" по табл. 2.12 и 2.13.
Таблица 2.12
Условное сопротивление глинистых грунтов
Грунты
Коэффициент
Условное сопротивление глинистых грунтов
пористости
основания в зависимости от показателя текучести IL
е
R0, кПа
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
Супеси
0,5
343
294
245
196
147
98
-
Ip<5
0,7
294
245
196
147
98
-
-
Суглинки
0.5
392
343
294
245
196
147
98
10< Ip <15
0.7
343
294
245
196
147
98
-
1.0
294
245
196
147
98
-
-
Глины
0,5
588
441
343
294
245
196
147
Ip >20
0,6
490
343
294
245
196
147
98
0,8
392
294
245
196
147
98
-
1,0
294
245
196
147
98
-
-
Для промежуточных значений IL, 1рие применяется интерполяция.
16
Таблица 2.13
Условные сопротивления песчаных грунтов
Условное
сопротивление
Песчаные грунты и их коэффициент
песчаных грунтов
водонасыщения Sr
средней плотности
R0, кПа
Гравелистые и крупные независимо от коэффициента
343
водонасыщения Sr
Средней крупности малой степени водонасыщения
294
Средней крупности средней степени водонасыщения и
245
насыщенные водой
Мелкие малой степени водонасыщения
196
Мелкие средней степени водонасыщения и насыщенные
147
водой
Пылеватые малой степени водонасыщения
196
Пылеватые средней степени водонасыщения
147
Пылеватые насыщенные водой
98
Полученные результаты анализируются, и делаются выводы об особенностях инженерно-геологических условий строительной площадки.
2.2. Расчет фундамента опоры путепровода по деформациям основания
В исходных данных на курсовую работу задана нагрузка, передаваемая на
фундамент от опоры путепровода N, задана глубина заложения фундамента dI,
задано соотношение сторон прямоугольной подошвы фундамента  = l/b. Необходимо определить размеры подошвы фундамента l и b, расчетное сопротивление под подошвой фундамента R и осадку основания S.
2.2.1. Определение размеров подошвы фундамента
Расчет ширины подошвы фундамента можно выполнить методом последовательных приближений: первоначально назначается ширина фундамента b=
1,0 м и определяется расчетное сопротивление грунта под подошвой фундамента R по формуле
R
 с  с
1
k
2
 [ M   b   II  M q  d1   II'  M c  C II ],
17
(2.8)
где
коэффициенты, принимаемые по табл. 2.14;
M , M q , M c -
с с
1
2
k
 1 - произведение коэффициентов условий работы в курb -
d1 CII -
 II  II' -
совой работе;
ширина подошвы фундамента;
глубина заложения фундамента;
расчетное удельное сцепление грунта, кПа;
расчетное значение удельного веса грунта, кН/м3;
расчетное значение удельного веса грунта выше подошвы фундамента, кН/м3.
Таблица 2.14
Коэффициенты
φ, град.
10
12
14
16
18
20
22
24
M
0,18
0,23
0,29
0,36
0,43
0,51
0,61
0,72
Mq
M ,M q ,M c
φ, град.
Mc
1,73
1,94
2,17
2,43
2,73
3,06
3,44
3,87
4,17
4,42
4,69
4,99
5,31
5,66
6,04
6,45
M
26
28
30
32
34
36
38
40
0,84
0,98
1,15
1,34
1,55
1,81
2Д1
2,46
Mq
Mc
4,37
4,93
5,59
6,34
7,22
8,24
9,44
10,85
6,90
7,40
7,95
8,55
9,22
9,97
10,80
11,73
Ширина подошвы фундамента определяется по формуле
b
N
( R   mt  d 1 )  
,
(2.9)
где
 mt =21
кН/м3-
осредненный удельный вес бетона и грунта на уступах фундамента.
Результат расчета по формуле (2.9) подставляется в формулу (2.8).
Расчет повторяется до тех пор, пока bс в последнем приближении будет
