Задача. Расчет устойчивости подпорной стенки

НА СКАЛЬНОМ ОСНОВАНИИ

 

Устойчивость подпорной стенки проверяется на сдвиг по подошве (плоский сдвиг) и опрокидывание относительно наружной грани от давления грунта. На рисунке приведена схема и исходные данные к расчету.

Дано: Н = 3 м; b = 1 м. Грунт засыпки – песок. Угол внутреннего трения песка j принимается по результатам лабораторной работы. Значением удельного сцепления С для песчаного грунта можно пренебречь, что идет в запас прочности.

Удельный вес грунта засыпки принимается по результатам лабораторной работы.

 

Последовательность расчета.

1. Подсчитать собственный вес 1 п.м. подпорной стенки G, приняв удельный вес материала g_м = 23 кН/м³.

2. Определить величину удерживающего момента при ее опрокидывании относительно точки А:

М_уд = G , кНм (3.9)

 

3. Найти опрокидывающий момент от воздействия активного давления грунта засыпки:

М _опр = E_a , кНм (3.10)

где Е_а – активное давление грунта засыпки, определяемое как равнодействующая эпюры горизонтального давления s₂

Е_а = s_2max , кН (3.11)

где l – длина участка подпорной стенки, равная 1 м;

s_2max = g Н tg² (45- ), кН/м² (3.12)

где g – удельный вес грунта засыпки, кН/м³.

4. Подпорная стенка считается устойчивой на опрокидывание, если выполняется условие:

h = (3.13)

где h – коэффициент устойчивости.

5. Подпорная стенка считается устойчивой против плоского сдвига, если выполняется условие:

F_Sa < (3.14)

где F_sa – сдвигающая сила, равная 1,2 Е_а; g_с – коэффициент условий работы основания, равный 1 для скального грунта; g_n – коэффициент надежности по назначению сооружения (принять 1.1); F_Sr – удерживающая сила, принимаемая равной силе трения подошвы по основанию

F_Sr = G f (3.15)

 

где f - коэффициент трения подошвы по скальному грунту (принять f =0,65).

6. Сделать заключение по результатам расчета.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

ВОДОПРОНИЦАЕМОСТЬ ГРУНТОВ

 

Цель работы: оценка водопроницаемости песчаного грунта и использование коэффициента фильтрации при прогнозе скорости стабилизации осадки основания.

Задачи работы: 1) Ознакомление с методикой определения коэффициента фильтрации на приборе КФ–00М; 2) решение задачи с применением коэффициента фильтрации.

При ламинарном характере течения воды через грунт справедлив закон Дарси

V = K I, (4.1)

 

где V – скорость фильтрации, равна расходу воды, отнесенному к поперечному сечению фильтрующего грунта, за единицу времени; I – градиент напора, равный отношению напора к длине пути фильтрации.

Коэффициентом фильтрации К называют скорость фильтрации воды при градиенте напора, равном единице, и линейном законе фильтрации.

Коэффициент фильтрации песчаных грунтов определяют при постоянном заданном градиенте напора с пропуском воды сверху вниз или снизу вверх, при предварительном насыщении образца грунта водой снизу вверх. Для насыщения образцов грунта и фильтрации применяют грунтовую воду с места отбора образца или воду питьевого качества. Количество частных определений коэффициента фильтрации должно составлять не менее 6.

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ В ПРИБОРЕ КФ–00М ПО ГОСТ 25584-90

 

ПРИБОР И ОБОРУДОВАНИЕ

 

В состав прибора КФ–00М, конструкция которого приведена на рисунке 4.1, входят: фильтрационная трубка 1, состоящая из прямого полого цилиндра внутреннем диаметром 56,5 мм (площадь поперечного сечения трубки 25см²) и высотой 100 мм с заостренными краями, перфорированного дна 3 с отверстиями размером 2х2мм, надеваемого на нижнюю часть цилиндра 1, и муфты 2 с латунной сеткой 4, устанавливаемой на верхней части цилиндра; мерный стеклянный баллон (мариоттов сосуд) 9 объемом 140 см³ и высотой 110мм со шкалой объема фильтрующейся жидкости; телескопическое приспособление для насыщения грунта водой и регулирования градиента напора, состоящее из подставки 5, подъемного винта 8, планки 10 со шкалой градиентов напора от 0 до1 ценой деления 0,02;

корпус 6 с крышкой 7

 

 

 

Рис. 4.1. Прибор КФ – 00М

1 – цилиндр; 2 – муфта; 3 – перфорированное дно; 4 – латунная сетка; 5 – подставка; 6 – корпус; 7 – крышка; 8 – подъемный винт; 9 – стеклянный баллон со шкалой объема фильтрующейся жидкости; 10 – планка со шкалой градиентов напора; 11 – испытуемый образец грунта.

 

 

Кроме того, в комплект оборудования должны входить:

1.Весы лабораторные. 2. Термометр. 3. Секундомер. 4. Нож с прямым лезвием. 5. Лопатка. 6. Пестик с резиновым наконечником. 7. Колба с питьевой водой. 8. Пластины плоские с гладкой поверхностью (из стекла или металла)

 

ПОРЯДОК РАБОТЫ

 

2.1. Подготовка к испытанию

2.1.1.Из корпуса прибора извлекают фильтрационную трубку и разбирают ее.

2.1.2.Заполняют цилиндр испытываемым грунтом. Заполнение цилиндра грунтом в предельно рыхлом и предельно плотном состоянии выполняют в следующем порядке: цилиндр с дном и латунной сеткой взвешивают; для получения образца в предельно рыхлом состоянии цилиндр заполняют грунтом, насыпая его с высоты 5-10 см без уплотнения; в предельно плотном состоянии насыпают слоями толщиной 1-2 см с уплотнением каждого слоя трамбованием.

Заполнение цилиндра грунтом нарушенного сложения заданной преподавателем плотности так же производят слоями толщиной 1-2 см, при этом необходимую массу грунта вычисляют по формуле:

m = Vr (4.1)

где V – объем цилиндра (250 см³); r – заданная плотность, г/см³.

Если грунт массой m не укладывается в цилиндр, то его уплотняют трамбованием. Коэффициент пористости грунта вычисляют по формуле:

е =

Влажность грунта W определяют по методике, изложенной в работе №1.

 

2.1.3.Зачищают поверхность образца вровень с краями цилиндра и взвешивают цилиндр с грунтом.

2.1.4.Определяют плотность грунта (r = m/V).

При опытах с тонкозернистыми песками на дно трубки необходимо засыпать буферный слой песка из фракции 0,5-0,25 мм высотой в 2-3 мм. Если требуется определить коэффициент фильтрации грунта с ненарушенной структурой, то цилиндр следует задавить непосредственно в грунт.

 

2.2. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

 

2.2.1После заполнения цилиндра грунтом в корпус (6) налить воды и вращением винта (8) поднять подставку (5) до совмещения отметки на планке (10) отметки напорного градиента I = 1 с верхним краем крышки (7).

2.2.2На подставку (5) установить фильтрационную трубку с испытываемым грунтом. Вращением винта (8) медленно погрузить фильтрационную трубку с грунтом в воду до отметки напорного градиента I = 0,8. В таком положении оставить прибор до момента появления влаги в верхнем торце цилиндра, о чем судят по изменившемуся цвету грунта

2.2.3.Поместить на грунт латунную сетку (4), одеть на трубку муфту (2) и вращением винта (8) опустить фильтрационную трубку в крайнее нижнее положение.

2.2.4.Заполнить мерный баллон (9) водой, предварительно измерив ее температуру, зажать отверстие большим пальцем и, быстро опрокинув, вставить в муфту (2) так, чтобы горлышко баллона соприкасалось с латунной сеткой.

Мерный баллон – мариоттов сосуд – приспособление, создающее постоянный напор воды. Когда сосуд перевернут отверстием вниз, вода из него будет вытекать только в том случае, если под вогнутую часть проникает наружный воздух. Если вода из-под вогнутой части расходуется на фильтрацию, то ее расход компенсируется из сосуда, при этом уровень воды во время испытания практически совпадает с поверхностью грунта. Этим обеспечивается постоянство напора при проведении испытания. Шкала на поверхности сосуда позволяет измерять расход воды. Мерный баллон автоматически поддерживает над грунтом постоянный уровень воды в 1-2 мм.

При нормальном ходе опыта в мерный баллон поднимаются мелкие пузырьки воздуха. Если в мерный баллон прорываются крупные пузырьки воздуха, то баллон следует опустить ниже на 1-2 мм и добиться того, чтобы в него равномерно поднимались мелкие пузырьки воздуха.

После этого установить планку (10) на градиент I = 0,6 и долить воду в корпус (6) до верхнего края.

2.2.5.Отметить время, когда уровень воды достигнет деления шкалы мерного баллона, отмеченного цифрой 10 (или 20) см³; принимая это время за начало фильтрации воды. В дальнейшем фиксируют время, когда уровень воды достигнет соответственно делений: 20, 30, 40, 50 (или 20, 40, 60, 80) см³ или других кратных значений.

Производят четыре отсчета.

2.2.6.Опустив цилиндр с грунтом в крайнее положение, снять мерный баллон (9), заполнить его водой и вновь вставить в муфту (2).

2.2.7.Установить планку (10) на напорный градиент I = 0,8 и долить воду в корпус 6 до верхнего края. Далее поступить согласно п.2.2.5. Так произвести определения для любого напорного градиента (всего 6 раз). Для I = 1 телескопическим приспособлением можно не пользоваться, установив фильтрационную трубку на любую равную поверхность.

2.2.8.По окончании работы прибор КФ-00М разобрать, все детали промыть чистой водой и вытереть насухо.

 

2.3.ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

 

2.3.1. Коэффициент фильтрации К₁₀ м/сут, приведенный к условиям фильтрации при температуре 10⁰С, вычисляют по формуле:

К₁₀= (4.2)

где V_W – объем профильтровавшейся воды при одном замере, см³;

t_m – средняя продолжительность фильтрации (по замерам при одинаковых расходах воды),с; А – площадь поперечного сечения цилиндра фильтрационной трубки, см²; I – градиент напора; Т = (0,7 + 0,03 Т_ф) – поправка для приведения значения коэффициента фильтрации к условиям фильтрации воды при температуре 10⁰С, где Т_ф – фактическая температура воды при испытании, ⁰С; 864 – переводной коэффициент (из см/с в м/сут)

2.3.2. Полученные в ходе испытаний данные занести в журнал, форма которого приводится ниже:

 

Результаты определения коэффициента фильтрации песчаного грунта на приборе КФ – 00М

Дата испытания	№ испытания	Тип грунта	Сложение грунта	Влажность грунта в д.ед.	Масса, г
Цилиндра	Цилиндра с грунтом	Грунта

 

Продолжение

Плотность,г/см^3	Коэффициент пористости е	Градиент напора I	Объем профильтровавшейся воды VW, см^3	Время фильтрации, с
Грунта r	Сухого грунта rd	Отдельные замеры	среднее

Продолжение

Температура воды Тф, ^0С	Коэффициент фильтрации К10, м/сут	Примечание

 

В таблицу записываются значения коэффициента фильтрации при
I = 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 0,9; 1,00.

Каждая бригада проводит испытания на фильтрацию грунта лишь одной заданной плотности сложения.

Плотность задается преподавателем.

 

2.3.3. После завершения экспериментов результаты всех бригад обобщаются в единой таблице

Сводная таблица коэффициентов фильтрации грунтов разной плотности сложения:

Плотность сложения песка rd,г/см^3 и наименование по плотности сложения	е	Коэффициент фильтрации К10,м/сут

Коэффициент фильтрации используется при расчетах скорости уплотнения грунтов под нагрузкой, определения притока воды к котлованам, дренажным и водозаборным устройствам, при расчетах фильтрационных потерь через земляные ограждающие сооружения, например, плотины и фильтрационные завесы.