Меню

Давление грунта на подпорные стенки поверхности скольжения

Давления грунта на подпорные стенки

Этот метод был предложен Ш. Кулоном и базируется на предположении плоских поверхностей скольжения. Метод основан на построении силовых треугольников и справедлив для общего случая засыпки грунта за подпорной стенкой, любой формы засыпки и любого наклона задней грани стенки. Метод позволяет определить максимальное давление грунта на подпорную стенку.

Через нижнюю точку А на задней грани подпорной стенки проводят возможную поверхность скольжения АС под углом α к горизонтали (рис.7.12). На призму обрушения действуют следующие силы: F – вес призмы обрушения с учетом нагрузки на поверхности засыпки, E – реактивная сила, равная активному давлению грунта и R – реакция неподвижного массива грунта. Сила E отклонена от нормали к задней грани стенки на угол φ – угол трения грунта о стенку. Обычно принимают для глин φ = 0, для сыпучих грунтов φ = 0,67 φ. Реакция неподвижного массива грунта R отклонена от нормали к линии АС на угол φ.

Рис. 7.12. Расчетная схема дляграфического метода определения

давления грунта на подпорную стенку:

а – схема приложения сил к призме обрушения; б – треугольник сил

Рассчитав силу F, откладывают ее вертикально в определенном масштабеи, зная направления остальных сил, строят треугольник сил. Треугольник должен быть замкнут, так система сил находится в предельном равновесии. Из условия замыкания силового треугольника определяем силы E и R.

Таким образом, активное давление грунта на подпорную стенку при заданной поверхности скольжения численно будет равно полученному значению E.

Для нахождения максимального давления на подпорную стенку проводят несколько линий скольжения под разными углами α1, α2, α3, соответствующих разным поверхностям скольжения (рис. 7.13).

Рис. 7.13. Определение положения наиболее опасной поверхности

скольжения графическим методом:

а – схема сил, приложенных к призме обрушения;

б – совмещенные треугольники сил

Для этих поверхностей скольжения направления реактивных сил R1, R2, R3 будут различны, а направления реактивных сил Е одинаковыми. Построив совмещено силовые треугольники, можно определить Emax по точке касания прямой, проведенной параллельно F к кривой, соединяющей точки пересечения лучей. Emax будет равно длине максимального отрезка.

По полученному значению Emax можно построить эпюру активного давления. Значение sа на уровне низа задней грани будет равно

, (7.32)

где Н – высота стенки.

Вопросы для контроля знаний

1. Для чего предназначены ограждающие конструкции?

2. Какие типы конструкций подпорных стен Вы знаете?

3. Что такое активное и пассивное давление грунта?

4. В каком случае на ограждающую конструкцию со стороны грунта действует давление покоя?

5. Как определяется активное давление идеально сыпучего грунта на вертикальную гладкую подпорную стенку методом Кулона?

6. Как определяется пассивное давление грунта на вертикальную гладкую подпорную стенку методом Кулона?

7. В каких случаях можно пользоваться методом Кулона для определения давления грунта на подпорные стенки?

8. Как определяется активное давление связного грунта на вертикальную гладкую подпорную стенку?

9. Как определяется пассивное давление связного грунта на вертикальную гладкую подпорную стенку?

10. Как учитывается наличие нагрузки на поверхности засыпки при определении активного давления на подпорные стенки?

11. Как изменяется интенсивность и направление активного давления грунта

при наклонном положении задней грани подпорной стенки?

12. Как изменяется интенсивность и направление активного давления грунта

при шероховатой задней грани подпорной стенки?

13. Как рассчитывается устойчивость подпорных стенок?

14. Каков порядок построения эпюр давления грунта при сложном очертании подпорной стенки или смене слоев грунта по глубине в пределах высоты стенки?

15. Как используется теория предельного равновесия для определения давления грунта на подпорные стенки?

16. В чем суть графического метода определения давления грунта на подпорные стенки?

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Учебное пособие предназначено для студентов специальности 08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений специализаций «Строительство высотных и большепролетных зданий и сооружений» и «Строительство подземных сооружений» всех форм обучения. Авторы стремились в доступной для студентов форме изложить основные положения дисциплины «Механика грунтов» в том объеме, который рекомендован федеральным государственным образовательным стандартом для данной специальности.

Пособием могут пользоваться также студенты строительных специальностей, обучающиеся по программе бакалавриата

Пособие будет полезно как при изучении теоретического материала, так и при выполнении контрольных работ, подготовке к лабораторным работам и при самостоятельной работе по дисциплине «Механика грунтов».

Пособие включает в себя примеры расчета и контрольные вопросы по всем разделам рабочей программы по дисциплине, а также необходимые таблицы и справочные материалы, соответствующие действующим нормативным документам.

Источник

ДАВЛЕНИЕ ГРУНТОВ НА ОГРАЖДЕНИЕ

ДАВЛЕНИЕ ГРУНТОВ НА ПОДПОРНУЮ СТЕНКУ

Определение давления грунтов на подпорную стенку является одной из важных задач при расчете давления грунтов на ограждения. На рис. 5.1 изображена подпорная стенка, которая воспринимает боковое давление грунта, обозначенное равнодействующей силой Еа. Под действие этой силы стенка стремится сместиться в сторону. Равновесие стенки обеспечивается ее собственным весом Q и противодавлением грунта Еп на другую сторону стенки.

Читайте также:  Народная медицина головные боли при внутричерепном давлении

Рис. 5.1. Схема давлений грунта на подпорную стенку

Давление грунта, обозначенное равнодействующей Еа, которое передается со стороны грунтового массива и воспринимается ограждением, называется активным давлением.

Противодавление грунта, обозначенное равнодействующей Еп, которое передается от ограждения и воспринимается грунтом, называется пассивным, или отпором.

Если подпорная стенка начнет перемещаться по направлению действия активного давления Еа, то в конечном итоге произойдет сползание части грунтового массива по кривой скольжения аб (см. рис. 5.1). Часть грунтового массива, которая вызывает активное давление грунта на стенку и сползает при перемещении ограждения по линии его действия, называется призмой обрушения. Часть грунтового массива, ограниченная кривой сд, которая вызывает пассивное давление Еп и выпирается при непрекращающемся перемещении стенки, называется призмой выпирания.

ПРИБЛИЖЕННЫЙ МЕТОД КУЛОНА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АКТИВНОГО И ПАССИВНОГО ДАВЛЕНИЯ ГРУНТОВ

НА ПОДПОРНЫЕ СТЕНКИ

Точные решения задачи по определению давления грунтов на ограждения, а также результаты многочисленных экспериментальных исследований показывают, что поверхность скольжения призмы обрушения имеет криволинейное очертание. Решение задачи упрощается, если очертания поверхностей скольжения считать прямолинейными.

Наиболее распространенные приближенные решения задачи по определению давления грунтов на ограждения, поверхности скольжения которых имеют прямолинейные очертания, основаны на теории Кулона давления сыпучих сред.

В основу решений Кулона положены следующие допущения:

1) криволинейные поверхности скольжения призм обрушения и выпирания заменяются прямолинейными;

2) максимальное давление грунта на подпорную стенку равно давлению грунта призмы обрушения или призмы выпирания;

3) грунт призмы обрушения или выпирания представляет собой изотропную однородную по свойствам среду, вертикальное давление которой изменяется с глубиной по закону прямой линии.

В дальнейшем решение Кулона для сыпучих сред было распространено и на связные грунты с учетом сил сцепления последних.

За основу решения задачи по определению давления грунтов на ограждения принята зависимость, связывающая между собой главные напряжения для состояния предельного равновесия грунта в засыпке за стенкой в условиях плоской задачи:

. (5.1)

В рассматриваемой задаче главное напряжение σ3 является активным (знак «-» в скобках) или пассивным (знак «+») давлением грунта на рассматриваемой глубине z, а σ1 — вертикальным давлением грунта от собственного веса, которое изменяется по линейному закону, т.е.

. (5.2)

Рассмотрим различные случаи приближенного расчета активного и пассивного давления грунтов на подпорные стенки, полученные на основе решений Кулона. В рассматриваемых случаях приняты следующие обозначения:

σа – максимальная ордината эпюры активного давления грунта;

σп – максимальная ордината эпюры пассивного давления грунта;

Еа – равнодействующая сила активного давления грунта;

Еп – равнодействующая сила пассивного давления грунта;

γ – вес грунта засыпки;

φ – угол внутреннего трения грунта;

φ – угол трения грунта засыпки о стенку;

α – угол наклона грани стенки к горизонту;

β – угол наклона засыпки к горизонту;

с – удельная сила сцепления связного грунта.

Другие обозначения указаны на соответствующих рисунках.

З А Д А Ч А 1. Определить активное и пассивное давление грунта на гладкую вертикальную стенку (рис. 4.2) при горизонтальной песчаной засыпке:

Рис. 5.2. Схема расчета давления и отпора грунта на стенку по Кулону.

Начальные условия: (с = 0; φ = 0; α = 0; β = 0).

(5.3)
(5.4)
(5.5)
(5.6)

З А Д А Ч А 2.Определить активное и пассивное давление грунта на гладкую, наклонную стенку (рис. 5.3) при горизонтальной поверхности песчаной засыпки:

Рис. 5.3. Давление и отпор грунта на наклонную стенку.

Начальные условия: (с = 0; φ = 0; α ≠ 0; β = 0).

. (5.7)
. (5.8)
. (5.9)
. (5.10)

Равнодействующие Еа и Еп в рассматриваемом случае будут приложены под углом α к горизонту, т.е. перпендикулярно к наклонной грани стенки.

З А Д А Ч А 3. Определить активное и пассивное давление грунта на гладкую вертикальную стенку (рис. 5.4) при наклонной поверхности засыпки:

Рис. 5.4. Давление и отпор грунта на стенку с наклонной поверхностью засыпки.

Начальные условия: (с = 0; φ = 0; α = 0; β ≠ 0; β

Источник

Давление грунтов на подпорные стенки

Если откос массива грунта имеет крутизну больше предельной, то произойдет обрушение грунта. Удержать массив в равновесии можно при помощи подпорной стенки. Подпорные стенки широко применяются в различных областях строительства. На рис. 5.9 показаны некоторые случаи применения подпорных стенок.

Давление грунта, передаваемое призмой обрушения на грань стенки, носит название активного давления Еа. При этом подпорная стенка смещается в сторону от засыпки. Если же подпорная стенка смещается в сторону грунта, то грунт засыпки будет выпирать вверх. Стенка будет преодолевать вес грунта призмы выпирания, что потребует значительно большего усилия. Это соответствует пассивному давлению (отпору) грунта Ер.

Читайте также:  Как оказать на человека психическое давление

Поскольку в пределах призмы обрушения возникает предельное равновесие, задача по определению давления грунта на подпорную стенку решается методами теории предельного равновесия со следующими допущениями: поверхность скольжения плоская, а призма обрушения соответствует максимальному давлению грунта на подпорную стенку. Эти допущения адекватны только для определения активного давления.

5.5.1. Аналитический метод определения давления грунта

на подпорную стенку

Рассмотрим условие предельного равновесия элементарной приз-

мы, вырезанной из призмы обрушения вблизи задней грани подпорной стенки при горизонтальной поверхности грунта и вертикальной задней грани подпорной стенки, при с = 0 (рис. 5.10). На горизонтальную и вертикальную площадки этой призмы при трении о стенку, равном нулю, будут действовать главные напряжения и .

Из условия предельного равновесия на глубине z

; (5.16)

,(5.17)

здесь горизонтальное давление грунта, величина которого прямо пропорциональна глубине z, т.е. давление грунта на стенку будет распределяться по закону треугольника с ординатами = 0 на поверхности грунта и у подошвы стенки. На глубине, равной высоте стенки Н, давление . Тогда согласно условию (5.17) боковое давление на глубине Н

, (5.18)

а активное давление характеризуется площадью эпюры и равно

. (5.19)

Равнодействующая этого давления приложена на высоте от подошвы стенки.

Учет сцепления грунта. Для связного грунта, обладающего внутренним трением и сцеплением, условие предельного равновесия может быть представлено в виде

. (5.20)

Сопоставляя (5.19) с (5.20), отметим, что выражение (5.19) характеризует давление сыпучего грунта без учета сцепления, а (5.20) показывает, насколько снижается интенсивность давления вследствие того, что грунт обладает сцеплением. Тогда это выражение можно представить в виде

, (5.21)

где , . (5.22)

Таким образом, сцепление грунта уменьшает боковое давление грунта на стенку на величину по всей высоте. Напомним, что связный грунт способен держать вертикальный откос высотой , определяемой по формуле

, (5.23)

поэтому до глубины от свободной поверхности засыпки связный грунт не будет оказывать давления на стенку. Полное активное давление связного грунта определяется как площадь треугольной эпюры со сторонами и (рис. 5.11).

. (5.24)

Пассивное сопротивление связных грунтов определяется аналогично, с учетом того, что в формулах (5.20) и (5.22) знак минус в скобках аргумента тангенса изменится на плюс.

. (5.25)

5.5.2. Давление грунтов на подземные трубопроводы

Давление грунта на трубопровод определяют на основе общей теории предельного напряженного состояния. Вертикальное давление в грунтовом массиве, ограниченном горизонтальной поверхностью, на глубине z (рис. 5.12, а) с удельным весом грунта определяют по формуле

. (5.26)

Боковое давление грунта на той же глубине

, (5.27)

где – коэффициент бокового давления грунта в условиях естественного залегания, равный .

Если в зоне, контуром которой является трубопровод, грунт в точности заменить самим трубопроводом (рис. 5.12, б), то естественно, что этот трубопровод будет испытывать давление, которое определяется зависимостями (5.26) и (5.27).

Давление на трубопровод передается сверху и с боков и вызывает равную и противоположно направленную реакцию основания: оно принимается в виде среднего равномерно распределенного давления – вертикального интенсивностью р и горизонтального интенсивностью q, причем имеет место соотношение р > q. Следует различать три принципиально различных способа прокладки трубопроводов: в траншее (рис. 5.13, а), с помощью закрытой проходки (прокола) (рис. 5.13, б) и под насыпью (рис. 5.13, в).

При одинаковой глубине заложения Н трубопроводов давление р будет различным: при траншейной укладке р и при проколе, если Н сравнительно мало, р = , при больших значениях Нр

где – коэффициент давления грунта на трубопровод в насыпи, причем ≥ 1. Значения определяют по графику (рис. 5.14).

Для трубопроводов при закрытых проходках (проколах, микротуннелировании) при небольшой их глубине заложения давление принимают равным γH, а при большой глубине заложения – как горное давление с учетом так называемого свода обрушения (рис. 5.13, б). Вертикальное давление определяется по формуле

, (5.30)

где hс – расчетная высота свода обрушения; B – ширина свода обрушения; f’ – коэффициент крепости (по М.М. Протодьяконову), принимаемый для насыпных грунтов 0,5; влажных и водонасыщенных песков – 0,6; глинистых грунтов – 0,8.

Контрольные вопросы

1.Какие инженерные задачи рассматриваются в теории предельного равновесия грунтовой среды?

2.На какие две группы подразделяются предельные состояния?

3.Запишите условия предельного равновесия песка.

4.Запишите условие предельного равновесия связного грунта,

выраженное через главные напряжения.

5.Какая нагрузка считается критической? При каких условиях она определяется?

6.Что такое расчетное сопротивление грунта основания?

Читайте также:  Пресс который может создавать давление с

7.Какая нагрузка является предельной нагрузкой на основание?

8.Какие вы знаете решения по определению предельной нагрузки на основание?

9.От каких факторов зависит устойчивость откоса?

10.Какие основные причины могут вызвать нарушение устойчивости откосов?

11.Как рассчитать откос по методу круглоцилиндрических поверхностей?

12.Каков предельный угол наклона сыпучего откоса?

13.С какой целью применяют подпорные стенки?

14.Что называется активным давлением грунта на стенку?

15.Что называют пассивным давлением грунта на стенку?

16.Каким образом влияет на величину активного и пассивного давлений на стенку удельное сцепление в грунте?

Раздел 6. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ МЕХАНИКИ ГРУНТОВ

Мерзлые грунты

Мерзлыми называют грунты, которые имеют отрицательную или нулевую температуру и в которых лед цементирует минеральные частицы. Различное распределение льда в мерзлых грунтах (льда-цемента, льда в виде включений-прожилок, прослоек) определяет их строение – структуру и текстуру (рис. 6.1).

Различают следующие наиболее характерные типы текстур мерзлых грунтов: слитная (массивная), когда лед в виде цемента относительно равномерно распределен в грунте (поровый лед); слоистая, если лед расположен в виде параллельных прослоек, линз, прожилок в грунте; сетчатая, когда лед выделяется в виде взаимно пересекающихся прослоек, жил и линз.

Физические свойства мерзлых грунтов.Для оценки их физического состояния необходимо определить экспериментальным путем основные характеристики: плотность мерзлого грунта естественной структуры , плотность твердых минеральных частиц , суммарную влажность мерзлого грунта W (влажность грунта между включениями льда плюс влажность грунта за счет включений льда).

Плотность мерзлого грунта равна отношению массы образца к его объему. Плотность твердых частиц мерзлого грунта определяется с помощью пикнометра, как для талых грунтов. Суммарная влажность мерзлого грунта равна отношению массы всех видов воды к массе твердых частиц. Пористость и коэффициент пористости мерзлых грунтов имеют тот же смысл, что и для талых грунтов.

Механические свойства мерзлых грунтов зависят от их состава и физического состояния, температуры, характера и продолжительности действия нагрузки. Наличие в мерзлых грунтах незамерзшей воды (прочносвязанной воды, замерзающей при весьма низких температурах) вызывает пластическое течение деформаций от действующих нагрузок. Количество незамерзшей воды при одинаковых температурах всегда больше в глинах, чем в песках; этим, наряду с жесткостью скелета, может быть объяснена повышенная прочность мерзлых песков против мерзлых глин (рис. 6.2, 6.3).

Следует различать сопротивление мерзлых грунтов действию мгновенным и длительно действующим нагрузкам. Прочность при мгновенном действии нагрузок в 8 – 10 раз больше, чем при длительном действии (рис. 6.4).

При проектировании зданий и сооружений используются значения предельно длительной прочности мерзлых грунтов R, определяемые экспериментально, которые значительно меньше мгновенной прочности Rм.

Оттаивание грунтов сопровождается разрушением льдоцементационных связей при переходе льда в воду. При этом резко уменьшается как сцепление с грунтов, так и их угол внутреннего трения . Поэтому характеристики прочности оттаивающего грунта необходимо определять экспериментально.

Рис. 6.4. Зависимость прочности мерзлого грунта: а – от времени действия

и нагрузки; б – от температуры

При оттаивании льдистых грунтов возникают осадки оттаиванияпросадки. Внешняя нагрузка вызывает осадки уплотнения при оттаивании, происходящие за счет уменьшения пористости оттаивающего грунта. По данным компрессионных испытаний мерзлых грунтов с оттаиванием находят коэффициент просадочности образца грунта, содержащего включения льда:

, (6.1)

где hf и hfh – высота образца в мерзлом и талом состояниях при неизменном давлении.

Найдя несколько значений при разных внешних давлениях, строят график (рис. 6.5).

Зависимость этого графика описывается выражением

, (6.2)

где Ath – коэффициент оттаивания, характеризующий осадку грунта без нагрузки; – коэффициент относительной сжимаемости оттаивающего грунта .

Из выражения (6.2) видно, что осадка мерзлых грунтов при оттаивании состоит из осадки оттаивания и величины осадки уплотнения.

, (6.3)

здесь h – мощность слоя.

Морозное пучение связано с увеличением объема влажного грунта при промерзании. В зимний период грунт, окружающий фундамент или сваю, смерзается с боковой поверхностью и в результате пучения стремится увлечь фундамент вверх. Фундамент вместе с сооружением может подняться на некоторую высоту. В летний период при оттаивании грунта деятельного слоя произойдет осадка фундамента. В результате циклического сезонного промерзания и оттаивания через несколько лет такой фундамент может быть «выпучен» из грунта на десятки сантиметров.

Уменьшение влияния сил морозного пучения может быть достигнуто применением комплекса мер по регулированию температурно-влажностного режима (осушение грунтов с помощью дренажа, отвод поверхностных вод и понижение уровня подземных вод, утепление грунтов около фундаментов). Для уменьшения касательных сил пучения фундаменты в пределах деятельного слоя покрывают незамерзающими обмазками на основе битума или эпоксидной смолы. Можно применять противопучинистые засыпки из сухого гравия, гальки, шлака или засоленной глины, имеющей пониженную температуру замерзания.

Дата добавления: 2016-01-09 ; просмотров: 2550 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Adblock
detector