отличаться не более чем на 5 см.
Фактические размеры фундамента назначаются конструктивно. При этом
высота первого уступа должна быть кратна 300 мм (рис. 4).
18
Рис. 4. Фундамент под колонну
Фундамент квадратный в плане, имеет вес - Gф, вес грунта на уступах - Gгр.
где
Gф  [ b 2  h1  ( b  2c )2  ( d1  h1 )]   б
(2.10)
Gгр  [b 2  h1  (b  2c) 2 ]  (d1  h1 )]   ,'II
(2.11)
 б - удельный вес бетона,  б =24 кН/м3 ;
 II' - удельный вес грунта на уступах фундамента,  II' = 18 кН/м3.
Среднее фактическое давление под подошвой квадратного фундамента
равно
Р  ( N  Gф  Gгр ) / b 2 .
(2.12)
Следует проверить P<R.
2.2.2. Расчет осадки фундамента
Перед началом расчета осадки основания фундамента необходимо изучить особенности геологических условий строительной площадки, оценить деформационные свойства слоев грунта, залегающих ниже подошвы фундамента
согласно заданию (см. рис. 2). Необходимо построить эпюру природного давления грунта  z q = f(z). Начало координат для эпюры природных давлений располагается в уровне поверхности грунта. При слоистом основании природное
давление определяется по формуле:
 zq   i hi ,
где
(2.13)
 i и h - соответственно удельный вес и толщина i – го слоя грунта.
i
19
Удельный вес грунта, залегающего ниже уровня подземных вод, но выше
водоупора, должен определяться с учетом взвешивающего действия воды по
формуле
      / l  e ,
sb
s
(2.14)
w
где  s - удельный вес частиц грунта;
3
 - удельный вес воды,  - 10 кН /м ;
w
w
Е - коэффициент пористости грунта.
Дополнительное давление на грунт в уровне подошвы фундамента вычисляется по формуле
Ро  Р   zq о
(2.15)
Значение природного давления в уровне подошвы фундамента  zq можо
но определить графически по эпюре природных давлений на глубине
z  H о  d I (рис. 5). Толщина грунта под подошвой фундамента делится на
слои hi  0 ,4b , и на нижних границах этих слоев определяются напряжения по
формуле
 zp    Ро
(2.16)
где  - коэффициент, взятый из табл. 2.15.
Таблица 2.15
Коэффициенты 
  z / 0 ,5  b
00
0,8
1,6
2,4
3,2
4,0
4,8
5,6
6,0
6,8
7,2
8,0
1,0
1,0
0,8
0,449
0,257
0,160
0,108
0,077
0,058
0,051
0,040
0,036
0,029
1,4
1,0
0,848
0,532
0,325
0,210
0,145
0,105
0,079
0,070
0,055
0,049
0,040
Соотношение сторон l/b
2,4
3,2
1,0
1,0
0,876
0,879
0,612
0,629
0,419
0,449
0,294
0,329
0,214
0,248
0,161
0,192
0,124
0,152
0,110
0,136
0,088
0,110
0,080
0,100
0,066
0,084
20
5,0
1,0
0,881
0,639
0,470
0,360
0,285
0,230
0,189
0,173
0,145
0,133
0,113
10,0
1,0
0,881
0,642
0,477
0,374
0,306
0,258
0,223
0,208
0,185
0,175
0,158
Осадка основания S с использованием расчетной схемы в виде линейнодеформируемого полупространства определяются методом послойного суммирования по формуле:
n  zpi h
i.
S  
i Ei
(2.17)
При расчете осадки основания промежуточные вычисления удобно свести в табл. 2.16. По данным столбцов таблицы строится эпюра дополнительных
давлений  z q = f(z). Расчет ведется до нижней границы сжимаемой толщи, которая определяется сравнением значений zq и zр на одной и той же глубине.
На нижней границе сжимаемой толщи zр=0,2zq. В столбец 6 заносятся средние напряжения в пределах каждого слоя. Среднее напряжение в пределах каждого слоя вычисляется по формуле:

zpi


z1 p

z2 p
2
.
(2.18)
В 7-й столбец заносятся модули деформаций Ei. В столбец 8 – результаты
расчета осадок отдельных слоев грунта. Осадка отдельного слоя грунта вычисляется по формуле:
S 
i
0,8  
zpi
E
i
h
i
.
(2.19)
Осадка фундамента определяется
S  S .
i
(2.20)
Таблица 2.16
Расчет осадки основания
h
i
z
i
z / 0 ,5b
i

 zp    Ро
1
2
00
3
00
4
1,0
5
Ро
21
 zpi ,
кПа
6
…
E ,
i
кПа
7
…
Si  0 ,8   zpi 
8
…
hi
Ei
Окончание табл. 2.16
5
…
кПа
6
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
z
i
z / 0 ,5b
i

 zp    Ро
1
2
h
i
3
…
4
…
…
h1  h2
h1  h2  h3
h1  h2  h3  h4
 zpi ,
E ,
i
кПа
7
…
h
i
Si  0 ,8   zpi 
hi
Ei
8
…
Рис. 5. Расчетная схема к определению осадки
методом послойного суммирования
В результате расчета делается сопоставление осадки фундаментов S с
предельной деформацией основания - Su.
S ≤ Su .
(2.21)
Для опоры путепровода предельная деформация основания опоры может
быть определена по эмпирической формуле
Su 1,5 L
, см.
где L - длина меньшего из двух, примыкающих к промежуточной опоре
пролетных строений, м.
22
2.3. Расчет подпорной стенки, ограждающей выемку в грунте
Исходные данные по подпорной стенке задаются в задании на проектирование (рис. 2; табл. 2.1). Если за подпорной стенкой залегают грунты ненарушенной структуры, то показатели их физико-механических свойств принимаются по данным инженерно-геологических изысканий (табл. 2.2, 2.11). Если грунт обратной засыпки за подпорную стенку нарушен, то его характеристики следует учитывать с понижающими коэффициентами:
- удельный вес
 '  0,95  
I
I
;
'
- удельное сцепление сI  0,5  сI ;
'
- угол внутреннего трения I  0,94 I .
На поверхности грунта учитывается пригрузка интенсивностью q. Перед
расчетом необходимо уточнить расположение слоев грунта в пределах глубины
Н от поверхности грунта до подошвы фундамента подпорной стенки. На участке действия пассивного давления - от дна выемки на глубину h0 (рис.2). В расчете подпорной стенки учитываются расчетные характеристики грунта  I , сI
(табл. 2.11). Если в пределах подпорной стенки до глубины Н залегают несколько слоев глинистых или несколько слоев песчаных грунтов, то их осредненные прочностные характеристики следует определять по формулам

I

 I 1  h1   I 2  h2  ...
Н
;
cI

cI 1  h1  cI 2  h2  ...
Н
(2.22)
Также осредняются и удельные веса слоев грунта, залегающих за подпорной стенкой. Если же за подпорной стенкой от поверхности грунта до глубины
Н1 залегает глинистый грунт, а ниже на участке Н2=Н-Н1 песчаный грунт, или
наоборот, то осреднение прочностных характеристик следует вести раздельно
для слоя Н1 и для слоя Н2 (рис. 6). Таким же образом при необходимости можно
осреднить характеристики прочности в пределах слоя ho для расчета пассивного
давления.
2.3.1. Определение активного давления грунта на подпорную стенку
Интенсивность распределения активного давления за подпорной стенкой
с учетом пригрузки за подпорной стенкой определяется по формуле
 
 
 



Рz   I  z  tg 2  45   I   q  tg 2  45   I   2  c I  tg  45   I 
2
2
2



23
(2.23)
Рис. 6. Эпюры активного давления грунта на подпорную стенку
Для построения эпюры активного давления на подпорную стенку достаточно определить величину интенсивности активного давления у поверхности
грунта при z=0 и у подошвы подпорной стенки или на нижней границе рассматриваемого слоя Н1.Таким образом, при z=H или z = Н1 получаем
(2.24)
Рz  Рz  Рq  Рc
где
 
 
 



Рz   I  z  tg 2  45   I  , Рq  q  tg 2  45   I  , Рc  2  c I  tg  45   I 
2
2
2 .



Если Р - Р >0, то эпюра активного давления имеет вид трапеции (см. рис.6, а).
Если Р - Р =0, то эпюра активного давления имеет вид треугольника (см. рис. 6, б).
Если Р - Р <0, то эпюра активного давления имеет вид двух треугольников с
разными знаками (см. рис.6,в).
Если в пределах подпорной стенки чередуются песчаные или глинистые
грунты, то расчет интенсивности активного давления следует производить раздельно: вначале для слоя Н1 (рис.6г), а затем - для слоя Н2. При этом следует
учитывать, что на поверхности нижнего слоя грунта Н2 действует пригрузка qI
q
c
q
c
q
c
, которая включает в себя давление от веса верхнего слоя грунта q I  q   I  Н I
(см. рис. 6, г).
В связных грунтах, в непосредственной близости от поверхности грунта,
расчетная интенсивность активного давления до глубины hc может выражаться
24
отрицательным числом Р <0, что говорит об отсутствии на этом участке активного давления грунта. Глубину hc можно рассчитать по формуле
z
 

2  c I  tg  45  I 
2

hc 
.



 I  tg  45  I 
2

(2.25)
Равнодействующую активного давления Еа можно определить как площадь эпюры интенсивности активного давления. Направление равнодействующей активного давления, действующего на вертикальную грань подпорной стенки, горизонтальное, а точка ее приложения находится в центре тяжести эпюры активного давления.
В результате расчета определяется опрокидывающий момент относительно точки О, расположенной на передней грани подпорной стенки (рис.7).
Момент от действия активного давления относительно передней грани
подпорной стенки Мо,а определяется суммированием двух моментов, полученных раздельно от давления, распределенного в пределах верхнего слоя НI и от
давления, распределенного в пределах нижнего слоя Н2.
2.3.2. Воздействие пассивного давления грунта на подпорную стенку
Подпорная стенка заглублена в грунт ниже дна котлована на h0. Известны
расчетные значения характеристик грунта, залегающего в пределах глубины h0.
Необходимо оценить характер распределения пассивного давления грунта на
подпорную стенку, определить равнодействующую пассивного давления грунта
на подпорную стенку En, определить момент, удерживающий за счет пассивного давления подпорную стенку от опрокидывания Моn,
Для оценки: характера распределения пассивного давления грунта в зависимости от заглубления стенки от дна котлована строится эпюра пассивного
давления. Для ее построения используется известная зависимость
 
 


