Тема 7. Ступінь ущільнення ґрунту і загальна характеристика будівельних властивостей різних ґрунтів. 3 страница

НАУКОВА РОБОТА СТУДЕНТІВ

Студент може виконувати науково-дослідну роботу як на кафедрі, так і за місцем роботи, отримуючи на кафедрі консультації. Науковий і практичний інтерес становлять такі загальні теми науково-дослідних робіт (рекомендовані до виконання студентами).

1. Аналіз фактичних даних про вологість і щільність ґрунтів земляного полотна автомобільних доріг в різні періоди року і різних областях України.

2. Збір і аналіз даних про межі текучості і пластичності різних ґрунтів.

3. Нові методи і прилади для визначення щільності сухого ґрунту в польових умовах, особливо - великоуламкових ґрунтів і пісків.

..им»

4. Використання місцевих в'яжучих та відходів промисловості для укріплення ґрунтів.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ

Контрольна робота повинна включати відповіді на п'ять запитань і розв'язки двох задач. Завдання на контрольні роботи складені в 10 варіантах. Номер варіанту співпадає з останньою цифрою номера залікової книжки (десятий варіант виконує студент, номер залікової книжки якого закінчується нулем). Номера залікової книжки і варіанту, що виконується вказуються на початку тексту роботи.

Відповіді на теоретичні питання повинні бути конкретними. Не допускається переписування тексту із підручника або із цих методичних вказівок. Вирішення задач необхідно супроводжувати детальними математичними перетвореннями. Вірне вирішення задач є неодмінною умовою для заліку виконання контрольного завдання.

В кінці роботи повинен бути приведений список використаної літератури. Текст представляють для перевірки в університет не пізніше, ніж за 15 діб до екзаменаційної сесії.

При виконанні контрольної роботи необхідно врахувати, що екзаменаційні білети по даному предмету містить три запитання та одну задачу.

Таблиця. Завдання на контрольну роботу

1. Поняття про ґрунт. Предмет ґрунтознавства і механіки ґрунтів.

2. Класи ґрунтів за характером структурних зв'язків і класифікація дисперсних ґрунтів на групи і підгрупи.

3. Походження дисперсних ґрунтів.

4. Роль процесів вивітрювання і переносу в утворенні ґрунтових частинок різних видів і форм.

5. Фазовий склад ґрунту і його показники: щільність, щільність частинок, вологість та ін.

6. Пористість і коефіцієнт пористості.

7. Щільність частинок ґрунту і сухого Грунту. Різниця між цими показниками і зв'язок між ними.

8. Види твердих частинок ґрунту. їх утворення і властивості.

9. Класифікація великоуламкових і піщаних ґрунтів залежно від вмісту в них частинок різної величини.

10. Мета і методи аналізу зернового складу ґрунту.

11. Методи зображення зернового складу ґрунту.

12. Види води в ґрунті та її властивості.

13. Вільна вода у ґрунті та її властивості й види.

14. Явище капілярності в ґрунтах.

15. Зв'язана вода в ґрунті. Її види та властивості.

16. Характерні вологості ґрунту та їхнє значення для визначення фізичного стану ґрунту.

17. Межі текучості та пластичності ґрун ту, їх експериментальне визначення, застосування для визначення різновиду ґрунту і його консистенції.

18. Ступінь ущільнення ґрунту. Стандартне увільнення ґрунту.

19. Коефіцієнт стандартного ущільнення і контроль ступеня ущільнення ґрунту земляного полотна.

20. Будівельні властивості великоуламкових ґрунтів і пісків.

21. Будівельні властивості глинистих ґрунтів: супісків, суглинків і глин.

22. Водно-тепловий режим ґрунту земляного полотна.

23. Зимове вологонакопичення, утворення пучин і заходи протистояння цьому явищу.

24. Дорожньо-кліматичне районування території України та СНД і поділ місцевості на типи за умовами зволоження земляного полотна.

25. Процеси, що відбувається у ґрунті під дією навантаження.

26. Деформаційні характеристики стискальності ґрунту.

27. Випробування ґрунту в умовах неможливості бокового розширення. Коефіцієнт бокового тиску.

28 Компресійна залежність, її одержання і використання.

29. Залежність між навантаженням і деформацією ґрунту. Модуль пружності та деформації, коефіцієнт поперечної деформації.

30. Реологічні властивості ґрунтів. Повзучість і релаксація.

31. Міцність ґрунту як його опір зсуву. Закоії Кулона.

32. Визначення параметри опору ґрунту зсуву.

33. Опір зсуву сипучих ґрунтів

34. Опір зсуву зв'язаних ґрунтів.

35. Умова міцності у точці ґрунтового масиву та її вираз через головні напруження.

36. Визначення тиску ґрунту на підпірну стінку, розрахунок її перекидання.

37. Напружений стан у ґрунті і напруження, що його характеризують.

38. Дія зосередженого нормального навантаження на однорідний ґрунтовий масив.

39. Дія довільного нормального навантаження на поверхню ґрунтового масиву в умовах плоскої задачі.

40. Дія довільного нормального навантаження на поверхню ґрунтового масиву в умовах просторової задачі.

41. Вертикальне напруження у масиві і вертикальне переміщення його поверхні під впливом нормального навантаження, розподіленого в межах кругової площадки.

42. Переміщення поверхні однорідного масиву під впливом зосередженої сили, кругової площадки з рівномірним навантаженням і жорсткого штампу.

43. Напруження у шаруватому масиві від дії зовнішнього навантаження. Зведення двошарового напівпростору до однорідного.

44. Напруження в однорідному і шаруватому масивах від власної маси ґрунту.

45. Визначення осадки шаруватого ґрунтового масиву під впливом зовнішнього навантаження методом пошарового підсумовування. Активна зона стиску.

46. Фази роботи ґрунту під навантаженням. Критичний і граничний тиск на ґрунт.

47. Визначення максимальної висоти вертикального та похилого ґрунтового відкосів

48. Розрахунок відкосів на стійкість за методом круглоциліндричної поверхні ковзання.

49. Укріплення ґрунту іншим ґрунтом.

50. Укріплення ґрунтів мінеральними і органічними в'яжучими речовинами.

Завдання

1. Щільність частинок ґрунту 2,7 г/ем³, щільність ґрунту 2 г/см³ пористість 40%. Чому дорівнює вологість ґрунту?

2. Маса зразка ґрунту непорушеної структури об'ємом 50 см³ при природній вологості дорівнює 87,52 г, після висушування на повітрі знизилась до 61,56 г, після повного висушування у термостаті - 61,09 г. Сумарний об'єм частинок ґрунту дорівнює 30,48 см³. Визначити щільність ґрунту, частинок ґрунту, сухого ґрунту, реальну вологість.

3. Маса зразка ґрунту непорушеної структури об'ємом 50 см³ при природній вологості дорівнює 68,35 г. після висушування на повітрі 73.28 г, після повного висушування у термостаті 72,41 г. Об'єм частинок ґрунту дорівнює 26,82 емі Визначити реальну вологість, коефіцієнт пористості, гігроскопічну вологість і пористість.

4. Після ущільнення насипу встановлено, що в її верхній частині щільність ґрунту становить 1,94 г/ем\ а вологість 25%. Оцінити якість ущільнення, якщо під час лабораторного стандартного ущільнення при оптимальній вологості 20% щільність ґрунту становила 1,92 г/см³.

5. Щільність ґрунту в насипу на глибині 0,5 м - становить 1,92 г/см³ при вологості 20%. При лабораторному стандартному ущільненні оптимальна вологість становила 25%, а відповідна їй щільність ґрунту 1,94 г/см³. Чи достатньо ущільнений ґрунт, якщо зверху земляного полотна передбачено дорожній одяг з цементобетонним покриттям?

6. Ґрунт, що має вологість 15%, укладають у насип. Яка щільність ґрунту повинна бути досягнута при торуванні, якщо при стандартному ущільненні максимальна щільність сухого ґрунту становить 2 г/см³, а необхідний, коефіцієнт ущільнення дорівнює одиниці?

7. Лабораторні випробування ґрунту дали такі результати: межа текучості 36%, межа пластичності - 20%, зерновий склад:

Розміри частинок	>10	10...2	2...0,05	0,05...0,001	<0,001
Вміст за масою, %

Частинки розміром понад 2 мм окатан і за формою. Визначити назву ґрунту.

8. При випробування ґрунту на зсув за допомогою приладу плоского зрізу за нормального тиску 0,05 МІІа отримали граничний опір зсуву 0,055 МІІа, а за нормального тиску 0,1 МПа граничний опір зсуву 0,105 МПа. Визначи ти характеристики опору зсуву.

9. При випробуванні ґрунту на приладі плоского зрізу при нормальному тиску 0,1 МПа одержано граничний опір зсуву 0,1 МПа, а при нормальному тиску 0,25 МІІа - граничний опір зсуву 0,25 МПа. Знайти характеристики опору зсуву і вказати тип ґрунту.

10. Головні напруження на поверхні ґрунту земляного полотна під дорожнім одягом, викликані навантаженням від колеса автомобіля, становлять: вертикальне 0,1 МПа, горизонтальне 0,2 МПа. Перевірити, чи забезпечується зсувостійкість ґрунту, якщо кут внутрішнього тертя 30°, а питоме зчеплення 0,01 МПа.

11. Визначити рівнодіючу горизонтального тиску ґрунту на підпірну стінку довжиною 5 м. Висота стінки 6 м, щільність ґрунту 2 г/см³, кут внутрішнього тертя 30°, зчепленням знехтувати.

12. Визначити рівнодіючу горизонтального тиску піщаного ґрунту на бетонну підпірну стінку з прямокутним поперечним перерізом і вертикальними гранями. Оцінити стійкість підпірної стінки проти перекидання. Висота стінки 9 м, ширина 2,5 м, щільність бетону 2,4 т/м³.

Щільність піску 1,8 т/м³, кут внутрішнього тертя піску 40°, зчеплення дорівнює нулю, необхідний коефіцієнт запасу стійкості стінки - 1,5.

13. Бетонна підпірна стінка висотою з прямокутним поперечним перерізом повинна утримати піщану засипку. Щільність бетону щільність піску кут внутрішнього тертя піску?, зчеплення . Треба забезпечити запас стійкості стінки

. Визначити необхідну ширину стінки.

14. Визначити вертикальне нормальне напруження в однорідному ґрунтовому масиві під дією на його горизонтальну поверхню зосередженого вертикального навантаження 314 кН. Точка, в якій визначається напруження, знаходиться на глибині 0,3 м на відстані 0,4 м в горизонтальному напрямку від точки прикладання навантаження. Чи зменшиться знайдене напруження у ґрунті, якщо за рахунок його ущільнення модуль деформації збільшиться вдвічі?

15. До плоскої поверхні однорідного ґрунтового масиву прикладене зосереджене навантаження 100 кН. Модуль деформації ґрунту 40 МПа, коефіцієнт поперечної деформації ґрунту - 0,3. Визначити вертикальне переміщення точки «денної» поверхні на відстані 0,5 м від точки прикладання навантаження. Як зміниться знайдене переміщення при збільшенні модуля деформації вдвічі?

16. Перший фундамент має діаметр кругової підошви 10 м і передає на поверхню однорідного ґрунтового масиву середній вертикальний тиск 0,1 МПа, другий фундамент діаметром 4 м передає тиек 0,2 МПа. Механічні характеристики Грунтів під фундаментами однакові. Осадка якого, з фундаментів буде більшою і в скільки разів?

17. Жорсткий фундамент з круговою підошвою діаметром 10 м передає поверхню однорідного грунтового масиву середніх тиск 0,1 МПа. Вертикальне переміщення грунту під фундаментом становить 0,1 м. Чому дорівнює вертикальне переміщення такого самого ґрунту під фундаментом з круговою підошвою діаметром 8 м, і при середньому тиску 0,2 МПа?

18. Шар товщиною 30 см з піщано гравійної суміші з модулем пружності 160 МПа лежить на суглинистому грунті земляного полотна з модулем 20 МПа. На поверхні шару прикладено зосереджене навантаження 31,4 кН. Знайти товщину шару суглинистого ґрунту, еквівалентну піщано «гравійному шару за розподільчою здатністю і визначити максимальне вертикальне напруження на контакті піщано-гравійного шару з грунтом земляного полотна.

19. Визначити, за якого тиску на ґрунт гарантована відсутність пластичних зон під довгим фундаментом. ГлиОипа закладання фундаменту 1 м, щільність ґрунту 2 т/м\ питоме зчеплення 0,01 МПа. Кутом внутрішнього тертя знехтувати.

20. Оцінити максимальну допустиму висоту ііспідкріилепого вертикального борту котловану у глинистому грунті, Щільність ґрунту 2 т/м³, питоме зчеплення 0,02 МПа, кутом внутрішнього тертя знехтувати.

Приклади розв'язанії» задач

1. Щільність ґрунту 2 г/см³, щільність частинок грунту 2,5 г/ см³, пористість 0,28. Визначити вологість та коефіцієнт водонасичення ґрунту.

За формулою (7) з урахуванням (5) знаходимо

після чого вираховуємо

тобто пори ґрунту заповнені водою на 70%.

2. Ґрунт, який мав вологість 10%, укладають у насип. Яка щільність ґрунту повинна бути одержана в результаті укочування, якщо при лабораторному стандартному ущільненні максимальна щільність сухого ґрунту (скелету ґрунту) становить 2 г/см³, а необхідний коефіцієнт ущільнення дорівнює 1,05?

Згідно з формулою (12) у результаті ущільнення повинна бути досягнута щільність сухого ґрунту (скелету ґрунту)

Тому при вологості мають одержати щільність

ґрунту насипу

Щоб за формулою (8) визначити коефіцієнт водонасичення ґрунту, знаходимо за формулою (7) коефіцієнт пористості:

3. Лабораторні випробування ґрунту дали такі результати: межа текучості - 21 %, межа пластичності - 18 %, зерновий склад

Розміри частинок	>10	10...2	2...0,05	0,05...0,001	< 0,001
Вміст за масою, %

Частинки розміром понад 2 мм, окатані. Встановити назву ґрунту.

Класифікаційною характеристикою зв'язного Грунту є число пластичності, яке визначають як різницю між вираженими в процентах вологостями на межі текучості та пластичності

За числом пластичності різновид грунту супісок |4, табл. Б 11]. Згідно з табл. Б 12 за вмістом піщаних частинок - супісок є піщанистим. За наявність включень - 32 %, згідно іабл. Б 13 — супісок піщанистий гравіюватий.

4. При випробуванні ґрунту на приладі плоского зрізу одержано граничні опори зсуву 0,13 МПа і 0,044 МІІа для нормальних до площини зрізів тисків 0,2 МПа і 0,05 МІ Іа відповідно. Визначити характеристики опору зсуву.

Згідно з законом Кулона (18) граничний опір зсуву дорівнює сумі добутку нормального напруження на тангенс кута внутрішнього тертя ґрунту і питомого зчеплення ґрунту. Тому

Невідомі характеристики опору зсуву одержимо із

системи цих рівнянь. Для цього, вираховуючи з першого рівняння друге, виключаємо с і знаходимо

а потім визначаємо С з будь-якого рівняння

5. Під дією навантаження від колеса автомобіля на дорожній одяг у ґрунті земляного полотна виникають такі головні напруження: вертикальне 0,2 МПа, горизонтальне 0,04 МПа.

Перевірити зеувостійкіеть ґрунту, якщо кут внутрішнього тертя дорівнює 30°, а питоме зчеплення 0,015 МПа.

Для перевірки зсувостійкості треба визначити максимальне активне напруження зсуву Т_а по найнебезпечнішій площі з усіх, які проходять крізь дану точку, і зіставити його з питомим зчепленням, тобто перевірити, чи виконується умова міцності ґрунту у вигляді рівняння (23).

Враховуючи, що (оскільки

Плече моменту цієї сили відносно точки А (рис. 1)

), за формулою (22) знаходимо:

Отже , тобто зсувостійкість

ґрунту земляного полотна забезпечена.

6. Визначити рівнодіючу горизонтального тиску піщаного ґрунту на бетонну підпірну стінку з прямокутним поперечним перерізом і вертикальними гранями. Оцінити стійкість підпірної стінки проти перекидання. Висота стінки 9 м, ширина 3 м, щільність бетону 2,2 т/м³, щільність піску 1,8 т/м³, кут внутрішнього тертя 40°, щеплення дорівнює нулю, необхідний коефіцієнт запасу стійкості стінки дорівнює 1,5.

Рівнодіючу горизонтального тиску визначаємо за формулою (26) при

Одержимо горизонтальну силу, яка припадає на одиницю довжини стінки:

Момент, що викликає перекидання і припадає на одиницю довжини стінки,

Вага 1 м прогонової будови стінки

При прямокутному поперечному перерізі плече моменту рівнодіючої відносно точки А (рис.1) дорівнює половині ширині стінки Тому утримуючий від перекидання момент

Наявний коефіцієнт запасу стійкості стінки

Тому стійкість стінки проти перекидання забезпечена.

7. До плоскої горизонтальної поверхні однорідного ґрунтового масиву прикладена вертикальне навантаження 200 яке можна вважати зосередженим. Визначити вертикальне нормальне напруження у точці, розташованій на глибині 2 м від поверхні масиву під точкою прикладання навантаження, а також вертикальне переміщення точки „денної" поверхні на відстані 1 м від точки прикладання навантаження. Модуль деформації ґрунту 20 МПа коефіцієнт поперечної деформації 0,3.

Напруження <У₂ визначаємо за формулою (28), прийнявши (оскільки напруження треба визначити у точці, яка лежить па лінії дії сили ) і . Одержимо

8. Ґрунт випробували жорстким круглим штампом діаметром 0,5м і при збільшенні навантаження на 10 кН одержали повне осідання (вертикальне переміщення) 0,2 см. Після зняття цього навантаження залишкове осідання становило 0,16 см. Знайти модуль деформації та модуль пружності ґрунту якщо коефіцієнт поперечної деформації становить 0,3.

Вертикальне переміщення жорсткого круглого штампу визначається за формулою (36), з якої виходить вираз, що дозволяє за виміряними переміщенням знайти модуль ґрунту

У цій формулі -середній тиск штампа на поверхню ґрунту масиву, Тому

Очевидно, що при обчисленні модуля деформації треба в цю формулу підставити повне переміщення а при

обчисленні модуля пружності ґрунту - тільки зворотну частину переміщення, яка становить Зробивши

обчислення, одержимо:

модуль деформації

модуль пружності 56

9. Шар товщиною ЗО см із щебеню з модулем пружності 400 МПа лежить на суцільному ґрунті земляного полотііа з модулем пружності 40 МПа. На поверхні щебеневого шару діє вертикальне нормальне навантаження, яке передається колесом автомобіля і розподіляється з постійною інтенсивністю 0,5 МІ Іа по площі круга діаметром ЗО см. Визначити максимальне вертикальне нормальне навантаження на контакті щебеневого шару з ґрунтом.

10. Визначити початковий критичний і граничний тиски на ґрунт від довгого фундаменту з глибиною закладання 2 м.

Спочатку приведемо двошаровий напівпростір до однорідного. Для цього знайдемо товщину шару супіщаного ґрунту, еквівалентного щебеневому шару за розподільчою здатністю. Скориставшись формулою (38), одержимо

Очевидно, що вертикальне максимальне напруження на контакті щебеневого шару з ґрунтом буде в точці, розташованій під центром навантаженої кругової площадки. Ця точка фактично знаходиться на глибині 30 см від „денної" поверхні, але оскільки ми замінюємо щебеневий шар супіщаним ґрунтом і вважаємо напівпростір однорідним, її глибину треба вважати такою, що дорівнює 53 см.

Напруження в цій точці однорідного напівпростору від навантаження, розподіленого рівномірно по круговій площі, знаходимо за формулою (34):

Щільність ґрунту 2 т/м³, питоме зчеплення 0,01 МПа, кутом внутрішнього тертя знехтувати.

Оскільки фундамент вважається довгим, можна прийняти умови плоскої задачі. В цих умовах початковий критичний (зовсім безпечний) тиск визначається за формулою (41), а граничний - за формулою (42).

Тому За формулою (41)

За формулою (42)

Роль бокового довантаження грає власна вага ґрунту, розташованого над рівнем підошви фундаменту, збоку від нього.

СПІСОК ЛІТЕРАТУРИ Основний

1. Бабков В.Ф., Безрук В.М. Основы грунтоведения и механики грунтов. М.:Высш.шк., 1986-239 с.

2. Маслов Н.Н. Основы инженерной геологии и механики грунтов. -М.: Высш. шк. 1982-511с.

3. Стасовская К.А. Грунтоведение и механика грунтов. Лабораторные работы. - К.: Высш. шк., 1977-125с.

Додатковий

4. ДСТУ Б.В.2.1 - 2 - 96 (ГОСТ 25100 - 95). Ґрунти. Класифікація. - К.: 1997.- 42 с.

5. Сергеев Е.М., Голодковская Г.А., Зиангиров Р.С. и др. Грунтоведение. -М.: Изд-во МГУ, 1983.-595с.

6.Цьггович НА Механика грунтов /Краткий курс/.-М.:Высш. Шк., 1983-272с.

7. Гольдштейн М.Н., Царьков А.А., Черкасов И.И. Механика грунтов, основания и фундаменты. Транспорт, 1981.-320с.

8. Основания, фундаменты и подземные сооружения М.И. Горбунов, В.А. Ильичев, В.И. Кругов и др.; Под общ. ред. Е. А. Сорочана и Ю.Г. Трофименнова. - М.:Староиздат, 1985.-480с.

9. Материалы и изделия для строительства дорог: Справочник / Н. В. Горелышев, И. Л. Гурячков, Э. Р. Пинус и др.; иод рсд.Н.В. Горелышева. - М.: Транспорт, 1986. - 288 с. (Глава I. Грунты. Глава 5. Грунты, укрепленные вяжущими материалами).

10. Инструкция по проектированию дорожных одежд нежесткого типа. ВСН 46-83. М.: Транспорт, 1985. - 157 с.

И. Безрук В.М., Гурячков И.Л., Луканина Т.М., Ліапова Р.А. Укрепленные грунты (Свойства и применение в дорожном строительстве). М.: Транспорт, 1982. - 231 с.

12. Журнал „Основания, фундаменты и механика грунтов" (периодичность - 6 номеров в год).

13. Реферативный журнал „Механика" вып. 16 „Механика деформируемого твердого тела". Раздел „Механика геоматериалов и пористых сред" (периодичность - 12 номеров в год).

14. Реферативный журнал „Механика" вып. 16 „Прочность конструкций и матриалов". Разделы: „Прочность подземных и земляных сооружений" и „Прочность строительных конструкций" (периодичность - 12 номеров в год).

15. ДБН В.2.3 - 4 - 2000. Автомобільні дороги, К., 2000. - 117 с.

16. ДБНВ.2. -5-2001. Вулиці та дороги населених пунктів, К. 2001 -54 с.

Навчальне видання

Робоча програма та методичні вказівки

до вивчення дисципліни „Ґрунтознавство та механіка ґрунтів" для студентів спеціальностей 7.092104, 7.092105, 7.092106

Укладачі: Б.С. Радовський; В.В. Мозговий;

Л.І. Гуріна; О.М. Бесараб.

Верстка: Сукач Г.К.

Підписано до друку 15.10.2004 р. Формат 60x84/16. Наклад 200. Зам. 165

01010, м. Київ, вул. Суворова, 1 Редакційно-видавничий відділ НТУ, тел. [phone]

Дата добавления: 2014-11-06