Устойчивость сыпучих грунтов. Устойчивость связных грунтов.

Закон Кулона для сыпучих грунтов.

Сыпучие грунты – пески, крупнообломочные грунты, галечники. Определение сопротивления грунта сдвигу производят на сдвиговом односрезном приборе. После нагружения образца грунта некоторой сжимающей (вертикальной) нагрузкой прикладывают сдвигающую (горизонтальную) нагрузку, увеличивая ее до тех пор, пока не возникнет без дальнейшего увеличения сдвигающей нагрузки незатухающее, прогрессивно возрастающие деформации сдвига и произойдет срез (скольжение) одной части образца грунта по другой. При увеличении внешнего давления (в пределах от 0,1 до 0,3 МПа) сыпучие грунты незначительно изменяют свою плотность, и практически этими изменениями при испытании сыпучих грунтов на предельное сопротивление сдвигу можно пренебречь.

 

τ

 

3

 

 

δ φ

 

Как показывают результаты многочисленных испытаний, диаграммы продольных сопротивлений сдвигу для сыпучих грунтов может быть принята за прямую, наклоненную под углом φ к оси давлений.

tgφ – Закон Кулона для сыпучих грунтов. Так сопротивление сыпучих грцнтов сдвигу есть сопротивление их трению, угол φ носит название угла внутреннего трения, а величина tgφ=f – коэффициент внутреннего трения.

Предельное сопротивление сыпучих грунтов сдвигу есть сопротивление трению, прямо пропорциональное нормальному давлению.

При загружении водонасыщенных грунтов вода отжимается очень быстро и нагрузка сразу передается на минеральные частицы грунта. В рыхлых грунтах часть давления передается на воду: ; . Тогда закон Кулона для рыхлых песчаных грунтов: .

Если вся нагрузка передается на воду, то грунт превращается в разжиженное состояниме: .

 

 

В связных грунтах, кроме сил трения, (зависит от нормального давления), сдвигу противостоят силы, которые обусловлены сопротивлением внутренних связей.

В отличие от песчаных грунтов глинистый грунт меняет свою плотность при возрастании нагрузки, а это значит и свою структуру. В связи с этим глинистый грунт перед проведением испытания консолидируют в два этапа по методике компрессионных испытаний.

 

е Если загрузить образец грунта до нагрузки Р2,

а затем разгрузить до Р1=Рстр, то в указанном

диапазоне плотность грунта практически не изменится.

 

Существует три метода проведения испытаний глинистых глинистых грунтов сопротивления сдвигу:

1. консолидированного дренированного сдвига. Этот

случай соответствует работе грунта в основании

Р1=Рстр Р2 Р сооружения после его стабилизации. На каждой ступени при вертикальном и горизонтальном загружении происходит загружение грунта до полной консолидации. В отличие от песчаного грунта глинистый грунт меняет свою пористость, плотность, а, следовательно, строение. Φ

, где с – сцепление, φ – угол внутреннего

с τ трения, tgφ – коэффициент внутреннего трения.

Предельное сопротивление сдвигу в связных грунтах

σск при завершенной консолидации есть функция 1-ой

степени от нормального давления.

 

2. Консолидированного не дренированного сдвига.

В этом случае вертикальная нагрузка выдерживается до полной стабилизации, а горизонтальная прикладывается

очень быстро, что исключает отжатие воды при сдвиге.

.

3. Метод неконсолидированного недренированного сдвига.

Испытания производят с водонасыщенным образцом грунтом без возможности отжатия воды. При таком загружении вертикальная нагрузка воспринимается поровой водой, уплотнение грунта отсутствует, поэтому сдвиговая нагрузка полностью воспринимается силами сцепления, т.е. структурными связями между частицами грунта: .

График «предельное сопротивление - нормальное

τ напряжение» представляет прямую параллельную оси .

Этот сдвиг имеет место в период строительства или сразу

После его завершения и представляет наибольшую опасность.

С

17. Определение давления на ограждающие конструкции. Аналитический метод определения давлений на подпорную стенку.

Когда устойчивость откоса требуемой крутизны не обеспечивается, то для его поддержания приходиться устраивать подпорные стенки. Примеры подпорных стенок: подпорная стенка как упор откоса грунта, равновесие которого невозможно без ограждения; подпорная стенка как набережная; подпорная стенка как ограждение подвального помещения здания.

Подпорные стенки по конструктивному исполнению бывают массивные и тонкостенные. Устойчивость массивных стенок на сдвиг и опрокидывание обеспечивается прежде всего их собственным весом, устойчивость тонкостенных – собственным весом стенки и грунта, вовлеченного в совместную работу, либо защемлением нижней части стенки в основание.

Давление грунта стремится опрокинуть стенку, причем подпорная стенка повернется(если основание податливое). При некоторой величине поворота стенки грунт за стенкой приходит в предельное напряжен состояние, и в области грунта за подпорной стенкой возникают два сопряженных семейства криволинейных поверхностей скольжения. Перемещение грунта в ПНС произойдет по некоторой поверхности, которая наз- ся поверхностью скольжения.

Если при этом подпорная стенка поворачивается по направлению от грунта, то будет иметь месть активное давление грунта на стенку. Если же стенка повернется по направлению к грунту, то грунт засыпки будет выпирать вверх. Стенка будет преодолевать вес грунта призмы выпирания, что потребует значительно большего усилия, чем при активном давлении. Это пассивное давление.

Для установления максимального давления грунта на подпорную стенку необходимо точно определить очертания линий скольжения в грунте за подпорной стенкой.

Для определения давления грунта на подпор. стенки принимают допущения: 1) поверхность скольжения плоская; 2) призма обрушения соответствует максимальному давлению грунта на подпорную стенку. Эти допущения применимы только для определения актив. давления.

Аналитический метод.

Сыпучие грунты (с=0, φ ≠0). Рассмотрим условие предельного равновесия элементарной призмы, вырезанной из призмы обрушения вблизи задней грани абсолютно гладкой подпорной стенки при горизонтальной засыпке. На горизонт. и вертик. площадки этой призмы при трении о стенку, равном нулю, будут действовать главные напряжения σ1 и σ2.

σ ₂= σ₁*tg²(45-φ/2)

Равнодействующая активного давления грунта на подпорную стенку равна площади эпюры давления

Е_а= tg²(45-φ/2).

Она горизонтальна и приложена на одной трети высоты от низа подпорной стенки.

Учет равномерно распределенной нагрузки, приложенной к поверхности грунта.

Заменим равномерно распределенную нагрузку q действием слоя грунта h=q/γ.

Е_а= (H ² +2Hh)*tg2(45-φ/2).

Учет наклона задней грани стенки.

Задняя грань стенки часто бывает наклонена, причем угол наклона бэтта может быть положителен или отрицателен.

При положительном значении угла бэтта

Е_а= (tg²(45- )+tg β)² +cos β

При отрицательном

Е_а= (tg²(45- )-tg β)² +cos β.

Связные грунты (φ ; с ). Определим давление связного грунта на вертикальную абсолютно гладкую подпорную стенку при горизонтальной засыпке. Действие сил сцепления заменяем всесторонним равномерным давлением связности

Р_е =с/tg φ

В этом случае горизонтальное напряжение

σ ₂₌γ*(H+h)*tg²(45-φ/2)- Р_е или

σ ₂₌γ*(H+ )*tg²(45-φ/2)- с/tg φ или

σ ₂₌γ*H*tg² (45-φ/2)-2*c*tg(45-φ/2) или

σ 2= σ 2φ- σ 2с.

сцепление грунта уменьшает боковое давление грунта на стенки. На некоторой глубине h_c суммарное давление будет равно 0.

Е_а=

Активное давление

Е_а= tg²(45-φ/2)-2*с*H*tg(45-φ/2)+

Пассивное давление

Е_а tg²(45+φ/2)+2*с*H*tg(45+φ/2)

 

18. Деформации оснований. Исходные положения. Методы определения осадки грунтового основания.

Осадки — деформации уплотнения грунта под нагрузкой;

абсолютная осадка;

неравномерная осадка (относительная);

Для строителей основным вопросом является вопрос осадки строящегося (реконструируемого) здания. Осадки приводят к:

систематическому ремонту фасадов,

гидроизоляции и т.д.

проблемам функционирования входных групп

понижением УЧП 1 этажа

разрушение ввода, вывода коммуникаций

большая абсолютная осадка приводит большим неравномерным осадкам

Абсолютная осадка S в зависимости от вида грунта лежит в пределах от 8см‹[S]‹40см

Уплотнение грунта идет за счет переупаковки частиц, отжатия воздуха и воды, связано с изменением коэффициента пористости. Для различных грунтов нагрузки могут приводить к затухающим1 и незатухающим2 деформациям.

t

 

S 2

 

Осадки сооружений зависят от нагружения основания и ширины нагружаемой площади.

S P=const

 

 

√A

 

В общем случае осадка зависит от 4 компонентов:

S=S1+S2+S3+S4

S1-связана с упругим поднятием дна котлована

S2-основная часть осадки связана с уплотнением грунта под нагрузкой

S3-осадка, связанная со сдвигами

S4-технологическая осадка, вызванная воздействием тяжелых машин, механизмов, обводнением котлована и т.д.

 

Методы определения осадки грунтового основания.

Для вычисления расчётных осадок фундаментов зданий и сооружений выбирают расчётную схему основания исходя из характера напластования грунтов, конструктивных особенностей сооружения и размеров фундамента. Существует более двухсот методов (теорий) расчёта деформаций оснований, все они имеют свои достоинства и недостатки, вот некоторые из них:

метод линейно деформируемого полупространства с условным ограничением глубины сжимаемой толщи H_с;

метод линейно деформируемого слоя конечной толщины (Егорова К.Е.), применяется в следующих случаях:

ширина (диаметр) фундамента b ≥ 10 м и модуль деформации грунтов основания Е₁ ≥ 10 МПа.

Метод линейно деформируемого слоя

метод послойного суммирования — точность прогноза осадок понижается с увеличением площади фундаментов и глубины отрываемого котлована