Рnz   I  z  tg 2  45   I   2  c I  tg  45   I 
2
2


(2.26)
Рnz  Рnh  Рnc ,
(2.27)
или
где
 

Рnh   I  z  tg 2  45   I  ,
2

25
 

Рnc  2  c I  tg  45   I .
2

Поскольку зависимость пассивного давления от глубины носит линейный
характер, то для построения эпюры пассивного давления достаточно вычислить
пассивное давление грунта в двух точках: z=0 и z=h0.
Равнодействующая пассивного давления вычисляется по формуле
Еn 
Рnh  2  Рnc
 h0 .
2
(2.28)
Момент относительно точки О передней грани подпорной стенки вычисляется по формуле
Рnh  3  Рnc h02
M on 
 .
3
2
(2.29)
Точка приложения равнодействующей пассивного давления грунта
определяется путем вычисления расстояния от подошвы подпорной стенки до
линии действия равнодействующей пассивного давления:
lo 
M on
.
Еn
(2.30)
2.3.3. Построение эпюры пассивного давления по результатам расчета
Выбирается система координат с осями Р и z (рис.8).
Р Р .
При z=h0
Р Р Р
При z=0
nz
nz
nc
nz
nc
nh
Рис. 7. Эпюры пассивного давления грунта перед подпорной стенкой
26
Анализ полученных данных после расчета подпорной стенки заключается
в сопоставлении результатов расчета активного и пассивного давлений грунта
на подпорную стенку. Рассматривая момент относительно точки О от действия
на подпорную стенку активного давления как опрокидывающий момент, сравниваем его с удерживающим моментом от опрокидывания подпорной стенки,
который включает в себя наряду с моментом относительно точки О передней
грани подпорной стенки от пассивного давления также и момент относительно
той же точки от собственного веса подпорной стенки.
,
(2.31)
где
- собственный вес подпорной стенки (в расчетах обычно учитываем
вес подпорной стенки на длине 1 м);
- плечо момента от действия силы относительно точки О передней
грани подпорной стенки (рис. 8).
делается вывод об устойчивости подпорной стенПо отношению
ки. Если
1,1, подпорная стенка неустойчива.
2.4. Расчет устойчивости откоса выемки в грунте
методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения
Метод основан на проверке устойчивости откоса выемки по одной из вероятных поверхностей скольжения. В качестве такой поверхности с учетом
имеющихся наблюдений выбрана цилиндрическая. Ответственным этапом расчета является графическое построение цилиндрической поверхности скольжения. Заданный откос должен быть начерчен в масштабе 1х100 на миллиметровой бумаге. Для построения цилиндрической поверхности скольжения выбирается центр вращения О. Приближенно положение центра вращения определяем
на пересечении линий, проведенных с учетом углов
30 и
40 (рис. 8).
С помощью циркуля из центра вращения О через точку В в подошве откоса
проводится окружность, отсекающая призматический объем грунта с поперечным сечением ABC. Расчетным является призматический объем грунта с сечением, ограниченным поверхностью откоса и поверхностью скольжения. Высота
призматического объема в расчетах обычно назначается, равной 1м. Выделенная сползающая часть массива грунта вертикальными плоскостями делится на
элементы, каждый из которых должен иметь участок цилиндрической поверх̆ ,
ности скольжения
,
̆ ,
,
,
,
,
- целиком размещенный в одном слое грунта. Количество элементов назначается в зависимости от сложности геологических условий площадки и глубины выемки, обычно
8-12 элементов. Аналитическую часть расчета целесообразно производить с записью промежуточных результатов в табл. 2.17.
27
Рис. 8. Графическое построение круглоцилиндрической
поверхности скольжения
В первом столбце таблицы записываются номера расчетных элементов.
Во втором - геометрические размеры сечений элементов в метрах. Эти размеры
снимаются с чертежа (рис.8) и определяются с учетом выбранного масштаба. В
третьем столбце записываются приближенные значения площадей поперечных
, определяемые с учетом
сечений элементов. В четвертом - веса элементов
и осредненного удельного веса грунта, вмещаемого
объемов этих элементов
. Вес элемента вычисляется по формуле
в эти элементы
·
(2.32)
.
Графически или аналитически определяются центры тяжести каждого
элемента. Из центров тяжести элементов до пересечения с круглоцилиндрической поверхностью скольжения проводятся вертикали, являющиеся линиями
веса каждого из этих элементов. Из центра
действия гравитационных сил
вращения О в точки пересечения линий действия весов каждого из элементов с
проводятся лучи, образующие с вертикалью углы
поверхностью скольжения
(рис. 8). С помощью транспортира измеряются углы , их величины заносятся в столбец 5 (табл. 2.17). Полученные данные позволяют по правилу параллелограмма разложить силы веса каждого из элементов , на нормальные
28
и касательные составляющие силы к площадкам скольжения каждого из элементов.
Нормальная составляющая силы
· cos
.
(2.33)
Касательная составляющая силы
· sin .
(2.34)
Значения
и заносятся в столбцы 6 и 7 (табл. 2.17). Данные столбца 7
необходимо просуммировать и записать ∑ .
Таблица 2.17
Расчет устойчивости откоса
№ Размеры
сечения,
м
1
2
Площадь
сечения,
м2
3
Вес
элемента,
кН
4
,
,
град. кН
5
6
,
кН
7
град.
8
·
·
кПа
9
м
10
кН
11
,
кН
12
, действующие на участках поверхностей скольжения
Реактивные усилия
каждого из элементов, вычисляются по формуле
·
·
(2.35)
в столбцы 8 и 9 записываются углы
Для определения составляющих
внутреннего трения и удельное сцепление грунтов, залегающих в пределах участков поверхности скольжения i-го элемента.
В столбец 10 записываются длины участков поверхности скольжения в
пределах i-го элемента . В столбец 11 построчно записываются произведения
·
. Данные 11 и 12 столбцов суммируются, а затем полученные суммы
складываются между собой.
∑ ·
∑ ·
∑
(2.36)
Результаты анализируются по коэффициенту устойчивости откоса:
∑
(2.37)
∑
ли
Откос считается устойчивым по выбранной поверхности скольжения, ес1,2.
29
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Бабков, В.Ф. Основы грунтоведения и механики грунтов/ В.Ф. Бабков,
В.М. Безрук - М.: Высшая школа, 1986. - 233 с.
2. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений. - М.:
ЦИТП Госстрой СССР, 1986. - 415 с.
3. Цытович, Н.А. Механика грунтов. краткий курс/ Н.А. Цытович. – М.:
Высшая школа, 1973. - 287 с.
4. ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация. - М.: Изд-во стандартов,
1996. - 30 с.
5. СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы. - М.:Изд-во стандартов, 1985. – 196 с.
МЕХАНИКА ГРУНТОВ
Методические указания
к выполнению курсовой работы по дисциплине «Механика грунтов»
для студентов, обучающихся по специальностям
270205.65 – «Автомобильные дороги и аэродромы»,
270201.65 – «Мосты и транспортные тоннели»
Составитель Одинг Борис Сергеевич
Редактор Аграновская Н.Н.
Подписано в печать 29.10. 2010. Формат 60х84 1/16. Уч.-изд. л. 2,0. Усл.-печ. л. 2,0.
Бумага писчая. Тираж 200 экз. Заказ №
Отпечатано: отдел оперативной полиграфии
издательства учебной литературы и учебно-методических пособий
Воронежского государственного архитектурно-строительного университета
394006 Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84
30
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
14
Размер файла
1 470 Кб
Теги
механика, грунтов, 255, 796
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа