Компрессионная кривая

КОМПРЕССИОННАЯ КРИВАЯ - графическое выражение зависимости пористости (или влажности) горных пород от внешнего давления, вызывающего сжатие горной породы.

Компрессия – это сжатие грунта без возможного бокового расширения.

Схематично условие компрессии можно представить при рассмотрении следующих инженерных задач:

•Уплотнения слоя грунта при сплошной равномерно распределенной нагрузке (плотина, насыпь и т.д.);

•Уплотнение слоя грунта толщиной h≤0,5 b под центром под центром тяжести подошвы фундамента.

Исследования показали, что компрессионные кривые применимы для оценки сжимаемости любых связных материалов, но для материалов водопроницаемых (например, песков) не могут быть построены по изменению влажности, так как при прекращении нагрузки первоначальная влажность восстанавливается почти мгновенно.

41.Определение нижней границы сжимаемой толщи грунта.

42.Расчет крена здания.

Крен фундамента может быть вызван действием момента, а также может появиться и при центральном приложении нагрузки, если в основании находятся грунты различной сжимаемости в плане сооружения.

Крен фундамента на однородном основании при совместном действии N, M определяется по формуле:

(ф-ла 10, прил.2 СНиП 2.02.01-83)

где N · e = M – момент по подошве фундамента;

E и ν – соответственно модуль деформации и коэффициент Пуассона грунта основания (принимаются как средние по глубине сжимаемой толщи - H_C, п. 10, стр. 11 СНиП);

N – вертикальная составляющая всех нагрузок на уровне подошвы фундамента;

e – эксцентриситет;

к_m- коэффициент, учитываемый при расчете крена фундаментов шириной b>10 м (в вариантах курсовой работы к_m=1);

к_e – коэффициент, принимаемый по табл. 5 СНиП и зависящий от формы фундамента и соотношения сжимаемой толщи H_C и ширины фундамента b;

а – сторона фундамента, в направлении которой действует момент, а=b или а=l, или диаметр круглого фундамента а=d.

Для кольцевого фундамента:

r _H – наружный радиус кольца;

- коэффициент, зависящий от n = ;

0 ≤ n ≤ 0.6 =1;

n = 0.8 =1,03;

n = 0.9 =1,1.

Крен за счет неоднородности деформаций основания в плане сооружения рассчитывается по осадкам краевых точек фундамента по зависимости:
.

43.Расчет осадки методом линейно-деформируемого слоя.

Расчет осадки основания методом линейно-деформируемого слоя разработан К.Е. Егоровым и применяется в следующих случаях:

1. В пределах сжимаемой толщи и основания, определенной с помощью метода послойного суммирования Н_с, залегает слой грунта с модулем деформации Е ≥100 МПа и толщиной h₁, удовлетворяющей условию

(7.17)

где Е₂ — модуль деформации грунта, подстилающего слой грунта с модулем деформации Е₁.

2. Ширина или диаметр фундамента b≥10 м и модуль деформации грунтов основания Е≤10 МПа.
Толщина линейно-деформируемого слоя H в первом случае принимается до кровли малосжимаемого грунта, во втором случае вычисляется по формуле

(7.18)

где Н_о и ψ — принимаются для оснований, сложенных пылевато-глинистыми грунтами — 9 м и 0,15 м;
k_р — коэффициент, принимаемый равным k_р = 0,8 при среднем давлении под подошвой фундамента P = 100 кПа и kр = 1,2 при Р = 500 кПа, а при промежуточных значениях — по интерполяции.

В случае, если в основании имеются глинистые и песчаные грунты, значение Н находят по формуле

(7.19)

Осадку основания с использованием расчетной схемы линейно-деформируемого слоя (рис. 7.13) определяют по формуле

(7.20)

где Р — среднее давление под подошвой фундамента (при b < 10 м принимается P — P₀); b — ширина прямоугольного или диаметр круглого фундамента;
k_с — коэффициент, принимаемый в зависимости от относительной суммарной толщины деформирующихся слоев (2 Н / b), определяется по табл. 7.2;
km — коэффициент, зависящий от модуля деформации и ширины фундамента, принимается по табл. 7.3;
k_i и k_i-1 — коэффициенты, определяемые по табл.7.4 в зависимости от формы подошвы фундамента, соотношения сторон и относительной глубины, на которой расположены подошва и кровля i -гo слоя (соответственно ζ_i=2_zi/b; ζ_i-1=2_zi-1/b); E_i — модуль деформации i-го слоя грунта.

Рис. 7.13. Схема к расчету осадки методом линейно-деформируемого слоя

44.Проверка устойчивости откосов и склонов.

В рамках теории предельного- напряженного состояния также решается задача по расчету устойчивости откосов.

Откос – представляет собой грунтовый массив с явно выраженным перепадом высот.

Метод круглоцилиндрических поверхностей

Данный метод нашел широкое применение на практике, как наиболее универсальный. Он позволяет:

∙учесть неоднородность грунтового массива по всей высоте откоса.

∙оценить устойчивость откосов различного очертания при любой форме склона и бровки откоса;

∙учесть действие внешних поверхностных и объемных сил (в том числе и фильтрационных).

На практике в нашей стране чаще всего применяют метод круглоцилиндрической поверхности скольжения. Наиболее широко применяемые методы расчета устойчивости склонов (откосов) основаны на так называемой схеме вертикальных элементов – откосов. Часть склона, ограниченную дневной поверхностью у=у(х) аппроксимируют системой отсеков: 1, 2, 3, i, n-1, n

Для i-ого отсека (i=1,2,3,…n) даны геометрические параметры (у^_I, у_i, у^_1-I, у_I-1)- ординаты вершин, b_i- ширина отсека и геотехнические параметры (γ_i- объемная масса грунта; устойчивость склона оценивают числом К>1,0 с_i и tgφ_i- коэффициенты сцепления и трения) Склон считают устойчивым при К_зап>1.10-1.12.

Рис. 7.2. Расчетная схема

Последовательность расчета:

Формула 1: К_с=ΣS_i/Σt_i (Ю.И. Соловьева)

1. высота стенки каждого отсека

h_i= у^_I- у_i, м

2. вес каждого отсека

Р_i=(h_i+h_i-1)*γ*b_i/2, кН/м

3. tgα_i или f_i – коэффициент внутреннего трения

f_i=(у_i-1-y_i)/b_i

4. расчет сдвигающей силы каждого отсека

t_i=p_i*f_i, кН/м

5. дополнительный параметр для каждого отсека

g_i=1+f_i²

6. расчет удерживающей силы каждого отсека

s_i=p_i*tgφ+c*b_i*g_i, кН/м

7. коэффициент устойчивости склона

К_с= ΣS_i/Σt_i

45.Определение коэффициента опрокидывания.

46.Влияние бокового давления грунта на прочность и устойчивость фундамента.

47.Определение угла откосов.
Угол естественного откоса — это наибольший угол, который может быть образован откосом свободно насыпанного грунта в состоянии равновесия с горизонтальной плоскостью.

Угол естественного откоса зависит от гранулометрического состава и формы частиц. С уменьшением размера зерен угол естественного откоса становится положе.
В воздушно-сухом состоянии угол естественного откоса песчаного грунта равен 30—40°, под водой — 24—33°. Для грунтов, не обладающих сцеплением (сыпучих), угол естественного откоса не превышает угла внутреннего трения

(9.25)

Для определения угла естественного откоса песчаного грунта в воздушно-сухом состоянии используют прибор УВТ (рис. 9.11, 9.12), под водой — ВИА (рис. 9.13).

Согласно рис. 9.12 при наклоне ящика песок осыпается и, разрыхляясь, образует откос с углом, который можно определить транспортиром или по формуле

(9.26)

Понятие об угле естественного откоса относится только к сухим сыпучим грунтам, а для связных глинистых оно теряет всякий смысл, так как у последних он зависит от влажности, высоты откоса и величины пригрузки на откос и может изменяться от 0 до 90°.

Рис. 9.11. Прибор УВТ-2: 1 — шкала; 2 — резервуар; 3 — мерительный столик; 4 — обойма; 5 — опора; 6 — образец песка

Рис. 9.12. Определение угла естественного откоса вращением емкости (а) и медленным снятием пластинки (б): А — ось вращения емкости

Рис. 9.13. Прибор ВИА: 1 — ящик ВИА; 2 — образец песка; 3 — емкость с водой; 4 — транспортир; 5 — ось вращения; 6— пьезометр; 7— штатив

При разработке и усадке разрыхленного грунта выемки и насыпи образуют естественные откосы различной крутизны. Наибольшую крутизну плоских откосов земляных сооружений, траншей и котлованов, устраиваемых без креплений, следует принимать согласно табл. 9.2. При обеспечении естественной крутизны откосов обеспечивается устойчивость земляных насыпей и выемок.

48.Пассивное давление.

пассивное давление возникает при перемещении подпорной стенки в сторону грунта засыпки. Тогда, согласно рис. 10.16, равнодействующая пассивного давления определяется:

для несвязного грунта (с = 0)

(10.24)

для связного грунта (с № 0)

(10.25)

Рис. 10.16. Схема к расчету пассивного давления грунта на вертикальную гладкую стенку

В расчетах устойчивости стен при глубинном сдвиге на нескальном основании на передней грани определяется пассивное давление. Во многих случаях передняя грань представляет вертикальную плоскость. Для ограждающей вертикальной поверхности (ε = 0) при горизонтальной отсыпке (ρ = 0) пассивное давление грунта определяется по формуле

(10.26)

где λphφ — коэффициент пассивного давления грунта

(10.27)

На рис. 10.17 показана эпюра интенсивности пассивного давления грунта и точка приложения пассивного давления при глубинном сдвиге на нескальных грунтах, поверхность скольжения в качестве примера наклонена под углом φ/2 к горизонту.

Рис. 10.17. Схема к расчету пассивного давления грунта

49.Расчеты оснований относящиеся к 1 предельному состоянию.

50.Расчеты оснований относящиеся ко 2 предельному состоянию.

Само название «предельное состояние» обозначает, что для любой конструкции при определенных условиях наступает такое состояние, при котором исчерпывается какой-то определенный предел. Условно, для удобства расчетов, таких пределов вывели два: первое предельное состояние – это когда исчерпывается предел прочности, устойчивости и выносливости конструкции; второе предельное состояние – когда деформации конструкции превышают предельно допустимые (ко второму предельному состоянию для железобетона также относят ограничение по возникновению и раскрытию трещин).

1 предельное состояние – обеспечение условий невозможности потери несущей способности, устойчивости и формы.

2 предельное состояние – обеспечение пригодности к нормальной эксплуатации зданий и сооружений при недопущении деформаций сверх нормативных (потери устойчивости не происходит).

По 1 ПС расчет ведется всегда, по 2 (по тещиностойкости) – только для гибких фундаментов (ленточных, притных).

По 1 ПС расчеты ведутся, если:

1) на основание передается значительная горизонтальная нагрузка.

2) фундамент расположен на откосе или вблизи, или основание сложено крупнопадающими пластинами грунта.

3) основание сложено медленноуплотняющимися водонасыщенными пылевато-глинистыми грунтами с показателем водонасыщения S_r≥ 0.8 и к-нтом консолидации с_y≤10⁷cм²/год – прочность скелета грунта при нейтральном давлении.

4) основание сложено скальным грунтом.

Расчетное условие для 1 ПС: