Министерство образования Республики Беларусь БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра «Строительство и эксплуатация дорог» Ю.Г. Бабаскин Л.В. Козловская ОЦЕНКА СОСТАВА И СОСТОЯНИЯ ГРУНТОВ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ Методическое пособие к курсовой работе по дисциплинам «Дорожное грунтоведение и механика земляного полотна», «Инженерная геология и механика грунтов» для студентов специальностей 1-70 03 01 «Автомобильные дороги», 1-70 03 02 «Мосты, транспортные тоннели и метрополитены» Минск БНТУ 2011 УДК 624.131.2 + 625.72(075.8) ББК 38.623я7 Б 12 Р е ц е н з е н т ы: кафедра «Транспорт леса» Белорусского государственного технологического университета, д-р техн. наук, проф. Н.П. Вырко, канд. техн. наук, доц. М.Т. Насковец, зав. каф. «Транспорт леса», канд. техн. наук, доц. Л.Р. Мытько, зав. каф. «Проектирование дорог» Белорусского национального технического университета Б 12 Бабаскин, Ю.Г. Оценка состава и состояния грунтов при строительстве инженерных сооружений: методическое пособие к курсовой работе по дисциплинам «Дорожное грунтоведение и механика земляного полотна», «Инженерная геология и механика грунтов» для студентов специальностей 1-70 03 01 «Автомобильные дороги», 1-70 03 02 «Мосты, транспортные тоннели и метрополитены» / Ю.Г. Бабаскин, Л.В. Козловская. – Минск: БНТУ, 2011. – 170 с. ISBN 978-985-525-205-5. Цель данного издания – оказание методической помощи студентам 2-го курса специальностей 1-70 03 01 «Автомобильные дороги» и 1-70 03 02 «Мосты, транспортные тоннели и метрополитены» при изучении дисциплин «Дорожное грунтоведение и механика земляного полотна» и «Инженерная геология и механика грунтов», в частности при выполнении курсовой работы. Содержит задачи, решаемые по разделам «Грунтоведение» и «Механика грун- тов». Всего по 7 разделам представлено 19 задач, которые студенты решают в соответствии с выбранным вариантом. Каждый раздел содержит введение, в котором рассмотрены теоретические вопросы, исходные данные и порядок расчета примерного варианта. Завершается раздел заключением, которое делает студент на основании выполненных расчетов. Материал изложен системно и обеспечивает последовательное изучение вопросов грунтоведения и механики грунтов. УДК 624.131.2 + 625.72(075.8) ББК 38.623я7 ISBN 978-985-525-205-5 Бабаскин Ю.Г., Козловская Л.В., 2011 БНТУ, 2011 3 ВВЕДЕНИЕ Дисциплины «Дорожное грунтоведение и механика земляного полотна» и «Инженерная геология и механика грунтов» являются основополагающими при подготовке будущих специалистов по специальностям 1-70 03 01 «Автомобильные дороги» и 1-70 03 02 «Мосты, транспортные тоннели и метрополитены». Недооценка роли и условий работы грунтов в основании или составе инженерных сооружений приводит к возникновению различных дефектов и разрушению конструкций. Названные дисциплины включают в себя два фундаментальных раздела: инженерная геология и механика грунтов. В Московском автодорожном институте «МАДИ (ГТУ)» читаются два курса: «Инженерная геология» и «Грунтоведение и механика грунтов». В БНТУ на факультете транспортных коммуникаций эти разделы объединены в один курс и читаются единой дисциплиной в течение двух семестров на втором курсе. Типовые учебные программы по данным дисциплинам предусматривают чтение лекций, выполнение курсовой работы, лабораторные занятия и учебную геологическую практику. Инженерная геология – это наука, изучающая свойства горных пород (грунтов), природные геологические (инженерно-геологические) процессы в верхних горизонтах земной коры в строительной практике. Инженерная геология как наука включает в себя следующие разделы: региональная инженерная геология, инженерная геодинамика, грунтоведение. Грунтоведение – наука, изучающая свойства и структурно-текстурные особенности грунтов и сложенных ими грунтовых массивов и методы их изменения. Инженерная геология изучает грунты в более широком объеме с учетом вопросов, изложенных в общем и региональном грунтоведении, а также в технической мелиорации. Дорожное грунтоведение изучает состав, строение и свойства грунтов с точки зрения использования их в дорожном строительстве, а также в качестве основания при сооружении мостов и труб на автомобильных дорогах. Грунт – это любая горная порода или почва, слагающая верхний слой земной коры, изучаемая как многокомпонентная система, изменяющаяся во времени и применяемая при возведении инженерных сооружений в качестве основания, среды или исходного продукта для получения дорожно-строительных материалов. Механика грунтов – наука о закономерностях деформирования грунтов в основании и составе сооружений под воздействием приложенных к ним сил, условиях прочности и устойчивости, течении подземных вод в поровом пространстве грунтового массива. Эта наука основывается на Законах Гука, Кулона, Ньютона, Стокса, Дарси, теории прочности Мора, условиях Ранкина, формулах Маслова, Покровского, Горелышева. В механике грунтов используются решения задач теории упругости, пластичности, ползучести и фильтрации. 4 Механика земляного полотна включает положения, основанные на классических законах механики грунтов, развитые и конкретизированные для дорожных инженерных конструкций. Этим разделам посвящены учебники, написанные в почти столетний период развития инженерной геологии и механики грунтов такими учеными, как Иванов Н.Н., Охотин В.В. (1934 г.), Филатов М.М. (1936 г.), Бабков В.Ф., Без-рук В.М. (1950, 1956, 1976, 1986 г.), Маслов Н.Н. (1061, 1968, 1982 г.), Леонович И.И., Вырко Н.П. (1975, 1977 г.), Казарновский В.Д. (2007 г.). Предлагаемое методическое пособие «Оценка состава и состояния грунтов при строительстве инженерных сооружений» разработано для студентов специ- альности 1-70 03 01 «Автомобильные дороги», которые выполняют курсовую работу по дисциплине «Дорожное грунтоведение и механика земляного полотна», и специальности 1-70 03 02 «Мосты, транспортные тоннели и метрополитены» – по дисциплине «Инженерная геология и механика грунтов». Цель работы – научиться отражать естественное залегание грунтов через геологические разрезы и колонки, определять вид грунта по его физико-меха- ническим характеристикам, выполнять расчеты для нахождения осадок сооружений за счет уплотнения глинистых грунтов, оценивать сопротивляемость грунтов сдвиговым деформациям, а также устойчивость и прочность инженерной конструкции в зависимости от состояния грунтового массива. Достижение поставленной цели возможно за счет реализации следующих задач: – определения наименования грунта и построение инженерно-геологичес- кого разреза на основе данных инженерно-геологических изысканий; – определения нормальных напряжений в грунтовой толще в плоскости критических сечений прилагаемой нагрузки; – определения осадки сооружения в результате уплотнения глинистых грун- тов, залегающих в основании, во времени; – определения показателей грунта, характеризующих сдвиговую сопротивляемость скрытопластичных глинистых грунтов; – выполнения расчета по оценке устойчивости откоса насыпи, сложенного из однородного грунта; – выполнения расчета по оценке устойчивости откоса выемки, сложенного из слоев разнородных грунтов; – выполнения расчета по оценке устойчивости подпорной стенки. Особенностью изучаемой дисциплины является ее принадлежность к строи- тельству одного из самых замечательных сооружений человека – дороги. Про дорогу говорит мать, когда отправляет своего сына в дальнее плавание по просторам жизни. Про дорогу говорят люди, когда оценивают поступки конкретного человека – он идет правильной дорогой. Про дорогу говорят, когда выбирают свою специальность – я пойду этой дорогой. Любой человек, находясь в автомобиле или поезде, не задумывается над тем, что в данный 5 момент его отличное настроение связано с замечательной дорогой, по которой двигается его вид транспорта. Дорогие студенты, Вы посвятили себя замечательной профессии – профессии созидателя, т.е. строителя, и не просто строителя, а строителя автомобильных дорог. Ваш труд в будущем сделает наши дороги еще более красивыми и удобными, а нашу страну – процветающей. Сегодня Республика Беларусь имеет развитую сеть автомобильных дорог. По состоянию на 1 января 2010 года протяженность дорог общего пользования составляет 85 668 км, из них 15 476 км – республиканские и 70 192 км – местные. С твердым покрытием протяженность дорог составляет 74 266 км, из них с цементобетонным – 1 290 км, с асфальтобетонным – 44 890 км, черногравийные и чернощебеночные – 1 229 км, мостовые – 232 км, гравийные и щебеночные – 26 402 км. Грунтовых дорог в Республике 11 402 км. На дорогах высоких категорий 232 транспортные развязки в разных уровнях. Искусственные сооружения представлены мостами в количестве 5 276 шт. общей протяженностью 177 153 пог. м, из них длиной до 25 м – 3 057 шт., до 100 м – 2 001 шт., свыше 100 м – 218 шт. Общее количество путепроводов на пересечениях с автомобильными дорогами – 341 шт., с железными дорогами – 141 шт. В 2009 году объем работ на дорогах общего пользования составил в денежном эквиваленте 1300 млрд руб. Всего отремонтировано по капитальному ремонту 163 км дорог и 1 026 пог. м мостов, в том числе на республиканских дорогах – 65 км и 387 пог. м, на местных – 98 км и 639 пог. м. По текущему ремонту отремонтировано 2 883 км дорог и 2 002 пог. м мостов, в том числе на республиканских дорогах – 1 356 км и 1 289 пог. м мостов, на местных – 1 527 км и 713 пог. м мостов. Перед дорожной отраслью поставлены следующие задачи на 2010 год. Ввести в эксплуатацию 40,2 км республиканских автомобильных дорог, среди которых участки Минск–Витебск (5,0 км), Минск–Гомель (18,7 км), Витебск–Лиозно (6,6 км) и др. Продолжить строительство подъездных автомобильных дорог, связанных со строительством АЭС. Обеспечить в 2010–2011 годах строительство автодорожного обхода с инженерной инфраструктурой вокруг территории Национального парка «Беловежская пуща» с максимальным использованием существующей автодорожной сети и при необходимости со строительством ее новых участков (всего около 180 км). В 2010 году предстоит разработать технико-экономический расчет и рассмотреть возможные варианты создания второго кольца вокруг Минска, в первую очередь на участке от автомобильной дороги Слобода–Паперня до автомобильной дороги Минск–Гродно. Выполнить капитальный ремонт 119 км дорог и 826,6 пог. метров мостов. Выполнить текущий ремонт 1 327,7 км дорог и 1 718,9 пог. метров мостов. 6 СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ И ПОРЯДОК ЕЕ ОФОРМЛЕНИЯ Курсовая работа предусматривает выполнение студентом семи заданий, составленных по учебной программе курса и изложенных в соответствующих разделах. Структура курсовой работы включает следующую последовательность листов и разделов. Титульный лист (оформлен в соответствии с образцом (прил. 7). Задание к курсовой работе (заполнено по всем позициям и подписано студентом и руководителем курсовой работы (прил. 8). Содержание (образец оформления принять по методическому пособию). Введение (включает все необходимые разделы, приведенные ниже). Раздел 1. Определение наименования грунта и построение инженерно- геологического разреза. Раздел 2. Определение вертикальных составляющих напряжений. Раздел 3. Уплотнение глинистых грунтов во времени и определение осадки сооружения. Раздел 4. Определение сопротивляемости сдвигу скрытопластичных глинистых грунтов. Раздел 5. Расчет устойчивости откоса, сложенного из однородного грунта. Раздел 6. Расчет устойчивости откоса выемки, сложенного из слоев разнородных грунтов. Раздел 7. Оценка устойчивости подпорной стенки. Заключение (включает формулировку выводов по каждому разделу). Список использованных источников (образец оформления принять по методическому пособию). Курсовая работа выполняется в виде расчетно-пояснительной записки. Текстовая часть записки выполняется в рукописном виде (разборчиво, ручкой черного или синего цвета) на стандартных листах бумаги формата А4 (297 210). Каждый лист (включая титульный), кроме задания к курсовой работе, имеет рамку со следующими полями: вверху – 20 мм, слева – 30 мм, внизу – 15 мм, справа – 10 мм. Задача каждого раздела начинается с нового листа. Заглавие структурных разделов выделяется прописными буквами, затем следует интервал в одну строку, далее – текст. Если в разделе имеются подразделы, то они выделяются таким же образом и нумеруются в пределах раздела (например: 1.1., 1.2. и т.д.). Сокращение слов в курсовой работе не допускается. При изложении материала необходимо придерживаться методики, представленной в данном пособии. Каждое расчетное действие должно содержать объяснение необходимости выполнения данного действия, буквенную формулу с расшифровкой составляющих символов, подстановку числовых значений и результат расчета. Расчетные схемы в курсовой работе выполняются с помощью карандаша на листах миллиметровой бумаги формата А4, обозначаются в пределах раздела 7 и подписываются внизу ручкой (например: Рисунок 1.1. Суммарная кривая гранулометрического состава грунта). Рисунки и таблицы подписываются точно так же, как это сделано в методическом пособии. Нумерацию рисунков и таблиц выполняют в пределах раздела. Все листы, начиная с титульного, имеют сквозную нумерацию, которая проставляется вверху за пределами рамки, посередине. На титульном листе номер один не ставится. Расчетно-пояснительная записка может иметь художественную обложку, которая в нумерацию страниц не включается. Введение. Во введении отражаются следующие вопросы: – по какой дисциплине выполняется работа; – цель работы (например, освоить навыки определения вида грунта в соответствии с нормативными документами, научиться выполнять расчет осадки сооружения, определять напряжения в грунтовой толще, сопротивляемость сдвиговым деформациям, оценивать устойчивость откосов и подпорных стенок. Цель работы может соответствовать формулировке, изложенной во введении методического пособия); – задачи работы (можно привести перечень наименований разделов. Задачи могут быть сформулированы аналогично тому, как это сделано во введении); – какие конкретные задачи решаются в каждом разделе и на основании каких исходных данных; – где и когда студент сможет применить знания, полученные по дисциплине в целом и по курсовой работе в частности. Раздел 1. Определение наименования грунта и построение инженерно- геологического разреза. В этом разделе описывают характеристику антропогенового покрова Республики Беларусь, строят инженерно-геологический разрез местности, составляют стратиграфическую колонку. По результатам лабораторных исследований строят суммарную кривую гранулометрического состава грунта, определяют его вид и рассчитывают физико-механические параметры. Раздел 2. Определение вертикальных составляющих напряжений. Во втором разделе решаются задачи, относящиеся к плоской и пространственной задачам. В связи с этим выполняют расчет по определению вертикальных напряжений в грунтовой толще под ленточным фундаментом, под насыпью земляного полотна, под мостовой опорой, имеющей круглую и прямоугольную форму. Раздел 3. Уплотнение глинистых грунтов во времени и определение осадки сооружения. В этом разделе на основе теории фильтрационной консолидации решается широкий круг задач, включающий определение времени уплотнения глинистых грунтов, определение влажности на любом временном отрезке консолидации, определение осадки сооружения с учетом особенности естественного залегания многослойной грунтовой толщи. 8 Раздел 4. Определение сопротивляемости сдвигу скрытопластичных глинистых грунтов. В четвертом разделе рассмотрены вопросы, относящиеся к теории «плотности-влажности». На основании лабораторных данных строят графики зависимости сопротивляемости грунтов сдвигу от влажности и нормального напря-жения. На основании этих графиков определяют изменение угла внутреннего трения и сцепления от влажности. Раздел 5. Расчет устойчивости откоса, сложенного из однородного грунта. При однородном грунте земляного полотна расчет устойчивости откоса выполняют по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения (КЦПС), который может иметь особенности, включающие наличие гидростатического или фильтрационного давления. В связи с этим решают следующие задачи: – без дополнительных силовых воздействий; – с учетом гидростатического давления; – с учетом фильтрационного давления. Раздел 6. Расчет устойчивости откоса выемки, сложенного из разнородных грунтов. Для земляного полотна, сложенного из разнородных грунтов, расчет устойчивости выполняют по методу Маслова–Берера, построенному на гипотезе плоских поверхностей скольжения. В данном разделе решаются такие задачи: – без дополнительных силовых воздействий; – с учетом фильтрационного давления. Раздел 7. Оценка устойчивости подпорной стенки. При оценке надежности сооружения необходимо учитывать возможность нарушения устойчивости в результате плоского или глубокого сдвига. Коэффициент запаса устойчивости определяют с учетом активных сдвигающих сил и пассивных, сопротивляющих сдвигу за счет сил трения и сцепления. В издании решаются следующие задачи оценки устойчивости подпорной стенки: – при песчаной засыпке; – песчаной засыпке и наличии дополнительной равномерно распределенной нагрузки; – при глинистой засыпке; – при песчаной засыпке и ее частичном затоплении. Выполненная курсовая работа в установленные сроки передается руководителю для проверки и рецензирования. При рецензировании работа оценивается по десятибалльной шкале. Если по работе выставляется оценка 3 балла и ниже, ее следует переделать и представить на повторное рецензирование. Если выставляется оценка от 4 до 8, работа должна быть исправлена в соответствии со сделанными руководителем замечаниями, после чего студент является на кафедру для защиты согласно расписанию. Если работа оценена в 9 и 10 баллов, то она принимается без дополнительной защиты. 9 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВИДА ГРУНТА ПО ЕГО ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ И ПОСТРОЕНИЕ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОГО РАЗРЕЗА Введение Антропогеновые отложения и рельеф земной поверхности играют важную роль в строительстве, так как являются объектами интенсивного техногенного воздействия в связи с добычей сырья для производства строительных материалов, артезианских вод и других полезных ископаемых, а также строительством промышленных сооружений, проведением сельскохозяйственных работ. По данным Л.А. Нечипоренко, антропогеновый чехол сформирован в результате надвигов пяти ледниковых покровов. В соответствии с этим антропогеновая толща Республики Беларусь включает следующие горизонты: 1) брестский предледниковый; 2) наревский ледниковый; 3) беловежский межледниковый; 4) березинский межледниковый; 5) александрийский межледниковый; 6) днепровский ледниковый; 7) шкловский межледниковый; 8) сожский ледниковый; 9) муравинский межледниковый; 10) позерский ледниковый; 11) голоценовый – это незакончившийся отрезок четвертичного периода, начало которого совпадает с окончанием последнего материкового оледенения Северной Европы (около 10 тыс. лет назад). Наибольшие толщи антропогенового покрова Республики Беларусь залегают в северо-западной и центральной частях, где они достигают 200–300 м и более. К северу мощности антропогенового чехла уменьшаются до 40–60 м, к востоку – до 50–80 м, а на юге и юго-востоке – в среднем до 30 м. Ледниковые отложения представляют собой смесь разнообразных по круп- ности и составу частиц. Их количественное и качественное соотношение связано с разрушительной деятельностью ледника (резанием, полированием, выпахиванием), с транспортированием обломков и их аккумуляцией (отложением) на определенных территориях, а также с вымыванием мелких обломков продуктов отложения талыми водами при отступлении ледников. Ледниковые отложения относятся к осадочным горным породам, для которых свойственна слоистость, характеризуемая следующими элементами: слой, пласт, толща, прослойка. Слоистость – сложение грунтов в виде расположенных один над другим слоев, различающихся составом и строением. 10 Слой – геологическое тело плоской формы, сложенное одновозрастными однородными или близкими по составу и строению грунтами. Пласт – геологическое тело, имеющее плоскую форму, поскольку его мощ- ность (толщина) во много раз меньше площади распространения, характеризуемое двумя параллельными поверхностями: подошвой и кровлей, и примерно однородного состава. Толща (массив) – группа слоев, характеризующаяся общностью одного или нескольких признаков (возраст, состав и др.). Прослойка – тонкий слой грунта, находящийся в слое и отличающийся от грунта основного слоя составом или состоянием. Вышеобозначенные элементы слоистости располагаются в антропогеновом покрове ненарушенного залегания в виде следующих форм: – монолитной (однородной), образуемой при неизменной обстановке в течение длительного накопления осадков; – пластовой, образуемой в результате изменения условий накопления осадков; – выклинивания, возникающей в случае, когда на наклонную поверхность толщи грунта отлагаются более молодые осадки; – линзообразной, являющейся результатом изменения местных условий осадконакопления. Линза – округлое или овальное геологическое тело с уменьшением мощности к краям по всем направлениям. Инженерно-геологический разрез – это графическая модель вертикального сечения верхней части антропогенового покрова, отображающая условия залегания и соотношение грунтов различного состава и возраста, формы геологических тел, их структуру и свойства. Стратиграфическая колонка – это графическое изображение возрастной последовательности напластования горной породы, являющаяся составной частью геологических карт. На стратиграфической колонке относительный возраст отмечают индексом, названием или цветом в соответствии с геохронологической шкалой; состав породы – штриховкой и описанием; мощность – масштабом колонки или цифрой. Задание 1. Представить краткую характеристику антропогенового покрова Республики Беларусь, основных элементов и форм залегания грунтов. 2. Построить инженерно-геологический разрез на основании фрагмента геологической карты. 3. Составить стратиграфическую колонку. 4. Построить суммарные кривые гранулометрического состава грунта, отобранного из различных слоев скважины, и определить по ним однородность грунта. 5. Определить вид грунта, используя данные инженерно-геологических изы- сканий и лабораторных исследований. 11 ПРИМЕР Исходные данные (прил. 1) 1. Вариант – 543. 2. Номер геологического разреза – 1. 3. Номер скважины для построения стратиграфической колонки – 1. 4. Номер комбинации слоев – 1. По номеру из прил. 3 выписывают номера слоев и заносят их в табл. 1.3. Результаты лабораторного определения физико-механических свойств грунта выписывают из прил. 4 и заносят их в табл. 1.4. Порядок расчета 1. Описывают характеристику антропогенового покрова, основных элемен- тов и форм залегания грунтов на территории Республики Беларусь по материалу, представленному во введении и рекомендуемой литературе. 2. Выполняют построение инженерно-геологического разреза на основании фрагмента геологической карты. 2.1. Для построения разреза по сечению фрагмента геологической карты при- нимают следующие масштабы: горизонтальный 1 : 25 000 (в 1 см 250 м); вертикальный 1 : 1 000 (в 1 см 10 м). 2.2. На фрагменте геологической карты (рис. 1.1) находят разрез, соответствующий варианту. Линейкой замеряют его длину и умножают на горизонтальный масштаб. Например: 22 см 250 (масштаб) = 5500 м. 2.3. На миллиметровой бумаге формата А4 (210 297) выполняют рамку в соответствии с данными, представленными в разделе «Содержание курсовой работы и порядок ее оформления». Ориентируют лист вдоль большего размера страницы (297 мм). На этом листе проводят горизонтальную линию, длина которой равна длине разреза (например 22 см) и разбивают на отрезки через 1 см, которые подписывают через 250 м (например, 0, 250, 500, 750 и т.д.). В начале и в конце разреза проводят вертикальные линии, которые разбивают на отрезки через 1 см и подписывают через 10 м (например, 0, 10, 20 и т.д.). Максимальная отметка на вертикальных прямых соответствует наибольшей высоте местности, полученной по горизонтали на геологической карте. Например: 120 м (горизонталь на карте) : 10 (масштаб) = 12 см. Рис. 1.1. Геологическая карта района, сложенного горизонтально залегающими породами 100 50 40 60 90 80 70 30 120 95 70 80 60 65 50 40 90 95 100 100 100 70 90 N2 N1 P3 P3 P2 P2 N1 N1 P2 К2 К2 1 2 9 6 80 7 8 12 11 10 Q 1 2 13 2.4. В начальной точке разреза (пунктирная линия на карте) по горизонталям находят высотное положение, которое откладывают на геологическом разрезе. Перемещаясь по разрезу до ближайшего пересечения с горизонталью, по линейке находят расстояние от начальной точки до горизонтали. Определяют высотное положение по горизонтали. Найденные точки переносят на геологический разрез. Соединяют точки плавной кривой с помощью лекала и получают рельеф местности. 2.5. Разделяют геологический разрез на слои в соответствии с возрастным залеганием естественных горных пород. В этом случае принимают допущение, что слои имеют монолитное залегание. Поэтому на разрезе проводят горизонтальные линии в соответствии с залеганием пород, изображенных на карте. Слои пород обозначают так же, как и на карте. После нанесения обозначений слои раскрашивают в соответствии с рекомендациями табл. 1.1. Пример выполнения геологического разреза представлен на рис. 1.2. Таблица 1.1 Обозначение периодов геохронологических отрезков времени Эра Период Условное обозначение Цветное обозначение на геологической карте Кайнозойская KZ четвертичный Q желтовато-серый неогеновый N желтый палеогеновый оранжево-желтый Мезозойская MZ меловой R зеленый юрский J синий триасовый T фиолетовый Палеозойская PZ пермский P оранжево-коричневый каменноугольный C серый девонский D коричневый силурийский S серо-зеленый ордовикский O оливковый кембрийский  сине-зеленый 130 Q 120 N1 110 N2 100 90 P 80 K 70 60 J 50 40 30 20 10 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 Длина сечения, м Рис. 1.2. Пример выполнения геологического разреза П о л о ж ен и е в ы со тн ы х о тм ет о к , м 1 4 15 3. Составляют стратиграфическую колонку на основании описания геологических скважин (прил. 2). 3.1. На отдельном листе миллиметровой бумаги формата А4, имеющей рамку в соответствии с общими требованиями по оформлению курсовой работы, вычерчивают таблицу, состоящую из пяти столбцов и шести строк. Верхняя строка заполняется как шапка таблицы со следующими подписями: система, индекс, геологическая колонка, мощность, литологический состав. Пример составления стратиграфической колонки представлен на рис. 1.3. Система Индекс Геологическая колонка Мощность, м Литологический состав Четвертичный Q 2,5 песок мелкозернистый Неоген N1 20 суглинок желто-бурый валунный Неоген N2 15 гравий крупный с галь- кой и линзами глины, валунной бурой Палеоген 40 мел серовато-белый, обводненный Меловой K 30 известняк серый, пере- слаивающийся с голубовато-серой глиной, водоносный Примечание. В обозначении индекса могут быть включены названия следующих эпох: четвертичный: – позднечетвертичный – Q111; – среднечетвертичный – Q11, – раннечетвертичный – Q1; неогеновый: – плиоцен – N2, – миоцен – N1; палеогеновый: – олигоцен – Pg3, – эоцен – Pg2, – палеоцен – Pg1; меловой: – позднемеловой – K2, – раннемеловой – K1. Рис. 1.3. Пример составления стратиграфической колонки Заполнение стратиграфической колонки. Столбец «индекс». В верхнюю строчку колонки ставят обозначение периода, взятого из прил. 2 столбца «геологический индекс». В остальные строчки столбца (см. рис. 1.3) проставляют обозначения периодов из табл. 1.1. в убывающем порядке. 16 Столбец «система». Напротив соответствующего индекса дается полное название периода, взятого из табл. 1.1, т.е. приводится расшифровка индекса. Столбец «литологический состав». Литологический состав – это состав осадочных горных пород (грунтов), принадлежащих литосфере, характеризуемый строением, происхождением и закономерностями его последующего изменения. В столбец переносят литологическое описание породы из столбца 4 прил. 2. Столбец «мощность». Мощность представляет собой толщину данного слоя. В описании геологических скважин (прил. 2) дана глубина залегания слоя, характеризуемая кровлей (от) и подошвой (до). Для определения мощности слоя необходимо от глубины подошвы отнять величину кровли. Таким образом вычисляется мощность каждого слоя, представленного в стратиграфической колонке. Столбец «геологическая колонка». Каждый прямоугольник, соответствую- щий определенному слою штрихуется условным обозначением, характерным для данного вида грунта, помещенного в столбце «Литологический состав» (см. рис. 1.3). Условное обозначение выбирают по табл. 1.2. Таблица 1.2 Условные обозначения горных пород Условное обозначение Название грунта Условное обозначение Название грунта Торф Известняк Песок Мел Песок мелкозернистый Глина Песок с гравием Гравий Супесь Мергель Супесь валунная Гранит Суглинок Доломит Суглинок тяжелый пылеватый 4. Строят суммарные кривые гранулометрического состава грунта, отобранного из различных слоев скважины, и определяют однородность грунта. 4.1. На отдельном листе бумаги, ориентированной вдоль большего размера листа (297 мм), имеющей рамку в соответствии с общими требованиями по 17 оформлению курсовой работы, вычерчивают прямоугольник примерного размера 100 240 мм. По высоте прямоугольник разбивают на десять равных частей, (например, каждый отрезок равен 10 мм), из которых проводят горизонтальные линии. Шкалу подписывают так: 0, 10, 20–100. Вертикальную ось графика подписывают как «суммарное содержание фракций грунта, %». Пример построения суммарной кривой гранулометрического состава грунта представлен на рис. 1.4. Ось абсцисс разбивают на четыре равных отрезка (например 60 мм), из которых восстанавливают перпендикуляры. Каждый из этих отрезков обозначают 0,001; 0,01; 0,1; 1,0; 10,0. Каждый отрезок разбивают на девять частей, кратных логарифмам чисел от 2 до 10. Логарифмы чисел lg 1 = 0,000; lg 6 = 0,778; lg 2 = 0,301; lg 7 = 0,845; lg 3 = 0,477; lg 8 = 0,903; lg 4 = 0,602; lg 9 = 0,954; lg 5 = 0,699; lg 10 = 1,000. Чтобы получить точку, соответствующую числу 0,002; 0,02; 0,2 или 2, необходимо lg 2 = 0,301 умножить на длину отрезка (например, 0,301 60 = 18 мм). Полученное значение откладываем от начальных точек. Чтобы получить 0,001 0,01 0,1 1,0 10,0 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Рис. 1.4. Суммарная кривая гранулометрического состава грунта D95 D50 D05 18 точку, соответствующую числу 0,003; 0,03; 0,3 или 3, необходимо lg 3 = 0,477 умножить на длину отрезка (например, 0,477 60 = 28 мм). Полученное значение также откладываем от начальных точек и т.д. По такому принципу разбиваем все отрезки и получаем координатное поле для нанесения точек, соответствующих гранулометрическому составу грунта. Ось абсцисс подписывают как «размер частиц, мм». 4.2. Заполняют рабочую таблицу для построения суммарной кривой гранулометрического состава грунта (табл. 1.3). Таблица 1.3 Рабочая таблица для построения суммарной кривой Размер частиц, мм Гранулометрический состав грунта и суммарное содержание фракций, % слой № 26 слой №___ слой №___ слой №___ слой №___ содер- жание части ц, % сумма рное содер- жание , % содер- жание части ц, % сумма рное содер- жание, % содер- жание части ц, % сумма рное содер- жание , % содер- жание части ц, % сумма рное содер жание , % содер- жание части ц, % сумма рное содер- жание , % 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 10–2 4,3 100 2–0,5 25,6 95,7 0,5–0,25 32,8 70,1 0,25–0,1 25,0 37,3 0,1–0,05 6,8 12,3 0,05–0,01 0,5 5,5 0,01–0,005 1,5 5,0 Менее 0,005 3,5 3,5 Тип грунта П ПГ ПГ П ПГ d05 1,06 d50 0,28 d95 0,04 Umax 7,4 Вид одно- родности среднеод- нородный Из прил. 3 выписывают номера слоев и ставят их в строку «слой №___». Затем в столбцы 2, 4, 6, 8 и 10 табл. 1.3 записывают результаты гранулометрического состава грунта из результатов инженерно-геологических изысканий (прил. 4), соответствующих выписанным номерам слоев. 19 Суммарное содержание фракций (столбцы 3, 5, 7, 9 и 11) заполняют снизу вверх, прибавляя к нижней фракции расположенную выше (например, 3,5 + 1,5 = = 5,0 и т.д.). Полученные значения суммарной кривой наносят на координатное поле суммарной кривой (например, в точке 10 мм откладывают 100 %, в следующей точке 2 мм откладывают 95,7 %, в точке 0,5 мм – 70,1 % и т.д.). Полученные точки соединяют плавной кривой с помощью лекала. Учитывая, что в табл. 1.3 помещены расчеты пяти кривых, на графике (см. рис. 1.4) суммарной кривой также должны располагаться пять кривых. Для лучшего визуального восприятия графика кривые рекомендуем выполнять различного цвета. 4.3. В строку «тип грунта» (см. табл. 1.3) ставят символы, которые соответ- ствуют типу грунта в слое (прил. 4): – П – песчаные; – ПГ – пылевато-глинистые (супеси, суглинки, глины). Для песчаных грунтов определяют показатель максимальной неоднородности грунта. Для пылевато-глинистых грунтов ставят прочерк. 4.4. Показатель максимальной неоднородности грунта вычисляют из выражения 4,7 04,0 06,1 28,0 05 95 50max d d dU , где d05, d50 , d95 – диаметры частиц, содержащихся в грунте соответственно в количестве 5, 50, 95 %, определяемые по графику суммарных кривых гранулометрического состава грунта (см. рис. 1.4). По показателю максимальной неоднородности песчаные грунты подразделяются (СТБ 943–2007): на однородные Umax  4; среднеоднородные 4  Umax  20; неоднородные 20  Umax  40; повышенной неоднородности Umax 40. На основании полученного выражения Umax = 7,4 песчаный грунт характеризуется как среднеоднородный. Для пылевато-глинистых грунтов ставят прочерк. 5. Определяют вид грунта, используя данные инженерно-геологических изысканий. Результаты определений и вычислений представляют в табличной форме (табл. 1.4), выполненной на отдельных листах бумаги формата А4. 5.1. Плотность грунта, плотность частиц грунта, естественная влажность, влажность на границе текучести, влажность на границе раскатывания и коэффициент уплотнения (табл. 1.4) – численные значения, которые переносят из исходных данных для каждого слоя грунта. Таблица 1.4 20 Результаты инженерно-геологических изысканий и расчетов № п/п Показатель грунта Обознач ение Размерн ость Номер слоя 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 Плотность ρ г/см3 Исх. дан. 2 Удельный вес γ Н/м3 п. 5.2 3 Плотность частиц ρs г/см 3 Исх. дан. 4 Естественная влажность W % Исх. дан. 5 Плотность сухого грунта ρd г/см 3 (1.1) 6 Влажность на границе текучести WL % Исх. дан. 7 Влажность на границе раскатывания WP % Исх. дан. 8 Число пластич- ности IP % (1.2) 9 Тип грунта по числу пластичности п. 5.4 10 Коэффициент пористости e доли единицы п. 5.5 11 Разновидность по коэф. порис- тости Табл. 1.5 12 Коэффициент пористости, со- ответствующий влажности WL eL (1.3) 13 Показатель для оценки просадочных и набу-хающих свойств ISS доли единицы (1.4) 14 Оценка просадочности Табл. 1.6 15 Оценка набухаемости п. 5.7 21 Окончание табл. 1.4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 16 Степень влажности Sr доли единицы (1.5) 17 Разновидность по степени влажности п. 5.8 18 Показатель текучести IL % (1.6) 19 Разновидность по показателю текучести п. 5.9 20 Коэффициент уплотнения a Исх. дан. 21 Модуль деформации E МПа п. 5.10 22 Модуль упругости Eу МПа (1.7) 23 Тип грунта по деформационно му показа-телю п. 5.11 24 Полное наи- менование грунта Рез. ана- лиза 5.2. Удельный вес грунта, применяемый в инженерных расчетах, есть произведение плотности на ускорение свободного падения: 3кН/м,g , где ρ – плотность грунта, т/м3; g – ускорение свободного падения ≈ 10 м/с2. 5.3. Плотность сухого грунта, по которой характеризуется максимальная плотность, определяют из выражения W d 01,01 , г/см3, (1.1) где  – плотность грунта (исходные данные), г/см3; W – естественная влажность грунта (исходные данные), %. 22 Наиболее вероятные численные значения плотности сухого грунта находятся в пределах d 1,2–1,8 г/см 3 . 5.4. Число пластичности, по которому классифицируется пылевато-глини- стый грунт, определяют из выражения PLP WWI , %, (1.2) где WL – влажность на границе текучести (исходные данные), %; WP – влажность на границе раскатывания (исходные данные), %. Численные значения числа пластичности для различных видов грунтов сле- дующие: – песка – IP < 1; – супеси – 1 ≤ IP ≤ 7; – суглинка – 7 < IP ≤ 17; – глины – IP > 17. Полученные значения сравнивают с нормативными и в строку 9 записыва- ют тип грунта. 5.5. Коэффициент пористости отражает объемное соотношение пор и твердой фазы и выражается в долях единицы. Определяется из выражения d dse , где ρS – плотность частиц грунта, которая изменяется в небольших пределах ρS = 2,61–2,75 г/см 3, принимаем по строке 3; ρd – плотность сухого грунта, определяемая по выражению (1.1). Разновидность песчаных грунтов по коэффициенту пористости представлена в табл. 1.5. Таблица 1.5 Разновидности песчаных грунтов по коэффициенту пористости Вид песчаного грунта Коэффициент пористости, e Разновидность песчаных грунтов по плотности Гравелистый, крупный, средней крупности e < 0,55 Плотный 0,55 ≤ e ≤ 0,70 Средней плотности e > 0,70 Рыхлый Мелкий e < 0,60 Плотный 0,60 ≤ e ≤ 0,75 Средней плотности e > 0,75 Рыхлый Пылеватый e < 0,60 Плотный 0,60 ≤ e ≤ 0,80 Средней плотности e > 0,80 Рыхлый 23 Пылевато-глинистые грунты (лессовидные) подразделяются на два вида: низкопористые e ≤ 0,8; высокопористые e > 0,8. Разновидность песчаного грунта и вид пылевато-глинистого ставят в строку 11. 5.6. Определяют коэффициент пористости, соответствующий влажности на границе текучести (строка 12 табл. 1.4), из выражения W LS L W e 100 , %, (1.3) где ρS – плотность частиц грунта, г/см 3 ; WL – влажность на границе текучести, %; ρW – плотность воды, принимаемая равной 1 г/см 3 . 5.7. Среди пылевато-глинистых грунтов необходимо выделить группы, для которых характерны просадочность и набухание. Для этого определяем показатель ISS (строка 13 табл. 1.4) из выражения e ee I LSS 1 . (1.4) К просадочным относятся лессовые грунты со степенью влажности Sr < 0,8, для которых величина показателя ISS меньше значений, приведенных в табл. 1.6. для определенного значения числа пластичности. Таблица 1.6 Значения показателя ISS в зависимости от числа пластичности Показатели Значения показателей Число пластичности грунта IP 1 ≤ IP < 10 10 ≤ IP < 14 14 ≤ IP < 22 Показатель ISS 0,10 0,17 0,24 Показатели eL и ISS определяют только для тех слоев, у которых в табл. 1.3 в типе грунта стоит обозначение ПГ (пылевато-глинистые грунты). Если показатель ISS меньше значений, указанных в табл. 1.6, то в строке 14 табл. 1.4 («оценка просадочности») записывают «просадочный», если больше – «непросадочный». К набухающим грунтам, которые увеличиваются в объеме при замачивании их водой, относятся такие пылевато-глинистые грунты, у которых значение показателя ISS > 0,3. В строку 15 табл. 1.4 («оценка набухаемости») записывают «набухающий» или «ненабухающий». 24 5.8. Определяют степень влажности грунта (строка 16 табл. 1.4), которая равна отношению объема пор, заполненных водой, к общему объему пор, из выражения W S r e W S 100 , (1.5) где ρS – плотность частиц грунта (исходные данные), г/см 3 ; W – естественная влажность грунта (исходные данные), %; e – коэффициент пористости (строка 10 табл. 1.4), доли единицы; ρW – плотность воды, принимаемая равной 1 г/см 3 . Оценка влажности грунта по степени влажности производится только для песчаных грунтов, поскольку для пылевато-глинистых аналогичная оценка про- изводится по показателю текучести. Выбор разновидности песчаных грунтов по степени влажности Sr производят в соответствии со следующими данными: – маловлажный 0 < Sr ≤ 0,5; – влажный 0,5 < Sr ≤ 0,8; – водонасыщенный 0,8 < Sr ≤ 1. В строке 17 табл. 1.4 только для песчаного грунта записывают одну из трех вышеприведенных разновидностей. 5.9. В практике инженерно-геологических изысканий влажность глинистых грунтов оценивается показателем текучести. В некоторых документах этот показатель называют консистенцией. Показатель текучести учитывает весь диапазон влажностей, при которых может находиться грунт: естественную, влажность на границе раскатывания и влажность на границе текучести. Определяют показатель текучести (строка 18 табл. 1.4) из выражения PL P L WW WW I , (1.6) где W – естественная влажность грунта (исходные данные), %; WL – влажность на границе текучести (исходные данные), %; WP – влажность на границе раскатывания (исходные данные), %. Найденные значения показателя текучести ставят в строке 18. Данный показатель определяют только для грунтов ПГ (пылевато-глинистых). В зависимости от типа грунта (строка 9 табл. 1.4): супесь, суглинок или глина, разновидность определяют по следующей классификации: для супеси: – твердая IL < 0; – полутвердая 0 ≤ IL ≤ 1,00; – текучая IL > 1,00. для суглинка и глины: 25 – твердая IL < 0; – полутвердая 0 ≤ IL ≤ 0,25; – тугопластичная 0,25 < IL ≤ 0,50; – мягкопластичная 0,50 < IL ≤ 0,75; – текучепластичная 0,75 < IL ≤ 1,00; – текучая IL > 1,00. Наименование разновидности ставят в строку 19 табл. 1.4. 5.10. Деформируемость грунта оценивают с помощью таких показателей, как модуль деформации и модуль упругости. Модуль деформации характеризует деформируемость грунта, которая происходит под действием постоянно приложенной нагрузки в течение длительного периода времени (например, осадка основания земляного полотна, сжимаемость основания под опорой моста или путепровода и т.д.). Модуль деформации – отношение сжимающего напряжения к вызываемой им относительной деформации: o E , где σ – нормальное сжимающее напряжение, МПа; о – относительная деформация, представляющая собой отношение абсолютной деформации к общей. В данном случае модуль деформации грунта (строка 21 табл. 1.4) определяют с учетом коэффициента уплотнения (сжимаемости), приведенного в исходных данных, из выражения a e E )1( , где e – коэффициент пористости (строка 10 табл. 1.4); β – коэффициент поперечной деформации, зависящий от коэффициента Пуассона, и определяемый по величине полных относительных деформаций в вертикальном и горизонтальном направлениях. Ориентировочно коэффициент поперечной деформации равен: – для песчаных грунтов – 0,8; – для супесей – 0,7; – для суглинков – 0,5; – для глин – 0,4; – коэффициент сжимаемости грунта (исходные данные прил. 4). 5.11. Модуль упругости оценивает деформируемость грунта под временно приложенной нагрузкой (воздействие колеса автомобиля на конструкцию). В настоящее время расчет конструкции дорожной одежды автомобильных дорог ведут с учетом модуля упругости. Основной принцип данного расчета заключается в том, что возникшая упругая деформация в грунтах или слоях 26 дорожной одежды должна быть полностью восстановлена после снятия нагрузки (после прохода колеса автомобиля). Модуль упругости – отношение сжимающего напряжения к упругой деформации при кратковременном расчетном действии нагрузки: у уE  , где σ – нормальное сжимающее напряжение, МПа; у – упругая деформация. Если упругая деформация равна общей, то после снятия нагрузки осадки грунта не происходит. Это характерно для грунтов, уплотненных до максимума. Если упругая деформация является частью общей деформации, состоящей в свою очередь из упругой и остаточной, то после снятия нагрузки остается остаточная деформация, которая свидетельствует об осадке грунта или материала конструкции. Это возможно, если грунт не уплотнен до максимальной плотности. Расчет модуля упругости (строка 22 табл. 1.4) производят с учетом относительного коэффициента, который равен 3,8: EЕу 8,3 , (1.7) где Е – модуль деформации, МПа. Ориентировочные значения модуля упругости для различных видов грунта составляют: – песка гравелистого, крупного – 130 МПа; – средней крупности – 110 МПа; – мелкого – 80 МПа; – пылеватого – 60 МПа; – супеси легкой крупной – 100 МПа; – супеси легкой – 65 МПа; – пылеватой, тяжелой пылеватой – 45 МПа; – суглинка легкого и тяжелого – 40 МПа. В строке 23 записывают «тип грунта по деформационному показателю» из вышеприведенных значений. 5.12. На основании приведенных данных инженерно-геологических изысканий и расчета физико-механических характеристик грунтов проводим анализ и делаем заключение о наименовании грунта. Для песчаных грунтов на основании табл. 1.4 делаем заключение с учетом следующей классификации: – песок гравелистый – масса частиц крупнее 2 мм более 25 %; – крупный – масса частиц крупнее 0,5 мм более 50 %; – средний – масса частиц крупнее 0,25 мм более 50 %; – мелкий – масса частиц крупнее 0,1 мм более 75 %; 27 – пылеватый – масса частиц крупнее 0,1 мм менее 75 %. По результатам исследований (см. табл. 1.4) или по суммарной кривой гранулометрического состава (см. рис. 1.4) последовательно суммируют процентное содержание частиц исследуемого грунта: вначале – крупнее 10 мм, далее – крупнее 2 мм, затем – крупнее 0,5 мм и т.д. до тех пор, пока полученная сумма будет соответствовать вышеприведенной классификации. Для пылевато-глинистых грунтов (супеси, суглинки, глины) заключение о наименовании грунта делается на основании показателей, приведенных в табл. 1.7. Таблица 1.7 Типы и подтипы глинистых грунтов Грунты Показатели Тип Подтип Содержание песчаных частиц, % по массе Число пластич- ности, IP Супесь Легкая крупная Свыше 50 % частиц размером от 2 до 0,25 мм 1–7 Легкая Свыше 50 % частиц размером от 2 до 0,05 мм 1–7 Пылеватая От 50 до 20 % частиц размером от 2 до 0,05 мм 1–7 Тяжелая пылеватая Менее 20 % частиц размером от 2 до 0,05 мм 1–7 Суглинок Легкий Свыше 40 % частиц размером от 2 до 0,05 мм 7–12 Легкий пылеватый Менее 40 % частиц размером от 2 до 0,05 мм 7–12 Тяжелый Свыше 40 % частиц размером от 2 до 0,05 мм 12–17 Тяжелый пылеватый Менее 40 % частиц размером от 2 до 0,05 мм 12–17 Глина Песчанистая Свыше 40 % частиц размером от 2 до 0,05 мм 17–27 Пылеватая Менее 40 % частиц размером от 2 до 0,05 мм 17–27 Жирная Не нормируется Свыше 27 Для определения песчаных частиц в табл. 1.4 отбрасывают фракцию 10–2 мм и начинают суммировать фракции 2–0,5 мм, 0,5–0,25 мм (если данная сумма превышает 50 % делают вывод, что это супесь легкая крупная); продолжают складывать фракции 0,25–0,1 мм, 0,1–0,05 мм. Число пластичности принимают из строки 8 табл. 1.4. Наименование грунта заносят в строку 24 табл. 1.4. 28 Заключение. На основании данных инженерно-геологических изысканий и лабораторных исследований построен геологический разрез местности, составлена стратиграфическая колонка. Построена суммарная кривая гранулометрического состава грунта. Определен вид грунта с учетом лабораторных данных и вычисленных физико-механических свойств. 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ НАПРЯЖЕНИЙ Введение Напряжение – это отношение действующего усилия к площади сечения, к которой приложено это усилие. При инженерных оценках прочности сооружения действующие напряжения сравнивают с допустимыми. Если действующее напряжение меньше допустимого, говорят, что сооружение обладает некоторым запасом прочности. Для оценки напряженного состояния линейно-деформируемой среды необходимо знать напряжения, возникающие в каждой точке среды. Давление в грунтах передается частицами или структурными агрегатами через точки контакта, распределяясь по глубине на большую площадь. Давление от внешней нагрузки с глубиной затухает, а от собственного веса возрастает. Различают два случая расчета напряжений. 1. От нагрузки, приложенной к бесконечным полосам постоянной ширины и одинаково распределенным по длине и ширине полосы в любом сечении (плоская задача) (рис. 2.1): а) длинные ленточные фундаменты; б) дорожные насыпи, плотины постоянного сечения. Рис. 2.1. Схемы расчета напряжений в грунтах при внешней полосообразной нагрузке (плоская задача): а – равномерно распределенной (ленточный фундамент); б – треугольной; в – трапециевидной (насыпь земляного полотна дороги) 2. От нагрузки, распределенной по ограниченной площади (пространствен- ная задача): a 2b a 2b 2b P0 P0 P0 а б в 29 а) башмаки колонн, опоры мостов; б) дорожная плита, прямоугольная опора. В условиях плоской задачи для оценки напряженного состояния грунта достаточно исследовать распределение напряжений в любом сечении массива, перпендикулярном оси загруженной полосы. Определение напряжений в грунте под нагрузкой, равномерно распределенной по ширине полосы (давление длинных полос ленточных фундаментов) для точек, расположенных по вертикальной оси симметрии, вычисляют из выражения 01 0 sin PK P z , (2.1) где 0P – расчетное давление на грунт от внешней нагрузки; 1K – коэффициент влияния угла видимости. Для вертикальной оси симметрии величина )sin( 1 может быть заменена отношением z b2 . Значения )sin( 1 1 K приведены в табл. 2.1. Таблица 2.1 Значения коэффициента K1 z b2 1K z b2 1K z b2 1K z b2 1K 0,0 0,000 1,0 0,550 3,0 0,920 5,5 0,983 0,1 0,064 1,2 0,624 3,5 0,943 6,0 0,986 0,2 0,127 1,5 0,716 4,0 0,960 7,0 0,991 0,5 0,306 2,0 0,817 4.5 0,970 8,0 0,994 0,8 0,462 2,5 0,889 5,0 0,977 10,0 0,997 Основные напряжения в какой-либо точке при нагрузке, распределенной по трапеции (рис. 2.2) (давление дорожных насыпей и плотин) можно определить из выражений 3131321 0 dn n P z ; 32 41 3131321 0 ln2 RR RR vdn n P x ; 31 0 n P zx , где 0P – внешняя нагрузка; 30 b – половина ширины равномерно распределенной нагрузки; 2а – разность между верхним и нижним основаниями эпюры нагрузки; b z b x d , – относительные координаты рассматриваемой точки; b a n ; R1 – R4 – расстояния от рассматриваемой точки до точек 1-4 эпюры нагрузки; 1 – 3 – углы между лучами R1 – R4. Рис. 2.2. Схема по определению напряжений в грунтовом основании при воздействии внешней нагрузки в виде равнобочной трапеции При рассмотрении нагрузки от веса земляного полотна, распределенной по закону трапеции, применяется расчет по отдельным геометрическим фигурам. Давление делится на следующие участки: равномерно распределенная нагрузка посередине (прямоугольный элемент трапеции), треугольная нагрузка по бокам (откосная часть земляного полотна). Напряжения определяются отдельно для каждой части трапеции, а затем складываются. Данный метод может быть упрощен при использовании универсальной номограммы Остерберга (рис. 2.3). Определение вертикальных сжимающих напряжений в грунте, подстилаю- щем насыпь, от давления одной из ее половин в упрощенном виде выполняют по выражению 02PKz , (2.2) где 2K – коэффициент, определяемый по графику Остерберга в зависимости от отношений z a и z b . v 2b 1 b x d а R4 R2 R3 4 3 2 b z 1 2 3 R1 d 31 Рис. 2.3. Номограмма Остерберга для определения коэффициента влияния в зависимости от относительных координат При равномерно распределенной по кругу нагрузке (опоры мостов и путепроводов) вертикальные нормальные напряжения по оси Z, проходящей через центр круга, определяют из выражения 030 или) 2cos1( PKP zz , (2.3) где 0P – давление на грунт в центральной части насыпи; – угол между вертикальной осью и прямой, соединяющей рассматриваемую точку А с точкой на окружности; 32 r – радиус круга; 3K – коэффициент, определяемый по табл. 2.2 в зависимости от соотношения глубины рассматриваемой точки к радиусу круга. Таблица 2.2 Значения коэффициента K3 r z 3K r z 3K r z 3K 0,25 0,986 1,50 0,424 4,00 0,087 0,50 0,901 1,75 0,346 5,00 0,057 0,75 0,784 2,0 0,284 7,00 0,030 1,00 0,646 2,5 0,200 10,00 0,015 1,25 0,524 3,0 0,146 Если нагрузка равномерно распределена по прямоугольной площадке, то вертикальные напряжения определяют по вертикальному сечению, проходящему через угол площадки, и рассчитывают по формуле 04PKz , (2.4) где 4K – коэффициент, определяемый в зависимости от габаритов прямоуголь- ной площадки по табл. 2.3. Таблица 2.3 Значения коэффициента K4 B Z Значения K4 при B L 1,0 1,5 2,0 3,0 5,0 10,0 0,25 0,247 0,248 0,248 0,248 0,249 0,249 0,50 0,233 0,233 0,239 0,240 0,240 0,240 1,00 0,175 0,194 0,200 0,203 0,204 0,205 1,50 0,121 0,145 0,156 0,164 0,167 0,167 2,00 0,084 0,107 0,120 0,132 0,136 0,137 4,00 0,027 0,038 0,048 0,064 0,071 0,076 8,00 0,007 0,011 0,014 0,020 0,028 0,037 10,00 0,005 0,007 0,009 0,013 0,020 0,028 15,00 0,002 0,003 0,004 0,006 0,010 0,016 20,00 0,001 0,002 0,002 0,004 0,006 0,010 2.1. Определение вертикальных напряжений в грунтовой толще 33 под ленточным фундаментом Задание 1. Представить краткое описание оценки напряженного состояния грунтового массива. 2. Построить расчетную схему для ленточного фундамента. 3. Определить величину равномерно распределенной нагрузки. 4. Определить значение коэффициента влияния угла видимости. 5. Определить величины вертикальных напряжений в грунтовой толще. 6. Построить эпюру распределения напряжений. ПРИМЕР Исходные данные (прил. 1) 1. Вариант – 543. 2. Давление сооружения P0 соор, МПа – 0,3. 3. Плотность грунта ρw, г/см 3 – 2,0. 4. Величина заглубления фундамента hзагл, м – 2,5. 5. Ширина фундамента 2b, м – 2,0. Порядок расчета 1. Описывают методы расчета напряжений, возникающие в грунтовой толще под воздействием различных нагрузок, по материалу, представленному во введении и рекомендуемой литературе. 2. Выполняют схематически расчетную схему для ленточного фундамента (пример выполнения расчетной схемы представлен на рис. 2.4). Рис. 2.4. Расчетная схема ленточного фундамента 3. Рассчитывают величину равномерно распределенной нагрузки из выражения Z X hзагл 2b P0 соор 34 заглсоор00 01,0 hPP w , (2.5) где соор0 P давление сооружения, МПа (исходные данные); w плотность грунта, г/см3 (исходные данные); заглh величина заглубления фундамента, м (исходные данные). Результаты расчетов записывают в рабочую табл. 2.4. Таблица 2.4 Результаты расчета величин напряжений 0P Z Z B2 1K z (2.5) 0,5 Расчет табл. 2.1 (2.1) 1,0 1,5 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 10,0 4. Вычисляют значение коэффициента влияния угла видимости. 4.1. Задаются глубиной определения величины напряжения. Принимаем глубину, представленную в табл. 2.4. 4.2. Определяют частное от деления ширины фундамента на глубину точки (Z), в которой определяют напряжение (столбец 3). 4.3. По табл. 2.1. определяют значение 1K . Если вычисленное значение соотношения Z B2 не совпадает с табличным, то коэффициент определяют интерполированием. 5. Определяют величины вертикальных напряжений в грунтовой толще под ленточным фундаментом по формуле (2.1). 6. На миллиметровой бумаге формата А4 (210 297) в масштабе 1:100 строят эпюру распределения напряжений по глубине под действием ленточного фундамента. Пример построения эпюры представлен на рис. 2.5. 35 Рис. 2.5. Эпюра напряжений в грунтовом массиве под ленточным фундаментом Заключение. Выполнен расчет величин напряжений на различной глубине по вертикальной оси, проходящей через центр полосообразной нагрузки (ленточный фундамент). Напряжения в грунтах с глубиной уменьшаются. 2.2. Определение вертикальных напряжений в грунтовой толще под насыпью земляного полотна Задание 1. Представить краткое описание оценки напряженного состояния грунтового массива 2. Построить расчетную схему для трапециевидной нагрузки. 3. Определить величину равномерно распределенной нагрузки. 4. Определить значение коэффициента, зависящего от относительных координат. 5. Определить величины вертикальных напряжений в грунтовой толще. 6. Построить эпюру распределения напряжений. ПРИМЕР Исходные данные (прил. 1) 1. Вариант – 543. 2. Плотность грунта w , г/см 3 – 2,0. 3. Категория дороги – II. 4. Высота насыпи H , м – 5. 5. Заложение откоса 1: m – 1,5. Z, м 0,00 0,1 0,2 0,3 0,4 МПа,z 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10 36 Порядок расчета 1. Описывают методы расчета напряжений, возникающие в грунтовой толще под воздействием различных нагрузок, по материалу, представленному во введении и рекомендуемой литературе. 2. Выполняют схематически расчетную схему для трапециевидной нагрузки (пример выполнения расчетной схемы представлен на рис. 2.6). Рис. 2.6. Расчетная схема трапецеидальной нагрузки 2.1. Определяют величину b в зависимости от категории дороги по табл. 2.5. Для II категории ширина 2b равна 13 м, b = 6,5 м. Таблица 2.5 Ширина земляного полотна дороги Параметр Категория дороги I а I б; I в II III IV V Ширина земляного полотна 24,5 22 13 12 10 8 2.2. В зависимости от заложения откоса определяют величину а по формуле Hma , где H – высота насыпи, м (исходные данные); m – заложение откоса (исходные данные). Z а b 1: m P0 соор 37 3. Рассчитывают давление на грунт в центральной части насыпи из выражения HP w01,00 , где w – плотность грунта, г/см3 (исходные данные); H – высота насыпи, м (исходные данные). Результаты расчетов записывают в рабочую табл. 2.6. Таблица 2.6 Результаты расчета величин напряжений МПа,0P м,Z Z a Z b 2K МПа,z (2.1) 0,5 Расчет Расчет рис. 2.3 (2.2) 1,0 1,5 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 10,0 4. Вычисляют значение коэффициента влияния K2 по номограмме Остерберга в зависимости от относительных координат. 4.1. Задаются глубиной определения величины напряжения. Принимаем глу- бину, представленную в табл. 2.6 (столбец 2). 4.2. Определяют значение относительных координат z b z a и . Результаты записывают в столбцы 3 и 4. 4.3. По графику Остерберга (см. рис. 2.3) определяют значение коэффициента 2K . 5. Определяют величины вертикальных напряжений в грунтовой толще под трапециевидной нагрузкой по формуле (2.2). Значения записывают в табл. 2.6. 6. На миллиметровой бумаге формата А4 (210 297) в масштабе 1:100 строят эпюру распределения напряжений по глубине под насыпью земляного полотна дороги. Пример построения эпюры представлен на рис. 2.5. 38 Заключение. Выполнен расчет величин напряжений на различной глубине по вертикальной оси, проходящей через центр трапециевидной нагрузки (насыпи земляного полотна автомобильной дороги). Напряжения в грунтах с глубиной уменьшаются. 2.3. Определение вертикальных напряжений в грунтовой толще под круглой мостовой опорой Задание 1. Представить краткое описание оценки напряженного состояния грунтового массива. 2. Построить расчетную схему для круглой опоры. 3. Определить величину равномерно распределенной нагрузки по кругу. 4. Определить значение коэффициента, зависящего от соотношения глубины определения напряжения к радиусу круга. 5. Определить величины вертикальных напряжений в грунтовой толще на оси, проходящей через центр круга. 6. Построить эпюру распределения напряжений. ПРИМЕР Исходные данные (прил. 1) 1. Вариант – 543. 2. Давление сооружения P0 соор, МПа – 0,3. 3. Плотность грунта ρw, г/см 3 – 2,0. 4. Величина заглубления фундамента hзагл, м – 2,5. 5. Диаметр опоры d, м – 1,0. Порядок расчета 1. Описывают методы расчета напряжений, возникающие в грунтовой толще под воздействием различных нагрузок, по материалу, представленному во введении и рекомендуемой литературе. 2. Выполняют схематически расчетную схему для нагрузки, распределенной по кругу (опоры мостов, путепроводов), (пример выполнения расчетной схемы представлен на рис. 2.7). 39 Рис. 2.7. Расчетная схема определения напряжений при нагрузке, распределенной по кругу 3. Рассчитывают величину равномерно распределенной нагрузки из выражения (2.5). Результаты расчетов записывают в рабочую табл. 2.7 (столбец 1). 4. Вычисляют значение коэффициента влияния угла видимости. 4.1. Задаются глубиной определения величины напряжения. Принимаем глу- бину, представленную в табл. 2.7. Таблица 2.7 Результаты расчета величин напряжений МПа,0P м,Z r Z 3K z (2.5) 0,5 Расчет табл. 2.2 (2.3) 1,0 1,5 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 10,0 А Z r hзагл P0 соор 40 4.2. Определяют частное от деления глубины определяемого напряжения на радиус круглой опоры (столбец 3). 4.3. По табл. 2.2 определяют значение 3K . Если вычисленное значение соотношения r Z не совпадает с табличным значением, то коэффициент определяют интерполированием. 5. Определяют величины вертикальных напряжений в грунтовой толще под круглой опорой по формуле (2.3). 6. На миллиметровой бумаге формата А4 (210 297) в масштабе 1:100 строят эпюру распределения напряжений по глубине под действием круглой опоры. Пример построения эпюры представлен на рис. 2.7. Заключение. Из анализа численных значений величин напряжений можно сделать следующие выводы. На глубине 10 радиусов, т.е. 5 диаметров круглой площадки, напряжения не превышают 1,5 % от нагрузки на поверхности. На глубине полутора диаметров – не более 15 %, а на глубине одного диаметра – около 30 %. В то же время на глубине до 0,25 диаметров напряжения различаются не более чем на 10 %. 2.4. Определение вертикальных напряжений в грунтовой толще под прямоугольной опорой Задание 1. Представить краткое описание оценки напряженного состояния грунтового массива. 2. Построить расчетную схему для прямоугольной опоры. 3. Определить величину нагрузки, равномерно распределенной по прямоугольной площадке. 4. Определить значение коэффициента влияния. 5. Определить величины вертикальных напряжений в грунтовой толще. 6. Построить эпюру распределения напряжений. ПРИМЕР Исходные данные (прил. 1) 1. Вариант – 543. 2. Давление сооружения P0 соор, МПа – 0,3. 3. Плотность грунта ρw, г/см 3 – 2,0. 4. Величина заглубления фундамента hзагл, м – 2,5. 5. Длина прямоугольной нагрузки L, м – 4,0. 6. Ширина прямоугольной нагрузки В, м – 2,0. 41 1. Описывают методы расчета напряжений, возникающие в грунтовой толще под воздействием различных нагрузок, по материалу, представленному во введении и рекомендуемой литературе. 2. Выполняют схематически расчетную схему для нагрузки, распределенной по прямоугольной площадке (опоры мостов, путепроводов) (пример выполнения расчетной схемы представлен на рис. 2.8). Рис. 2.8. Расчетная схема определения напряжений при нагрузке, распределенной по прямоугольной площадке 3. Рассчитывают величину равномерно распределенной нагрузки из выражения (2.5). Результаты расчетов записывают в рабочую табл. 2.8 (столбец 1). Таблица 2.8 Результаты расчета величин напряжений МПа,0P м,Z B Z B L 4K z (2.5) 0,5 Расчет Расчет табл. 2.3 (2.4) 1,0 1,5 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 10,0 A B L P0 соор Z hзагл 42 4. Вычисляют значение коэффициента, определяемого в зависимости от га- баритов прямоугольной площадки. 4.1. Задаются глубиной определения величины напряжения. Принимаем глу- бину, представленную в табл. 2.8 (столбец 2). 4.2. Определяют значение отношений B L B Z и . Результаты записывают в столбцы 3 и 4. 4.3. По табл 2.3 определяют значение 4K . Если вычисленное значение отношений B L B Z и не совпадает с табличным, то коэффициент определяют интерполированием. 5. Определяют вертикальные напряжения в грунтовой толще под нагрузкой, имеющей прямоугольный характер, по оси, проходящей через угол площадки, по формуле (2.4). Значения записывают в табл. 2.8 (столбец 6). 6. На миллиметровой бумаге формата А4 (210 297) в масштабе 1:100 строят эпюру распределения напряжений по глубине под нагрузкой, имеющей прямоугольный характер. Пример построения эпюры представлен на рис. 2.5. Заключение. Величина напряжения в грунтах представляет собой отношение действующего усилия к площади сечения. Выполнен расчет величин напряжений на различной глубине по вертикальной оси, проходящей через угол прямоугольной площадки. Напряжения в грунтах с глубиной уменьшаются. 43 3. УПЛОТНЕНИЕ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ ВО ВРЕМЕНИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСАДКИ СООРУЖЕНИЯ Введение Процесс осадки в зависимости от свойств грунта, мощности толщи, условий деформирования, размеров уплотняющей части сооружения, величины нагрузки протекает с различной интенсивностью. Если осадка нарастает медленно и захватывает кроме периода строительства и период эксплуатации, необходимо знать время ее практического завершения и осадку в конкретный момент времени. Природа длительной осадки связана с многофазностью грунта и структурно-текстурными особенностями сжимаемого массива. При приложении нагрузки от инженерного сооружения частицы начинают сближаться, уменьшая объем пор, что вызывает отжатие жидкой фазы и уменьшение газообразной составляющей. Это длительный процесс. Постепенное выдавливание свободной воды сменяется выдавливанием пленочной воды с вытеснением воздуха. Консолидация – уплотнение грунта под действием сжимающего усилия (в том числе от собственного веса) до полного окончания процесса деформации под данной нагрузкой. Рассматривают две стадии процесса уплотнения (консолидации) грунта: 1) стадия первичной консолидации (фильтрационная), при которой уплотнению препятствует фильтрация свободной воды. Фильтрационная консолидация составляет порядка 90–95 % от общей консолидации; 2) стадия вторичной консолидации, при которой скорость уплотнения зависит от вязких свойств пленочной воды. Вторичная консолидация составляет 5–10 % от общей. Теория фильтрационной консолидации в условиях одномерной задачи, основывается на равенстве объема отжимаемой из грунта воды и величины уменьшающейся пористости грунта. Данная теория имеет ряд допущений: 1) поры сжимаемого слоя полностью заполнены водой; 2) вода и частицы грунта считаются несжимаемыми; 3) коэффициент пористости грунта изменяется линейно с изменением действующей на него нагрузки; 4) коэффициент фильтрации грунта сжимаемого слоя в течение всей консолидации остается постоянным (уплотнение грунта не влияет на его величину). При фильтрационной консолидации, т.е. при полностью водонасыщенных грунтах, время полной консолидации Тстаб определяют из уравнения к стаб 13,1 Т , (3.1) 44 где к – приведенный коэффициент консолидации, имеющий размерность, обратную времени t–1: 2 срф 2 к 1)1(1 Hа eK H С w v , (3.2) где Сv – коэффициент консолидации, см/с; Kф – коэффициент фильтрации грунта, см/год; срe – среднее значение коэффициента пористости; w – плотность воды, т/м 3 ; H – мощность глинистого грунта, см; а – коэффициент уплотнения (сжимаемости). 12 21 PP ee a , (3.3) где 1e и 2e – начальное и конечное значение коэффициента пористости; P2 и P1 – интервал давления. Начальное значение коэффициента пористости определяют из выражения w W ee начн1 , (3.4) где W – влажность грунта (доли единицы); нач – плотность грунта в начальном состоянии (до уплотнения нагрузкой); w – плотность воды (принимают равной 1 т/м3, 1 г/см3, 0,001 кг/см3). Конечное значение коэффициента пористости грунта определяют из выражения 1000 )1( начр начкон2 ee eee , (3.5) где рe – модуль осадки грунта. Под модулем осадки понимают величину осадки (в мм) слоя грунта мощностью 1 м под данной нагрузкой. Измеряется в единицах мм/м. На уровне подошвы фундамента грунт находится в природном заложении, а на нижерасположенные слои воздействует природное давление, которое определяют из выражения конзаглпр1 01,0 hPP , (3.6) где заглh – величина заглубления фундамента (м). 45 кон – плотность грунта в конечном состоянии, т/м 3 (после уплотнения нагрузкой). 3.1. Определение времени уплотнения суглинистого грунта Задание 1. Представить краткое описание теории фильтрационной консолидации. 2. Построить расчетную схему для ленточного фундамента. 3. Определить значение коэффициента уплотнения суглинистого грунта. 4. Определить значение коэффициента консолидации грунта. 5. Определить время полной осадки ленточного фундамента, возведенного на мощном слое суглинка. ПРИМЕР Исходные данные (прил. 5) 1. Вариант – 543. 2. Давление сооружения Pсоор, МПа – 0,25. 3. Величина заглубления фундамента hзагл, м – 2,5. 4. Плотность грунта в начальном состоянии ρнач, т/м 3 – 2,7. 5. Плотность грунта в конечном состоянии ρкон, т/м 3 – 2,0. 6. Влажность грунта W, доли единицы – 0,32. 7. Коэффициент фильтрации грунта Kф, см/год – 0,63. 8. Модуль осадки ep, мм/м – 20. 9. Мощность слоя суглинка H, см – 720. Порядок расчета 1. Описывают особенности и общие принципы теории фильтрационной кон- солидации. Приводят формулы для расчета полной осадки грунта, приведенные во введении и рекомендуемой литературе. 2. Выполняют схематически расчетную схему для ленточного фундамента (пример выполнения расчетной схемы представлен на рис. 3.1). 46 Рис. 3.1. Расчетная схема для ленточного фундамента 3. Определяют расчетное значение коэффициента уплотнения суглинистого грунта. 3.1. Рассчитывают начальное значение коэффициента пористости при задан- ных значениях влажности и начальной плотности грунта по формуле (3.4) 864,0 1 7,232,0нач н1 w W ee . 3.2. Рассчитывают конечное значение коэффициента пористости (форму-ла (3.5)) после приложения нагрузки Рсоор и при модуле осадки, соответствующем данному грунту: 827,0 1000 )864,01(20 864,0 1000 )1( начр начкон2 ee eee . 3.3. Определяют природное давление на уровне подошвы фундамента по формуле (3.6): МПа.05,00,25,201,001,0 конзаглпр1 hPP . 3.4. Определяют значение коэффициента уплотнения для суглинистого грунта из выражения (3.3): 185,0 05,025,0 827,0864,0 12 21 PP ee a МПа-1, где Р2 – давление на грунт от ленточного фундамента, определяют из условия МПа.25,0соор2 PP 4. Определяют значение коэффициента консолидации грунта. Рсоор hзагл H ρнач ρкон Kф W cуглинок 47 4.1. Определяют среднее значение коэффициента пористости: 845,0 2 827,0864,0 2 коннач ср ee e . 4.2. Определяют значение обобщенного коэффициента консолидации из выражения (3.2): 12,0 720 1 001,00185,0 )845,01(63,01)1(1 22 срф 2к Hа eK H С w v год –1 , где а – коэффициент уплотнения переводим из МПа-1 в (кг/см2)-1 из расчета 1 МПа-1 = 0,1 (кг/см2)-1; w – плотность воды, которая равна 0,001 кг/см 3 . 5. Определяют время полной осадки ленточного фундамента, возведенного на мощном слое суглинка, из выражения (3.1): года.4,9 12,0 13,113,1 к стабТ Заключение. Слой суглинистого грунта мощностью 7,2 м уплотнится под нагрузкой ленточного фундамента через 9,4 года. 3.2. Определение времени полной осадки слоя суглинка и изменения влажности во времени Задание 1. Представить краткое описание теории фильтрационной консолидации. 2. Построить расчетную схему для ленточного фундамента. 3. Определить значение обобщенного коэффициента консолидации грунта. 4. Определить значение коэффициента консолидации грунта и время полной стабилизации. 5. Рассчитать влажность на данный момент времени и построить график зависимости изменения влажности от времени. ПРИМЕР Исходные данные (прил. 5) 1. Вариант – 543. 2. Мощность слоя суглинка H, см – 150. Результаты лабораторных испытаний. 3. Высота лабораторного образца грунта h, см – 3. 4. Влажность грунта образца до испытания Wн, % – 26. 5. Влажность грунта образца после испытания Wк, % – 21. 48 6. Время полной консолидации образца грунта Tстаб, ч – 6. Порядок расчета 1. Описывают особенности и общие принципы теории фильтрационной кон- солидации. Приводят формулы для расчета полной осадки грунта, рассмотренные во введении и рекомендуемой литературе. 2. Выполняют схематически расчетную схему для ленточного фундамента (пример выполнения расчетной схемы представлен на рис. 3.1). 3. Определяют значение обобщенного коэффициента консолидации грунта по данным лабораторного испытания образца по формуле (3.1): 1 стаб к ч19,0 6 13,113,1 Т . 4. Определяют значение коэффициента консолидации грунта и время полной стабилизации по данным лабораторного испытания образца из выражения (3.2): 71,1319,0 22к HСv . 4.1. Определяют обобщенный коэффициент консолидации слоя водонасы- щенного суглинка мощностью Н: 11 22к г66,0ч000076,0 150 1 71,1 1 H Сv , где выполнят пересчет: 1 год = 365 24 = 8760 ч. 0,000076 ч-1 8760 = 0,66 г-1. 4.2. Определяют время полной консолидации пласта суглинка из выражения (3.1): года7,1 66,0 13,113,1 к стабТ . 5. Определяют влажность на данный момент времени и строят график зависимости влажности от времени. 5.1. Рассчитывают значение влажности на весь период – от начала загрузки до периода полной консолидации пласта суглинка, исходя из предположения, что нормальные нагрузки в пределах всей толщи остаются постоянными. 5.1.1. Определяют число N из выражения 88,07,166,0 4 14,3 4 стабкТN . 49 5.1.2. Определяют значение коэффициента времени Uвр по значениям, приведенным в табл. 3.1. Таблица 3.1 Значение чисел N при постоянном давлении по глубине толщи при разных величинах коэффициента времени Uвр Uвр N Uвр N Uвр N Uвр N 0,05 0,005 0,30 0,17 0,55 0,59 0,80 1,40 0,10 0,02 0,35 0,24 0,60 0,71 0,85 1,69 0,15 0,04 0,40 0,31 0,65 0,84 0,90 2,09 0,20 0,08 0,45 0,39 0,70 1,00 0,95 2,80 0,25 0,12 0,50 0,49 0,75 1,18 – – При N = 0,88 Uвр = 0,65. 5.1.3. Определяют влажность грунта на заданный период от момента приложения нагрузки из выражения 75,22)2126(65,026)кнврн ( WWUWWt %, где Wн – влажность грунта образца перед испытанием, соответствующая природной влажности (исходные данные); Wк – влажность грунта образца после испытания (исходные данные); Uвр – коэффициент времени, зависящий от числа N. Результаты расчета сводят в табл. 3.2. Таблица 3.2 Результаты расчета Время T, год 0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,7 N 0 0,13 0,26 0,39 0,52 0,88 Uвр 0 0,04 0,12 0,45 0,50 0,65 Wt 26 24,75 24,25 23,75 23,5 22,75 5.2. Строят график зависимости изменения влажности во времени (рис. 3.2). 50 Рис. 3.2. График зависимости изменения влажности от времени при данных условиях консолидации Заключение. Слой суглинистого грунта мощностью 150 см уплотнится под нагрузкой ленточного фундамента через 1,7 года. По рис. 3.2 можно определить влажность в любой момент времени в течение всего процесса консолидации. Определение полных осадок сооружений При определении осадки грунта под действием веса сооружения необходимо определить величину нормального напряжения σz через угол видимо- сти α. Теоретическое решение задачи для случая равномерно распределенной нагрузки Р0 дает выражение для вертикальных нормальных напряжений 21 0 cossin P z , (3.7) где Р0 – равномерно распределенная нагрузка, МПа; – угол видимости, град.; 1 и 2 – углы, обозначенные на рис. 3.3, град. 0,0 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 20 22 24 26 W, % T, год 51 Рис. 3.3. Расчетная схема для определения вертикальных нормальных напряжений для случая равномерно распределенной нагрузки Выражение (3.7), отражающее вертикальное напряжение, можно представить в долях от Р0 с учетом коэффициента μ, определяемого по относительным координатам: 0Pz . (3.8) Относительные координаты v и d определяют из выражений b x d b z v ; , (3.9) где z – вертикальная координата рассматриваемой точки; x – горизонтальная координата рассматриваемой точки; b – половина ширины равномерно распределенной нагрузки. Значение коэффициента 0P z определяют по табл. 3.3 в зависимости от относительных координат v и d . Если грунтовый массив состоит из нескольких слоев грунта с различной плотностью и степенью сжимаемости (модулем осадки), то полная осадка ni i iss 1 слос , (3.10) 2b PX P2 = PX P1 = PZ 2 2 1 1 b b P0 PZ PZ PX 52 где sсл i – осадка некоторого слоя мощностью hi, которую определяют из выражения ii hs 0сл  , где 0 – относительная деформация слоя по оси Z, которая зависит от величины вертикального сжимающего напряжения z и определяется из выражения E z 0 , где Е – модуль общей деформации, зависящий от глубины Z. Это выражение является аналогом закона Гука. Осадку грунта для случая одномерной задачи под нагрузкой σz мощностью h определяют из выражения hes pсл , (3.11) где ep – модуль осадки, отражающий деформацию грунта и представляющий собой величину сжатия в миллиметрах столба грунта высотой в 1 м, когда к нему приложена дополнительная нагрузка σz. Модуль деформации определяют из выражения h h eр 10001000 0 , где ∆h – величина абсолютной деформации образца грунта высотой h. Таблица 3.3 Значения коэффициента 0P z в зависимости от относительных координат Относ. коорд. v Относительная координата d 0,0 0,1 0,2 0,3 0,5 0,7 1,0 1,5 2,0 3,0 4,0 5,0 Значения коэффициента μ 0,0 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 не опр. 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,1 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 0,500 0,002 0,000 0,000 0,000 0,000 0,2 0,998 0,996 0,996 0,996 0,989 0,961 0,499 0,010 0,005 0,000 0,000 0,000 0,3 0,993 0,988 0,987 0,985 0,966 0,910 0,498 0,030 0,005 0,001 0,000 0,000 0,5 0,960 0,960 0,954 0,942 0,907 0,808 0,496 0,090 0,019 0,002 0,001 0,000 0,7 0,906 0,905 0,900 0,887 0,830 0,732 0,489 0,148 0,042 0,005 0,004 0,001 1,0 0,822 0,820 0,815 0,807 0,728 0,651 0,479 0,218 0,084 0,017 0,005 0,003 1,5 0,670 0,666 0,661 0,647 0,607 0,552 0,449 0,262 0,145 0,050 0,015 0,007 2,0 0,540 0,540 0,540 0,535 0,511 0,475 0,409 0,288 0,185 0,071 0,029 0,013 3,0 0,397 0,395 0,395 0,389 0,379 0,354 0,334 0,273 0,211 0,114 0,059 0,032 4,0 0,306 0,305 0,304 0,303 0,292 0,291 0,275 0,243 0,205 0,134 0,083 0,051 5,0 0,242 0,242 0,242 0,241 0,239 0,237 0,231 0,215 0,188 0,140 0,094 0,065 5 2 59 Определение времени полной осадки одного и того же грунта, находящегося в одинаковых условиях, но в пластах с различной мощностью (H и h) вычисляют по следующей зависимости: n h H tT , где T – время, необходимое для консолидации глинистого грунта под заданной нагрузкой мощностью H; t – время, необходимое для консолидации того же грунта, но мощностью h; n – показатель консолидации, отражающий условия уплотнения данного грунта в соответствии с его составом и состоянием. Величина показателя консолидации n находится в пределах 0 ≤ n ≤ 2 и зависит от консистенции грунта, состава грунта по числу пластичности и его влажности. Показатель n = 2 относится к текучей консистенции. Показатель n = 1,5 – к тугопластичной консистенции. Показатель n = 0 относится к твердой консистенции грунта. 3.3. Определение осадки суглинистого грунта Задание 1. Представить краткое описание теории расчета полных осадок сооружений. 2. Выполнить расчетную схему грунтового массива, находящегося под полосообразной нагрузкой. 3. Определить вертикальное нормальное напряжение для середины слоя суглинка по оси полосообразной нагрузкой. 4. Определить природную нагрузку в середине слоя суглинка. 5. Определить расчетное значение модуля осадки. 6. Рассчитать осадку слоя суглинка. ПРИМЕР Исходные данные (прил. 5) 1. Вариант – 543. 2. Мощность суглинка H1, м – 0,5. 3. Плотность суглинка ρw с т/м3 – 2,1. 4. Мощность песка H2, м – 2,75. 5. Плотность песка ρw п, т/м3 – 1,9. 6. Ширина полосообразной нагрузки 2b, м – 6. 7. Давление полосообразной нагрузки Р0, кг/см 2 – 2,0. Порядок расчета 60 1. Описывают основные положения теории расчета полных осадок сооружений, приведенные выше и в рекомендуемой литературе. 2. Выполняют расчетную схему грунтового массива, находящегося под дей- ствием полосообразной нагрузки (насыпью земляного полотна автомобильной дороги). Пример выполнения расчетной схемы представлен на рис. 3.4. Рис. 3.4. Расчетная схема для определения осадки в условиях одномерной задачи 3. Определяют вертикальное нормальное напряжение для середины слоя суглинка по оси полосообразной нагрузки. 3.1. Определяют координаты середины слоя суглинка по оси полосообразной нагрузки, исходя из рис. 3.4: 0X ; 0,3 2 5,0 75,2 2 1 2 H HZ м, где H1 и H2 – мощность соответственно суглинистого и песчаного слоев. 3.2. Определяют относительные координаты середины слоя суглинистого грунта из выражений (3.9): .1 3 3 ;0 3 0 b Z v b X d 3.3. По табл. 3.3 в зависимости от относительных координат v и d определяют значение переходного коэффициента 822,0 . 3.4. Из выражения (3.8) определяют вертикальное нормальное напряжение H1 H2 X Z b b ρw c P0 ρw п 61 2 0 кг/см644,12822,0Pz . 4. Определяют напряжение, возникающее в основании слоистой грунтовой системы, под действием природной нагрузки от вышележащих слоев грунта, в середине слоя суглинка по формуле .кг/см572,072,51,0 т/м72,51,2 2 5,0 9,175,2 2 1 2 2 2пр c w n w H H 5. Определяют расчетное значение модуля осадки от действия вертикального нормального напряжения по оси полосообразной нагрузки для середины слоя суглинка. 5.1. Находят модуль осадки (сжимаемости) в зависимости от σпр по табл. 3.4, значения которого определены по компрессионной зависимости. Таблица 3.4 Зависимость модуля осадки от нагрузки Вертикальное давление σz, кг/см 2 0 1 2 3 4 5 6 Модуль осадки, еσ z, мм/м 0 27 45 58 70 78 90 мм/м.20;кг/см572,0 пр 2 пр e Если давление не соответствует целым числам, то модуль осадки находят путем интерполирования. 5.2. Определяют суммарное значение природной нагрузки и полосообразной из выражения 2 пр кг/см216,2644,1572,0z . 5.3. Определяют значение модуля осадки для суммарного значения природной и полосообразной нагрузок (см. табл. 3.4): мм/м.50;кг/см216,2 )( 2 пр пр z ez 5.4. Определяют значение модуля осадки для Рz из выражения 62 мм/м.302050 прпр )( eee zz 6. Определяют осадку слоя суглинка из выражения (3.11): мм.155,030сл hes z Заключение. Модуль осадки суглинистого грунта под полосообразной нагрузкой составит 30 мм/м. В результате уплотнения слоя суглинистого грунта мощностью 50 см величина осадки составит 15 мм. 3.4. Определение времени полной стабилизации осадки фундамента Задание 1. Представить краткое описание теории расчета полных осадок сооружений. 2. Выполнить расчетную схему грунтового массива, находящегося под фун- даментом. 3. Определить в грунтовом массиве песчаные прослойки, представляющие собой дренажные пути отвода воды. 4. Определить полную осадку сооружения. 5. Определить время полной стабилизации осадки. ПРИМЕР Исходные данные (прил. 5) 1. Вариант – 543. 2. Мощность суглинка первого слоя H1, м – 1,2. 3. Мощность суглинка второго слоя H2, м – 2,2. Результаты лабораторных испытаний. 4. Высота образца h, см – 3. 5. Время стабилизации суглинка первого слоя t1, ч – 6. 6. Модуль осадки суглинка первого слоя ep z1, мм/м – 15. 7. Время стабилизации суглинка второго слоя t2, ч – 20. 8. Модуль осадки суглинка второго слоя ep z2, мм/м – 9. Порядок расчета 1. Описывают основные положения теории расчета полных осадок сооружений, приведенные выше и в рекомендуемой литературе. 2. Выполняют схематически расчетную схему грунтового массива, находя- щегося под фундаментом. Пример выполнения расчетной схемы представлен на рис. 3.5. 63 Рис 3.5. Расчетная схема для определения полной стабилизации. осадки фундамента 3. Определяют в грунтовом массиве песчаные прослойки, представляющие собой дренажные пути отвода воды. Расчетная схема грунтового массива показывает, что непосредственно под фундаментом залегает слой песка мощностью 0,5 м. Ниже следует слой суглинка мощностью H1. Под первым слоем суглинка расположен второй слой песка мощностью 0,2 м, за которым – второй слой суглинка мощностью H2. Ниже второго слоя суглинка залегает песок. Вся толща грунта полностью насыщена водой. Суглинистый грунт, залегающий в первом и втором слоях, испытан в лабораторных условиях на компрессию (методика определения компрессионных характеристик грунтов представлена в лабораторной работе № 29, изложенной в учебном пособии Бабаскина Ю.Г. «Дорожное грунтоведение и механика земляного полотна дорог», Минск, 2001, 223 с.). При испытании на компрессию суглинка первого слоя образца высотой 3 см установлено, что при вертикальном нормальном напряжении σz1, действующем на уровне середины слоя и передаваемом на грунт от сооружения, время 95 % стабилизации составляет t1, а модуль осадки равен eσ z1. При испытании на компрессию суглинка второго слоя образца высотой 3 см установлено, что при вертикальном нормальном напряжении σz2, действующем на уровне середины второго слоя и передаваемом на грунт от сооружения, время полной стабилизации (100 %) составляет t2, а модуль осадки равен eσ z2. В результате анализа грунтового состояния основания фундамента можно заключить, что песчаные слои выполняют роль дренажных путей отвода воды, отжимаемой из глинистых пластов при их уплотнении под нагрузкой. 0,5 0,2 H1 H2 t1, ep1 t2, ep2 P0 64 Расчет времени стабилизации осадки производят только для глинистых пластов, поскольку именно эти слои будут определять осадку сооружения и время ее завершения. 4. Определяют полную осадку сооружения за счет уплотнения двух слоев суглинка. 4.1. Определяют осадку первого слоя суглинка из выражения (3.11): мм.182,115111сл Hes z 4.2. Определяют осадку второго слоя суглинка из выражения (3.11): мм.8,192,29222сл Hes z 4.3. Определяют полную осадку грунтового слоистого массива из выражения (3.10): мм.8,378,19182сл1сл 1 слос ssss ni i i 5. Определяют время полной стабилизации осадки. 5.1. Определяют время стабилизации первого слоя из выражения (3.12): ч9600 03,0 2,1 6 2 1 11 n h H tT , где n – показатель консолидации, принимаем для текучей консистенции, поскольку по условию задачи вся толща полностью насыщена водой, n = 2. Переводим часы в года: 9600 ч : 8760 = 1,1 года. 5.2. Определяют время стабилизации второго слоя из выражения (3.12): ч.107555 03,0 2,2 20 22 2 22 h H tT Переводим часы в года: 107555 ч : 8760 = 12,3 года. За время полной стабилизации слоистой грунтовой системы принимаем время стабилизации второго слоя, поскольку оба процесса сжатия грунтов происходят одновременно и по окончании стабилизации второго слоя осадка первого слоя уже завершится. 65 Заключение. Полная осадка слоистой водонасыщенной грунтовой системы, состоящей из двух слоев суглинистого грунта, подстилаемых песчаным грунтом, составит 37,8 мм, которая будет протекать в течение 12,3 лет. 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОПРОТИВЛЯЕМОСТИ СДВИГУ СКРЫТОПЛАСТИЧНЫХ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ Введение Процесс уплотнения грунта при постоянной нагрузке называется консолидацией. С консолидацией грунта связано изменение во времени осадки, прочности и устойчивости основания в целом. Сопротивление возникновению сдвиговых деформаций может быть связано со сцеплением, возникающим между частицами за счет наличия пленки воды и пылевато-глинистых частиц, либо с силами внутреннего трения между частицами. Любой массив грунта считается устойчивым, пока сдвигающие напряжения не вызовут в нем смещения частиц, т.е. должно выполняться условие f . Сопротивление грунтов сдвигу выражается зависимостью Закона Кулона для связных грунтов (рис. 4.1): МПа,,tg C где τ – сдвигающее напряжение, МПа; φ – угол внутреннего трения, град.; σ – нормальное напряжение, МПа; tg φ – коэффициент внутреннего трения. Рис. 4.1. Графическое изображение Закона Кулона C φ σ τ = σ tgφ + C 66 Величины φ и С являются основными характеристиками прочности грунта на сдвиг. В зависимости от содержания воды в связном грунте он может приобретать различную консистенцию. Сопротивление грунтов срезу экспериментальным путем может быть определено следующими методами: – консолидированного среза; – неконсолидированного среза. Метод консолидированного среза – это испытание на срез грунта, предварительно уплотненного вертикальной нагрузкой, проводимое в условиях дренирования путем повышения сдвигающей нагрузки с такой скоростью, при которой обеспечивается полная консолидация грунта. Метод неконсолидированного среза – испытание на срез грунта без предварительного уплотнения, проводимое в условиях отсутствия дренирования пу-тем приложения вертикальной и сдвигающей нагрузок с такой скоростью, при которой обеспечивается практическая неизменность начальных значений плотности и влажности грунта. Изменение прочности грунта в основании сооружения может быть объяснено двумя теоретическими подходами: 1) использованием теории порового давления; 2) использованием теории «плотности-влажности». Применение теории порового давления позволяет связать изменение сопро- тивляемости грунта сдвигу в процессе консолидации с изменением давления в поровой воде по мере ее отжатия из грунта, при этом прочность грунта описывается зависимостью CPS PP tg)( , (4.1) где PS – сопротивляемость грунта сдвигу; – нормальное напряжение на рассматриваемой площадке; PP – поровое давление в грунте; tg – коэффициент внутреннего трения грунта в данный момент времени, зависящий от количества воды в порах; C – сцепление в грунте в данный момент времени, зависящее от количества воды в порах. Параметром, отражающим зависимость сопротивляемости сдвигу от времени, является поровое давление, которое может изменяться от PP при времени равном нулю (Т = 0) до РР = 0 при времени Т = Тmax. Поровое давление в процессе консолидации изменяется от некоторой начальной величины до нуля при полной консолидации. Тогда в начальный момент (при Т = 0 σ = РР) выражение (4.1) примет вид 1CSP , 67 а в конечный момент (Т = Тmax) CSP tg . При втором теоретическом подходе (по теории «плотность-влажность») со- противляемость сдвигу изменяется в процессе консолидации, поскольку меняется плотность и влажность грунта по мере отжатия воды. Прочность грунта описывается выражением WWР CS tg , (4.2) где WW Cи – соответственно угол внутреннего трения и сцепление в момент времени Т, зависящий от влажности грунта W в данный момент времени. Учитывая, что влажность изменяется от некоторой величины Wнач при Tнач до величины Wкон при Tкон, выражение (4.2) может иметь вид для различной степени консолидации: при ;tg0 начнач WWPW СST при конконtgстаб WWPW СSTT . Очевидно, что сопротивляемость грунта сдвигу в конечном состоянии по теории порового давления и по теории «плотности-влажности» будет больше, чем в начальном состоянии, только по первой теории – за счет падения порового давления, а по второй – за счет снижения плотности-влажности грунта. Следовательно: , коннач TTT SSS где начT S – сопротивляемость грунтов сдвигу в начальный период времени при влажности Wнач; TS – сопротивляемость грунтов сдвигу в данный момент времени при влажности WT; конT S – сопротивляемость грунтов сдвигу в конечный период времени при влажности Wкон. Н.Н. Маслов развил теорию прочности глинистых грунтов и на основании Закона Кулона предложил выражение, в котором сцепление грунтовых частиц С рассматривается с двух позиций: – с одной стороны, как жесткое структурное сцепление СС; – с другой, как связность горной породы водно-коллоидной природы и обратимого характера, зависящая от изменения влажности СW. Формула Маслова Н.Н. имеет вид CWP CCS tg . (4.3) 68 При таком рассмотрении прочности глинистых грунтов, можно разделить на три вида: 1) жесткие, у которых СW = 0; 2) пластичные, у которых φ = 0 и СС = 0; 3) скрытопластичные, у которых все члены выражения (4.3) имеют большую значимость и это выражение имеет полный вид. Сопротивляемость сдвигу скрытопластичных глинистых грунтов происходит по методу незавершенной консолидации как от вертикальной, так и от горизонтальной нагрузки. Задание 1. Представить краткое описание оценки сопротивляемости скрытопластич- ных глинистых грунтов сдвигу. 2. Построить график зависимости сопротивляемости грунта сдвигу от влажности при постоянном нормальном напряжении. 3. Построить график зависимости сопротивляемости грунта сдвигу от нормального напряжения при постоянном значении влажности. 4. Определить значения угла внутреннего трения и сцепления. 5. Построить график зависимости изменения угла внутреннего трения и сцеп- ления от влажности грунта. 6. Определить вид грунта, для которого свойственны полученные параметры. ПРИМЕР Исходные данные (табл. П 5) 1. Вариант – 26. 2. Исходные данные представлены в табл. 4.1. Таблица 4.1 Исходные данные для решения задачи Нормальное напряжение σ, МПа σ1 = 0,1 МПа σ2 = 0,2 МПа σ3 = 0,3 МПа Влажность после сдви- га W, % Сопротивл яемость сдвигу Sp, МПа Влажность после сдви- га W, % Сопротивл яемость сдвигу Sp, МПа Влажность после сдви- га W, % Сопротивл яемость сдвигу Sp, МПа 22 0,105 22 0,120 22 0,135 31 0,040 31 0,055 31 0,070 34 0,030 34 0,050 34 0,065 Порядок расчета 69 1. Описывают изменение прочности грунта в основании сооружения по тео- рии порового давления и теории «плотности-влажности» по материалу, представленному во введении и рекомендуемой литературе. 2. Строят график зависимости сопротивляемости грунта сдвигу от влажности при постоянном нормальном напряжении (первый график). 2.1. Вначале выполняют построение координатных осей для трех графиков. 2.1.1. На миллиметровой бумаге формата А4 (210 297) выполняют рамку в соответствии с данными, представленными в разделе «Содержание курсовой работы и порядок ее оформления». Ориентируют лист вдоль большего размера страницы. 2.1.2. Разбивают общее поле внутри рамки на три равновеликих прямоугольника. В пределах каждого прямоугольника вычерчивают и подписывают оси координат: – в первом прямоугольнике график constпри)(WfSP ; – во втором прямоугольнике constпри)( WfSP ; – в третьем )(и)( WfCWf . Для соблюдения пропорций принимают следующие масштабы шкал графиков, оси ординат: SP – 0,01 МПа – 5 мм (первый и второй графики – вертикальная ось); φ – 1 – 5 мм (третий график – вертикальная ось (дополнительная)); С – 0,01 МПа – 7,5 мм (третий график – вертикальная ось); оси абсцисс всех трех графиков вычерчивают на одном уровне: W – 2 % – 10 мм (первый и третий графики – горизонтальная ось) (в целях экономии места в начале координат ставят цифру, предшествующую минималь- ной цифре исходных данных); σ – 0,1 МПа – 25 мм (второй график – горизонтальная ось). 2.2. Строят первый график. По координатным осям откладывают значения сопротивляемости грунтов сдвигу SP и влажности W в соответствии с исходными данными. Получают три кривые зависимости constпри)(WfSP . 3. Строят график зависимости сопротивляемости грунта сдвигу от нормаль- ного напряжения при постоянном значении влажности (второй график). 3.1. На первом графике определяют точки пересечения сопротивляемости грунта сдвигу с обозначенными в исходных данных значениями влажности (W1 = 22 %; W2 = 31 %; W3 = 34 %). Из этих точек проводят горизонтальные проекции на второй график. По оси абсцисс восстанавливают перпендикуляры из значений нормальных давлений (σ1 = 0,1 МПа; σ2 = 0,2 МПа; σ3 = 0,3 МПа). Через точки пересечения проводят три прямые линии до пересечения с осью ординат. Полученная зависимость характеризует прочность скрытопластичных глинистых грунтов, в которых связность зависит от влажности. 4. Определяют значения угла внутреннего трения и сцепления. 70 По второму графику с помощью транспортира определяют угол наклона каждой прямой линии. Этот угол наклона равен углу внутреннего трения грунта φ. Полученные значения угла внутреннего трения характерны для определенной влажности грунта. По оси ординат второго графика определяют значения сцепления грунта С, соответствующие значению сопротивляемости грунта сдвигу, определяемые по точке пересечения прямых линий с осью. 5. Строят график зависимости изменения угла внутреннего трения и сцепления от влажности грунта (третий график). Третий график имеет сдвоенную шкалу ординат, соответствующую значениям угла внутреннего трения φ и сцепления грунта С. График зависимости )(Wf строят по вычисленным значениям угла внутреннего трения грунта (углы наклона прямых линий к их горизонтальным проекциям) и значениям влажности, приведенным в исходных данных. График зависимости )(WfC строят по вычисленным значениям связности грунта (точки пересечения прямых линий с осью ординат) и значениям влажности, приведенным в исходных данных. Пример построения графиков изменения прочностных показателей скрытопластичных глинистых грунтов приведен на рис. 4.2. На основании этого гра-фика можно сделать прогноз об изменении таких показателей, как: – угол внутреннего трения; – связность; – сопротивляемость грунта сдвигу в зависимости от влажности грунта и нормальной нагрузки от сооружения. 6. Определяют вид грунта, для которого характерны полученные показатели. При естественном залегании глинистые грунты характеризуются определенными значениями угла внутреннего трения и сцепления, которые определяют состояние (консистенцию) связных грунтов (табл. 4.2). Таблица 4.2 Значения показателей прочности грунта на сдвиг Состояние глинистого грунта Значения показателей супесь суглинок глина φ С IL φ С IL φ С IL Твердое 28 0,020 IL < 0 25 0,060 IL < 0 22 0,100 IL < 0 Полутвердое 26 0,015 23 0,040 0 ≤ IL ≤ 0,25 20 0,060 0 ≤ IL ≤ 0,25 Туго- пластичное 24 0,010 21 0,025 0,25 < IL ≤ 0,5 18 0,040 0,25 < IL ≤ 0,5 Мягко- пластичное 20 0,005 0 ≤ IL ≤ 1 17 0,015 0,5 < IL ≤ 0,75 14 0,020 0,5 < IL ≤ 0,75 71 Текуче- пластичное 18 0,002 13 0,010 0,75 < IL ≤ 1 8 0,010 0,75 < IL ≤ 1 Текучее 14 0,000 IL > 1 10 0,005 IL > 1 6 0,005 IL > 1 Sp Sp, МПа φ 0,11 C МПа 21 0,20 20 0,10 0,19 19 0,18 18 0,09 0,17 17 0,16 16 0,08 0,15 15 0,14 14 0,07 0,13 13 0,12 12 0,06 0,11 11 0,10 10 0,05 0,09 9 0,08 8 0,04 0,07 7 0,06 6 0,03 0,05 5 0,04 4 0,02 0,03 3 0,02 W, % , МПа 2 0,01 0,01 1 20 22 24 26 28 30 32 34 0 0,1 0,2 0,3 20 22 24 26 28 30 32 34 Рис. 4.2. График зависимости сопротивляемости сдвигу скрытопластичных глинистых грунтов 1 = 0,3 МПа 2 = 0,2 МПа 3 = 0,1 МПа W = 22 % W = 30 % W = 22 % С = f(W) φ = f(W) 6 5 W, % 66 В соответствии с этой таблицей супесь может находиться в трех состояниях: твердом, пластичном и текучем. Суглинок и глина могут находиться в шести состояниях: от твердого до текучего. 6.1. По третьему графику определяют показатели грунта. Угол внутреннего трения и сцепление: 333 222 111 ;%22 ;%22 ;%22 CW CW CW 6.2. По табл. 4.2 определяют вид грунта и его консистенцию. Заключение. Полученные значения угла внутреннего трения и сцепления грунта свидетельствуют о том, что исследуемый грунт (например) суглинистый и находится в состоянии консистенции (например) от тугопластичной до твердой. 5. РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСА, СЛОЖЕННОГО ИЗ ОДНОРОДНОГО ГРУНТА Введение Откосы земляных сооружений являются самыми уязвимыми местами дорожной конструкции, поскольку они испытывают различные воздействия погодно-климатических факторов, а также давление от подвижной нагрузки и собственного веса. Откосы насыпей могут быть подтопляемыми и неподтопляемыми. Откосы выемок по степени обводненности подземными водами могут быть сухими, мокрыми и обводненными. Основной геотехнической задачей при проектировании высоких насыпей и глубоких выемок является оценка и обеспечение устойчивости откосов. Для решения этой задачи необходимо: 1) установить индекс классификационной группы откоса; 2) выбрать метод расчета для проверки устойчивости откоса с учетом его классификационной группы; 3) провести расчеты по выбранному методу и определить коэффициент устойчивости; 4) сопоставить полученное значение коэффициента устойчивости с требуемыми значениями и сделать заключение о достаточной или недостаточной степени устойчивости; 5) при недостаточной устойчивости выбрать мероприятия по повышению устойчивости откоса. 67 В зависимости от инженерно-геологических особенностей грунтов, образующих откос, и гидрогеологических условий грунтовой толщи, откосы насыпей и выемок классифицируют в соответствии с табл. 5.1. Таблица 5.1 Классификация откосов насыпей и выемок Тип земляного полотна Вид строения откоса по наличию слоистости Разновидность по характеру слоистости Разновидность по воздействию подземных и поверхностных вод Насыпь (Н) А. Однородный – 1. Безводный Б. Слоистый – 2. Подверженный силовому воздействию воды Выемка (В) А. Однородный – 1. Безводный Б. Слоистый I. Горизонтальные слои 2. Несущий поток грунтовых вод II. Падение в сторону выемки III. Падение от выемки IV. Сложное расположение слоев По табл. 5.1 устанавливают индекс классификационной группы откоса. Например, откосу выемки, имеющему слоистый характер со сложным расположением слоев, несущих поток грунтовых вод, соответствует индекс В- Б-IV-2. Наиболее распространенным методом оценки устойчивости склонов является метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения (КЦПС), основан-ный на том, что смещение одной части грунтового массива относительно неподвижной, происходит по кривой поверхности, имеющей очертание, близкое к круглоцилиндрической. Другой метод предполагает, что часть грунтового массива смещается по плоской поверхности, либо по комбинации плоских поверхностей. Такой метод называется методом плоских поверхностей скольжения (ППС). Выбрать метод расчета можно на основании табл. 5.2. 68 Таблица 5.2 Методы расчета устойчивости откосов насыпей и выемок Метод расчета Индекс классификационной группы Условия применения насыпь (Н) выемка (В) КЦПС А-1,2 А-1,2 При прочном основании ППС – Б-I-1,2 При прочном основании и явно выраженной структуре откоса Б-II-1,2 Комплексный расчет по КЦПС и ППС Б-1,2 – При прочном основании и невозможности установления наи-более вероятной поверхности скольжения Комплексный расчет по КЦПС и ППС Б-I,II,III,IV-1,2 При прочном основании и невозможности установления наиболее вероятной поверхности скольжения При расчете проектируемых насыпей или выемок необходимо обеспечить определенное значение коэффициента устойчивости, величина которого зависит от применяемого метода расчета (табл. 5.3). Таблица 5.3 Наименьшие требуемые значения коэффициента устойчивости № п/п Метод расчета Инженерно-геологические условия Однородный сухой откос, сложенный песчаными грунтами при прочном основании Прочие случаи 1 Метод КЦПС 1,2 1,3 2 Метод ППС – 1,3 Для насыпей разрешается без ограничений применять грунты и отходы промышленности, незначительно меняющие прочность и устойчивость под воз- действием погодно-климатических факторов (ТКП 45-3.03-19-2006). Крутизну откосов насыпей назначают в зависимости от высоты насыпи или глубины выемки и вида грунта (табл. 5.4). 69 Таблица 5.4 Наибольшая крутизна откосов Грунты насыпи Наибольшая крутизна откосов при высоте откоса насыпи, м До 6 До 12, в т.ч. в нижней части – до 6 в верхней части – от 6 до 12 Крупнообломочные грунты, пески: крупные, средней крупности 1:1,5 1:1,5 1:1,5 Пески: мелкие, пылеватые 1:1,5 1:2 1:1,5 Глинистые грунты 1:1,75 1:2 1:1,75 При недостаточной устойчивости, когда расчетное значение коэффициента устойчивости меньше требуемого, необходимо предложить мероприятия по повышению устойчивости откоса. Предлагаемые мероприятия должны быть основаны на снижении напряженного состояния или повышении сдвиговых характеристик грунта (табл. 5.5). Таблица 5.5 Мероприятия по повышению устойчивости откосов и склонов № п/п Мероприятия Механизм проявления эффекта 1 2 3 1 Уполаживание откоса Уменьшение напряженного состояния 2 Устройство разгрузочных берм на насыпях 3 Устройство контрбанкетов на выемках 4 Снижение высоты откоса 5 Использование в откосе легких материалов 6 Защита от насыщения грунта водой с поверхности 7 Дренирование для снижения силового воздействия подземных вод 8 Дренирование с целью снижения влажности грунта Повышение сдвиговых характеристик 9 Защита от проникания воды в грунт откоса 10 Использование в насыпи грунтов с повышенными значениями φ и c Окончание табл. 5.5 70 1 2 3 11 Укрепление грунта откосов: – биологической защитой; – сборными решетчатыми конструкциями – бетонными, железобетонными и асфальтобетонными конструкциями; – монолитными конструкциями Защита поверхности откоса 12 Устройство подпорных стенок Уменьшение высоты или ликвидация откоса 5.1. Определение устойчивости откоса по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения без учета дополнительных силовых воздействий Метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения описывает сложный вид деформации грунтового массива, характеризующийся срезом с вращением. Нарушение устойчивости в данном случае связано со сдвигом- срезом и перемещением некоторой части грунта по поверхности скольжения. Оценка устойчивости грунтовых массивов против сдвига сводится к определению коэффициента устойчивости, характеризующего отношение моментов сил, удерживающих оползающую часть массива, к моменту сдвигающих сил сд уд уст М М K . (5.1) В общем виде коэффициент устойчивости откоса определяется из выражения R XP LCР K ii wwitg у , (5.2) где ∑Рi – общий вес блоков, кН; tgφw – коэффициент внутреннего трения (φw – угол внутреннего трения, град.); Cw – сцепление грунта, кН/м 2 ; L – длина кривой скольжения, м; Xi – плечо блока, равное отрезку от средней линии блока до вертикальной оси Y, м; ∑Pi Xi – сумма сдвигающих моментов, кН м; R – радиус кривой скольжения, м. 71 Задание 1. Установить индекс классификационной группы откоса. 2. Обосновать условия применения способа расчета. 3. Выполнить расчет коэффициента устойчивости откоса по методу КЦПС без учета дополнительных силовых воздействий. ПРИМЕР Исходные данные (прил. 1) 1. Вариант – 543. 2. Категория дороги – II. 3. Высота откоса Н, м – 8. 4. Крутизна откоса 1: m – 1:2; 1:1,5. 5. Удельный вес грунта w , кН/м 3 – 18,7. 6. Сцепление грунта С, кН/м2 20. 7. Угол внутреннего трения φ, град. – 12. Порядок расчета 1. Определяют индекс классификационной группы откоса по табл. 5.1. Например: индекс откоса соответствует группе В-Б-IV-2. 2. Обосновывают условия применения способа расчета по табл. 5.2. Например: индекс В-Б-IV-2 соответствует откосу, для которого характерны прочное основание и невозможность установления наиболее вероятной поверхности скольжения. Для такого откоса необходимо провести комплексный расчет по методам КЦПС и ППС. 3. Рассчитывают коэффициент устойчивости откоса по методу КЦПС без учета дополнительных силовых воздействий. 3.1.Определяют координаты кривой скольжения. 3.1.1. Вычисляют параметр λср из выражения 6,1 20 2126,087,18tg ср w ww C H , где γw – расчетное значение удельного веса грунта, кН/м 3 (исходные данные); Н – высота откоса, м (исходные данные); φw – угол внутреннего трения, град. (исходные данные); Cw – сцепление, кН/м 2 (исходные данные). 3.1.2. Определяют угол наклона поверхности откоса у подошвы. Откос имеет высоту 8 м (исходные данные). В соответствии с ТКП 45-3.03- 19–2006 в зависимости от вида грунта откос может иметь сложный контур (см. табл. 5.4): 72 – нижняя часть (от подошвы откоса и до 6 м) с большим заложением (согласно исходным данным 1:2); – верхняя часть (от 6 м и до верха земляного полотна) с меньшим заложением (согласно исходным данным 1:1,5). Вычисляем угол наклона поверхности откоса: ,2763265,0arctg ;5,0 28 8 tg оо Hm H (5.3) где т – заложение откоса (исходные данные). 3.1.3. Определяют относительные координаты центра опасной кривой сколь- жения по графику Янбу с учетом параметров 6,1ср и .27 о Например: Х0 = 0,82; Y0 = 1,6. График Янбу (рис. 5.1) представляет собой номограмму, состоящую из двух графиков, совмещенных по общим осям. Вертикальная ось представляет собой численные значения горизонтальной координаты Х и вертикальной Y. Горизонтальная ось представляет собой угол наклона поверхности контура откоса к горизонтальной проекции. График состоит из двух наборов криволинейных зависимостей: верхний набор соответствует координате Y при различных значениях λср, нижний – координате Х также при различных значениях λср. Из графика видно, что координаты Y могут быть только положительными, а координаты Х при угле β более 35 (для различных значений λср) могут иметь отрицательные значения. 3.1.4. Определяют абсолютные координаты центра кривой скольжения из выражений м.12,881,6 м;6,5680,82 о о HYY HXX (5.4) 3.2. Вычерчивают расчетную схему контура откоса с нанесением кривой скольжения и разбивкой на блоки. 3.2.1. На отдельном листе миллиметровой бумаги формата А4 (210 297 мм) по исходным данным (в масштабе 1:100) вычерчивают контуры откоса (рис. 5.2). Если высота насыпи более 6 м, контур откоса представляет собой ломаную линию с заложением от подошвы до 6 м 1:2, и более 6 м до верха земляного полотна 1:1,5 (в соответствии с исходными данными). 73 Рис. 5.1. График Янбу для определения координат центра наиболее опасной кривой скольжения В зависимости от категории дороги (табл. 5.6) по верху откоса откладывают половину ширины дорожного полотна и проводят осевую линию. 3.2.2. Из точки подошвы откоса восстанавливают перпендикуляр и откладывают координату Y. Из полученной точки откладывают горизонтальную координату Х. Если значение Х положительное, то отрезок откладывают вправо, если отрицательное – влево. Получают положение центра кривой скольжения, которое обозначают – О. Y0 X0 Рис. 5.2. Расчетная схема определения устойчивости откоса по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения (КЦПС) без учета дополнительных силовых воздействий 7 8 9 10 11 3 4 5 6 2 1 O Y = Х = α = R = B/2 = H = 6 м Ширина блока 1:m = 1:2 1:m = 1:1 Высота блока = ОсьY 7 4 75 Таблица 5.6 Размеры дорожного полотна Наименование Значение параметра для категории, м I-а I-б, I-в II III IV V VI-а VI-б Ширина дорожного полотна 24,5 + s 32 + s 22 + s 29 + s 13 12 10 8 6,5 4,5 Примечание: s – ширина барьерного ограждения, устанавливаемого на разделительной полосе. 3.2.3. Из найденного центра О радиусом R, равным расстоянию от точки О до подошвы откоса, проводят дугу кривой скольжения и опускают перпендикуляр, который обозначает ось Y. Объем грунта, находящийся справа от перпендикуляра (оси Y) и ограниченный дугой скольжения, будет способствовать возникновению вращающих моментов Мвр, а объем, находящийся слева, – возникновению удерживающих моментов Mуд. 3.2.4. Полученный отсек обрушения делят на расчетные блоки вертикальными сечениями. Ширину блока принимают равной 1,0–1,5 м. Разделение на блоки начинают от оси Y влево и вправо. Следует соблюдать обязательное условие при разбивке массива на блоки: 1) ось Y должна лежать на границе блоков; 2) через точку изменения наклона контура откоса (точку изменения заложения откоса) должна проходить граница между блоками; 3) через верхнюю бровку дорожного полотна должна проходить граница между блоками. После разбивки всего массива на блоки внизу схемы проставляют численные значения ширины каждого блока. 3.2.5. В каждом блоке проводят среднюю линию. В блоке, представляющем трапецию, средняя линия проходит посередине блока. Исключение составляют первый и последний блоки, представляющие собой не трапеции, а треугольники. В таких геометрических фигурах центр тяжести лежит на линии, находящейся на удалении от вершины, равном 2/3 основания треугольника. Поэтому средние линии этих двух блоков будут находиться не посередине блока, а на расстоянии 2/3 основания от вершины треугольника. Среднюю линию проводят пунктирной линией и рядом проставляют ее длину. 3.3. Определяют удерживающие и сдвигающие моменты, действующие на массив обрушения. Результаты расчетов заносят в табл. 5.7. Таблица 5.7 Результаты определения моментов по методу КЦПС без учета дополнительных силовых воздействий № бло- ка Средняя высота блока, м Ширина блока, м Объем блока, м3 Удельный вес грунта, кН/м3 Вес блока Рi, кН Угол внутреннего трения грунта φw, град. Коэффициент внутреннего трения грунта tg φw Pi tg φw Длина плеча Хi, м Сдвигающий момент Рi Xi 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Расч. сх. Расч. сх. 2 3 Исх. дан. 4 5 Исх. дан. Расчет 6 8 Расч. сх. 6 10 1 2 … n ∑ ∑ ∑ 7 6 77 3.3.1. Вычисляют среднюю высоту блока из расчетной схемы, выполненной в масштабе 1:100. 3.3.2. Вычисляют ширину блока. 3.3.3. Рассчитывают объем блока путем умножения средней высоты на ши- рину блока. 3.3.4. Удельный вес грунта принимают в соответствии с исходными данными. 3.3.5. Вычисляют вес блока Рi путем умножения объема блока на удельный вес грунта. 3.3.6. Угол внутреннего трения принимают в соответствии с исходными данными. 3.3.7. Определяют коэффициент внутреннего трения (тангенс угла) путем взятия тригонометрической функции угла внутреннего трения. 3.3.8. Определяют суммарную величину произведения веса блока на коэффициент внутреннего трения. 3.3.9. Определяют длину плеча из расчетной схемы. Плечо равняется отрезку, равному расстоянию от оси Y до средней линии соответствующего блока. Плечо, откладываемое вправо, записывают со знаком плюс, влево – со знаком минус. 3.3.10. Определяют величину сдвигающего момента путем умножения веса блока на длину плеча. Момент имеет тот же знак, что и плечо. 3.3.11. После расчета всех блоков вычисляют суммарное значение ∑Рi tgφw (столбец 9 табл. 5.7) и алгебраическую сумму ∑PiXi (столбец 11). 3.4. Определяют коэффициент устойчивости откоса. 3.4.1. Определяют длину дуги скольжения L, для чего вначале находят показатель 180 arc , где α – угол, взятый из расчетной схемы, составляемый двумя радиусами, соединяющими центр кривой вращения (точку О) и концы кривой скольжения. 3.4.2. Определяют длину дуги скольжения: RL arc , где R – радиус кривой скольжения, взятый из расчетной схемы. 3.4.3. Рассчитывают коэффициент устойчивости Kу по формуле (5.1). 4. Полученное значение сравнивают с требуемым коэффициентом устойчивости (см. табл. 5.3). Если вычисленный коэффициент равен или больше 1,3, то откос считается устойчивым, если меньше – неустойчивым. 5. Для неустойчивых откосов выбирают мероприятие, повышающее устой- чивость земляного сооружения за счет уменьшения напряжений, увеличения сдвиговых характеристик, защиты поверхности откоса, уменьшения высоты или ликвидации откоса за счет устройства подпорной стенки (см. табл. 5.5). 78 Заключение. Индекс классификационной группы откоса соответствует груп- пе В-Б-IV-2. Для данного откоса выполнен расчет коэффициента устойчивости по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения без учета дополнительных силовых воздействий. Коэффициент устойчивости равен 1,3, что со-ответствует устойчивому состоянию откоса. 5.2. Определение устойчивости откоса по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения с учетом гидростатического давления Поверхностные и грунтовые воды понижают прочностные свойства грунтов и способствуют снижению устойчивости склонов и откосов, вызывая тем самым оползневые явления. Гидростатическое взвешивание по-разному проявляется для сыпучих (зернистых) и глинистых грунтов. Для глинистых грунтов это явление оказывается более сложным, чем для песков, ввиду того, что пылевато- глинистые грунты могут находиться в различной консистенции и начальный градиент напора препятствует проникновению гравитационной воды в поры глинистого грунта. В подтопляемой водой насыпи трение и сцепление у водонасыщенного грунта меньше, чем у сухого, поэтому устойчивость части грунта, расположенного ниже поверхности депрессии, может значительно понизиться. При расчете подтопленной насыпи считается, что грунт выше горизонта вод находится в сухом состоянии, а ниже – в водонасыщенном. Это явление отражается на удель-ном весе, применяемом для определения веса грунта. Учитывая, что любой пред-мет в воде легче, можно предположить, что частичка грунта также становится легче, а, следовательно, вес уменьшается. Поэтому земляное полотно необходимо рассматривать как сооружение, состоящее из двух массивов: одного, расположенного выше уровня затопления насыпи, а второго – ниже. При расчете устойчивости откоса по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжений с учетом гидростатического давления грунтовый массив, обозначенный кривой скольжения, разбивают на блоки и проводят горизонтальную прямую, отражающую уровень затопления грунта. В тех блоках, где прямая горизонта вод пересекает среднюю высоту блока, среднюю линию разбивают на два отрезка: выше и ниже прямой горизонта вод. Определяют два объема блока, каждый из которых умножают на удельный вес, только нижний блок умножают на удельный вес взвешенного в воде грунта, а верхний – на удельный вес сухого грунта. Задание 1. Установить индекс классификационной группы откоса. 2. Обосновать условия применения способа расчета. 79 3. Выполнить расчет коэффициента устойчивости откоса по методу КЦПС с учетом гидростатического давления. ПРИМЕР Исходные данные (прил. 1) 1. Вариант – 543. 2. Категория дороги – II. 3. Высота откоса Н, м – 8. 4. Крутизна откоса 1: m – 1:2; 1:1,5. 5. Удельный вес грунта w , кН/м 3 – 18,7. 6. Сцепление грунта C, кН/м2 – 20. 7. Угол внутреннего трения φ, град. – 12. 8. Уровень горизонта вод ГВ, м – 5. Порядок расчета 1. Определяют индекс классификационной группы откоса по табл. 5.1. Например: индекс откоса соответствует группе В-Б-IV-2. 2. Обосновывают условия применения способа расчета по табл. 5.2. Например: индекс В-Б-IV-2 соответствует откосу, для которого характерны прочное основание и невозможность установления наиболее вероятной поверхности скольжения. Для такого откоса необходимо провести комплексный расчет по методам КЦПС и ППС. 3. Рассчитывают коэффициент устойчивости откоса по методу КЦПС с уче- том гидростатического давления. 3.1. Определяют координаты кривой скольжения. 3.1.1. Вычисляют удельный вес грунта, взвешенного в воде: 7,8107,18в вз ww кН/м 3 , (5.5) где γw – удельный вес грунта, кН/м 3 (исходные данные); γв – удельный вес воды (принимаем равным 10 кН/м 3 ). 3.1.2. Вычисляют средневзвешенное значение удельного веса грунта: 3з вз c ср кН/м45,12 8 57,837,18 H hh ww , где hc – высота сухой части грунта, определяемая из выражения м358зс hHh , где Н – высота откоса (исходные данные), м; 80 hз – высота зоны затопления, равная горизонту вод ГВ (исходные данные), м. 3.1.3. Определяют параметр λср по формуле 1,1 20 2126,0845,12tgср ср w w C H , где γср – средневзвешенное значение удельного веса грунта, кН/м 3 ; Н – высота откоса, м (исходные данные); φw – угол внутреннего трения, град. (исходные данные); tgφw – коэффициент внутреннего трения; Cw – сцепление, кН/м 2 (исходные данные). 3.1.4. Определяют угол наклона поверхности β с учетом коэффициента заложения откоса из выражения (5.3). 3.1.5. Зная λср и β определяют относительные координаты по графику Янбу (см. рис. 5.1). 3.1.6. Определяют абсолютные координаты центра опасной дуги скольжения из выражения (5.4). 3.2. Вычерчивают расчетную схему контура откоса с нанесением кривой скольжения, разбивкой обозначенного массива на блоки и прямой уровня горизонта вод, соответствующей затоплению откоса. 3.2.1. На отдельном листе миллиметровой бумаги формата А4 (210 297 мм) по исходным данным (в масштабе 1:100) вычерчивают контуры откоса (рис. 5.3). Если высота насыпи более 6 м, контур откоса представляет собой ломаную линию с заложением от подошвы до 6 м – 1:2, более 6 м до верха земляного полотна – 1:1,5, согласно условию задачи (см. рис. 5.2). В зависимости от категории дороги (см. табл. 5.6) по верху откоса откладывают половину ширины земляного полотна и проводят осевую линию. 3.2.2. Из точки подошвы откоса восстанавливают перпендикуляр и откладывают координату Y. Из полученной точки откладывают горизонтальную координату Х. Получают положение центра кривой скольжения, которое обозначают О. 3.2.3. Из найденного центра О радиусом R проводят дугу кривой скольжения и опускают перпендикуляр, который обозначают ось Y. 3.2.4. Полученный отсек обрушения делят на расчетные блоки вертикальными сечениями. Ширину блока принимают не более 1,0 м. Разделение на блоки начинают от оси Y влево и вправо. После разбивки всего массива на блоки внизу схемы проставляют численные значения ширины каждого блока. 3.2.5. В каждом блоке проводят среднюю линию. В блоке, представляющем трапецию, средняя линия проходит посередине блока. В треугольных блоках средняя линия находится на расстоянии, равном 2/3 основания от вершины треугольника. Среднюю линию проводят пунктирной линией. 81 3.2.6. Проводят горизонтальную линию, которая обозначает уровень затопления откоса. Рядом со средней линией проставляют численное значение ее длины. Рис. 5.3. Расчетная схема к методу определения устойчивости откоса с помощью круглоцилиндрических поверхностей скольжения (КЦПС) c учетом гидростатического давления 11 10 9 8 7 6 5 4 3 1 2 Y = X = R = R = α = B/2 = H = ГВВ = Ширина блока Высота блока Ось Y O 8 1 82 Если кривая горизонта вод (ГВ) делит среднюю линию на отрезки, то рядом проставляют длины этих отрезков. 3.3. Определяют удерживающие и сдвигающие моменты, действующие на массив обрушения. Результаты расчетов заносят в табл. 5.8. 3.3.1. Вычисляют среднюю высоту блока из расчетной схемы, выполненной в масштабе 1:100. В блоках, в которых горизонт вод разделил среднюю линию на отрезки, проставляют две высоты: выше и ниже горизонта вод. 3.3.2. Вычисляют ширину блока. 3.3.3. Рассчитывают объем блока путем умножения средней высоты на ши- рину блока. Если в блоке записаны две высоты (ниже и выше горизонта вод), то объем вычисляют для каждой высоты. Таким образом, в строке блоков с разделенной средней линией, вычисляют два объема. 3.3.4. Удельный вес сухого грунта принимают в соответствии с исход- ными данными, а удельный вес взвешенного в воде грунта получают из выражения (5.5). 3.3.5. Вычисляют вес блока Рi: – находящегося ниже уровня горизонта вод – путем умножения объема на удельный вес взвешенного в воде грунта; – находящегося выше уровня горизонта вод – умножением объема на удельный вес сухого грунта; – блока, в котором горизонт вод разделяет среднюю линию на отрезки: – объем части блока, находящейся выше уровня горизонта вод, умножают на удельный вес сухого грунта; – объем части блока, находящейся ниже уровня горизонта вод, умножают на удельный вес грунта, взвешенного в воде. 3.3.6. Определяют общий вес блока путем сложения весов отдельных объемов. 3.3.7. Угол внутреннего трения принимают в соответствии с исходными данными. 3.3.8. Определяют коэффициент внутреннего трения (тангенс угла) путем взятия тригонометрической функции угла внутреннего трения. 3.3.9. Определяют суммарную величину произведения веса блока на коэффициент внутреннего трения. 3.3.10. Определяют длину плеча из расчетной схемы. Плечо равняется отрезку, равному расстоянию от оси Y до средней линии соответствующего блока. Плечо, откладываемое вправо, записывают со знаком плюс, влево – со знаком минус. 3.3.11. Определяют величину сдвигающего момента путем умножения веса блока на длину плеча. Момент имеет тот же знак, что и плечо. 3.3.12. После расчета всех блоков вычисляют суммарные значения ∑Рi tgφw (столбец 11 табл. 5.8) и ∑PiXi (столбец 13). 3.4. Определяют коэффициент устойчивости откоса. Таблица 5.8 Расчет составляющих для определения коэффициента устойчивости откоса с учетом гидростатического давления № бло- ка Средня я высота блока, м Ши- рина блока, м Объем блока, м3 Удельн ый вес грунта, кН/м3 Удельный вес грунта во взвешенном со-стоянии, кН/м3 Вес отдельн ых частей блока, кН Общий вес блока Рi, кН Угол внутрен него трения φw град. Коэффи- циент внут- реннего трения tgφw Рi tgφw Плечо Xi, м Момент РiXi, кН м 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 Расч. схема Расч. схема 2 3 Исх. дан. Расчет 4 5, 4 6 ∑7 Исх. дан. Расчет 8 10 Расч. схема 8 12 2 3 … n ∑ ∑ ∑ 83 84 3.4.1. Определяют длину дуги скольжения L, для чего вначале находят показатель 180 arc , где α – угол, взятый из расчетной схемы, составляемый двумя радиусами, соединяющими центр кривой вращения (точку О) и концы кривой скольжения. 3.4.2. Определяют длину дуги скольжения: RL arc , где R – радиус кривой скольжения, взятый из расчетной схемы. 3.4.3. Рассчитывают коэффициент устойчивости Kу из выражения (5.2). 4. Полученное значение сравнивают с требуемым коэффициентом устойчивости (см. табл. 5.3). Если вычисленный коэффициент больше 1,3, то откос считается устойчивым, если меньше – неустойчивым. 5. Для неустойчивых откосов выбирается мероприятие, повышающее устой- чивость земляного сооружения за счет уменьшения напряжений, увеличения сдви-говых характеристик, защиты поверхности откоса, уменьшения высоты или лик-видации откоса за счет устройства подпорной стенки (см. табл. 5.5). Для неустойчивых откосов могут быть выполнены следующие мероприятия: – произведено уполаживание откоса; – устройство разгрузочных берм (берма – горизонтальная или слегка наклонная полка шириной 2–3 м, устраиваемая на высоких откосах насыпей или выемок, для обеспечения устойчивости грунта земляного полотна); – устройство контрбанкетов. Банкет – это сооружение правильной формы трапецевидного или треуголь- ного сечения из грунта, отсыпаемого вдоль верхней бровки выемки для ограж- дения и защиты ее откосов от размыва поверхностными водами. Контрбанкет – инженерное сооружение из камня или грунта, устраиваемое в виде присыпки к насыпи взамен подпорных стенок. Сооружают на особо крутых косогорах у подошвы насыпей или полунасыпей-полувыемок в целях их укрепления или борьбы с выпором основания. В последнем случае их называют бермами боковыми (пригрузочными); – снижение высоты откоса; – использование в откосе легких материалов; – защита от насыщения грунта водой с поверхности; – дренирование для снижения силового воздействия подземных вод. Заключение. Индекс классификационной группы откоса соответствует группе В-Б-IV-2. Для данного откоса выполнен расчет коэффициента устойчивости по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения с учетом гидростатического давления. Коэффициент устойчивости равен 1,3, что соответствует устойчивому состоянию откоса. 5.3. Оценка устойчивости откоса 85 по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения с учетом фильтрационного давления При наличии в откосе водонасыщенных слоев, по которым происходит движение грунтовых вод, необходимо вводить в расчет гидродинамическое (фильтрационное) давление. Учет фильтрационного давления в методе круглоцилиндрических поверхностей скольжения осуществляется через фиктивный угол трения. Отношение коэффициента фиктивного угла трения к коэффициенту угла внутреннего трения при его влажности W равно отношению удельного веса грунта, взвешенного в воде, к удельному весу грунта. При затоплении части насыпи и последующем спаде воды возникают случаи, когда в порах грунта остается определенное количество воды, которая начинает свое движение в сторону откоса параллельно кривой депрессии. Таким образом возникает фильтрационное давление. Кривую депрессии строят по трем точкам, соединяют их с помощью лекала и обозначают направление фильтрации воды. Точки кривой депрессии: 1) точка М – пересечение поверхности откоса с уровнем горизонта вод (ГВ) (уровень стояния воды после спада); 2) точка N – пересечение оси земляного полотна (насыпи автомобильной дороги) с верхним уровнем горизонта вод (ГВВ) (уровень максимального затопления насыпи); 3) точка А определяется расчетным путем с учетом размеров насыпи и наличия гидравлического градиента напора, зависящего от вида грунта. Гидравлический градиент соответствует среднему уклону линии депрессии. Точку А откладывают в вертикальном сечении верхней бровки земляного полотна от уровня ГВВ вниз. Гидравлический градиент (средний уклон линии депрессии) зависит от вида грунта и имеет следующие значения: – для гравелистого и крупного песка – 0,003–0,006; – песка среднего и мелкого – 0,006–0,02; – супесей – 0,02–0,05; – суглинков – 0,05–0,1; – глины песчанистой – 0,1–0,15; – глины пылеватой – 0,15–0,2; – грунтов заторфованных – 0,02–0,12. Кривая депрессии, уровень ГВ и подошва откоса разбивают весь объем насыпи на отдельные зоны, которые учитывают состояние отдельных частей насыпи. В соответствии с ними откос земляного полотна разбивается: – на а – зону сухого грунта, лежащую выше кривой депрессии; – b – зону фильтрации, лежащую между кривой депрессии и уровнем ГВ; – с – зону затопления, лежащую между уровнем ГВ и подошвой откоса или кривой скольжения; – d – зону застоя, лежащую ниже подошвы откоса до кривой скольжения. Эти зоны, измеренные в метрах по средним высотам блока, входят в выражение для определения коэффициента В, учитывающего соотношение 86 между удельным весом грунта и удельным весом грунта, измеренного во взвешенном состоянии. Коэффициент В определяют из выражения 22 222 dc ba dcb a B . (5.6) Применение этого коэффициента в расчете позволяет учитывать сухое и водонасыщенное состояние грунта. Задание 1. Установить индекс классификационной группы откоса. 2. Обосновать условия применения способа расчета. 3. Выполнить расчет коэффициента устойчивости откоса по методу КЦПС с учетом фильтрационного давления. ПРИМЕР Исходные данные (прил. 1) 1. Вариант – 543. 2. Категория дороги – II. 3. Высота откоса Н, м – 8 4. Крутизна откоса 1: m – 1:2; 1:1,5. 5. Удельный вес грунта w , кН/м 3 – 18,7. 6. Сцепление грунта C, кН/м2 – 20. 7. Угол внутреннего трения φ, град. – 12. 8. Уровень горизонта верхних вод (ГВВ), м 5. 9. Уровень горизонта вод (ГВ), м – 2. 10. Тип грунта – средний песок. Порядок расчета 1. Определяют индекс классификационной группы откоса по табл. 5.1. Например: индекс откоса соответствует группе В-Б-IV-2. 2. Обосновывают условия применения способа расчета по табл. 5.2. Напри- мер: индекс В-Б-IV-2 соответствует откосу, для которого характерны прочное основание и невозможность установления наиболее вероятной поверхности скольжения. Для такого откоса необходимо провести комплексный расчет по методам КЦПС и ППС. 87 3. Рассчитывают коэффициент устойчивости откоса по методу КЦПС с учетом фильтрационного давления. 3.1. Определяют координаты кривой скольжения. 3.1.1. Вычисляют удельный вес грунта, взвешенного в воде: 7,8107,18в вз ww кН/м 3 , где γw – удельный вес грунта, кН/м 3 (исходные данные); γв – удельный вес воды (принимают равным 10 кН/м 3 ). 3.1.2. Вычисляют средневзвешенное значение удельного веса грунта при максимальном его затоплении из выражения 3з вз c ср кН/м45,12 8 57,837,18 H hh ww , где hc – высота сухой части грунта, определяемая из выражения м358зс hHh , где Н – высота откоса (исходные данные), м; hз – высота зоны затоплений, равная горизонту вод ГВВ (исходные данные), м. 3.1.3. Определяют параметр λср по формуле 1,1 20 2126,0845,12tgср ср w w C H , где γср – средневзвешенное значение удельного веса грунта, кН/м 3 ; Н – высота откоса, м (исходные данные); φw – угол внутреннего трения, град. (исходные данные); tgφw – коэффициент внутреннего трения; Cw – сцепление, кН/м 2 (исходные данные). 3.1.4. Определяют угол наклона поверхности β с учетом коэффициента заложения откоса: ,2763265,0arctg ;5,0 28 8 tg оо mH H , где т – заложение откоса (1: m). 3.1.5. Зная λср = 1,1 и β = 27 определяют относительные координаты по графику Янбу (см. рис. 5.1) 88 Х0 = 1,0; Y0 = 1,6. 3.1.6. Определяют абсолютные координаты центра кривой скольжения из выражений м.8,1286,1 м;0,880,1 о о HYY HXX 3.2. Вычерчивают расчетную схему контура откоса с нанесением фильтрационной кривой и разбивкой контура на блоки. 3.2.1. На отдельном листе миллиметровой бумаги формата А4 (210 297 мм) по исходным данным (в масштабе 1:100) вычерчивают контуры откоса (рис. 5.4). Если высота насыпи более 6 м, контур откоса представляет собой ломаную линию с заложением от подошвы до 6 м – 1:2, и более 6 м до верха земляного полотна – 1:1,5 (см. рис. 5.2). В зависимости от категории дороги (см. табл. 5.6) по верху откоса откладывают половину ширины земляного полотна и проводят осевую линию. 3.2.2. Из точки подошвы откоса восстанавливают перпендикуляр и откладывают координату Y. Из полученной точки откладывают горизонтальную координату Х, получают положение центра кривой скольжения, которое обозначают О. 3.2.3. Из найденного центра О радиусом R, равным расстоянию от точки О до подошвы откоса, проводят дугу кривой скольжения и опускают перпендикуляр, который обозначают ось Y. 3.2.4. Полученный отсек обрушения делят на расчетные блоки вертикальными сечениями. Ширину блока принимают 1,0–1,5. После разбивки всего массива на блоки внизу схемы проставляют численные значения ширины каждого блока. 3.2.5. В каждом блоке пунктиром проводят среднюю линию и проставляют ее длину. 3.2.6. На откосе насыпи наносят две горизонтальные линии: 1) линию горизонта верхних вод ГВВ (исходные данные); 2) линию спада воды до уровня горизонта вод ГВ (исходные данные). 3.2.7. Вычисляют среднюю точку А кривой депрессии из выражения м2,013,002,0 2 13 2 J B A , где В – ширина земляного полотна; J – гидравлический градиент или средний уклон линии депрессии, зависящий от вида грунта. Для песка среднего J = 0,006–0,02 (см. стр. 85). Рис. 5.4. Расчетная схема к методу определения устойчивости откоса с помощью круглоцилиндрических поверхностей скольжения (КЦПС) с учетом фильтрационного давления a А 1 1 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Y = X = R = R = α = B/2 = H = ГВВ = ГВ = Ширина блока Высота блока Ось Y O M N b c d 8 9 90 3.2.8. Проводят кривую депрессии, через которую осуществляется фильтрация воды. Кривую проводят по трем точкам: 1) М – точка пересечения плоскости откоса с уровнем ГВ; 2) N – точка пересечения осевой линии земляного полотна дороги с уровнем ГВВ; 3) А – точка, которая находится на вертикальной прямой, опущенной через бровку земляного полотна путем отложения отрезка А от уровня ГВВ. Три точки плавно с помощью лекала соединяют между собой. 3.3. Определяют фиктивный коэффициент внутреннего трения и коэффициент В. 3.3.1. Фиктивный коэффициент внутреннего трения определяют из выражения wBtgtg ф , (5.7) где tgφф – фиктивный коэффициент угла внутреннего трения; φw – угол внутреннего трения (исходные данные); В – коэффициент, учитывающий соотношение между γw и γw вз, определяют из выражения (5.6). На средней линии подписывают высоту каждой зоны, на которые блок раз- делен посредством кривой депрессии и линией горизонта вод (ГВ). Коэффициент В вычисляют для каждого блока. В случае отсутствия в блоке какой-либо зоны она в расчете не учитывается (табл. 5.9). Таблица 5.9 Расчет коэффициента В № блока Значение средней высоты блока в пределах зоны, м Значение В сухой, a фильтрационного давления, b затопления, c застоя, d 1 2 … n 3.4. Определяют коэффициент устойчивости откоса. Результаты измерений расчетной схемы, вычисления показателей и моментов заносят в табл. 5.10. Таблица 5.10 Расчет составляющих для определения коэффициента устойчивости откоса с учетом фильтрационного давления № бло- ка Средняя высота блока, м Ширина блока, м Объем блока, м3 Удельн ый вес грунта, кН/м3 Вес блока Рi, кН Угол внутренн его трения φw, град. Коэффи- циент внутренн его трения tg φw Рi tg φw Плечо Xi, м Момент РiXi, кН м В Фиктивный коэф. внутреннег о трения tg φф Рi tgφф 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1 Расч. схема Расч. схема 2 3 Исх. дан. 4 5 Исх. дан. Расчет 6 8 Расч. сх. 6 10 См. табл. 5.1 8 12 6 13 2 … n ∑ ∑ ∑ 9 1 92 3.4.1. Измеряют среднюю высоту блока из расчетной схемы, выполненной в масштабе 1:100. Высота блока является суммой высот зон, на которые делит блок кривая депрессии и линия горизонта вод (ГВ). 3.4.2. Измеряют ширину блока. 3.4.3. Рассчитывают объем блока путем умножения средней высоты на ши- рину блока. 3.4.4. Удельный вес грунта принимают в соответствии с исходными данными. 3.4.5. Вычисляют вес блока Рi путем умножения объема блока на удельный вес грунта. 3.4.6. Угол внутреннего трения принимают в соответствии с исходными данными. 3.4.7. Вычисляют коэффициент внутреннего трения (тангенс угла) путем взятия тригонометрической функции угла внутреннего трения. 3.4.8. Определяют суммарную величину произведения веса блока на коэффициент внутреннего трения. 3.4.9. Измеряют длину плеча из расчетной схемы. Плечо равняется отрезку, равному расстоянию от оси Y до средней линии соответствующего блока. Плечо, откладываемое вправо, записывают со знаком плюс, влево – со знаком минус. 3.4.10. Рассчитывают величину сдвигающего момента путем умножения веса блока на длину плеча. Момент имеет тот же знак, что и плечо. 3.4.11. Переносят из табл. 5.8. значения коэффициента В для каждого блока в соответствующий столбец табл. 5.9 (столбец 12). 3.4.12. Рассчитывают для каждого блока фиктивный коэффициент внутреннего трения из выражения (5.7). 3.4.13. Рассчитывают произведение веса блока на фиктивный коэффициент внутреннего трения. 3.4.14. Определяют длину дуги скольжения L, для чего вначале находят показатель 180 arc , где α – угол, взятый из расчетной схемы, составляемый двумя радиусами, соединяющими центр кривой вращения (точку О) и концы кривой скольжения. 3.4.15. Определяют длину дуги скольжения из выражения RL arc , где R – радиус кривой скольжения, взятый из расчетной схемы. 3.5. Рассчитывают коэффициент устойчивости Kу по выражению (5.1). 93 4. Полученное значение сравнивают с требуемым коэффициентом устойчивости (cм. табл. 5.3). Если вычисленный коэффициент равен или больше 1,3, то откос считается устойчивым, если меньше – неустойчивым. 5. Для неустойчивых откосов выбирают мероприятие, повышающее устойчивость земляного сооружения за счет уменьшения напряжений, увеличения сдвиговых характеристик, защиты поверхности откоса, уменьшения высоты или ликвидации откоса за счет устройства подпорной стенки (см. табл. 5.5). Заключение. Индекс классификационной группы откоса соответствует груп- пе В-Б-IV-2. Для данного откоса выполнен расчет коэффициента устойчивости по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения с учетом фильтрационного давления. Коэффициент устойчивости равен 1,3, что соответствует устойчивому состоянию откоса. 6. РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСА ВЫЕМКИ, СЛОЖЕННОГО ИЗ СЛОЕВ РАЗНОРОДНЫХ ГРУНТОВ Введение Расчет устойчивости склона в природном состоянии, системы «склон- земляное полотно» в целом, верховой части при устройстве земляного полотна в виде выемки или полувыемки, низовой части склона в случае наличия насыпной части склона производится по формуле Маслова–Берера, построенной на гипотезе плоских поверхностей скольжения. Метод плоских поверхностей скольжения применяется в тех случаях, когда склон или откос сложен из слоев разнородного грунта. При этом сдвиговые деформации грунта происходят по ломаной поверхности скольжения. В условиях плоской задачи поверхности скольжения можно заменить совокупностью прямых линий. Сопротивляемость грунта сдвигу может быть выражена через угол внутреннего трения φw, сцепление Cw или угол сопротивляемости сдвигу ψp и коэффициент Fp. Последние два показателя связаны между собой выражениями pppp FF arctg;tg . Коэффициент Fр и угол ψр сопротивляемости сдвигу зависят от прикладываемой нагрузки (рис. 6.1). При Р = 0 коэффициент Fp и угол ψp равны соответственно бесконечности и углу 90 . Вместе с тем при равенстве нагрузки Р бесконечности Fp = tg φ и угол ψр = φw. В результате можно заключить, что критический угол откоса равен углу ψр сопротивления сдвигу грунта при нормальном напряжении Р. 94 Причем следует учитывать, что у сыпучего грунта сцепление равно нулю, следовательно, угол сопротивления сдвигу равен углу внутреннего трения. С о п р о ти вл яе м о ст ь гр у н та сд в и гу S p , М П а 0,3 0,1 0 0,1 0,2 0,3 Нагрузка Р, МПа Рис. 6.1. Зависимость сопротивляемости сдвигу грунта через коэффициент Fp и угол ψр сопротивления сдвигу На схеме (рис. 6.2) представлены следующие силы: Р – реакция массы грунта; N – нормальная составляющая реакции массы Р к поверхности скольжения; Н – проекция на горизонтальную ось силы N, представляет собой давление на вертикальную стенку грунта при отсутствии в нем трения и сцепления; Q – результирующая двух сил: массы грунта и горизонтальной составляющей давления на вертикальные стенки; Т – часть давления на вертикальную стенку, воспринимаемая трением и сцеплением; Е – сила, представляющая разность между силами Н и Т; ψр – угол сопротивления сдвигу; α – угол откоса. Н 90 α Р α Е Q N ψp T ψ1 ψ2 ψ3 φw Sp = tgφ + Cw Cw 95 Рис. 6.2. Схема сил, применяемая для вывода метода горизонтальных сил На основании приведенной схемы можно вывести выражения для обозначенных сил: .tgtg ;tg ;tg р р PEHT PE PH Определение степени устойчивости откоса по методу горизонтальных сил производят по следующей формуле: i ii i i H EН H T Kу . Коэффициент устойчивости по методу ППС определяют из выражения ii piiii P P K tg tgtg у , (6.1) где iP – вес блока, кН; i – угол наклона поверхности скольжения в пределах блока; i – угол сдвига, который определяют из выражения i iw ipi P lC tgarctg , (6.2) где i – угол внутреннего трения, itg – коэффициент внутреннего трения; wC – сцепление, кН/м 2 ; il – длина участка поверхности скольжения в пределах блока, м. Наличие в откосе фильтрационного давления оказывает дополнительное давление на оползающие массы грунта. Величину этого давления в каждом блоке определяют из выражения JVW вф , где γв – удельный вес воды, кН/м 3 ; J – гидравлический градиент напора; V – объем блока, м3. 96 Направление линии действия фильтрационной силы в пределах каждого блока принимают параллельным кривой депрессии. Коэффициент устойчивости откоса или склона при учете фильтрационного давления определяют из выражения costg tgtg ф у WP P K ii piiii , где β – угол, образуемый кривой депрессии с горизонтальной плоскостью в пределах каждого блока. 6.1. Определение устойчивости откоса выемки по методу плоских поверхностей скольжения без учета дополнительных силовых воздействий В отличие от метода КЦПС, при котором наиболее опасную поверхность скольжения приходится искать, схема плоских поверхностей скольжения применяется в тех случаях, когда поверхность скольжения предопределяется геологическим строением толщи, т.е. наличием наклонных ослабленных прослоек. По классификации Н.Н. Маслова эта форма нарушения устойчивости называется «скольжением». Задание 1. Представить краткое описание метода плоских поверхностей скольжения (ППС). 2. Вычертить расчетную схему к методу ППС. 3. Рассчитать коэффициент устойчивости откоса. ПРИМЕР Исходные данные (прил. 1) 1. Вариант – 543. 2. Глубина выемки Н, м – 8. 3. Заложение откоса 1: m – 1:1. 4. Среднее значение удельного веса грунта w , кН/м 3 – 8,7. 5. Среднее значение сцепления грунта C, кН/м2 – 20. 6. Среднее значение угла внутреннего трения φ, град. – 12. Порядок расчета 1. Описывают метод плоских поверхностей скольжения с учетом материала, представленного во введении и рекомендуемой литературе. 97 2. Вычерчивают расчетную схему контура выемки с постоянным заложением откоса, обозначают поверхность скольжения и разбивают ее на блоки (рис. 6.3). Рис. 6.3. Расчетная схема к методу плоских поверхностей скольжения (ППС) без учета дополнительных силовых воздействий 9 8 7 6 5 4 3 2 1 8 м α1 = –10 α2 = 0 α3 = 5 α4 = 15 α5 = 30 α6 = 36 α7 = 43 α8 = 50 α9 = 60 1: m = 1:1 Ширина блока Высота блока Н 9 7 98 2.1. На основании исходных данных (Н – глубина выемки и m – заложение откоса) на миллиметровой бумаге формата А4 строят очертание откоса выемки в масштабе 1 : 100. Верхнюю линию откоса выемки проводят длиной 8 м и откладывают от верхней бровки выемки. 2.2. Разбивают откос выемки на блоки шириной 1–1,5 м с учетом того, что после верхней бровки выемки на горизонтальной поверхности проводят 2–3 блока той же ширины. Внизу схемы проставляют размеры ширины блоков. 2.3. В пределах каждого блока проводят горизонтальную или наклонную прямую линию, отражающую плоскость скольжения грунта в блоке. Получают линию, напоминающую круговую кривую скольжения, но имеющую ломаный профиль. Такая линия отражает слоистый характер геологического строения грунтовой толщи, из грунтов различных физико-механических свойств. Угол наклона плоскости скольжения αi принимают положительным при наклоне поверхности скольжения вверх, отрицательным – вниз. 2.4. Транспортиром измеряют угол наклона поверхности скольжения в пре- делах блока αi и подписывают каждый угол. 2.5. Для каждого блока проводят среднюю линию. В трапеции она проходит посередине (пунктирная линия), в треугольниках средняя линия расположена на расстоянии 2/3 высоты треугольника от его вершины. По миллиметровой бумаге измеряют среднюю линию и подписывают в соответствующем блоке. 3. Данные, полученные из расчетной схемы, переносят в рабочую таблицу (табл. 6.1), включающую 18 столбцов. Расчетные параметры вычисляют по соответствующим выражениям. 3.1. Столбцы 2 и 3 содержат данные расчетной схемы. 3.2. Объем блока (столбец 4) определяют путем умножения средней высоты на ширину блока. 3.3. Удельный вес грунта (столбец 5) рассчитывают следующим образом. Метод ППС применяется, когда откос сложен из слоев грунта с различными физическими свойствами. Поэтому принимаем, что в каждом блоке грунты будут отличаться друг от друга по таким показателям, как удельный вес, сцепление и угол внутреннего трения. Из исходных данных принимают среднее значение удельного веса, например, 18,7 кН/м3, и создают вариационный ряд из пяти показателей. Интервал варьирования составляет 0,1 кН/м3. Значения рассчитывают в большую и меньшую сторону. Например, 18,7 + 0,1 = 18,8; 18,7 – 0,1 = 18,6. Вариационный ряд представляет следующие значения: 18,9; 18,8; 18,7; 18,6; 18,5 и т.д. Если откос выемки разбит на большее количество блоков, чем 5, то вариационный ряд увеличивают на дополнительное количество блоков. В каждом блоке проставляют свое значение удельного веса. 3.4. Вес блока (столбец 6) рассчитывают путем умножения объема блока на удельный вес. Таблица 6.1 99 Сводная ведомость результатов расчета № блок а Средняя высота блока, м Ширина блока, м Объем блока, м3 Удельн ый вес грунта w , кН/м3 Вес блока Pi, кН Угол наклон а ПС i, град. itg iiP tg Угол внутрен него трения 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 Расч. сх. Расч. сх. 2 3 Исх. дан. Расчет 4 5 Расч. сх. Расчет Расчет Исх. дан. Расчет 2 … n Σ iiP tg Окончание табл. 6.1 Сводная ведомость результатов расчета itg Сцепле ние wC , кН/м2 Длина участка ПС il , м Угол сдвига pi pii )(tg pii )(tg tg pii i )](tg [tg pii iiP 11 12 13 14 15 16 17 18 Расчет Исх. дан. Расчет Расч. сх. Расчет 7 – 14 Расчет 8 – 16 6 17 )](tgtg[ piiiiP 3.5. Угол наклона плоскости скольжения (столбец 7) определяют в соответствии с п. 2.4. Угол наклона поверхности скольжения i принимают положительным при наклоне поверхности скольжения выше горизонтальной проекции и отрицательным при наклоне ниже той же горизонтальной проекции. 3.6. Тригонометрическую функцию угла наклона и множитель веса на тригонометрическую функцию (столбцы 8 и 9) определяют в результате расчета. 3.7. Угол внутреннего трения (столбец 10) рассчитывают следующим образом. Из исходных данных принимают среднее значение угла внутреннего трения (например, 12) и создают вариационный ряд. Интервал варьирования равен 1,0. Значения расписывают в большую и меньшую сторону, например, 12 + 1 = 13; 12 – 1 = 11. Вариационный ряд составит 10, 11, 12, 13, 14. При количестве блоков 100 больше пяти вариационный ряд увеличивают на дополнительное количество блоков. В каждом блоке проставляют свое значение угла внутреннего трения. 3.8. Тригонометрическую функцию угла внутреннего трения определяют расчетным путем (столбец 11). 3.9. Сцепление (столбец 12) рассчитывают точно так, как рассчитывали удельный вес и угол внутреннего трения. Интервал варьирования равен 1,0. Среднее значение сцепления принимают по исходным данным, например 20 кН/м2. Вариационный ряд составит 18, 19, 20, 21, 22 кН/м2. При количестве блоков больше пяти вариационный ряд увеличивают на дополнительное количество блоков. В каждом блоке проставляют свое значение сцепления. 3.10. Длина участка поверхности скольжения в метрах (столбец 13) измеряется линейкой по расчетной схеме с учетом выбранного масштаба (М 1 : 100). 3.11. Угол сдвига (столбец 14) определяют из выражения (6.2). Для расчета этого показателя составляющие PlC ,,, принимают по табл. 6.1 для соответствующего блока. 3.12. Столбцы 15–18 рассчитывают по соответствующим выражениям. 3.13. В столбцах 9 и 18 определяют алгебраическую сумму выражений и подписывают внизу. 4. Определяют коэффициент устойчивости из выражения (6.1). 5. Полученное значение сравнивают с требуемым коэффициентом устойчивости (см. табл. 5.3). Если вычисленный коэффициент больше 1,3, то откос считается устойчивым, если меньше – неустойчивым. 6. Для неустойчивых откосов выбирают мероприятие, повышающее устойчивость земляного сооружения за счет уменьшения напряжений, увеличения сдвиговых характеристик, защиты поверхности откоса, устройства подпорной стенки (см. табл. 5.5). Заключение. Для откоса, сложенного из разнородного грунта, выполнен расчет устойчивости по методу плоских поверхностей скольжения без учета дополнительных силовых воздействий. Коэффициент устойчивости равен 1,3, что соответствует устойчивому состоянию откоса. 6.2. Определение устойчивости откоса по методу плоских поверхностей скольжения с учетом фильтрационного давления Задание 1. Представить краткое описание метода плоских поверхностей скольжения (ППС). 2. Вычертить расчетную схему к методу ППС с нанесением кривой депрессии. 3. Рассчитать коэффициент устойчивости откоса выемки. 101 ПРИМЕР Исходные данные (прил. 1) 1. Вариант – 543. 2. Категория дороги (принимаем из раздела 5) – II. 3. Высота откоса H, м – 8. 4. Крутизна откоса 1: m – 1:1. 5. Среднее значение удельного веса грунта w , кН/м 3 – 18,7. 6. Среднее значение сцепления грунта C, кН/м2 – 20. 7. Среднее значение угла внутреннего трения φ, град. – 12. 8. Уровень горизонта верхних вод (ГВВ), м – 5. 9. Уровень горизонта вод (ГВ), м – 2. 10. Вид грунта – песок средний. Порядок расчета 1. Описывают метод плоских поверхностей скольжения с учетом материала, представленного во введении и рекомендуемой литературе. 2. Вычерчивают расчетную схему к методу плоских поверхностей скольжения с нанесением поверхностей скольжения, разбивкой на блоки и нанесением кривой депрессии (рис. 6.4). В зависимости от категории дороги (табл. 5.6) по верху откоса откладывают половину ширины земляного полотна и проводят осевую линию. 2.1. Построение откоса, разбивку на блоки, нанесение плоскостей скольже- ния в пределах каждого блока, измерение угла наклона выполняют в соответствии с рекомендациями, изложенными в разделе 6.1. 2.2. На откос наносят две горизонтальные линии, соответствующие ГВВ и ГВ. 2.3. Определяют среднюю точку кривой депрессии из выражения м,2,013,002,05,6 2 J В A (6.3) где В – ширина земляного полотна, принимаемая в зависимости от категории дороги по табл. 5.6; J – гидравлический градиент или средний уклон кривой депрессии, завися- щий от вида грунта. Для песка среднего принимают J = 0,006–0,02. Гидравлический градиент (средний уклон линии депрессии) зависит от вида грунта и имеет следующие значения: – для гравелистого и крупного песка – 0,003–0,006; – песка среднего и мелкого – 0,006–0,02; – супесей – 0,02–0,05; – суглинков – 0,05–0,1; – глины песчанистой – 0,1–0,15; – глины пылеватой – 0,15–0,2; – грунтов заторфованных – 0,02–0,12. Рис. 6.4. Расчетная схема метода плоских поверхностей скольжения (ППС) с учетом фильтрационного давления Высота блока 1: m = 1:1 1,5 А ГВВ = ГВ = М N B/2 H = 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Ширина блоков α1 = –10 α2 = 0 α3 = 5 α4 = 15 α5 = 20 α6 = 26 α7 = 33 α8 = 40 α9 = 50 α10 = 60 1 0 2 109 2.4. Проводят кривую депрессии по трем точкам с помощью лекала: 1) М – точка пересечения плоскости откоса с уровнем ГВ; 2) N – точка пересечения линии ГВВ с осевой линией земляного полотна, находящейся на расстоянии равном половине ширины земляного полотна и откладываемом от верхней бровки выемки; 3) А – точка, которая находится на вертикальной прямой, опущенной через верхнюю бровку насыпи, и расположена на расстоянии, равном отрезку А (6.3) от уровня ГВВ. 2.5. Для каждого блока проводят среднюю линию, измеряют ее и подписывают. В трапеции она проходит посередине (пунктирная линия), в треугольниках средняя линия расположена на расстоянии 2/3 высоты треугольника от его вершины. На средней линии проставляют общую длину средней линии, а в тех бло- ках, в которых кривая депрессии делит среднюю линию на отрезки, дополнительно проставляют длины отрезков: – от верха земляного полотна до кривой депрессии; – от кривой депрессии до линии ГВ; – от линии ГВ до кривой скольжения. 3. Данные, полученные из расчетной схемы, переносят в рабочую таблицу (табл. 6.2), включающую 28 столбцов. Расчетные параметры вычисляют по соответствующим выражениям. 3.1. Столбцы 2 и 3 содержат данные расчетной схемы. Если средняя линия блока (например, блоки 1, 2, 3, 4) расположены ниже уровня ГВ, рядом с пунктирной линией ставят высоту блока. Если средняя линия блока (например, блоки 5, 6, 7, 8, 9) пересекается кривой депрессии, а также линиями ГВВ и ГВ, то пунктирную линию разбивают на три отрезка: – от ГВВ до кривой депрессии; – от кривой депрессии до линии ГВ; – от линии ГВ до кривой скольжения. Если средняя линия лежит выше кривой ГВВ, то рядом с пунктирной линией ставят высоту блока. 3.2. Объем блока (столбец 4) определяют путем умножения средней высоты на ширину блока. Если блок разделен кривой депрессии на две зоны – сухую и водонасыщенную, то рассчитывают три части объема блока: – для лежащего выше кривой депрессии до плоскости откоса; – лежащего между кривой депрессии и линией ГВ; – лежащего ниже линии ГВ до кривой скольжения. 3.3. Удельный вес грунта (столбец 5) рассчитывают аналогично, как это выполнено в подразделе 6.1 (п. 3.3). Таблица 6.2 110 Сводная ведомость результатов расчета № бло- ка Средняя высота блока, м Ширина блока, м Объем блока, м3 Удельный вес грунта, w , кН/м3 Удельный вес грунта во взвешенном состоянии вз w , кН/м 3 Вес отдельных частей блока, кН 1 2 3 4 5 6 7 Расч. сх. Расч. сх. 2 3 Исх. дан. Расчет Исх. дан. Расчет 4 5 4 6 1 2 … n ∑ Продолжение табл. 6.2 Общий вес блока iP , кН Угол наклона ПС i , град. itg Длина поверхности скольжения il , м Среднее удельное давление i i l P P0 , кН/м2 Сцепление wC , кН/м2 0 P Cw 8 9 10 11 12 13 14 7 Расч. сх. Расчет Расч. сх. 8 : 11 Исх. дан. Расчет 13 : 12 Продолжение табл. 6.2 111 Угол внутреннего трения itg Тангенс угла сдвига pitg Угол сдвига pi pii )(tg pii )(tg tg pii i 15 16 17 18 19 20 21 Исх. дан. Расчет Расчет 16 + 14 Расчет 9 – 18 Расчет 10 – 20 Окончание табл. 6.2 )](tg [tg pii iiP iiP tg Градиент J JVW вф βф cos βф ффгорф cosWW 22 23 24 25 26 27 28 8 21 8 10 От вида грунта Расчет Расч. сх. Расчет Расчет ∑ ∑ ∑ 3.4. Удельный вес грунта во взвешенном состоянии (столбец 6) определяют для каждого блока с учетом варьирования, выполненного для удельного веса сухого грунта, из выражения 7,8107,18в вз w w кН/м 3 , где γ w – удельный вес грунта, кН/м 3 (принятый в соответствии с вариационным рядом); γв – удельный вес воды (принимают равным 10 кН/м 3 ). 3.5. Определяют вес отдельных частей блока с учетом состояния грунта (су- хое или водонасыщенное). В расчете используют удельный вес грунта и 112 удельный вес грунта, находящегося в водонасыщенном состоянии, которые рассчитаны для каждого отдельного блока. Часть блока, находящуюся в сухом состоя-нии (выше кривой депрессии) умножают на удельный вес грунта. Часть блока, находящуюся между кривой депрессии и линией ГВ, умножают на удельный вес во взвешенном состоянии. Часть блока, находящуюся между линией ГВ и кривой скольжения также умножают на удельный вес во взвешенном состоянии (столбец 7). 3.6. Определяют общий вес всего блока путем суммирования отдельных частей блока (столбец 8). 3.7. Из расчетной схемы переносят углы наклона поверхности скольжения (в градусах), измеренные с помощью транспортира, в столбец 9. 3.8. Рассчитывают тангенс угла наклона поверхности скольжения (столбец 10). 3.9. С помощью линейки измеряют длину поверхности скольжения в каждом блоке и записывают в столбец 11. 3.10. Определяют среднее удельное давление блока (столбец 12) из выражения i i l P P 0 , где Pi – вес блока, кН; li – длина плоскости скольжения в пределах блока, м; Pо – удельное давление, кН/м 2. Этот показатель рассчитывают на длину бло- ка, равную 1 м. 3.11. Значение сцепления грунта ( iC , кН/м 2) (столбец 13) записывают в соответствии с результатами варьирования (подраздел 6.1 п. 3.9). 3.12. Рассчитывают частное от деления сцепления грунта на удельное давление oP Cw . Результат вычисления записывают в столбец 14. 3.13. Угол внутреннего трения (столбец 15) рассчитывают аналогичным образом, как определяли этот показатель в подразделе 6.1 п. 3.7. 3.14. Рассчитывают тангенс угла внутреннего трения грунта и записывают в столбец 16. 3.15. Определяют тангенс угла сдвига (столбец 17) из выражения o tgtg P Cw wpi , где φw – угол внутреннего трения с учетом вариационного ряда; С – сцепление с учетом вариационного ряда, кН/м2; Ро – удельное давление, кН/м 2 . Для расчета вышеприведенного выражения в табличной форме производят последовательное определение составных частей. 113 3.16. Определяют угол сдвига pi (столбец 18), рассчитав значения iarctg . 3.17. Значения столбцов 19–23 рассчитывают по выражениям соответственно (6.4)–(6.8). pii (столбец 19); (6.4) piitg (столбец 20); (6.5) piii tgtg (столбец 21); (6.6) piiiiP tgtg (столбец 22); (6.7) iiP tg (столбец 23). (6.8) 3.18. В столбце 24 ставят выбранное значение гидравлического градиента в соответствии с п. 2.3. 3.19. Фильтрационное давление (столбец 25) определяют только для тех блоков, у которых кривая депрессии делит среднюю линию на части. Причем за объем блока в выражении (6.9), принимают ту часть общего блока, которая лежит между кривой депрессии и линией ГВ (столбец 4 табл. 6.2). Части блока, которые лежат выше кривой депрессии и ниже линии ГВ в расчет не принимаются, т.к. в них фильтрационное давление отсутствует. Величину фильтрационного давления определяют из формулы К. Терцаги – JVW вф (столбец 25), (6.9) где в – удельный вес воды, равный 10 кН/м 3 ; I – гидравлический градиент, принимают в соответствии с пунктом 2.3; V – объем блока фильтрации, м3, принимают в соответствии с п. 3.19. 3.20. Направление линии действия фильтрационной силы Wф в пределах каждого блока принимают параллельной кривой депрессии в данном блоке. Та- ким образом, можно определить угол βф, который образует линия действия фильтрационной силы с горизонтом. Определяют угол βф. С помощью линейки и транспортира измеряют угол наклона кривой депрессии в пределах блока (столбец 26). 3.21. Рассчитывают косинус угла βф (столбец 27). 3.22. Определяют горизонтальную фильтрационную силу (столбец 28), дей- ствующую на вертикальную стенку грунта в пределах фильтрационного блока: ффгорф сosWW . 4. Определяют коэффициент устойчивости откоса с учетом фильтрационного давления из выражения 114 горф у tg tgtg WP P K ii piiii , где числитель представляет собой суммарное значение столбца 22; знаменатель – сумму столбцов 23 и 28. Если коэффициент устойчивости откоса равен или больше 1,3, откос считается устойчивым. 5. Для неустойчивых откосов выбирают мероприятие, повышающее устойчивость земляного сооружения за счет уменьшения напряжений, увеличения сдвиговых характеристик, защиты поверхности откоса, устройства подпорной стенки (см. табл. 5.5). Заключение. Для откоса, сложенного из разнородного грунта, выполнен расчет устойчивости по методу плоских поверхностей скольжения с учетом фильтрационного давления. Коэффициент устойчивости равен 1,3, что соответствует устойчивому состоянию откоса. 7. ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ПОДПОРНОЙ СТЕНКИ Введение Подпорная стенка – геотехническая конструкция, предназначенная для обеспечения устойчивости вертикальных или крутых склонов, обсыпных мостовых устоев, опор арочных мостов и анкерных опор висячих мостов (рис. 7.1). Монолитные массивные стены по форме поперечного сечения и наклону лицевой и тыльной граней могут быть: а) с двумя вертикальными гранями; б) с вертикальной лицевой и наклонной тыльной; в) с наклонной лицевой и вертикальной тыльной; г) с наклоном обеих граней (лицевой и тыльной) в сторону засыпки. а б в г Рис. 7.1. Схемы массивных подпорных стенок 115 Фундамент подпорной стенки заглубляется в грунт на величину заглубления. Верх фундамента выходит на уровень нижнего горизонта грунта. Верх подпорной стенки находится на уровне верхнего горизонта грунта. Разница между верхним и нижним горизонтами грунта составляет высоту грунтового массива, удерживаемого подпорной стенкой в устойчивом состоянии. Высота подпорной стенки равна превышению верхнего горизонта грунта над нижним плюс глубина фундамента (рис. 7.2). Рис. 7.2. Конструктивная схема подпорной стенки В зависимости от принятого конструктивного решения материалом для под- порных стенок может быть бетон, железобетон, бутовый камень (валуны, глыбы), металл, дерево либо комбинированное сочетание этих материалов. При оценке надежности сооружения, находящегося под одновременным воздействием вертикальных и горизонтальных нагрузок, необходимо учитывать возможность нарушения устойчивости сооружения в результате плоского или глубокого сдвига (рис. 7.3). Плоский сдвиг выражается в поступательном смещении сооружения по некоторой плоской поверхности скольжения, совпадающей с контактом грунтовой толщи и подошвы сооружения. Плоский сдвиг происходит в сооружениях при относительно низких вертикальных нагрузках и относительно высоком сдвигающем усилии, приложенном к сооружению с широко развитой подошвой. При глубоком сдвиге сооружение испытывает просадку, поворот и смещение по криволинейной поверхности скольжения. Этот процесс Высота подпорной стенки H Заглубление фундамента hзагл Нижний горизонт грунта Верхний горизонт грунта Ширина основания 2В Плоскость основания Ширина верхней полки В Высота удерживаемого грунта Ширина нижней полки 116 происходит с нарушением устойчивости основания сооружения, которое резко деформируется. Сдвиг происходит по принципу «сдвиг грунта по грунту», а общее сопротивление сдвигу включает силы трения, связность и структурное сцепление. Глубокий сдвиг происходит при недостаточной несущей способности основания и большой массе сооружения. а б Рис. 7.3. Схема сдвига подпорного сооружения: а – плоского сдвига; б – глубокого сдвига Проектирование подпорных стен осуществляется с учетом требований П17-02 к СНБ 5.01.01–99 (Проектирование и устройства подпорных стен и крепление котлованов). На подпорную стенку со стороны засыпки действует активное давление, а со стороны фундамента – пассивное. Активное боковое давление грунта – минимальное значение бокового давления от грунта на смещающуюся в горизонтальном направлении от него конструкцию. Пассивное боковое давление грунта – максимальное значение бокового давления от грунта на смещающуюся в горизонтальном направлении к нему конструкцию. Если на поверхность засыпки действует сплошная равномерно распределенная нагрузка Р0, то ее действие заменяют давлением приведенного столба грунта w h P0 , (7.1) где Р0 – равномерно распределенная нагрузка, кН/м 2 ; γw – удельный вес грунта, кН/м 3 . d P Q Q P Поверхность скольжения 117 Равномерно распределенная нагрузка на поверхности увеличивает активное давление на подпорную стенку. При расчете применяют метод профессора Г.И. Покровского «метод эквивалентного слоя», при котором равномерно распределенную нагрузку заменяют столбом грунта такой высоты h, чтобы давление на верхнем горизонте грунта соответствовало давлению от равномерно распределенной нагрузки. Проверять на плоский сдвиг требуется обязательно все сооружения, воспринимающие горизонтальную нагрузку, при неглубоко заложенных фундаментах. Оценка степени устойчивости сооружения на плоский сдвиг с возможностью его смещения по подошве заключается в определении величины коэффициента устойчивости, который определяют из выражения S R K у , (7.2) где R – пассивные удерживающие силы; S – активные сдвигающие силы. Активные сдвигающие силы в общем случае определяют из выражения панв EЕQQS , где Qв – сдвигающее усилие с верховой стороны в случае наличия верхнего бьефа воды; Qн – сдвигающее усилие с низовой стороны в случае наличия нижнего бьефа воды; Eа – активное давление грунта на подпорную стенку, действующее со стороны засыпки; Eп – пассивное давление грунта на фундамент подпорной стенки, удерживающее стенку от плоского сдвига. Силы сопротивления сдвигу сооружения (пассивные удерживающие силы) определяют из выражения CTR , где Т – силы трения, возникающие под сооружением в плоскости основания, определяемые из выражения tgUPT , где Р – вес подпорной стенки; U – равнодействующая взвешивающего противодавления со стороны грун- та основания с учетом наличия воды со стороны Qв или Qн; tg φ – коэффициент внутреннего трения грунта; 118 С – силы сцепления грунта по контактной площади по подошве сооружения, определяемые из выражения сС , где с – сцепление грунта; ω – площадь основания, определяемая из выражения Ba2 , где B – половина ширины основания; a – длина основания. Подставив значения S и R в выражение (7.2), получают формулу для определения коэффициента запаса устойчивости в общем виде панв у tg EЕQQ cUP K . 7.1. Определение устойчивости подпорной стенки при песчаной засыпке Задание 1. Представить краткое описание подпорной стенки как геотехнического сооружения, изложить варианты возможного сдвига и дать оценку устойчивости сооружения на плоский сдвиг. 2. Определить активное и пассивное давление при песчаной засыпке. 3. Определить полное активное и пассивное давление песчаного грунта на 1 м длины подпорной стенки. 4. Построить эпюры активного и пассивного давлений. 5. Определить коэффициент запаса устойчивости. ПРИМЕР Исходные данные (прил. 1) 1. Вариант – 543. 2. Высота подпорной стенки Н, м – 6. 3. Величина заглубления фундамента hзагл, м – 1,5. 4. Ширина подпорной стенки по низу 2В, м – 2,0. 5. Удельный вес грунта γw, кН/м 3 – 20. 6. Угол внутреннего трения грунта φw, град. – 12. 7. Сцепление грунта Сw, кН/м 2 – 20. Порядок расчета 119 1. Характеризуют подпорную стенку как геотехническое сооружение, излагают варианты возможного сдвига конструкции, представляют общую схему расчета устойчивости по материалу, представленному во введении и рекомендуемой литературе. 2. Определяют активное и пассивное давление при песчаной засыпке. 2.1. Определяют активное давление от песчаной засыпки из выражения . 222 а кН/м78 2 12 45tg620 2 45tg w w HP 2.2. Определяют пассивное давление от песчаного грунта на фундамент подпорной стенки из выражения . 222 заглп кН/м46 2 12 45tg5,120 2 45tg w w hP 3. Определяют полное активное и пассивное давление песчаного грунта на 1 м длины подпорной стенки. 3.1. Определяют полное активное давление песчаного грунта из выражения кН/м.237 2 12 45tg6 2 20 2 45tg 2 2222 a ww HE (7.3) 3.2. Определяют точку приложения активного давления из выражения м.2 3 6 3 a H e 3.3. Определяют полное пассивное давление песчаного грунта на 1 м длины фундамента подпорной стенки из выражения 77 2 12 45tg 2 5,1 20 2 45tg 2 2 2 2 2 загл п w w h E кН/м. (7.4) 3.4. Определяют точку приложения пассивного давления из выражения 5,05,1 3 1 заглп 3 1 he м. 4. Строят эпюры активного и пассивного давлений со стороны грунта на подпорную стенку. 120 4.1. На миллиметровой бумаге формата А4 (210 297 мм) в масштабе 1:100 вычерчивают профиль подпорной стенки (рис. 7.4) с учетом ее габаритных раз- меров, приведенных в исходных данных. Подпорную стенку размещают по оси симметрии листа миллиметровой бумаги. Рис. 7.4. Эпюра давлений при песчаной засыпке Ра = 78 кН/м 2 2В = 2,0 м Рп = 46 кН/м 2 hзагл = 1,5 м еп = 0,5 м Еп = 77 кН/м Еа = 237 кН/м еа = 2,0 м В = 1,0 м Н = 6 м А Б 1 1 4 115 Размер подпорной стенки по верху равен половине размера этой же стенки по низу. Ширину нижней полки подпорной стенки принимают из условия, что она должна быть меньше ширины верхней полки (примерно равна 1/2 В). 4.2. Строят эпюры активного и пассивного давлений на подпорную стенку. Эти эпюры носят прямолинейный характер. Для построения эпюры активного давления обозначают верхнюю точку песчаной засыпки буквой А. В плоскости подошвы подпорной стенки проводят горизонтальную линию. Выбирают масштаб в зависимости от свободного пространства между подпорной стенкой и краем листа. Откладывают величину Ра и получают точку Б. Соединяют точки А и Б прямой линией. Заштриховывают эпюру активного давления, как это сделано на рис. 7.4. Откладывают от основания подпорной стенки величину еа. Проводят горизонтальную стрелку, направленную на боковую сторону подпорной стенки. Эта стрелка обозначает полное активное давление песчаного грунта на 1 м длины подпорной стенки. Подписывают величину полного активного давления. Аналогичным образом строят эпюру пассивного давления и обозначают пассивное давление от песчаного грунта на фундамент подпорной стенки и полное пассивное давление песчаного грунта на 1 м длины фундамента подпорной стенки. 5. Определяют коэффициент запаса устойчивости. 5.1. Определяют активные сдвигающие силы на 1 м длины из выражения кН/м16077237па EЕS , где Eа – полное активное давление грунта на подпорную стенку, действующее со стороны засыпки (7.3); Eп – полное пассивное давление грунта на фундамент подпорной стенки, удерживающее стенку от плоского сдвига (7.4). 5.2. Определяют объем бетона подпорной стенки из расчета на 1 м длины: . 3м121262BaHV 5.3. Определяют вес подпорной стенки: т24кг24000кН2402012бVР , где γб – удельный вес бетона, принимают равным 20 кН/м 3 . Бетоны подразделяются: 1) на особо тяжелые – γб = 25 кН/м 3 (средняя плотность 2500 кг/м3 и более), приготовленные на природных или искусственных рудосодержащих заполнителях, используют для строительства специальных защитных сооружений; 116 2) тяжелые – γб = 18–25 кН/м 3 (средняя плотность 1800–2500 кг/м3), в качестве заполнителей используют песок, гравий, щебень из естественного камня или гравия, отвальные, доменные и металлургические шлаки; 3) легкие – γб = 5–18 кН/м 3 (средняя плотность 500–1800 кг/м3), готовят на искусственных и естественных пористых заполнителях, применяют для изготовления конструктивных, конструктивно-изоляционных элементов зданий и сооружений; 4) особо легкие – γб менее 5 кН/м 3 (средняя плотность менее 500 кг/м3), предназначены для теплоизоляций зданий и сооружений. 5.4. К удерживающим силам относят силы трения и сцепления, развивающиеся на уровне подошвы. Определяют силы трения, возникающие под сооружением в плоскости основания, из выражения кН.5112tg240tgPT 5.5. Определяют площадь основания из расчета на 1 м длины стенки: .м2122 2Ba 5.6. Определяют силы сцепления грунта по контактной площади по подошве сооружения: кН.40202сС 5.7. Определяют общее сопротивление сооружения из выражения кН.914051CTR Подставив значения S и R в выражение (7.2), получают коэффициент устойчивости подпорной стенки: .у S R K Устойчивость подпорной стенки регламентирована следующими условиями: Kу ≥ 1,0 – стенка будет обладать устойчивостью; Kу < 1,0 – стенка не обладает необходимой устойчивостью и будет разрушена при эксплуатации, требуется ее переустройство. Заключение. Выполнен расчет активных и пассивных давлений на подпорную стенку. Определены точки приложения полных активных и пассивных давлений на 1 м длины подпорной стенки. Вычислено значение коэффициента устойчивости, которое свидетельствует о том, что подпорная 117 стенка находится в неустойчивом (устойчивом) положении и требует изменения конструкции. 7.2. Определение устойчивости подпорной стенки при песчаной засыпке и дополнительной равномерно распределенной нагрузке Задание 1. Представить краткое описание подпорной стенки как геотехнического сооружения, изложить варианты возможного сдвига и дать оценку устойчивости сооружения на плоский сдвиг. 2. Определить активное и пассивное давление подпорной стенки при песчаной засыпке и наличии равномерно распределенной нагрузки. 3. Определить полное активное и пассивное давление песчаного грунта на 1 м длины подпорной стенки. 4. Построить эпюры активного и пассивного давлений. 5. Определить коэффициент запаса устойчивости. ПРИМЕР Исходные данные (прил. 1) 1. Вариант – 543. 2. Высота подпорной стенки Н, м – 6. 3. Величина заглубления фундамента hзагл, м – 1,5. 4. Ширина подпорной стенки по низу 2В, м – 2,0. 5. Удельный вес грунта γw, кН/м 3 – 20. 6. Угол внутреннего трения грунта φw, град. – 12. 7. Сцепление грунта Сw, кН/м 2 – 20. 8. Равномерно распределенная нагрузка Р0, кН/м 2 – 150. Порядок расчета 1. Характеризуют подпорную стенку как геотехническое сооружение, излагают варианты возможного сдвига конструкции, представляют общую схему расчета устойчивости, используя материал введения и рекомендуемой литературы. 2. Определяют активное и пассивное давление подпорной стенки при песчаной засыпке и наличии равномерно распределенной нагрузки. 2.1. Определяют давление приведенного столба грунта из выражения (7.1): м5,7 20 1500 w P h . 118 2.2. Определяют активное давление от песчаной засыпки с учетом наличия равномерно распределенной нагрузки на поверхности засыпки: 222 а кН/м177 2 12 45tg5,7620 2 45tg w w hHP . 2.3. Определяют пассивное давление от песчаного грунта на фундамент под- порной стенки: 222 заглп кН/м46 2 12 45tg5,120 2 45tg w w hP . 3. Определяют полное активное и пассивное давление песчаного грунта на 1 м длины подпорной стенки. 3.1. Определяют полное активное давление песчаного грунта с учетом наличия равномерно распределенной нагрузки на 1 м длины подпорной стенки: кН/м.827 2 12 45tg5,7626 2 20 2 45tg2 2 2222 a ww HhHE (7.5) 3.2. Определяют точку приложения активного давления: м7,2 5,726 5,736 3 6 2 3 3 a hH hHH e . 3.3. Определяют полное пассивное давление песчаного грунта на 1 м длины фундамента подпорной стенки: 77 2 12 45tg 2 5,1 20 2 45tg 2 2 2 2 2 загл п w w h E кН/м. (7.6) 3.4. Определяют точку приложения пассивного давления: 5,05,1 3 1 3 1 заглп he м. 4. Строят эпюры активного и пассивного давлений со стороны грунта на подпорную стенку. 4.1. На миллиметровой бумаге формата А4 (210 297 мм) в масштабе 1:100 вычерчивают профиль подпорной стенки (см. рис. 7.2) с учетом ее габаритных размеров, приведенных в исходных данных. Подпорную стенку размещают по оси симметрии листа миллиметровой бумаги (рис. 7.5). Рис. 7.5. Эпюра давлений при песчаной засыпке и дополнительной равномерно распределенной нагрузке А Б Р0 = 150 кН/м 2 еа = 2,7 м Ра = 177 кН/м 2 2В = 2,0 м Рп = 46 кН/м 2 В = 1,0 м Н = 6 м Еа = 827кН/м Еп = 77 кН/м hзагл = 1,5 м еп = 0,5 м h = 7,5 м 1 1 9 120 Размер подпорной стенки по верху равен половине размера этой же стенки по низу. Ширину нижней полки подпорной стенки принимают из условия, что она должна быть меньше ширины верхней полки (примерно равна 1/2 В). 4.2. Строят эпюры активного и пассивного давлений на подпорную стенку. Эти эпюры носят прямолинейный характер. Для построения эпюры активного давления от верхней кромки подпорной стенки в плоскости засыпки откладывают вверх отрезок, равный длине h = 7,5 м (в масштабе 1:100). Получают точку А. В плоскости подошвы подпорной стенки проводят горизонтальную линию. Выбирают масштаб в зависимости от свободного пространства между подпорной стенкой и краем листа. Откладывают величину Ра и получают точку Б. Соединяют точки А и Б прямой линией. Заштриховывают эпюру активного давления, как это сделано на рис. 7.5. Обозначение полного активного и пассивного давлений, а также построение эпюры пассивного давления выполняют по тем же правилам, как в подразделе 7.1 п. 4.2. 5. Определяют коэффициент запаса устойчивости. 5.1. Определяют активные сдвигающие силы из выражения кН/м,75077827па EЕS где Eа – полное активное давление грунта на подпорную стенку, действующее со стороны засыпки (7.5); Eп – полное пассивное давление грунта на фундамент подпорной стенки, удерживающее стенку от плоского сдвига (7.6). 5.2. Определяют объем бетона подпорной стенки из расчета на 1 м длины: . 3м121262BaHV 5.3. Определяют вес подпорной стенки: т240кг240000кН2402012 б VР , где γб – удельный вес бетона, принимают равным 20 кН/м 3 . Удельный вес бетона принимают в соответствии с данными п. 5.3 подраздела 7.1. 5.4. Определяют силы трения, возникающие под сооружением в плоскости основания: кН.5112tg240tgPT 5.5. Определяют площадь основания из расчета на 1 м длины стенки: .2м2122ba 121 5.6. Определяют силы сцепления грунта по контактной площади по подошве сооружения: кН40202сС . 5.7. Определяют общее сопротивление сооружения из выражения кН914051CTR . Подставив значения S и R в выражение (7.2), получают коэффициент устойчивости подпорной стенки .у S R K Устойчивость подпорной стенки регламентирована следующими условиями: Kу ≥ 1,0 – стенка будет обладать устойчивостью; Kу < 1,0 – стенка не обладает необходимой устойчивостью и будет разрушена при эксплуатации, требуется ее переустройство. Заключение. Выполнен расчет активных и пассивных давлений на подпорную стенку с учетом дополнительной равномерно распределенной нагрузки. Определены точки приложения полных активных и пассивных давлений на 1 м длины подпорной стенки. Вычислено значение коэффициента устойчивости, которое свидетельствует о том, что подпорная стенка находится в неустойчивом (устойчивом) положении и требует изменения конструкции. 7.3. Определение устойчивости подпорной стенки при глинистой засыпке Введение Если устойчивость откосов насыпей, выемок или склонов не обеспечивается простейшими способами, то необходимо устраивать подпорные стенки. Расчет подпорной стенки сводится к определению ее устойчивости против сдвига по основанию и опрокидывания при повороте вокруг внешнего ребра подошвы. Давление грунтов на подпорные стенки зависит не только от свойств грунтовой засыпки, но и от размеров самой стенки. Грунты, обладающие как трением, так и сцеплением, причем каждый член уравнения имеет существенное значение, характеризуются законом Кулона для связных грунтов: сtg , где τ – касательное напряжение в грунтах; 122 σ – нормальное напряжение в грунтах; φ – угол внутреннего трения грунта; tg φ – коэффициент внутреннего трения грунта; с – сцепление грунта. Закон Кулона формулируется следующим образом: предельное сопротивление связных грунтов сдвигу при завершенной их консолидации, есть функция первой степени от сжимающего напряжения. К этой группе грунтов относятся все супеси, жесткие и скрытопластичные глины и пылеватые пески. При действии на грунт усилия он сжимается в направлении большего из действующих напряжений и расширяется в перпендикулярном ему направлении. Величина бокового давления характеризуется коэффициентом бокового давления ξ, который представляет собой отношение бокового давления σ2 к сжи-мающему усилию σ1. Коэффициент бокового давления отвечает состоянию предельного равновесия для связных грунтов. Для этого состояния между главными напряжениями σ1 и σ2 справедливо соотношение Ранкина–Мора: 21 21 ctg2 sin C , где С – сцепление связного грунта, кН/м2. После преобразований можно получить формулы для определения полного активного Еа и полного пассивного Еп давления на стенку высотой Н при учете сил сцепления в грунте С: w ww w w w C HC H E 2 45tg2 2 45tg 2 2 2 а ; 2 45tg2 2 45tg 2 2 2 загл п w w w w HC h E , где γw – удельный вес грунта, кН/м 3 . Сопоставляя эти выражения с зависимостями, полученными для сыпучего грунта, можно сделать следующее заключение. В грунтах, обладающих сцепле- нием и углом внутреннего трения, величина полного бокового давления умень- шается на величину давления Рс, определяемого из выражения tg с C P . 123 Это давление можно заменить эквивалентным слоем грунта, в котором бла- годаря наличию сил сцепления давление будет равно нулю: tgw C h . Следовательно, при глинистой засыпке величина полного бокового давления уменьшается, а величина полного пассивного давления увеличивается. Эпюра вместо треугольной конфигурации принимает трапециевидную форму. Задание 1. Представить краткое описание подпорной стенки как геотехнического сооружения, изложить варианты возможного сдвига и дать оценку устойчивости сооружения на плоский сдвиг. 2. Определить активное давление на уровне подошвы подпорной стенки при глинистой засыпке. 3. Определить пассивное давление на уровне нижнего горизонта грунта и на уровне подошвы фундамента подпорной стенки при глинистой засыпке. 4. Определить полное активное и пассивное давление глинистого грунта на 1 м длины подпорной стенки. 5. Построить эпюры активного и пассивного давлений при глинистой засыпке. 6. Определить коэффициент запаса устойчивости подпорной стенки. ПРИМЕР Исходные данные (прил. 1) 1. Вариант – 543. 2. Высота подпорной стенки Н, м – 6. 3. Величина заглубления фундамента hзагл, м – 1,5. 4. Ширина подпорной стенки по низу 2В, м – 2,0. 5. Удельный вес грунта γw, кН/м 3 – 20. 6. Угол внутреннего трения грунта φw, град. – 12. 7. Сцепление грунта Сw, кН/м 2 – 20. Порядок расчета 1. Характеризуют подпорную стенку как геотехническое сооружение, излагают варианты возможного сдвига конструкции, представляют общую схему расчета устойчивости по материалу введения и рекомендуемой литературы. 124 2. Определяют активное давление на уровне подошвы подпорной стенки при глинистой засыпке. 2.1. Определяют активное давление грунта на подпорную стенку с учетом сцепления Сw: .кН/м47 2 12 45tg202 2 12 45tg620 2 45tg2 2 45tg 22 2II a w w w w CHP Поскольку глинистый грунт обладает сцеплением, которое связывает частицы в массиве, то активное давление на подпорную стенку на уровне ее подошвы меньше, чем в варианте засыпки песчаным грунтом. 2.2. Определяют активное давление грунта без учета сцепления: 222I a кН/м79 2 12 45tg620 2 45tg wwHP . 2.3. Определяют глубину hc, на которой активное давление равно нулю, по- скольку наличие сцепления уменьшает боковое давление грунта на стенку: м5,2 2 12 45tg20 202 2 45tg 2 c w w wCh . 2.4. Определяют высоту подпорной стенки, на которую действует активное давление: м5,35,26cc hHH . 3. Определяют пассивное давление на уровне нижнего горизонта грунта и на уровне подошвы фундамента подпорной стенки при глинистой засыпке. 3.1. Определяют пассивное давление на поверхности фундамента подпорной стенки (при hзагл = 0): 2I п кН/м50 2 12 45tg202 2 45tg2 wwCP . 3.2. Определяют пассивное давление грунта на подпорную стенку на уровне подошвы фундамента с учетом сцепления 125 . 22 2 загл II п кН/м95 2 12 45tg202 2 12 45tg5,120 2 45tg2 2 45tg ww w w СhP 4. Определить полное активное и пассивное давление глинистого грунта на 1 м длины подпорной стенки. 4.1. Определяют полное активное давление связного грунта на 1 м длины подпорной стенки: кН/м.83 20 20 2 12 45tg6202 2 12 45tg 2 6 20 2 45tg2 2 45tg 2 2 2 2 2 а w ww w w w C HC H E 4.2. Определяют точку приложения полного активного давления: м2,1 3 5,3 3 с a H e . 4.3. Определяют полное пассивное давление связного грунта на 1 м длины фундамента подпорной стенки: кН/м.108 2 12 451,5tg202 2 12 45tg 2 5,1 20 2 45tg2 2 45tg 2 2 2 загл 2 2 загл п w w w w hС h E 4.4. Определяют точку приложения полного пассивного давления: м7,0 5095 50295 3 5,12 3 загл п da dаh e , где а – нижнее основание трапеции, равное величине пассивного давления на уровне подошвы фундамента, равное 2IIп кН/м95P ; d – верхнее основание трапеции, равное величине пассивного давления на уровне нижнего горизонта грунта, равное 2Iп кН/м50P . 5. Производят построение эпюры активного и пассивного давлений при глинистой засыпке (рис. 7.6). Рис. 7.6. Эпюры давлений при глинистой засыпке Д Е Еп = 108кН/м Нс = H – hc =3,5 м hc = 2,5 м В Ра II = 47 кН/м2 А Б еа = 1,2 м Ра I = 79 кН/м2 2В = 2,0 м Рп II = 95 кН/м2 В = 1,0 м Н = 6 м hзагл = 1,5 м еп = 0,7 м Г Еа = 83 кН/м Рп I = 50 кН/м2 1 2 6 127 На листе миллиметровой бумаги формата А4 в масштабе вычерчивают профиль подпорной стенки с учетом исходных данных. 5.1. Для построения эпюры активного давления откладывают на горизонтальной линии подошвы подпорной стенки величину Ра I. Получают точку Б. Эту точку соединяют прямой линией с верхней кромкой подпорной стенки – точкой А, получая треугольную эпюру. 5.2. От точки Б в той же плоскости откладывают величину Ра II. Получают точку В. 5.3. От верхнего горизонта грунта (см. рис. 7.6) откладывают величину hc и проводят горизонтальную линию. Точку пересечения прямой АБ с горизонталь- ной обозначают Г. 5.4. Соединяют точки Г и В прямой линией. Полученный треугольник БВГ является эпюрой активных давлений на подпорную стенку со стороны глинистой засыпки. Треугольник заштриховывают горизонтальной штриховкой. 5.5. От горизонтальной линии подошвы подпорной стенки на расстоянии еа проводят горизонтальную стрелку, направленную в сторону подпорной стенки. Эта стрелка обозначает полное активное давление глинистого грунта на 1 м длины подпорной стенки. Обозначают стрелку Еа и подписывают значение пол- ного активного давления. 5.6. В плоскости нижнего горизонта грунта откладывают пассивное давление, соответствующее давлению на поверхности фундамента Рп I. Получают точку Д. 5.7. В плоскости подошвы фундамента откладывают пассивное давление с учетом сцепления Рп II. Получают точку Е. 5.8. Соединяют точки Д и Е и получают трапециевидную эпюру пассивных давлений на фундамент подпорной стенки. Трапецию заштриховывают горизонтальными линиями. 5.9. От горизонтальной линии подошвы фундамента на расстоянии еп проводят горизонтальную стрелку, направленную в сторону фундамента. Эта стрелка обозначает полное пассивное давление глинистого грунта на 1 м длины фундамента Еп. Подписывают значение полного пассивного давления. 6. Определяют коэффициент запаса устойчивости из выражения (7.2): S R K сдв , где R – пассивные удерживающие силы; S – активные сдвигающие силы. 6.1. Определяют активные сдвигающие силы: кН/м2510883па EЕS , (7.7) где Eа – полное активное давление грунта на подпорную стенку, действующее со стороны засыпки; 128 Eп – полное пассивное давление грунта на фундамент подпорной стенки, удерживающее стенку от плоского сдвига. Результаты расчета показали, что величина активного давления незначительна. Превалирует величина пассивного давления. Поскольку расчет пассивных сил приведет к увеличению сил, препятствующих деформации сдвига, то дальнейший расчет не имеет смысла. Если при расчете активных сдвигающих сил по формуле (7.7) величина S окажется положительной, то необходимо продолжить расчет по методике, изложенной в подразделах 7.1 и 7.2. Заключение. Выполнен расчет активных и пассивных давлений на подпорную стенку с учетом глинистой засыпки. Определены точки приложения полных активных и пассивных давлений на 1 м длины подпорной стенки. Вычислено значение коэффициента устойчивости, которое свидетельствует о том, что подпорная стенка находится в устойчивом положении. 7.4. Определение устойчивости подпорной стенки в виде набережной Введение Автомобильная дорога может проходить по берегу канала, водохранилища, реки, плотины. В этом случае подпорная стенка работает в самых неблагоприятных условиях, когда засыпка фундамента и грунт подошвы подпорной стенки находятся в водонасыщенном состоянии. В этом случае ослабевают силы внутреннего трения грунта и пассивное давление со стороны засыпки уменьшается. При таких условиях возможен не только плоский, но и глубокий сдвиг (см. рис. 7.3). Если горизонт воды расположен выше подошвы сооружения, то в соответствии с законом Архимеда сооружение теряет в весе столько, сколько весит вытесненная им вода. Это равносильно утверждению, что к подошве сооружения приложена направленная снизу вверх нагрузка, называемая взвешивающей сооружение силой, равная по величине весу вытесненной сооружением воды. Грунт со стороны засыпки будет находиться в двух состояниях: 1) выше уровня горизонта вод – в сухом состоянии; 2) ниже уровня горизонта вод – в водонасыщенном. При решении задач, в которых грунт находится в различных состояниях (сухом и водонасыщенном), применяют метод эквивалентного слоя (метод Г.И. По-кровского), в котором сухой грунт заменяют водонасыщенным, но большей мощности с таким расчетом, чтобы давление на уровне горизонта вод оставалось неизменным. Задание 129 1. Представить краткое описание подпорной стенки как геотехнического сооружения, изложить варианты возможного сдвига и дать оценку устойчивости сооружения на плоский сдвиг. 2. Определить активное давление песчаных грунтов, находящихся в сухом и водонасыщенном состояниях. 3. Построить эпюру давлений при песчаной засыпке и частичном затоплении подпорной стенки. ПРИМЕР Исходные данные (прил. 1) 1. Вариант – 543. 2. Высота подпорной стенки Н, м – 6. 3. Величина заглубления фундамента hзагл, м – 1,5. 4. Ширина подпорной стенки по низу 2В, м – 2,0. 5. Удельный вес грунта γw, кН/м 3 – 20. 6. Угол внутреннего трения грунта φw, град. – 12. 7. Сцепление грунта Сw, кН/м 2 – 20. 8. Уровень воды УВ, м – 2,5. Порядок расчета 1. Характеризуют подпорную стенку как геотехническое сооружение, излагают варианты возможного сдвига конструкции, дают общую схему расчета устойчивости по материалу, представленному во введении и рекомендуемой литературе. 2. Определяют активное давление песчаных грунтов. 2.1. Определяют высоту подпорной стенки выше уровня воды: м25,25,16УВзаглhHZ , где H – высота подпорной стенки, м; hзагл – глубина фундамента подпорной стенки, м; УВ – уровень воды перед подпорной стенкой, м. 2.2. Определяют активное давление грунта, лежащего выше уровня воды из выражения .кН/м26 2 12 45tg220 2 45tg 222I a w wZP 2.3. Определяют удельный вес грунта во взвешенном состоянии 130 . 3 в вз кН/м101020 ww где γв – удельный вес воды, равный 10 кН/м 3 . 2.4. Определяют высоту слоя эквивалентного грунта (водонасыщенного), создающего такое же давление на слой грунта ниже уровня воды, как создавал сухой грунт, из выражения м4 10 220 вз w wZh . 2.5. Определяют общую приведенную высоту слоя грунта засыпки, находящегося в водонасыщенном состоянии м.85,25,14УВзаглhhHw 2.6. Определяют активное давление грунта на уровне подошвы подпорной стенки: 222взII а кН/м53 2 12 45tg810 2 45tg www HP . 2.7. Определяют полное активное давление песчаного грунта на 1 м длины подпорной стенки, находящегося выше УВ: кН/м27 2 12 45tg 2 2 20 2 45tg 2 2 2 2 2 II a w w Z E . 2.8. Определяют точку приложения полного активного давления песчаного грунта, находящегося выше УВ: м1,32 3 2 3 2I a Ze . 2.9. Определяют полное активное давление песчаного грунта на 1 м длины подпорной стенки, находящегося ниже УВ: кН/м1582,51,5 2 5326 УВ 2 загл II а I аII а h PP E . 2.10. Определяют точку приложения полного активного давления песчаного грунта, находящегося ниже УВ: 131 м1,7 26)(53 26253 3 2,51,5 )( 2 3 УВ I a II a I a II aзаглII a PP Ph e . 2.11. Определяют полное активное давление песчаного грунта на 1 м длины подпорной стенки с учетом грунта, находящегося выше и ниже УВ: кН/м18615827IIa I aа EEE . 2.12. Определяют расстояние между точками приложения Еа I и Еа II из выражения м31,71,36IIa I a eeHX . 2.13. Определяют точку приложения полного активного давления Еа. Для этого составляют пропорцию a I aa II a eXEeE , отсюда м0,16 27158 327 I а II а I а а EE XE e . 3. Производят построение эпюры активного давления при песчаной засып- ке и частичном затоплении подпорной стенки. На листе миллиметровой бумаги формата А4 в масштабе 1:100 и с учетом исходных данных вычерчивают профиль подпорной стенки (рис. 7.7). На схему наносят уровень воды (УВ). Линию УВ продолжают по другую сторону подпорной стенки. 3.1. От уровня УВ вдоль вертикальной стенки сооружения откладывают значение высоты h. Получают точку А. 3.2. На уровне УВ от вертикальной стенки сооружения в масштабе откладывают значение Ра I. Получают точку Б. 3.3. На уровне подошвы подпорной стенки в том же масштабе откладывают значение Ра II. Получают точку В. 3.4. Соединяют точки А, Б, В. Получают эпюру активного давления для водонасыщенного грунта 3.5. Соединяют точку Б с верхней кромкой подпорной стенки. Получают эпюру с учетом наличия грунта в сухом и водонасыщенном состояниях. Эпюру заштриховывают горизонтальными линиями. 3.6. Откладывают от верхнего горизонта грунта (рис. 7.7) величину еа I . Проводят горизонтальную стрелку, направленную к подпорной стенке. Стрелку обозначают Еа I . 3.7. Откладывают от подошвы подпорной стенки величину еа II. Проводят горизонтальную стрелку и обозначают Еа II . 3.8. От стрелки Еа II откладывают величину еа. Проводят горизонтальную стрелку и обозначают Еа. 132 Заключение. Выполнен расчет активного давления на подпорную стенку при песчаной засыпке и наличии уровня воды со стороны лицевой грани. Рис. 7.7. Эпюра активного давления песчаного грунта на подпорную стенку при частичном затоплении еа = 0,16 м Еа I = 27 кН/м еа I = 1,3 м Hw = 8 м В = 1,0 м УВ = 2,5 м h = 4 м А В еа II = 1,7 м Ра II = 53 кН/м2 2В = 2,0 м Н = 6 м Еа=827кН/м hзагл = 1,5 м Ра 1 = 26 кН/м2 Еа II = 158 кН/м Еа = 186 кН/м Z Б 1 3 2 133 Литература 1. Автомобильные дороги Беларуси: энциклопедия / под общ. ред. А.В. Ми- нина. – Минcк: БелЭН, 2002. – 672 с. 2. Маслов, Н.Н. Основы инженерной геологии и механики грунтов / Н.Н. Маслов. – М.: Высшая школа, 1982. – 511 с. 3. Казарновский, В.Д. Основы инженерной геологии, дорожного грунтоведения и механики грунтов / В.Д. Казарновский. – М., 2007. – 284 с. 4. Флорин, В.А. Основы механики грунтов. Общие зависимости и напряженное состояние оснований сооружений / В.А. Флорин. – М.; Л: гос. изд- во литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам, 1959. – Т. 1. – 356 с. 5. Цытович, Н.А. Механика грунтов / Н.А. Цытович. – М.: Госстройиздат, 1963. – 636 с. 6. Безрук, В.М. Геология и грунтоведение / В.М. Безрук. – М.: Недра, 1977. – 256 с. 7. Котов, М.Ф. Механика грунтов в примерах / М.Ф. Котов. – М.: Высшая школа, 1968. – 280 с. 8. Ломтадзе, В.Д. Инженерная геология. Инженерная петрология / В.Д. Лом- тадзе. – 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Недра, 1984. – 511 с. 9. Укрепленные грунты (свойства и применение в дорожном строитель- стве) / В.М. Безрук [и др.]. – М.: Транспорт, 1982. – 231 с. 10. Безрук, В.М. Дорожные одежды из укрепленных грунтов: учебное пособие / В.М. Безрук, А.С. Еленович. – М.: Высшая школа, 1969. – 330 с. 11. Гончарова, Л.В. Основы искусственного улучшения грунтов (техническая мелиорация грунтов) / Л.В. Гончарова. – М.: МГУ, 1973. – 376 с. 12. Бабаскин, Ю.Г. Строительство автомобильных дорог с облегченными и переходными покрытиями: учебное пособие / Ю.Г. Бабаскин, И.И. Леонович. – Минск: БНТУ, 2006. – 297 с. 13. Бабаскин, Ю.Г. Технология дорожного строительства: учебное пособие / Ю.Г. Бабаскин, И.Н. Вербило. – Минск: БНТУ, 2003. – 202 с. 14. Ковалев, Я.Н. Физико-химические основы технологии строительных материалов: учебно-методическое пособие / Я.Н. Ковалев. – Минск: БНТУ, 2007. – 265 с. 15. Львович, Ю.М. Укрепление откосов земляного полотна автомобильных дорог / Ю.М. Львович, Ю.Л. Мотылев. – М.: Транспорт, 1979. – 159 с. 16. Ананьев, В.П. Инженерная геология: учебник для строительных специальностей вузов / В.П. Ананьев, А.Д. Потапов. – М.: Высшая школа, 2002. – 511 с. 17. Швецов, Г.И. Инженерная геология, механика грунтов, основания и фундаменты: учебник для вузов / Г.И. Швецов. – М.: Высшая школа, 1987. – 296 с. 18. Бабков, В.Ф. Основы грунтоведения и механики грунтов / В.Ф. Бабков, В.М. Безрук. – М.: Высшая школа, 1986. – 239 с. 134 19. Вырко, Н.П. Дорожное грунтоведение с основами механики грунтов / Н.П. Вырко, И.И. Леонович. – Минск: Вышэйшая школа, 1977. – 224 с. 20. Леонович, И.И. Механика земляного полотна / И.И. Леонович, Н.П. Выр- ко. – Минск: Наука и техника, 1975. – 232 с. 21. Вырко, Н.П. Практикум по дорожному грунтоведению / Н.П. Вырко, И.И. Леонович. – Минск: Вышэйшая школа, 1980. – 255 с. 22. Казарновский, В.Д. Методические указания по расчету степени устойчивости склонов и откосов при решении геотехнических задач в дорожном, мостовом и аэродромном строительстве / В.Д. Казарновский, З.М. Караулова, З.И. Рогозина. – М.: МАДИ, 1987. – 62 с. 23. Бабаскин, Ю.Г. Укрепление грунтов инъектированием при ремонте автомобильных дорог / Ю.Г. Бабаскин; под ред. И.И. Леоновича. – Минск: УП «Технопринт», 2002. – 177 с. 24. Бабаскин Ю.Г. Дорожное грунтоведение и механика земляного полотна дорог / Ю.Г. Бабаскин. – Минск: БГПА, 2001. – 223 с. 25. Бабаскин, Ю.Г. Дорожное грунтоведение и механика земляного полотна дорог: курс лекций / Ю.Г. Бабаскин. – Минск: БНТУ, 2002. – 197 с. 26. Бабаскин, Б.Г. Укрепление грунтов цементом: методическое пособие к лабораторным работам по дисциплине «Специальные вопросы укрепления грун- тов» для студентов специальности Т.19.03 – «Строительство дорог и транспорт- ных объектов» / Ю.Г. Бабаскин, Р.И. Петрашевский. – Минск: БГПА, 1998. – 56 с. 27. Бабаскин, Ю.Г. Свойства грунтов и их влияние на устойчивость инженерных сооружений: методическое пособие к курсовой работе по дисциплине «Дорожное грунтоведение и механика земляного полотна дорог» для студентов специальности Т.19.03 – «Строительство дорог и транспортных объектов» / Ю.Г. Бабаскин. – Минск: БГПА, 2000. – 73 с. 28. Бабаскин, Ю.Г. Технико-экономическое обоснование технологии и организации работ по строительству автомобильной дороги: методическое пособие к курсовому проекту / Ю.Г. Бабаскин, И.В. Дерман. – Минск: БНТУ, 2006. – 161 с. 29. Устройство земляного полотна автомобильных дорог (П2-02 к СНиП 3.06.03–85). – Минск: Департамент «Белавтодор», 2003. – 121 с. 30. РД 0219.1.20–2001: Руководство по операционному контролю качества работ при строительстве, реконструкции, ремонте и содержании автомобильных дорог и искусственных сооружений. – Минск: Комитет по автомобильным дорогам, 2001. – 139 с. 31. П17-02 к СНБ 5.01.01–99: Проектирование и устройство подпорных стен и креплений котлованов. – Минск: Национальный комплекс нормативно- технических документов в строительстве, 2005. – 76 с. 32. СТБ 943–20076: Грунты. Классификация. – Минск: Госстандарт, 2008. – 20 с. 135 П Р И Л О Ж Е Н И Я ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Исходные данные к курсовой работе Таблица П1.1 Вариа нт Раздел 1 Раздел 2 (по задачам) Раздел 3 Раздел 4 № геолог . разрез а № страти- граф. колон. № комби нации слоев № задачи Общие данные Задача 2.1 Задача 2.2 Задача 2.3 Задача 2.4 № задания (прил. 5) № задания (прил. 6) Р0 соор, МПа ρw, т/м3 hзагл, м 2b, м Категор ия Н, м 1:m d, м L, м B, м 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 111 1 5 1 2.1 0,25 1,71 3,9 2,0 - - - - - - 1 10 112 2 6 2 2.2 0,26 1,72 4,0 - ІІ 2,1 1,25 - - - 2 9 113 3 7 3 2.3 0,27 1,73 4,1 - - - - 0,5 - - 3 8 114 4 8 4 2.4 0,28 1,74 4,2 - - - - - 4,0 2,0 4 7 115 5 9 5 2.1 0,29 1,75 4,3 2,5 - - - - - - 5 6 116 6 10 6 2.2 0,30 1,76 4,4 - ІІІ 2,5 1,0 - - - 6 5 117 7 11 7 2.3 0,31 1,77 4,5 - - - - 1,0 - - 7 4 118 8 12 8 2.4 0,32 1,78 4,6 - - - - - 4,5 2,5 8 3 119 9 1 9 2.1 0,33 1,79 4,7 3,0 - - - - - - 9 2 120 10 2 10 2.2 0,34 1,80 4,8 - ІV 2,9 2,0 - - - 10 1 121 11 3 11 2.3 0,35 1,81 4,9 - - - - 1,5 - - 11 10 122 12 4 12 2.4 0,36 1,82 5,0 - - - - - 5,0 3,0 12 9 123 1 5 13 2.1 0,37 1,83 2,0 3,5 - - - - - - 13 8 124 2 6 14 2.2 0,38 1,84 2,1 - V 3,3 1,75 - - - 14 7 125 3 7 15 2.3 0,39 1,85 2,2 - - - - 2,0 - - 1 6 1 3 6 Окончание табл. П1.1 Вариа нт Общие данные Раздел 5 Общие данные для разделов 5 и 6 Раздел 6 Раздел 7 γw, кН/м3 Сw, кН/м2 φw, град. № задач и Кате- гория Н, м 1 : m Тип грунт а ГВ, м ГВВ, м № задач и Н, м 1 : m № задач и Н, м hзагл, м 2b, м Р0, кН/м2 УВ, м 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 111 19,0 15,0 12 5.1 ІІ 6,0 1,5 пк 6.1 5,0 1,25 7.1 6,0 1,5 1,5 - - 112 19,1 15,5 13 5.2 ІІІ 6,5 1,55–1,0 пс 4,0 6.1 5,5 1,30 7.2 6,5 1,5 1,5 160 - 113 19,2 16,0 14 5.3 ІV 7,0 1,6–1,15 пм 1,5 4,0 6.2 6,0 1,35 7.3 7,0 2,0 2,0 - - 114 19,3 16,5 15 5.1 V 7,5 1,65–1,2 ск 6.1 6,5 1,40 7.4 7,5 2,0 2,0 - 5,0 115 19,4 17,0 16 5.2 ІІ 8,0 1,7–1,25 сл 5,0 - 6.1 7,0 1,45 7.1 8,0 2,5 2,5 - - 116 19,5 17,5 17 5.3 ІІІ 8,5 1,75–1,3 ст 1,0 5,0 6.2 7,5 1,50 7.2 8,5 2,5 2,5 170 - 117 19,6 18,0 18 5.1 ІV 9,0 1,8–1,35 сгл - - 6.1 8,0 1,55 7.3 9,0 3,0 3,0 - - 118 19,7 18,5 19 5.2 V 9,5 1,85–1,4 сгт 5,5 - 6.1 5,0 1,60 7.4 9,5 3,0 3,0 - 7,0 119 19,8 19,0 20 5.3 ІІ 10,0 1,9–1,45 пк 2,5 5,0 6.2 5,5 1,65 7.1 10,0 3,5 3,5 - - 120 19,9 19,5 21 5.1 ІІІ 10,5 1,95–1,5 пс - - 6.1 6,0 1,70 7.2 6,0 1,5 1,5 180 - 121 20,0 20,0 22 5.2 ІV 11,0 2,0–1,55 пм 6,0 - 6.1 6,5 1,75 7.3 6,5 1,5 1,5 - - 122 20,1 20,5 23 5.3 V 11,5 1,5–1,0 ск 3,0 5,5 6.2 7,0 1,80 7.4 7,0 2,0 2,0 - 4,0 123 20,2 21,0 24 5.1 ІІ 12,0 1,55–1,05 сл - - 6.1 7,5 1,85 7.1 7,5 2,0 2,0 - - 124 20,3 21,5 25 5.2 ІІІ 6,0 1,6 ст 3,0 - 6.1 8,0 1,90 7.2 8,0 2,5 2,5 190 - 125 20,4 22,0 26 5.3 ІV 6,5 1,65–1,2 сгл 1,5 3,5 6.2 5,0 1,95 7.3 8,5 2,5 2,5 - - 13 7 Таблица П1.2 Вариа нт Раздел 1 Раздел 2 (по задачам) Раздел 3 Раздел 4 № геолог . разрез а № страти- граф. колон. № комби нации слоев № задачи Общие данные Задача 2.1 Задача 2.2 Задача 2.3 Задача 2.4 № задания (прил. 5) № задания (прил. 6) Р0 соор, МПа ρw, т/м3 hзагл, м 2b, м Категор ия Н, м 1:m d, м L, м B, м 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 126 4 8 16 2.4 0,40 1,86 2,3 - - - - - 5,5 3,5 2 5 127 5 9 17 2.1 0,41 1,87 2,4 4,0 - - - - - - 3 4 128 6 10 18 2.2 0,42 1,88 2,5 - ІІ 3,7 1,5 - - - 4 3 129 7 11 19 2.3 0,43 1,89 2,6 - - - - 2,5 - - 5 2 130 8 12 20 2.4 0,44 1,90 2,7 - - - - - 6,0 4,0 6 1 131 9 1 21 2.1 0,45 1,91 2,8 4,5 - - - - - - 7 10 132 10 2 22 2.2 0,46 1,92 2,9 - ІІІ 4,1 1,25 - - - 8 9 133 11 3 23 2.3 0,47 1,93 3,0 - - - - 3,0 - - 9 8 134 12 4 24 2.4 0,48 1,94 3,1 - - - - - 6,5 4,5 10 7 135 1 5 25 2.1 0,49 1,95 3,2 5,0 - - - - - - 11 6 136 2 6 26 2.2 0,50 1,96 3,3 - ІV 4,5 1,0 - - - 12 5 137 3 7 27 2.3 0,51 1,97 3,4 - - - - 3,5 - - 13 4 138 4 8 28 2.4 0,52 1,98 3,5 - - - - - 7,0 5,0 14 3 138 5 9 29 2.1 0,53 1,99 3,6 5,5 - - - - - - 1 2 140 6 10 30 2.2 0,54 2,00 3,7 - V 4,9 2,0 - - - 2 1 141 7 11 31 2.3 0,55 1,70 3,8 - - - - 4,0 - - 3 10 142 8 12 32 2.4 0,56 1,71 3,9 - - - - - 7,5 5,5 4 9 143 9 1 33 2.1 0,57 1,72 4,0 6,0 - - - - - - 5 8 144 10 2 34 2.2 0,58 1,73 4,1 - ІІ 5,3 1,75 - - - 6 7 1 3 8 Окончание табл. П1.2 Вариа нт Общие данные Раздел 5 Общие данные для разделов 5 и 6 Раздел 6 Раздел 7 γw, кН/м3 Сw, кН/м2 φw, град. № задач и Кате- гория Н, м 1 : m Тип грунт а ГВ, м ГВВ, м № задач и Н, м 1 : m № задач и Н, м hзагл, м 2b, м Р0, кН/м2 УВ, м 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 126 20,5 15,0 27 5.1 V 7,0 1,7–1,25 сгт - - 6.1 5,5 2,0 7.4 9,0 3,0 1,5 - 6,0 127 19,0 15,5 28 5.2 ІІ 7,5 1,75–1,3 пк 5,0 - 6.1 6,0 1,25 7.1 9,5 3,0 1,5 - - 128 19,1 16,0 29 5.3 ІІІ 8,0 1,8–1,35 пс 2,0 5,5 6.2 6,5 1,30 7.2 10,0 3,5 2,0 200 - 129 19,2 16,5 30 5.1 ІV 8,5 1,85–1,4 пм - - 6.1 7,0 1,35 7.3 6,0 1,5 2,0 - - 130 19,3 17,0 12 5.2 V 9,0 1,9–1,45 ск 6,0 - 6.1 7,5 1,40 7.4 6,5 1,5 2,5 - 4,0 131 19,4 17,5 13 5.3 ІІ 9,5 1,95–1,5 сл 1,5 6,0 6.2 8,0 1,45 7.1 7,0 2,0 2,5 - - 132 19,5 18,0 14 5.1 ІІІ 10,0 2,0–1,55 ст - - 6.1 5,0 1,50 7.2 7,5 2,0 3,0 210 - 133 19,6 18,5 15 5.2 ІV 10,5 1,5–1,0 сгл 5,0 - 6.1 7,5 1,55 7.3 8,0 2,5 3,0 - - 134 19,7 19,0 16 5.3 V 11,0 1,55–1,05 сгт 3,5 6,0 6.2 8,0 1,60 7.4 8,5 2,5 3,5 - 7,5 135 19,8 19,5 17 5.1 ІІ 11,5 1,6–1,15 пк - - 6.1 6,5 1,65 7.1 9,0 3,0 1,5 - - 136 19,9 20,0 18 5.2 ІІІ 12,0 1,65–1,2 пс 6,0 - 6.1 8,0 1,70 7.2 9,5 3,0 1,5 160 - 137 20,0 20,5 19 5.3 ІV 6,0 1,7 пм 1,5 3,5 6.2 7,5 1,75 7.3 10,0 3,5 2,0 - - 138 20,1 21,0 20 5.1 V 6,5 1,75–1,3 ск - - 6.1 8,0 1,80 7.4 6,0 1,5 2,0 - 3,5 138 20,2 21,5 21 5.2 ІІ 7,0 1,8–1,35 сл 4,5 - 6.1 5,0 1,85 7.1 6,5 1,5 2,5 - - 140 20,3 22,0 22 5.3 ІІІ 7,5 1,85–1,4 ст 2,0 5,0 6.2 5,5 1,90 7.2 7,0 2,0 2,5 170 - 141 20,4 15,0 23 5.1 ІV 8,0 1,9–1,45 сгл - - 6.1 6,0 1,95 7.3 7,5 2,0 3,0 - - 142 20,5 15,5 24 5.2 V 8,5 1,95–1,5 сгт 5,5 - 6.1 6,5 1,25 7.4 8,0 2,5 3,0 - 6,5 143 19,0 16,0 25 5.3 ІІ 9,0 2,0–1,55 пк 2,5 6,0 6.2 7,0 1,30 7.1 8,5 2,5 3,5 - - 144 19,1 16,5 26 5.1 ІІІ 9,5 1,5–1,0 пс - - 6.1 7,5 1,35 7.2 9,0 3,0 1,5 180 - 13 9 Таблица П1.3 Вариа нт Раздел 1 Раздел 2 (по задачам) Раздел 3 Раздел 4 № геолог . разрез а № страти- граф. колон. № комби нации слоев № задачи Общие данные Задача 2.1 Задача 2.2 Задача 2.3 Задача 2.4 № задания (прил. 5) № задания (прил. 6) Р0 соор, МПа ρw, т/м3 hзагл, м 2b, м Категор ия Н, м 1:m d, м L, м B, м 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 261 11 3 35 2.3 0,59 1,74 4,2 - - - - 4,5 - - 7 6 262 12 4 36 2.4 0,60 1,75 4,3 - - - - - 8,0 6,0 8 5 263 1 5 37 2.1 0,25 1,76 4,4 6,5 - - - - - - 9 4 264 2 6 38 2.2 0,26 1,77 4,5 - ІІІ 5,7 1,5 - - - 10 3 265 3 7 39 2.3 0,27 1,78 4,6 - - - - 5,0 - - 11 2 266 4 8 40 2.4 0,28 1,79 4,7 - - - - - 8,5 6,5 12 1 267 5 9 41 2.1 0,29 1,80 4,8 7,0 - - - - - - 13 10 268 6 10 42 2.2 0,30 1,81 4,9 - ІV 2,0 1,25 - - - 14 9 269 7 11 43 2.3 0,31 1,82 5,0 - - - - 5,5 - - 1 8 270 8 12 44 2.4 0,32 1,83 2,0 - - - - - 9,0 7,0 2 7 271 9 1 45 2.1 0,33 1,84 2,1 7,5 - - - - - - 3 6 272 10 2 46 2.2 0,34 1,85 2,2 - V 2,4 1,0 - - - 4 5 273 11 3 47 2.3 0,35 1,86 2,3 - - - - 6,0 - - 5 4 274 12 4 48 2.4 0,36 1,87 2,4 - - - - - 9,5 7,5 6 3 275 1 5 49 2.1 0,37 1,88 2,5 8,0 - - - - - - 7 2 1 4 0 Окончание табл. П1.3 Вариа нт Общие данные Раздел 5 Общие данные для разделов 5 и 6 Раздел 6 Раздел 7 γw, кН/м3 Сw, кН/м2 φw, град. № задач и Кате- гория Н, м 1 : m Тип грунт а ГВ, м ГВВ, м № задач и Н, м 1 : m № задач и Н, м hзагл, м 2b, м Р0, кН/м2 УВ, м 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 261 19,2 17,0 27 5.2 ІV 10,0 1,55–1,05 пм 7,5 - 6.1 8,0 2,0 7.3 9,5 3,0 1,5 - - 262 19,3 17,5 28 5.3 V 10,5 1,6–1,15 ск 4,5 6,5 6.2 8,0 1,25 7.4 10,0 3,5 1,5 - 7,5 263 19,4 18,0 29 5.1 ІІ 11,0 1,65–1,2 сл - - 6.1 5,5 1,30 7.1 6,0 1,5 2,0 - - 264 19,5 18,5 30 5.2 ІІІ 11,5 1,7–1,25 ст 7,0 - 6.1 6,0 1,35 7.2 6,5 1,5 2,0 190 - 265 19,6 19,0 12 5.3 ІV 12,0 1,75–1,3 сгл 4,0 6,0 6.2 8,5 1,40 7.3 7,0 2,0 2,5 - - 266 19,7 19,5 13 5.1 V 6,0 1,8 сгт - - 6.1 7,0 1,45 7.4 7,5 2,0 2,5 - 4,5 267 19,8 20,0 14 5.2 ІІ 6,5 1,85–1,4 пк 4,0 - 6.1 7,5 1,50 7.1 8,0 2,5 3,0 - - 268 19,9 20,5 15 5.3 ІІІ 7,0 1,9–1,45 пс 1,5 4,5 6.2 8,0 1,55 7.2 8,5 2,5 3,0 200 - 269 20,0 21,0 16 5.1 ІV 7,5 1,95–1,5 пм - - 6.1 5,0 1,60 7.3 9,0 3,0 3,5 - - 270 20,1 21,5 17 5.2 V 8,0 2,0–1,55 ск 5,5 - 6.1 5,5 1,65 7.4 9,5 3,0 1,5 - 6,5 271 20,2 22,0 18 5.3 ІІ 8,5 1,5–1,0 сл 2,0 5,5 6.2 6,0 1,70 7.1 10,0 3,5 1,5 - - 272 20,3 15,0 19 5.1 ІІІ 9,0 1,55–1,05 ст - - 6.1 6,5 1,75 7.2 6,0 1,5 2,0 160 - 273 20,4 15,5 20 5.2 ІV 9,5 1,6–1,15 сгл 6,0 - 6.1 7,0 1,80 7.3 6,5 1,5 2,0 - - 274 20,5 16,0 21 5.3 V 10,0 1,65–1,2 сгт 3,5 5,5 6.2 7,5 1,85 7.4 7,0 2,0 2,5 - 5,0 275 19,0 16,5 22 5.1 ІІ 10,5 1,7–1,25 пк - - 6.1 8,0 1,90 7.1 7,5 2,0 2,5 - - 1 4 1 Таблица П1.4 Вариа нт Раздел 1 Раздел 2 (по задачам) Раздел 3 Раздел 4 № геолог . разрез а № страти- граф. колон. № комби нации слоев № задачи Общие данные Задача 2.1 Задача 2.2 Задача 2.3 Задача 2.4 № задания (прил. 5) № задания (прил. 6) Р0 соор, МПа ρw, т/м3 hзагл, м 2b, м Категор ия Н, м 1:m d, м L, м B, м 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 276 2 6 50 2.2 0,38 1,89 2,6 - ІІ 2,8 2,0 - - - 8 1 277 3 7 51 2.3 0,39 1,90 2,7 - - - - 1,0 - - 9 2 278 4 8 52 2.4 0,40 1,91 2,8 - - - - - 10,0 8,0 10 3 279 5 9 53 2.1 0,41 1,92 2,9 2,5 - - - - - - 11 4 280 6 10 54 2.2 0,42 1,93 3,0 - ІІІ 3,2 1,75 - - - 12 5 281 7 11 55 2.3 0,43 1,94 3,1 - - - - 1,5 - - 13 6 282 8 12 56 2.4 0,44 1,95 3,2 - - - - - 10,5 2,0 14 7 283 9 1 57 2.1 0,45 1,96 3,3 3,0 - - - - - - 1 8 284 10 2 1 2.2 0,46 1,97 3,4 - ІV 3,6 1,5 - - - 2 9 285 11 3 2 2.3 0,46 1,98 3,5 - - - - 2,0 - - 3 10 286 12 4 3 2.4 0,48 1,99 3,6 - - - - - 11,0 2,5 4 1 287 1 5 4 2.1 0,49 2,00 3,7 3,5 - - - - - - 5 2 288 2 6 5 2.2 0,50 1,70 3,8 - V 4,0 1,25 - - - 6 3 289 3 7 6 2.3 0,51 1,71 3,9 - - - - 2,5 - - 7 4 290 4 8 7 2.4 0,52 1,72 4,0 - - - - - 11,5 3,0 8 5 291 5 9 8 2.1 0,53 1,73 4,1 4,0 - - - - - - 9 6 292 6 10 9 2.2 0,54 1,74 4,2 - ІІ 4,4 1,0 - - - 10 7 293 7 11 10 2.3 0,55 1,75 4,3 - - - - 3,0 - - 11 8 294 8 12 11 2.4 0,56 1,76 4,4 - - - - - 12,0 3,5 12 9 1 4 2 Окончание табл. П1.4 Вариа нт Общие данные Раздел 5 Общие данные для разделов 5 и 6 Раздел 6 Раздел 7 γw, кН/м3 Сw, кН/м2 φw, град. № задач и Кате- гория Н, м 1 : m Тип грунт а ГВ, м ГВВ, м № задач и Н, м 1 : m № задач и Н, м hзагл, м 2b, м Р0, кН/м2 УВ, м 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 276 19,1 17,0 23 5.2 ІІІ 11,0 1,75–1,3 пк 6,5 - 6.1 5,0 1,95 7.2 8,0 2,5 1,5 170 - 277 19,2 17,5 24 5.3 ІV 11,5 1,8–1,35 пс 2,5 5,5 6.2 7,5 2,0 7.3 8,5 2,5 1,5 - - 278 19,3 18,0 25 5.1 V 12,0 1,85–1,4 пм - - 6.1 6,0 1,25 7.4 9,0 3,0 2,0 - 5,5 279 19,4 18,5 26 5.2 ІІ 6,0 1,9 ск 3,5 - 6.1 6,5 1,30 7.1 9,5 3,0 2,0 - - 280 19,5 19,0 27 5.3 ІІІ 6,5 1,95–1,5 сл 1,0 3,5 6.2 7,0 1,25 7.2 10,0 3,5 2,5 180 - 281 19,6 19,5 28 5.1 ІV 7,0 2,0–1,55 ст - - 6.1 7,5 1,30 7.3 6,0 1,5 2,5 - - 282 19,7 20,0 29 5.2 V 7,5 1,5–1,0 сгл 4,5 - 6.1 8,0 1,35 7.4 6,5 1,5 3,0 - 4,0 283 19,8 21,5 30 5.3 ІІ 8,0 1,55–1,05 сгт 2,5 5,0 6.2 6,5 1,40 7.1 7,0 2,0 3,0 - - 284 19,9 22,0 12 5.1 ІІІ 8,5 1,6–1,15 пк - - 6.1 5,5 1,45 7.2 7,5 2,0 3,5 190 - 285 20,0 15,0 13 5.2 ІV 9,0 1,65–1,2 пс 5,5 - 6.1 6,0 1,50 7.3 8,0 2,5 1,5 - - 286 20,1 15,5 14 5.3 V 9,5 1,7–1,25 пм 4,0 6,0 6.2 7,5 1,55 7.4 8,5 2,5 1,5 - 6,5 287 20,2 16,0 15 5.1 ІІ 10,0 1,75–1,3 ск - - 6.1 7,0 1,60 7.1 9,0 3,0 2,0 - - 288 20,3 16,5 16 5.2 ІІІ 10,5 1,8–1,35 сл 7,5 - 6.1 7,5 1,65 7.2 9,5 3,0 2,0 200 - 289 20,4 17,0 17 5.3 ІV 11,0 1,85–1,4 ст 3,5 7,5 6.2 8,0 1,70 7.3 10,0 3,5 2,5 - - 290 20,5 17,5 18 5.1 V 11,5 1,9–1,45 сгл - - 6.1 5,0 1,75 7.4 6,0 1,5 2,5 - 3,5 291 19,0 18,0 19 5.2 ІІ 12,0 1,95–1,5 сгт 8,0 - 6.1 5,5 1,80 7.1 6,5 1,5 3,0 - - 292 19,1 18,5 20 5.3 ІІІ 6,0 2,0 пк 0.5 3,5 6.2 6,0 1,85 7.2 7,0 2,0 3,0 210 - 293 19,2 19,0 21 5.1 ІV 6,5 1,5–1,0 пс - - 6.1 6,5 1,25 7.3 7,5 2,0 3,5 - - 294 19,3 19,5 22 5.2 V 7,0 1,55–1,05 пм 4,0 - 6.1 7,0 1,30 7.4 8,0 2,5 1,5 - 5,5 1 4 3 Таблица П1.5 Вариа нт Раздел 1 Раздел 2 (по задачам) Раздел 3 Раздел 4 № геолог . разрез а № страти- граф. колон. № комби нации слоев № задачи Общие данные Задача 2.1 Задача 2.2 Задача 2.3 Задача 2.4 № задания (прил. 5) № задания (прил. 6) Р0 соор, МПа ρw, т/м3 hзагл, м 2b, м Категор ия Н, м 1:m d, м L, м B, м 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 331 9 1 12 2.1 0,57 1,77 4,5 4,5 - - - - - - 13 10 332 10 2 13 2.2 0,58 1,78 4,6 - ІІІ 4,8 2,0 - - - 14 1 333 11 3 14 2.3 0,59 1,79 4,7 - - - - 3,5 - - 1 2 334 12 4 15 2.4 0,60 1,80 4,8 - - - - - 4,5 4,0 2 3 335 1 5 16 2.1 0,25 1,81 4,9 5,0 - - - - - - 3 4 336 2 6 17 2.2 0,26 1,82 5,0 - ІV 5,2 1,75 - - - 4 5 337 3 7 18 2.3 0,27 1,83 2,0 - - - - 4,0 - - 5 6 338 4 8 19 2.4 0,28 1,84 2,1 - - - - - 5,0 2,0 6 7 339 5 9 20 2.1 0,29 1,85 2,2 5,5 - - - - - - 7 8 340 6 10 21 2.2 0,30 1,86 2,3 - V 5,6 1,5 - - - 8 9 341 7 11 22 2.3 0,31 1,87 2,4 - - - - 4,5 - - 9 10 342 8 12 23 2.4 0,32 1,88 2,5 - - - - - 5,5 2,5 10 1 343 9 1 24 2.1 0,33 1,89 2,6 6,0 - - - - - - 11 2 344 10 2 25 2.2 0,34 1,90 2,7 - ІІ 6,0 1,25 - - - 12 3 345 11 3 26 2.3 0,35 1,91 2,8 - - - - 5,0 - - 13 4 1 4 4 Окончание табл. П1.5 Вариа нт Общие данные Раздел 5 Общие данные для разделов 5 и 6 Раздел 6 Раздел 7 γw, кН/м3 Сw, кН/м2 φw, град. № задач и Кате- гория Н, м 1 : m Тип грунт а ГВ, м ГВВ, м № задач и Н, м 1 : m № задач и Н, м hзагл, м 2b, м Р0, кН/м2 УВ, м 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 331 19,4 20,0 23 5.3 ІІ 7,5 1,6–1,15 ск 2,0 5,0 6.2 7,5 1,25 7.1 8,5 2,5 1,5 - - 332 19,5 20,5 24 5.1 ІІІ 8,0 1,65–1,2 сл - - 6.1 8,0 1,30 7.2 9,0 3,0 1,5 160 - 333 19,6 21,0 25 5.2 ІV 8,5 1,7–1,25 ст 5,5 - 6.1 5,0 1,35 7.3 9,5 3,0 2,0 - - 334 19,7 21,5 26 5.3 V 9,0 1,75–1,3 сгл 2,5 5,5 6.2 6,5 1,40 7.4 10,0 3,5 2,0 - 7,5 335 19,8 22,0 27 5.1 ІІ 9,5 1,8–1,35 сгт - - 6.1 6,0 1,45 7.1 6,0 1,5 2,5 - - 336 19,9 15,0 28 5.2 ІІІ 10,0 1,85–1,4 пк 6,5 - 6.1 6,5 1,50 7.2 6,5 1,5 2,5 170 - 337 20,0 15,5 29 5.3 ІV 10,5 1,9–1,45 пс 3,5 5,0 6.2 7,0 1,55 7.3 7,0 2,0 3,0 - - 338 20,1 16,0 30 5.1 V 11,0 1,95–1,5 пм - - 6.1 7,5 1,60 7.4 7,5 2,0 3,0 - 4,5 339 20,2 16,5 12 5.2 ІІ 11,5 2,0–1,55 ск 7,0 - 6.1 8,0 1,65 7.1 8,0 2,5 3,5 - - 340 20,3 17,0 13 5.3 ІІІ 12,0 1,5–1,0 сл 4,0 7,0 6.2 8,0 1,70 7.2 8,5 2,5 1,5 180 - 341 20,4 17,5 14 5.1 ІV 6,0 1,55 ст - - 6.1 5,5 1,75 7.3 9,0 3,0 1,5 - - 342 20,5 18,0 15 5.2 V 6,5 1,6–1,15 сгл 4,5 - 6.1 6,0 1,80 7.4 9,5 3,0 2,0 - 6,5 343 19,0 18,5 16 5.3 ІІ 7,0 1,65–1,2 сгт 1,5 4,5 6.2 6,5 1,85 7.1 10,0 3,5 2,0 - - 344 19,1 19,0 17 5.1 ІІІ 7,5 1,7–1,25 пк - - 6.1 7,0 1,90 7.2 6,0 1,5 2,5 190 - 345 19,2 19,5 18 5.2 ІV 8,0 1,75–1,3 пс 5,0 - 6.1 7,5 1,95 7.3 6,5 1,5 2,5 - - 1 4 5 Таблица П1.6 Вариа нт Раздел 1 Раздел 2 (по задачам) Раздел 3 Раздел 4 № геолог . разрез а № страти- граф. колон. № комби нации слоев № задачи Общие данные Задача 2.1 Задача 2.2 Задача 2.3 Задача 2.4 № задания (прил. 5) № задания (прил. 6) Р0 соор, МПа ρw, т/м3 hзагл, м 2b, м Категор ия Н, м 1:m d, м L, м B, м 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 346 12 4 27 2.1 0,36 1,92 2,9 6,5 - - - - - - 14 5 347 1 5 28 2.2 0,37 1,93 3,0 - ІІІ 2,2 2,0 - - - 1 6 348 2 6 29 2.3 0,38 1,94 3,1 - - - - 5,5 - - 2 7 349 3 7 30 2.4 0,39 1,95 3,2 - - - - - 6,0 3,0 3 8 350 4 8 31 2.1 0,40 1,96 3,3 7,0 - - - - - - 4 9 351 5 9 32 2.2 0,41 1,97 3,4 - ІV 2,6 1,75 - - - 5 10 352 6 10 33 2.3 0,42 1,98 3,5 - - - - 6,0 - - 6 1 353 7 11 34 2.4 0,43 1,99 3,6 - - - - - 6,5 3,5 7 2 354 8 12 35 2.1 0,44 2,00 3,7 7,5 - - - - - - 8 3 355 9 1 36 2.2 0,45 1,70 3,8 - V 3,0 1,5 - - - 9 4 356 10 2 37 2.3 0,46 1,71 3,9 - - - - 1,5 - - 10 5 357 11 3 38 2.4 0,47 1,72 4,0 - - - - - 7,0 4,0 11 6 358 12 4 39 2.1 0,48 1,73 4,1 8,0 - - - - - - 12 7 359 1 5 40 2.2 0,49 1,74 4,2 - ІІ 3,4 1,25 - - - 13 8 360 2 6 41 2.3 0,50 1,75 4,3 - - - - 2,0 - - 14 9 361 3 7 42 2.4 0,51 1,76 4,4 - - - - - 7,5 4,5 1 10 362 4 8 43 2.1 0,52 1,77 4,5 3,0 - - - - - - 2 1 363 5 9 44 2.2 0,53 1,78 4,6 - ІІІ 3,8 1,0 - - - 3 2 364 6 10 45 2.3 0,54 1,79 4,7 - - - - 2,5 - - 4 3 1 4 6 Окончание табл. П1.6 Вариа нт Общие данные Раздел 5 Общие данные для разделов 5 и 6 Раздел 6 Раздел 7 γw, кН/м3 Сw, кН/м2 φw, град. № задач и Кате- гория Н, м 1 : m Тип грунт а ГВ, м ГВВ, м № задач и Н, м 1 : m № задач и Н, м hзагл, м 2b, м Р0, кН/м2 УВ, м 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 346 19,3 20,0 19 5.3 V 8,5 1,8–1,35 пм 2,0 6,0 6.2 8,0 2,0 7.4 7,0 2,0 1,5 - 3,5 347 19,4 20,5 20 5.1 ІІ 9,0 1,85–1,4 ск - - 6.1 5,0 1,25 7.1 7,5 2,0 1,5 - - 348 19,5 21,0 21 5.2 ІІІ 9,5 1,9–1,45 сл 6,0 - 6.1 5,5 1,30 7.2 8,0 2,5 2,0 200 - 349 19,6 21,5 22 5.3 ІV 10,0 1,95–1,5 ст 1,5 4,5 6.2 6,0 1,35 7.3 8,5 2,5 2,0 - - 350 19,7 22,0 23 5.1 V 10,5 2,0–1,55 сгл - - 6.1 6,5 1,40 7.4 9,0 3,0 2,5 - 6,0 351 19,8 15,0 24 5.2 ІІ 11,0 1,5–1,0 сгт 7,5 - 6.1 7,0 1,45 7.1 9,5 3,0 2,5 - - 352 19,9 15,5 25 5.3 ІІІ 11,5 1,55–1,05 пк 2,0 7,0 6.2 7,5 1,50 7.2 10,0 3,5 3,0 210 - 353 20,0 16,0 26 5.1 ІV 12,0 1,6–1,15 пс - - 6.1 8,0 1,55 7.3 6,0 1,5 3,0 - - 354 20,1 16,5 27 5.2 V 6,0 1,65 пм 4,5 - 6.1 5,0 1,60 7.4 6,5 1,5 3,5 - 3,0 355 20,2 17,0 28 5.3 ІІ 6,5 1,7–1,25 ск 1,5 3,5 6.2 5,5 1,65 7.1 7,0 2,0 1,5 - - 356 20,3 17,5 29 5.1 ІІІ 7,0 1,75–1,3 сл - - 6.1 6,0 1,70 7.2 7,5 2,0 1,5 160 - 357 20,4 18,0 30 5.2 ІV 7,5 1,8–1,35 ст 6,0 - 6.1 6,5 1,75 7.3 8,0 2,5 2,0 - - 358 20,5 18,5 12 5.3 V 8,0 1,85–1,4 сгл 2,5 5,5 6.2 7,0 1,80 7.4 8,5 2,5 2,0 - 6,0 359 19,0 19,0 13 5.1 ІІ 8,5 1,9–1,45 сгт - - 6.1 7,5 1,85 7.1 9,0 3,0 2,5 - - 360 19,1 19,5 14 5.2 ІІІ 9,0 1,95–1,5 пк 6,5 - 6.1 8,0 1,90 7.2 9,5 3,0 2,5 170 - 361 19,2 20,0 15 5.3 ІV 9,5 2,0–1,55 пс 3,5 5,0 6.2 7,0 1,25 7.3 10,0 3,5 3,0 - - 362 19,3 20,5 16 5.1 V 10,0 1,5–1,0 пм - - 6.1 5,5 1,30 7.4 6,0 1,5 3,0 - 3,5 363 19,4 21,0 17 5.2 ІІ 10,5 1,55–1,05 ск 7,0 - 6.1 6,0 1,35 7.1 6,5 1,5 3,5 - - 364 19,5 21,5 18 5.3 ІІІ 11,0 1,6–1,15 сл 3,5 6,5 6.2 8,5 1,40 7.2 7,0 2,0 1,5 180 - 1 4 7 Таблица П1.7 Вариа нт Раздел 1 Раздел 2 (по задачам) Раздел 3 Раздел 4 № геолог . разрез а № страти- граф. колон. № комби нации слоев № задачи Общие данные Задача 2.1 Задача 2.2 Задача 2.3 Задача 2.4 № задания (прил. 5) № задания (прил. 6) Р0 соор, МПа ρw, т/м3 hзагл, м 2b, м Категор ия Н, м 1:m d, м L, м B, м 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 421 7 11 46 2.4 0,55 1,80 4,8 - - - - - 8,0 5,0 5 4 422 8 12 47 2.1 0,56 1,81 4,9 3,5 - - - - - - 6 5 423 9 1 48 2.2 0,57 1,82 5,0 - ІV 4,2 2,0 - - - 7 6 424 10 2 49 2.3 0,58 1,83 2,0 - - - - 3,0 - - 8 7 425 11 3 50 2.4 0,59 1,84 2,1 - - - - - 8,5 5,5 9 8 426 12 4 51 2.1 0,60 1,85 2,2 4,0 - - - - - - 10 9 427 1 5 52 2.2 0,25 1,86 2,3 - V 4,6 1,75 - - - 11 10 428 2 6 53 2.3 0,26 1,87 2,4 - - - - 3,5 - - 12 1 429 3 7 54 2.4 0,27 1,88 2,5 - - - - - 9,0 6,0 13 2 430 4 8 55 2.1 0,28 1,89 2,6 4,5 - - - - - - 14 3 431 5 9 56 2.2 0,29 1,90 2,7 - ІІ 5,0 1,5 - - - 1 4 432 6 10 57 2.3 0,30 1,91 2,8 - - - - 4,0 - - 2 5 433 7 11 1 2.4 0,31 1,92 2,9 - - - - - 9,5 6,5 3 6 434 8 12 2 2.1 0,32 1,93 3,0 5,0 - - - - - - 4 7 435 9 1 3 2.2 0,33 1,94 3,1 - ІІІ 5,4 1,25 - - - 5 8 1 4 8 Окончание табл. П1.7 Вариа нт Общие данные Раздел 5 Общие данные для разделов 5 и 6 Раздел 6 Раздел 7 γw, кН/м3 Сw, кН/м2 φw, град. № задач и Кате- гория Н, м 1 : m Тип грунт а ГВ, м ГВВ, м № задач и Н, м 1 : m № задач и Н, м hзагл, м 2b, м Р0, кН/м2 УВ, м 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 421 19,6 22,0 19 5.1 ІV 11,5 1,65–1,2 ст - - 6.1 7,0 2,0 7.3 7,5 2,0 1,5 - - 422 19,7 15,0 20 5.2 V 12,0 1,7–1,25 сгл 7,5 - 6.1 7,5 1,25 7.4 8,0 2,5 1,5 - 6,5 423 19,8 15,5 21 5.3 ІІ 6,0 1,75 сгт 0,5 3,5 6.2 8,0 1,30 7.1 8,5 2,5 2,0 - - 424 19,9 16,0 22 5.1 ІІІ 6,5 1,8–1,35 пк - - 6.1 5,0 1,35 7.2 9,0 3,0 2,0 190 - 425 20,0 16,5 23 5.2 ІV 7,0 1,85–1,4 пс 4,0 - 6.1 5,5 1,40 7.3 9,5 3,0 2,5 - - 426 20,1 17,0 24 5.3 V 7,5 1,9–1,45 пм 1,5 4,5 6.2 6,0 1,45 7.4 10,0 3,5 2,5 - 7,5 427 20,2 17,5 25 5.1 ІІ 8,0 1,95–1,5 ск - - 6.1 6,5 1,50 7.1 6,0 1,5 3,0 - - 428 20,3 18,0 26 5.2 ІІІ 8,5 2,0–1,55 сл 6,5 - 6.1 7,0 1,55 7.2 6,5 1,5 3,0 200 - 429 20,4 18,5 27 5.3 ІV 9,0 1,5–1,0 ст 1,5 6,0 6.2 7,5 1,60 7.3 7,0 2,0 3,5 - - 430 20,5 19,0 28 5.1 V 9,5 1,55–1,05 сгл - - 6.1 8,0 1,65 7.4 7,5 2,0 1,5 - 5,0 431 19,0 19,5 29 5.2 ІІ 10,0 1,6–1,15 сгт 6,0 - 6.1 5,0 1,70 7.1 8,0 2,5 1,5 - - 432 19,1 20,0 30 5.3 ІІІ 10,5 1,65–1,2 пк 3,0 5,5 6.2 7,5 1,75 7.2 8,5 2,5 2,0 210 - 433 19,2 20,5 12 5.1 ІV 11,0 1,7–1,25 пс - - 6.1 6,0 1,80 7.3 9,0 3,0 2,0 - - 434 19,3 21,0 13 5.2 V 11,5 1,75–1,3 пм 7,5 - 6.1 6,5 1,85 7.4 9,5 3,0 2,5 - 6,0 435 19,4 21,5 14 5.3 ІІ 12,0 1,8–1,35 ск 1,5 6,5 6.2 7,0 1,90 7.1 10,0 3,5 2,5 - - 1 4 9 Таблица П1.8 Вариа нт Раздел 1 Раздел 2 (по задачам) Раздел 3 Раздел 4 № геолог . разрез а № страти- граф. колон. № комби нации слоев № задачи Общие данные Задача 2.1 Задача 2.2 Задача 2.3 Задача 2.4 № задания (прил. 5) № задания (прил. 6) Р0 соор, МПа ρw, т/м3 hзагл, м 2b, м Категор ия Н, м 1:m d, м L, м B, м 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 436 10 2 4 2.3 0,34 1,95 2,0 - - - - 4,5 - - 6 9 437 11 3 5 2.4 0,35 1,96 2,1 - - - - - 10,0 2,0 7 10 438 12 4 6 2.1 0,36 1,97 2,2 5,5 - - - - - - 8 1 439 1 5 7 2.2 0,37 1,98 2,3 - ІV 5,8 1,0 - - - 9 2 440 2 6 8 2.3 0,38 1,99 2,4 - - - - 5,0 - - 10 3 441 3 7 9 2.4 0,39 2,00 2,5 - - - - - 10,5 2,5 11 4 442 4 8 10 2.1 0,40 1,70 2,6 6,0 - - - - - - 12 5 443 5 9 11 2.2 0,41 1,71 2,7 - V 5,8 2,0 - - - 13 6 444 6 10 12 2.3 0,42 1,72 2,8 - - - - 5,5 - - 14 7 445 7 11 13 2.4 0,43 1,73 2,9 - - - - - 11,0 3,0 1 8 446 8 12 14 2.1 0,44 1,74 3,0 6,5 - - - - - - 2 9 447 9 1 15 2.2 0,45 1,75 3,1 - ІІ 5,4 1,75 - - - 3 10 448 10 2 16 2.3 0,46 1,76 3,2 - - - - 6,0 - - 4 1 449 11 3 17 2.4 0,47 1,77 3,3 - - - - - 11,5 3,5 5 2 450 12 4 18 2.1 0,48 1,78 3,4 7,0 - - - - - - 6 3 451 1 5 19 2.2 0,49 1,79 3,5 - ІІІ 5,0 1,5 - - - 7 4 452 2 6 20 2.3 0,50 1,80 3,6 - - - - 3,0 - - 8 5 453 3 7 21 2.4 0,51 1,81 3,7 - - - - - 12,0 4,0 9 6 454 4 8 22 2.1 0,52 1,82 3,8 7,5 - - - - - - 10 7 1 5 0 Окончание табл. П1.8 Вариа нт Общие данные Раздел 5 Общие данные для разделов 5 и 6 Раздел 6 Раздел 7 γw, кН/м3 Сw, кН/м2 φw, град. № задач и Кате- гория Н, м 1 : m Тип грунт а ГВ, м ГВВ, м № задач и Н, м 1 : m № задач и Н, м hзагл, м 2b, м Р0, кН/м2 УВ, м 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 436 19,5 22,0 15 5.1 ІІІ 6,0 1,85 сл - - 6.1 7,5 1,95 7.2 6,0 1,5 1,5 160 - 437 19,6 15,0 16 5.2 ІV 6,5 1,9–1,45 ст 4,5 - 6.1 8,0 2,0 7.3 6,5 1,5 1,5 - - 438 19,7 15,5 17 5.3 V 7,0 1,95–1,5 сгл 0,5 3,5 6.2 5,0 1,25 7.4 7,0 2,0 2,0 - 3,5 439 19,8 16,0 18 5.1 ІІ 7,5 2,0–1,55 сгт - - 6.1 5,5 1,30 7.1 7,5 2,0 2,0 - - 440 19,9 16,5 19 5.2 ІІІ 8,0 1,5–1,0 пк 5,5 - 6.1 6,0 1,35 7.2 8,0 2,5 2,5 170 - 441 20,0 17,0 20 5.3 ІV 8,5 1,55–1,05 пс 1,0 5,0 6.2 6,5 1,40 7.3 8,5 2,5 2,5 - - 442 20,1 17,5 21 5.1 V 9,0 1,6–1,15 пм - - 6.1 7,0 1,45 7.4 9,0 3,0 3,0 - 6,5 443 20,2 18,0 22 5.2 ІІ 9,5 1,65–1,2 ск 6,0 - 6.1 7,5 1,50 7.1 9,5 3,0 3,0 - - 444 20,3 18,5 23 5.3 ІІІ 10,0 1,7–1,25 сл 2,0 5,5 6.2 8,0 1,55 7.2 10,0 3,5 3,5 180 - 445 20,4 19,0 24 5.1 ІV 10,5 1,75–1,3 ст - - 6.1 5,0 1,60 7.3 6,0 1,5 1,5 - - 446 20,5 19,5 25 5.2 V 11,0 1,8–1,35 сгл 6,0 - 6.1 5,5 1,65 7.4 6,5 1,5 1,5 - 4,0 447 19,0 20,0 26 5.3 ІІ 11,5 1,85–1,4 сгт 1,5 4,0 6.2 6,0 1,70 7.1 7,0 2,0 2,0 - - 448 19,1 20,5 27 5.1 ІІІ 12,0 1,9–1,45 пк - - 6.1 6,5 1,75 7.2 7,5 2,0 2,0 190 - 449 19,2 21,0 28 5.2 ІV 6,0 1,95 пс 3,5 - 6.1 7,0 1,80 7.3 8,0 2,5 2,5 - - 450 19,3 21,5 29 5.3 V 6,5 2,0–1,55 пм 1,0 3,5 6.2 7,5 1,85 7.4 8,5 2,5 2,5 - 5,5 451 19,4 22,0 30 5.1 ІІ 7,0 1,5–1,0 ск - - 6.1 8,0 1,90 7.1 9,0 3,0 3,0 - - 452 19,5 15,0 12 5.2 ІІІ 7,5 1,55–1,05 сл 4,0 - 6.1 5,0 1,25 7.2 9,5 3,0 3,0 200 - 453 19,6 15,5 13 5.3 ІV 8,0 1,6–1,15 ст 2,5 5,0 6.2 7,5 1,30 7.3 10,0 3,5 3,5 - - 454 19,7 16,0 14 5.1 V 8,5 1,65–1,2 сгл - - 6,0 1,35 7.4 6,0 1,5 1,5 - 3,0 1 5 1 152 ПРИМЕЧАНИЕ к прил. 1 Раздел 1 1. Номер геологического разреза (1–12) – разрез принимают по рис. 1.1. 2. Номер стратиграфической колонки (1–12) – описание геологических сква- жин принимают по прил. 2. 3. Номер комбинации слоев (1–57) – принимают по прил. 3. Характерис- тику грунтов в слоях принимают по прил. 4. Раздел 2 (подразделы 2.1, 2.2, 2.3, 2.4) Общие данные для четырех подразделов 1. Давление сооружения Рсоор, МПа (0,25–0,60). 2. Плотность грунта ρw, т/м 3 (1,7–2,0). 3. Величина заглубления фундамента hзагл, м (2,0–5,0). Подраздел 2.1 4. Ширина фундамента 2b, м (2–8). Подраздел 2.2 5. Категория дороги (ІІ–V). 6. Высота насыпи Н, м (2–6). 7. Заложение откоса 1 : m (1 : 1–1 : 2). Подраздел 2.3 8. Диаметр круглой опоры d, м (0,5–6,0). Подраздел 2.4 9. Длина прямоугольной опоры L, м (4,0–12,0). 10. Ширина прямоугольной опоры B, м (2,0–8,0). Раздел 3 (подразделы 3.1, 3.2, 3.3, 3.4) Подраздел 3.1 1. Давление сооружения Рсоор, МПа (0,2–0,3). 2. Величина заглубления фундамента hзагл, м (2,0–3,0). 3. Плотность грунта в начальном состоянии ρнач, т/м 3 (2,65–2,75). 4. Плотность грунта в конечном состоянии ρкон, т/м 3 (2,0–2,1). 153 5. Влажность грунта W, доли единицы (0,30–0,32). 6. Коэффициент фильтрации грунта Kф, см/год (0,58–0,63) 7. Модуль осадки e, мм/м (20). 8. Мощность слоя суглинка Н, см (700–750). Подраздел 3.2 9. Мощность слоя суглинка H, см (140–160). Результаты лабораторных испытаний 10. Высота лабораторного образца грунта h, см (3). 11. Влажность грунта образца до испытания Wн, % (26–28). 12. Влажность грунта образца после испытания Wк, % (21–23). 13. Время полной консолидации образца грунта Tстаб, ч (5–6). Подраздел 3.3 14. Мощность суглинка H1, м (0,5–0,8). 15. Плотность суглинка ρw с, т/м3 (2,08–2,20). 16. Мощность песка H2, м (2,5–3,1). 17. Плотность песка ρw п, т/м3 (1,8–1,9). 18. Ширина полосообразной нагрузки 2b, м (6–8). 19. Давление полосообразной нагрузки Р0, кг/см 2 (2–3,5). Подраздел 3.4 20. Мощность суглинка первого слоя H1, м (1,2–2,1). 21. Мощность суглинка второго слоя H2, м (2,1–2,7). Результаты лабораторных испытаний 22. Высота образца h, см (3). 23. Время стабилизации суглинка первого слоя t1,ч (6,0–8,4). 24. Модуль осадки суглинка первого слоя ep z1, мм/м (15–20). 25. Время стабилизации суглинка второго слоя t1,ч (19–25). 26. Модуль осадки суглинка второго слоя ep z1, мм/м (8–14). Раздел 4 1. Нормальное давление Р, МПа (0,1–0,3). 2. Влажность после сдвига грунта W, % (18–34). 3. Сопротивляемость грунта сдвигу SP, МПа (0,08–0,16). Раздел 5 (подразделы 5.1, 5.2, 5.3) 154 Общие данные для подразделов 5.1, 5.2, 5.3, 7.1, 7.2, 7.3, 7.4 1. Удельный вес грунта γw, кН/м 3 (19,0–20,3). 2. Сцепление Cw, кН/м 2 (15–22). 3. Угол внутреннего трения грунта φw, град. (12–30). Общие данные для подразделов 5.1, 5.2, 5.3 4. Категория дороги (ІІ–V). 5. Высота откоса H, м (6,0–12,0). 6. Крутизна откоса 1 : m (1 : 2–1 : 1). Подраздел 5.2 7. Уровень горизонта вод ГВ, м (0,5–8,0). Подраздел 5.3 8. Уровень горизонта верхних вод ГВВ, м (3,5–7,5). 9. Уровень горизонта вод ГВ, (0,5–8,0). 10. Тип грунта: пк – песок крупный; пс – песок средний; пм – песок мелкий; ск – супесь легкая крупная; сл – супесь легкая; ст – супесь тяжелая; сгл – суглинок легкий; сгт – суглинок тяжелый. Раздел 6 (подразделы 6.1, 6.2) Общие данные по характеристике грунтов для подразделов 6.1, 6.2 1. Глубина выемки H, м (5,0–8,5) (подраздел 6.1), высота насыпи Н, м (5,0– 8,5) (подраздел 6.2). 2. Заложение откоса выемки 1 : m (1 : 1,25–1 : 2). 3. Среднее значение удельного веса грунта γw, кН/м 3 (столбец 17). 4. Среднее значение сцепления Cw, кН/м 2 (столбец 18). 5. Среднее значение угла внутреннего трения грунта φw, град. (столбец 19). Подраздел 6.2 6. Уровень горизонта верхних вод ГВВ, м (столбец 26). 7. Уровень горизонта вод ГВ, (столбец 25). 155 8. Тип грунта (см. выше, п.10 раздела 5 – расшифровки параметров). Раздел 7 (в разделе четыре задачи: 7.1; 7.2; 7.3; 7.4) Общие данные по характеристике грунтов помещены в разделе 5. Данные для подразделов 7.1; 7.2; 7.3;7.4 1. Высота подпорной стенки Н, м (6–10). 2. Величина заглубления фундамента hзагл, м (1,5–3,5). 3. Ширина подпорной стенки понизу 2b, м (1,5–3,5). Подраздел 7.2 4. Равномерно распределенная нагрузка Р0, кН/м 2 (160–210). Подраздел 7.4 5.Уровень воды УВ, м (3,0–7,5). ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Описание геологических скважин № № Геологический Описание пород Глубина залегания 156 скваж ины слоя индекс от до 1 2 3 4 5 6 1 1 Q111 Песок желтый мелкозернистый 0,0 1,2 2 … Супесь красно-бурая, валунная 1,2 16,7 3 … Суглинок бурый 16,7 26,8 4 … Мел серовато-белый обводненный 26,8 40,2 5 … Известняк серый 40,2 64.0 2 1 N1 Глина красно-бурая, валунная 0,0 2,5 2 … Суглинок красный 2,5 14,9 3 … Гравий крупный с галькой 14,9 21,8 4 … Известняк серый с глиной 21,8 36,6 5 … Гранит розовый 36,6 74,0 3 1 N2 Суглинок желто-бурый, валунный 0,0 3,5 2 … Известняк доломитовый, трещиноватый 3,5 10,5 3 … Гравий глинистый, водоносный 10,5 18,6 4 … Мел серовато-белый 18,6 35,5 5 … Гранит серый 35,5 67,8 4 1 Q11 Торф 0,0 2,8 2 … Песок мелкозернистый, кварцевый, темно-серый 2,8 30,7 3 … Суглинок бурый, валунный 30,7 45,5 4 … Мел серовато-белый с гнездами песка 45,5 67,9 5 … Мергель с включениями кремния 67,9 80,5 5 1 N1 Глина бурая, плотная, жирная 0,0 4,0 2 … Мел серый плотный 4,0 24,0 3 … Известняк мергелистый, серый 24,0 44,4 4 … Доломит 44,4 62,4 5 … Гранит серый 62,4 88,8 6 1 N2 Торф, водоносный 0,0 2,3 2 … Глина бурая, плотная, жирная 2,3 12,5 3 … Песок с гравием, темно-серый 12,5 32,1 4 … Мел серый, трещиноватый 32,1 54,6 5 … Доломит с галькой 54,6 73,3 7 1 Q111 Песок крупнозернистый с гравием 0,0 14,4 2 … Супесь пылеватая, гравелистая 14,4 44,1 3 … Суглинок с галькой, бурый 44,1 55,2 4 … Доломит 55,2 64,1 5 … Гранит серый 64,1 70,0 Окончание таблицы 1 2 3 4 5 6 8 1 N1 Песок средний однородный, желтый 0,0 12,4 157 2 … Супесь легкая крупная, с гравием 12,4 32.1 3 … Глина плотная бурая, песчанистая 32,1 44,0 4 … Мергель 44,0 52,2 5 … Известняк мергелистый, серый 52,2 61,1 9 1 N2 Песок мелкий однородный, желтый 0,0 10,0 2 … Супесь тяжелая пылеватая 10,0 21,0 3 … Суглинок тяжелый пылеватый 21,0 34,4 4 … Мел серый с гнездами песка 34,4 55,1 5 … Известняк плотный, доломитовый 55,1 66,3 10 1 Q Супесь крупная легкая с галькой 0,0 9,5 2 … Супесь тяжелая пылеватая валунная 9,5 22,1 3 … Глина с гравием, бурая 22,1 30,0 4 … Мел серый, плотный 30,0 45,5 5 … Мергель 45,5 64,0 11 1 N1 Супесь пылеватая с гравием 0,0 8,7 2 … Глина песчанистая, с валунами 8,7 21,0 3 … Мергель 21,0 33,4 4 … Известняк доломитовый, трещиноватый 33,4 45,6 5 … Доломит 45,6 55,5 12 1 N2 Супесь тяжелая пылеватая, валунная 0,0 6,4 2 … Глина жирная, бурая 6,4 12,7 3 … Мел серый плотный 12,7 23,5 4 … Мергель 23,5 30,0 5 … Гранит серый 30,0 55,7 Из прил. 3 выписывают номера слоев и ставят их в строку «слой №___». Затем в столбцы 2, 4, 6, 8 и 10 записывают результаты гранулометрического состава грунта из результатов инженерно-геологических изысканий (прил. 4), соответствующих выписанным номерам слоев. ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Номера комбинации слоев (исходные данные по разделу 1) 158 № комбинац ии слоев № слоя из прил. 4 № комбинац ии слоев № слоя из прил. 4 № комбинац ии слоев № слоя из прил. 4 1 1-11-2-21-29 20 19-10-20-24-30 39 15-6-18-27-31 2 12-3-13-22-30 21 1-11-2-25-31 40 7-16-1-28-32 3 4-14-5-23-31 22 12-3-13-26-32 41 17-2-11-21-33 4 15-6-16-24-32 23 4-14-5-27-33 42 3-12-8-22-34 5 7-17-8-25-33 24 6-15-7-28-34 43 13-6-17-23-29 6 18-9-19-26-34 25 16-8-17-21-29 44 8-18-10-24-30 7 10-20-1-27-29 26 9-18-10-22-30 45 19-9-20-25-31 8 11-2-12-28-30 27 19-1-20-23-31 46 10-11-1-26-32 9 3-13-4-21-31 28 2-11-3-24-32 47 12-2-13-27-33 10 14-5-15-22-32 29 12-4-13-25-33 48 3-14-7-28-34 11 6-16-7-23-33 30 5-14-6-26-34 49 15-4-19-21-30 12 17-8-18-24-34 31 15-7-16-27-29 50 5-14-8-22-33 13 9-19-10-25-29 32 8-17-9-28-30 51 6-15-9-23-34 14 20-1-11-26-30 33 18-10-19-21-31 52 1-13-7-25-29 15 2-12-3-27-31 34 1-20-10-22-32 53 2-14-8-26-30 16 13-4-14-28-32 35 11-2-20-23-33 54 3-15-9-27-31 17 5-15-6-21-33 36 3-12-9-24-34 55 4-16-10-28-32 18 16-7-17-22-34 37 13-4-19-25-29 56 17-5-11-21-33 19 8-18-9-23-29 38 5-14-8-26-30 57 8-19-10-22-34 ПРИЛОЖЕНИЕ 4 Результаты инженерно-геологических изысканий грунтов (исходные данные по разделу 1) № п/п Вид грунта, определенный косвенными методами в полевых условиях Результаты лабораторных исследований Свойства грунтов Гранулометрический состав Влажность, % Плотность Коэф. сжимае- мости грунта, МПа-1 1 0 – 2 2 – 0 ,5 0 ,5 – 0 ,2 5 0 ,2 5 – 0 ,1 0 ,1 – 0 ,0 5 0 ,0 5 – 0 ,0 1 0 ,0 1 – 0 ,0 0 5 м ен ее 0 ,0 0 5 при- род- ная на границе текучес ти на границе раскаты вания грунта частиц грунта W WL WP ρ ρS а 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 Песок гравелистый 4 - - 2,10 2,64 0,083 20,8 16,8 35,3 21,0 1,8 2,6 1,7 2 Песок гравелистый водонас. 4 - - 2,00 2,62 0,076 3,5 16,5 37,0 25,0 8,8 3,5 5,7 3 Песок крупный с гравием 6 - - 1,95 2,52 0,071 8,5 21,3 39,4 27,6 2,7 0,4 0,1 4 Песок крупный маловлажный 6 - - 1,90 2,43 0,068 5,2 8,4 42,4 37,2 2,3 2,1 2,4 5 Песок средний водонасыщенный 22 - - 1,82 2,50 0,085 4,8 9,3 37,7 43,1 1,9 0,2 3,0 6 Песок средний влажный 8 - - 1,92 2,55 0,095 5,5 12,8 28,8 35,4 7,7 7,1 2,7 7 Песок средний маловлажный 7 - - 1,94 2,65 0,101 5,1 24,1 33,8 24,5 7,4 2,0 3,1 8 Песок мелкий влажный 16 - - 1,68 2,48 0,066 - 13,1 28,6 41,1 9,9 1,9 2,6 2,8 9 Песок мелкий с гравием 8 - - 1,73 2,66 0,075 4,6 7,6 26,9 44,3 9,7 2,1 2,3 2,5 10 Песок пылеватый 5 - - 1,65 2,52 0,087 - 12,1 29,8 43,2 10,2 1,0 1,8 1,9 11 Супесь легкая крупная 8 10 9 2,06 2,52 0,115 2,1 8,7 23,3 28,9 12,3 7,7 8,2 8,8 12 Супесь легкая крупная с гравием 12 15 13 2,14 2,58 0,125 7,7 13,1 13,2 33,1 11,1 6,8 7,4 7,6 13 Супесь легкая гравелистая 9 12 10 2,24 2,67 0,130 6,8 12,4 22,3 28,3 12,2 5,5 6,0 6,5 1 5 9 Окончание таблицы 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 14 Супесь легкая с гравием 13 18 14 2,00 2,62 0,105 4,7 9,6 25,3 30,4 10,0 6,1 6,6 7,3 15 Супесь пылеватая гравелистая 14 21 16 1,95 2,72 0,110 6,8 8,5 32,2 25,7 9,9 5,2 5,8 5,9 16 Супесь пылеватая 10 16 12 1,90 2,68 0,100 - 11,9 33,3 27,7 8,7 5,9 6,2 6,3 17 Супесь пылеватая с дресвой 9 15 10 1,98 2,70 0,105 5,5 7,6 34,1 21,4 10,1 6,8 7,1 7,4 18 Супесь тяжелая пылеватая 11 20 13 1,95 2,71 0,118 - 12,4 35,2 19,6 14,1 5,7 6,3 6,7 19 Супесь тяжелая пылеватая с гравием 8 19 12 1,97 2,74 0,120 2,3 5,9 31,3 24,9 12,0 6,6 8,4 8,6 20 Супесь тяжелая пылеватая дресвянная 10 18 11 2,00 2,72 0,125 8,7 11,7 24,1 19,0 12,7 5,6 8,7 9,5 21 Суглинок легкий гравелистый 12 23 13 1,99 2,74 0,090 9,6 11,2 9,3 14,1 14,5 10,1 14,7 16,5 22 Суглинок легкий с гравием 16 26 18 1,98 2,73 0,086 9,3 12,3 15,3 20,3 10,6 7,4 12,0 12,8 23 Суглинок легкий пылеватый с гравием 14 30 15 1,96 2,69 0,088 8,5 9,9 20,1 20,1 10,9 7,7 11,1 11,7 24 Суглинок легкий пылеватый 17 28 18 1,96 2,68 0,074 7,4 10,0 14,9 21,4 12,2 8,9 12,3 12,9 25 Суглинок тяжелый гравелистый 13 31 14 2,11 2,74 0,085 8,3 10,1 10,4 18,3 13,1 10,1 15,5 14,2 26 Суглинок тяжелый 18 35 20 2,09 2,72 0,075 7,9 8,9 15,0 22,3 12,7 8,8 10,7 13,7 27 Суглинок тяжелый пылеватый 19 36 21 2,10 2,71 0,078 6,8 9,1 9,3 19,8 17,8 9,9 12,5 14,8 28 Суглинок тяжелый пылеватый с гравием 15 32 16 2,05 2,73 0,080 5,0 6,3 14,1 22,1 12,7 10,2 14,2 15,4 29 Глина песчанистая гравелистая 24 42 22 2,05 2,74 0,079 2,0 8,8 2,8 4,0 13,0 15,8 20,7 32,9 30 Глина песчанистая с гравием 20 36 16 2,12 2,72 0,078 1,8 4,5 4,9 7,1 10,0 16,9 20,5 34,3 31 Глина песчанистая 18 39 20 1,98 2,70 0,075 0,4 7,2 1,4 3,0 11,5 18,9 22,3 35,3 32 Глина пылеватая гравелистая 25 43 23 2,10 2,71 0,072 2,1 6,3 4,0 3,4 12,7 12,0 23,3 36,2 33 Глина пылеватая с гравием 19 41 21 2,01 2,72 0,070 1,1 5,7 4,5 6,6 10,0 16,2 21,2 34,7 34 Глина пылеватая 26 44 24 1,96 2,73 0,069 - 3,5 4,3 10,1 12,8 15,1 22,2 32,0 1 6 0 ПРИЛОЖЕНИЕ 5 Исходные данные по разделу 3 № зад ани я № за- дач и Подраздел 3.1 Подраздел 3.2 Подраздел 3.3 Подраздел 3.4 Р0 соор, МПа hзагл, м ρнач, г/см3 ρкон, г/см3 W, дол. ед. Kф, см/ч ep, мм/м Н, см h, см Wн, % Wк, % Тстаб, ч Н1, м ρw, т/м3 Н2, м ρw, т/м3 2b, м Р0, кг/см2 Н1, м Н2, м t1, ч ep z1, мм/м t2, ч ep z2, мм/м 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1 3.1 0,20 2,0 2,5 2,0 0,30 0,58 20 700 2 0,25 2,5 2,6 2,1 0,31 0,60 20 725 3 0,30 3,0 2,7 2,2 0,32 0,63 20 750 4 3.2 3 26 21 5 5 3 27 22 6 6 3 28 23 7 7 3.3 0,5 2,08 2,5 1,80 5 2,0 8 0,6 2,10 2,7 1,84 6 2,5 9 0,7 2,15 2,9 1,86 7 3,0 10 0,8 2,20 3,1 1,90 8 3,5 11 3.4 1,2 2,1 6,0 15 19 8 12 1,5 2,3 6,8 17 21 10 13 1,8 2,5 7,6 19 23 12 14 2,1 2,7 8,4 20 25 14 16 1 ПРИЛОЖЕНИЕ 6 Исходные данные по разделу 4 № задания Нормальное давление Р1 = 0,1 МПа Р2 = 0,2 МПа Р3 = 0,3 МПа Влажность после сдвига W, % Сопротивляемос ть сдвигу Sp, МПа Влажность после сдвига W, % Сопротивляемос ть сдвигу Sp, МПа Влажность после сдвига W, % Сопротивляемос ть сдвигу Sp, МПа 1 2 3 4 5 6 1 22 0,105 22 0,120 22 0,135 31 0,040 31 0,055 31 0,070 34 0,300 34 0,050 34 0,065 2 20 0,100 20 0,110 20 0,120 26 0,060 26 0,070 26 0,080 33 0,040 33 0,080 33 0,060 3 21 0,120 21 0,130 21 0,140 28 0,060 28 0,080 28 0,090 34 0,040 34 0,060 34 0,080 4 22 0,105 22 0,125 22 0,130 29 0,055 29 0,075 29 0,090 33 0,035 33 0,065 33 0,075 5 20 0,120 20 0,130 20 0,145 25 0,080 25 0,090 25 0,100 34 0,060 34 0,075 34 0,090 1 6 2 Окончание таблицы № задания Нормальное давление Р1 = 0,1 МПа Р2 = 0,2 МПа Р3 = 0,3 МПа Влажность после сдвига W, % Сопротивляемо сть сдвигу Sp, МПа Влажность после сдвига W, % Сопротивляемо сть сдвигу Sp, МПа Влажность после сдвига W, % Сопротивляемо сть сдвигу Sp, МПа 1 2 3 4 5 6 6 22 0,105 22 0,120 22 0,135 31 0,040 31 0,055 31 0,070 34 0,300 34 0,050 34 0,065 7 20 0,100 20 0,110 20 0,120 26 0,060 26 0,070 26 0,080 33 0,040 33 0,080 33 0,060 8 21 0,120 21 0,130 21 0,140 28 0,060 28 0,080 28 0,090 34 0,040 34 0,060 34 0,080 9 22 0,105 22 0,125 22 0,130 29 0,055 29 0,075 29 0,090 33 0,035 33 0,065 33 0,075 10 20 0,120 20 0,130 20 0,145 25 0,080 25 0,090 25 0,100 34 0,060 34 0,075 34 0,090 1 6 3 164 ПРИЛОЖЕНИЕ 7 Образец титульного листа МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Белорусский национальный технический университет Факультет транспортных коммуникаций Кафедра «Строительство и эксплуатация дорог» КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине «Дорожное грунтоведение и механика земляного полотна» или по дисциплине «Инженерная геология и механика грунтов» Тема: «Оценка состава и состояния грунтов при строительстве инженерных сооружений» Вариант 543 Исполнитель: Руководитель: студент 2-го курса группы 114359 Маслов В.И. доцент Бабаскин Ю.Г. Минск 20__ 165 ПРИЛОЖЕНИЕ 8 (Бланк печатается на компьютере на двух листах. На первом листе печатается с двух сторон листа, на втором – с одной стороны. Заполняется вручную. Задание считается выданным при наличии подписей студента и руководителя) БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Факультет транспортных коммуникаций Кафедра «Строительство и эксплуатация дорог» ЗАДАНИЕ К КУРСОВОЙ РАБОТЕ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «Дорожное грунтоведение и механика земляного полотна» или «Инженерная геология и механика грунтов»__________________________ Студента (Ф.И.О. полностью)__________________________________________ курс_____________; группа________________; вариант____________________ 1. Определить вид грунта по его физико-механическим характеристикам и построить инженерно-геологический разрез. 2. Определить вертикальные составляющие напряжения. 3. Определить величину и время осадки глинистого грунта. 4. Определить сопротивляемость сдвигу скрытопластичных глинистых грунтов. 5. Определить устойчивость откоса, сложенного из однородного грунта. 6. Определить устойчивость откоса выемки, сложенного из слоев разнородных грунтов. 7. Определить устойчивость подпорной стенки. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ к разделу 1 № п/п Наименование параметров Номер параметра (прил. 1) Численные значения 1 2 3 4 1 Номер геологического разреза (рис. 1.1) 2 Номер стратиграфической колонки (прил. 2) 3 Номер комбинации слоев (прил. 3) к разделу 2 166 № п/п № задачи Наименование параметров (прил. 1) Обознач ение Численные значения 1 2 3 4 5 1 Давление сооружения Рсоор 2 Плотность грунта, т/м3 ρw 3 Величина заглубления фундамента, м hзагл 4 Ширина фундамента, м 2b 5 Категория дороги 6 Высота насыпи, м Н 7 Заложение откоса 1: m 8 Диаметр круглой опоры, м d 9 Длина прямоугольной опоры, м L 10 Ширина прямоугольной опоры, м B к разделу 3 № п/п № задачи Наименование параметров (прил. 5) Обозна- чение Численные значения 1 2 3 4 5 1 Давление сооружения, МПа Рсоор 2 Величина заглубления фундамента, м hзагл 3 Плотность грунта в начальном состоянии, т/м3 ρнач 4 Плотность грунта в конечном состоянии, т/м3 ρкон 5 Влажность грунта, доли единицы W 6 Коэффициент фильтрации грунта, см/год Kф 7 Модуль осадки, мм/м e 8 Мощность слоя суглинка, см e 9 Высота лабораторного образца грунта, см h 10 Влажность грунта образца до испытания, % Wн 11 Влажность грунта образца после испытания, % Wк 12 Время полной консолидации образца грунта, ч Tстаб 13 Мощность суглинка, м H1 14 Плотность суглинка, т/м3 ρw с 15 Мощность песка, м H2 16 Плотность песка, т/м3 ρw п 17 Ширина полосообразной нагрузки, м 2b 18 Давление полосообразной нагрузки, кг/см2 Р0 19 Мощность суглинка первого слоя, м H1 20 Мощность суглинка второго слоя, м H2 21 Время стабилизации суглинка первого слоя, ч t1 22 Модуль осадки суглинка первого слоя, мм/м ep z1 23 Время стабилизации суглинка второго слоя, ч t1 24 Модуль осадки суглинка второго слоя, мм/м ep z1 к разделу 4 (исходные данные выписывают в табличной форме из прил. 6 и помещают перед задачей) 167 к разделу 5 № п/п № задачи Наименование параметров (прил. 1) Обозна- чение Численные значения 1 2 3 4 5 1 Удельный вес грунта, кН/м3 γw 2 Сцепление, кН/м2 Cw, 3 Угол внутреннего трения грунта, град. φw 4 Категория дороги 5 Высота откоса, м H 6 Крутизна откоса 1: m 7 Уровень горизонта вод, м ГВ 8 Уровень горизонта верхних вод, м ГВВ 9 Тип грунта к разделу 6 № п/п № задачи Наименование параметров (прил. 1) Обозна- чение Численные значения 1 2 3 4 5 1 Среднее значение удельного веса грунта, кН/м3 γw 2 Среднее значение сцепления, кН/м2 Cw, 3 Сред. значение угла внутрен. трения грунта, град. φw 4 Категория дороги 5 Глубина выемки, высота откоса, м H 6 Крутизна откоса 1: m 7 Уровень горизонта вод, м ГВ 8 Уровень горизонта верхних вод, м ГВВ 9 Тип грунта к разделу 7 № п/п № задачи Наименование параметров (прил. 1) Обозна- чение Численные значения 1 2 3 4 5 1 Удельный вес грунта, кН/м3 γw 2 Сцепление, кН/м2 Cw, 3 Угол внутреннего трения грунта, град. φw 5 Высота подпорной стенки, м H 6 Величина заглубления фундамента, м hзагл 7 Ширина подпорной стенки понизу, м 2b 8 Уровень воды, м УВ Курсовая работа оформляется в виде пояснительной записки со всеми необходимыми расчетами, схемами, заключениями в соответствии с выданным вариантом. Срок получения задания_______________________________________________ Срок сдачи курсовой работы на проверку руководителю ____________ 20___ г. Срок защиты курсовой работы на кафедре СЭД ___________________ 20___ г. Задание к исполнению принял «____» __________ 20___ г. _________________ (подпись студента) Руководитель курсовой работы_________________________________________ (подпись руководителя) 168 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ И ПОРЯДОК ЕЕ ОФОРМЛЕНИЯ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВИДА ГРУНТА ПО ЕГО ФИЗИКО- МЕХАНИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ И ПОСТРОЕНИЕ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОГО РАЗРЕЗА. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ НАПРЯЖЕНИЙ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.1. Определение вертикальных напряжений в грунтовой толще под ленточным фундаментом. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.2. Определение вертикальных напряжений в грунтовой толще под насыпью земляного полотна. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.3. Определение вертикальных напряжений в грунтовой толще под круглой мостовой опорой. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.4. Определение вертикальных напряжений в грунтовой толще под прямоугольной опорой. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 3. УПЛОТНЕНИЕ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ ВО ВРЕМЕНИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСАДКИ СООРУЖЕНИЯ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 3.1. Определение времени уплотнения суглинистого грунта. . . . . . . . . . 45 3.2. Определение времени полной осадки слоя суглинка и изменение влажности во времени. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3.3. Определение осадки суглинистого грунта. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.4. Определение времени полной стабилизации осадки фундамента. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОПРОТИВЛЯЕМОСТИ СДВИГУ СКРЫТОПЛАСТИЧНЫХ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ. . . . . . . . . . . . . . . . . 59 Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 5. РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСА, СЛОЖЕННОГО ИЗ ОДНОРОДНОГО ГРУНТА. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 5.1. Определение устойчивости откоса по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения без учета дополнительных силовых воздействий. . . . . . . . . . . . . . . . 70 5.2. Определение устойчивости откоса по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения с учетом гидростатического давления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 169 5.3. Оценка устойчивости откоса по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения с учетом фильтрационного давления. . . 85 6. РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСА ВЫЕМКИ, СЛОЖЕННОГО ИЗ СЛОЕВ РАЗНОРОДНЫХ ГРУНТОВ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 6.1. Определение устойчивости откоса выемки по методу плоских поверхностей скольжения без учета дополнительных силовых воздействий. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 6.2. Определение устойчивости откоса по методу плоских поверхностей скольжения с учетом фильтрационного давления. . . 100 7. ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ПОДПОРНОЙ СТЕНКИ. . . . . . . . . . . . . . . 108 Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 7.1. Определение устойчивости подпорной стенки при песчаной засыпке. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 7.2. Определение устойчивости подпорной стенки при песчаной засыпке и дополнительной равномерно распределенной нагрузке. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 7.3. Определение устойчивости подпорной стенки при глинистой засыпке. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 7.4. Определение устойчивости подпорной стенки в виде набережной. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 ПРИЛОЖЕНИЯ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Исходные данные к курсовой работе. . . . . . . . . . . . . . . . 136 ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Описание геологических скважин. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Номера комбинаций слоев. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Результаты инженерно-геологических изысканий грунтов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Исходные данные по разделу 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Исходные данные по разделу 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 ПРИЛОЖЕНИЕ 7. Образец титульного листа. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 ПРИЛОЖЕНИЕ 8. Образец бланка задания к курсовой работе. . . . . . . . . . . 165 170 Учебное издание БАБАСКИН Юрий Георгиевич КОЗЛОВСКАЯ Людмила Владимировна ОЦЕНКА СОСТАВА И СОСТОЯНИЯ ГРУНТОВ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ Методическое пособие к курсовой работе по дисциплинам «Дорожное грунтоведение и механика земляного полотна», «Инженерная геология и механика грунтов» для студентов специальностей 1-70 03 01 «Автомобильные дороги», 1-70 03 02 «Мосты, транспортные тоннели и метрополитены» Редактор И.Ю. Никитенко Компьютерная верстка Н.А. Школьниковой Подписано в печать 15.12.2010. Формат 60 841/8. Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Гарнитура Таймс. Усл. печ. л. 19,76. Уч.-изд. л. 7,73. Тираж 400. Заказ 398. Издатель и полиграфическое исполнение: Белорусский национальный технический университет. ЛИ № 02330/0494349 от 16.03.2009. Проспект Независимости, 65. 220013, Минск.