Теория предельного напряженного состояния грунтов и её практическое использование

ТЕМА 5

ТЕМА 4

Расчет осадки основания.

Расчет осадки фундамента в инженерной практике производится на основе решения Гука для нагруженного осевой силой упругого стержня. При приложении силы N укорочение стержня (рис. 4.1 а), как следует из теории Гука, равно

s = N L / А Е

Если принять, что σ=N / А (А – площадь поперечного сечения стержня), то

s = σ L / Е. (4.1)

Произведение σL в этой формуле имеет простой геометрический смысл, означая, по сути, площадь прямоугольной эпюры напряжений.

По аналогии со стержнем осадка фундамента s (рис. 4.1 б) понимается как укорочение некоторого условно выделяемого под подошвой столба грунта высотой Н_ос. Вычисление осадки s по формуле (4.1) осложняется следующими обстоятельствами: напряжения σ_z по горизонтальным сечениям и по высоте столба распределяются неравномерно (эпюры напряжений по ним криволинейны); высоту столба Н_ос, поскольку её не измерить, нужно отыскивать каким-либо способом; в пределах Н_ос могут находиться слои различной сжимаемости. Перечисленные проблемы приближенно решены в инженерном расчете осадки методом послойного суммирования. Его суть заключается в том, что осадку основания s вычисляют на основе формулы (4.1) как сумму деформаций однородных по сжимаемости участков, на которые разделяют грунтовый массив от подошвы до нижней границы сжимаемой толщи.

Расчет производится в следующей последовательности.

· Определяют давление на уровне подошвы фундаментов от собственного веса грунта:

σ_zg = g ₁d₁

· Определяют дополнительное давление от нагрузки на фундамент, возникшее под подошвой сверх давления от собственного веса грунта:

р_о = р_н – σ_zg

· Грунтовый массив под подошвой условно разделяют на однородные по сжимаемости элементарные участки (рис. 4.2) толщиной h_i £ 0.4b. Если в пределах элементарного участка оказывается граница между грунтовыми слоями, то участок делят по ней на две части (на рисунке точка 2 взята на границе между ИГЭ 1 и ИГЭ 2).

·В точках на границах участков вычисляют дополнительные напряжения

σ_zi = a р_о,

где a - коэффициент, принимаемый по табл. 2.3 в зависимости от соотношения сторон подошвы h = l/b и относительной глубины нахождения точки ξ =2 z_i /b (z_i –расстояние от подошвы фундамента до рассматриваемой точки, i – номер точки),

и напряжения от собственного веса грунта

σ_zqi = σ_zg +∑ h_ig_i.

· Отыскивают положение границы уплотняемой толщи, проверяя эмпирическое условие

σ_zi ≈ 0,2 σ_zqi

Расхождение между правой и левой частями условия допускается не более 5 кПа.

Если точка находится в слое с модулем деформации менее 5 МПа (Е<5 МПа), то нижняя граница сжимаемой толщи устанавливается из условия

σ_zi ≈ 0,1 σ_zqi.

· По вычисленным в точках значениям напряжений строят эпюру напряжений (рис. 4.3) и подсчитывают средние давления σ_zсi для всех участков в пределах сжимаемой толщи

σ_zсi = (σ_z(i-1) + σ_zi)/2,

где σ_z(i-1) и σ_zi – давления на верхней и нижней границе i - го участка.

· Вычисляют осадку фундамента как сумму деформаций элементарных участков в пределах от подошвы до границы сжимаемой толщи

s = 0.8å σ_zсi h_i / Е_i.

В этой формуле å σ_zсi h_i есть не что иное, как вычисляемая с некоторой погрешностью площадь криволинейной эпюры напряжений.

При самостоятельном изучении темы следует выполнить расчеты осадки отдельного и ленточного фундаментов и выяснить, почему они оказываются разными.

Исходные данные о глубине заложения и размерах подошвы фундаментов, необходимые для выполнения расчетов, указаны в табл. 4.1.

Схема залегания грунтовых слоев принимается по рис. 1.1, значения показателей грунтовых слоев берутся по табл. 1.2

Таблица 4.1

Данные о фундаментах	Номер по заданию
Глубина заложения подошвы d1 от поверхности, м	1.7	1.9		1.8	2.2	2.5	2.3	2.1	2.8	2.4
1.8	2.1	2.3	1.7	1.9	2.0	1.8	2.5	3.0	2.2
Размеры подошвы отдельного фундамента в м: ширина b длина l	1,8 2,4	2,4 3,3	2,7 3.9	2,1 3,6	1,5 2,4		2,7 4,5	2,4 2,7	1,8 3,3	1,2 1,8
Ширина ленточного фундамента b, в м	1,8	2,4	2,7	2,1	1,5
2.4	3.3	3.9	3.6	2.4		2,7	2,4	1,8	1,2
Давление на грунт рн, в кПа,

Примечания. 1. Давление на грунт для отдельных и ленточных фундаментов принимается одинаковым.

Пример 4.1.

Рассчитать осадку отдельного фундамента под колонну при следующих данных:

b = 1,8 м, l = 2,5 м, d₁ = 1,8 м, р_н = 240 кПа. Сведения о грунтах приведены на рис.4. 3.

Бытовое давление на отметке заложения фундамента

σ_zg = g ₁d₁ = 19*1,8 = 34,2 кПа.

Дополнительное давление под подошвой фундамента

р_о = р_н – σ_zg = 240 – 34,2 = 205,8 кПа.

Толщина элементарного слоя

h=0.4b = 0,4 * 1,8 = 0,72 м.

Отношение сторон подошвы фундамента

h = l/b =2,5 / 1,8 = 1,39 ≈1,4.

1-я точка (i = 1), z₁ = 0,72 м;

x =2 z₁/b = 2 * 0,72 /1,8 = 0,8, a= 0,848;

σ_z1 = a р_о = 0.848 * 205.8 = 174.5 кПа.

σ_{zс1 =} (205,8 + 174.5) / 2 = 190,15 кПа;

Напряжения от собственного веса грунта

σ_zq1 = σ_zg + h₁g₁. = 34,2 + 0,72 * 19 = 47,88 кПа.

2-я точка (i = 2). Если эту точку взять на 0,72 м ниже, она окажется во 2-м слое. Поскольку участок должен быть однородным по сжимаемости, то точку следует расположить на границе между слоями. Следовательно, расстояние от подошвы до точки будет z₂ =1,05 м, а толщина второго участка составит

h₂ = 1.05 – 072 = 0,33 м:

x = 2 * 1,05 / 1,8 = 1,17, a=0,694,

σ_z2 = 0,694 * 205,8 = 142,8 кПа,

σ_{zс2 =} (174.5 + 142,8)/2=158,6 кПа,

σ_zq2 = 47,88 + 0,33 * 19 = 54,15 кПа.

3-я точка (i = 3). В целях удобства пользования таблицей, чтобы избежать интерполирования при нахождении из неё значений a, примем z₃ =1,44 м. Толщина третьего участка составит h₃ = 1.44 – 1.05 = 0,39 м.

x = 2*1,44/ 1,8 =1,6; a=0,532;

σ_z3 = 0,532 * 205,8 = 109,5 кПа;

σ_zс3 =(142,8+109,5)/2 = 126,1 кПа;

σ_zq3 =54,15+0,39 * 20,3 = 62,1 кПа.

4-я точка (i = 4). Толщина участка 0,72 м, z = 2,16 м.

x = 2 * 2,16 / 1,8 = 2,4; a=0,325;

σ_z4= 0,325 * 205,8 = 66,9 кПа;

σ_zс4 =(109,5 + 66,9)/2 = 88,2;

σ_zq3 = 62,1+ 0,72 * 20,3 = 76,7 кПа.

Для точек, расположенных ниже, напряжения подсчитываются аналогичным образом. Результаты всех проделанных вычислений приведены в табл. 4.2.

В 7-ой точке левая и правая части условия σ_zi≈0,2σ_zqi (в таблице выделены серым цветом) отличаются на 2,39 кПа, менее чем на 5 кПа. Следовательно, границу уплотняемой зоны можно принять в этой точке на глубине 4,32 м от подошвы фундамента. Грунты в пределах этой глубины и являются основанием.

Таблица 4.2

Номер точки	Номер слоя	Z в м	hi в м	x=2 z/b	a	σzi в кПа	σzсi в кПа	σzq в кПа	0,2 σzq в кПа
					1,000	205,8		34,2	-
	0,72	0,72	0,8	0,848	174,5	190,1	47,88	9,6
	1,05	0,33	1,17	0,694	142,8	158,6	54,15	10,83
		1,44	0,39	1,6	0,532	109,5	126,1	62,1	12,42
	2,16	0,72	2,4	0,325	66,9	88,2	76,7	15,34
	2,88	0,72	3,2	0,21	43,22	55,06	91,3	18,26
	3,6	0,72	4,0	0,145	29,8	36,51	105,9	21,18
		4,32	0,72	4,8	0,105	21,61	25,7	120,0	24,0

Осадка равна

ѕ= 0,8[(190,1 * 0,72+158,6 * 0,33)/7200+(126,1 * 0,39+88,2 * 0,72+55,06 * 0,72+36,51 * 0,72)/12000+

+25,7 * 0,72/16000] = 0,034 м. = 3,4 см.

Осадка ленточного фундамента рассчитывается аналогично.

Сравнить эпюры напряжений и положение границы уплотняемой зоны для отдельных и ленточных фундаментов. Объяснить, почему при одинаковых давлениях на грунт их осадки оказываются разными.

По наблюдениям нарушение прочности оснований происходит в результате смещения фундаментов по плоской (плоский сдвиг) или сложной по виду криволинейной поверхности (глубинный сдвиг), как, например, на рис. 5.1, образующейся внутри грунтового массива. Изображенная схема упрощена, так как в действительности скольжение наблюдается по нескольким направлениям в пределах зон некоторой толщины, принимаемой за поверхности условно. Сходным образом возникает движение грунтов при потере устойчивости откосов выемок или насыпей. Под прочностью грунтов, таким образом, нужно понимать их суммарное сопротивление сдвигу по всей поверхности сдвига. В инженерных расчетах обычно находят его составляющую, являющуюся проекцией на ту или иную ось, или момент относительно некоторой точки.

Сдвиги всегда вызываются касательными напряжениями τ_п, возникающими в массиве от внешних нагрузок и собственного веса грунта. Им противодействуют силы сопротивления τ, являющиеся в сущности силами трения, зависящими от качеств грунта и от нормальных напряжений σ_п к поверхности сдвига. Сложность проблемы в том, что форма и положение поверхностей сдвига не могут быть указаны, их нужно отыскивать. Для этого разработаны различные приемы, основу которых составляют параметры сопротивления грунтов сдвигу и результаты анализа предельного напряженного состояния грунтов в точках. При самостоятельном изучении раздела рационально придерживаться следующей логической последовательности:

1. методы определения параметров сопротивления грунтов сдвигу;

2. анализ предельного напряженного состояния грунтов в точке;

3. определение расчетного сопротивления грунтов;

4. давление грунтов на подпорные сооружения;

5. оценка устойчивость откосов связного грунта;

6. определение прочности оснований фундаментов.

Закономерности и параметры сопротивления грунтов сдвигу изучается по данным лабораторных и полевых испытаний.

В лабораторных опытах обычно используется установка (рис. 5.2), позволяющая моделировать сдвиг в грунтовом массиве. Основной частью конструкции установки является кольцо, разделенное на верхнюю и нижнюю части, одна из которых неподвижна. Образец грунта в кольце помощью загрузочного устройства нагружается вертикальной силой N, которая равномерно распределяется через жесткий штамп. Величина передаваемого на грунт давления равна

р = N / А (5.1)

где А – площадь поперечного сечения кольца.

Подвижное кольцо (на рисунке верхнее) нагружается постепенно увеличивающейся горизонтальной нагрузкой Т и начинает смещаться. Осадка жесткого штампа и горизонтальное смещение кольца δ измеряются индикаторами 5. В образце по плоскости между кольцами возникают касательные напряжения τ, равные

τ = Т / А (5.2)

При некотором смещении δ сила Т достигает предельной величины, означая нарушение прочности. Значение τ по формуле (5.2) при предельной силе Т называется сопротивлением сдвигу. Такие испытания при разных, минимум трех, вертикальных давлениях р_j проводят для нескольких образцов одного грунта. Для анализа результатов опытов строится график, на котором указываются экспериментальные точки (рис. 5.3). На вертикальной оси принято откладывать найденные значения τ, а на горизонтальной оси указывают заданные величины р. Отрезки, соединяющие точки, в общем случае образуют ломаную линию. Исследованиями установлено, что ломаная линия без особой погрешности может быть заменена прямой, уравнение которой в принятых на рисунке обозначениях имеет вид:

τ = с + tgφ р (5.3)

где с – ордината пересечения прямой с вертикальной осью;

φ – угол наклона прямой к горизонтальной оси.

Значения с и tgφ определяют методом наименьших квадратов:

(5.4)

(5.5)

где п – количество опытов;

j – номер опыта, в котором при заданном р_j находят τ_j.

Параметры с и угол наклона φ в уравнении (5.3 ) являются эмпирическими коэффициентами, которые называют соответственно сцепление и угол внутреннего трения. Поскольку они характеризуют прочность грунтов, то считаются прочностными показателями. У сыпучих грунтов сцепление близко к нулю и по формуле (5.4) его обычно не вычисляют.

Для любого выделяемого однородного слоя (ИГЭ) число определяемых пар значений с_i и tgφ_i должно быть не менее шести. На сдвиг, следовательно, должно быть испытано не менее 18 образцов. Согласно ГОСТ 20522-96 с_i и tgφ_i рассматриваются как отдельные характеристики, изменяющиеся случайным образом. Статистическая обработка значений с_i и tgφ_i проводится в последовательности, изложенной в приложение 2. Параметром Х в формулах являются вычисленные из выражений (5.4) и (5.5) величины с_i и tgφ_i. Для них устанавливаются нормативные значения с_п и tgφ_п, коэффициенты надежности по грунту g_g при доверительных вероятностях α ₁ = 0.95 и α ₁₁ = 0.85, расчетные значения прочностных показателей с₁ и tgφ₁ при доверительной вероятности α ₁ = 0.95, расчетные значения с₁₁ и tgφ₁₁ при доверительной вероятности α ₁₁ = 0.85. По значениям tgφ₁ и tgφ₁₁ определяют углы внутреннего трения φ₁ и φ₁₁. На графике (рис. 5.4) им соответствуют три наклонных прямых, взаимное расположение которых связано с результатами расчетов.

Значения прочностных характеристик с₁₁ и tgφ₁₁ используют при расчетах оснований по второй группе предельных состояний (по деформациям). Значения с₁ и tgφ₁ используют при расчетах оснований и грунтовых массивов по прочности.

Анализ предельного напряженного состояния грунтов в точке.

Уравнение Кулона (5.3) можно применять, когда известно очертание поверхностей сдвига и найдены действующие по ним напряжения от внешних сил σ_п и τ_п. В действительности возможностей указать положение поверхности сдвига в грунтовом массиве и найти напряжения по ним не имеется. Преодолеть данную сложность позволяет метод Мора, дополненный решениями Кулона.

Теория Мора дает возможность по известным величинам главных напряжений изучать напряженное состояние в точке. Для решения практических задач достаточно знать наибольшее σ₁ и наименьшее σ₃ главные напряжения по двум главным площадкам при плоском напряженном состоянии. В дальнейших рассуждениях будем исходить из того, что в точках, принадлежащих поверхности сдвига, σ₁ и σ₃ найдены. Определение по ним напряжений σ_п и τ_п облегчаются графическими построениями на рис. 5.5.

Из теории известно, что напряжения по любой площадке являются координатами соответствующей на круге Мора точки. В рассматриваемой ситуации такая точка с координатами σ_п и τ_п является общей для круга Мора и прямой Кулона, проведенной под углом φ через ординату с для связного грунта (рис. 5.5 а) или из начала координат для сыпучего грунта (рис. 5.5 b). Из этого вытекает, что прямая Кулона является касательной к кругу Мора в точке b. Её уравнение из рассмотрения прямоугольных треугольников о'ba (для случая а) и оba (для случая b), принимая во внимание, что радиус круга Мора равен ab=(σ₁ - σ₃)/ 2, приводится к виду:

для связного грунта: sin φ= (5.8)

для сыпучего грунта: sin φ= (5.9)

Выражения (5.8) и (5.9) называют условиями предельного напряженного состояния в точке соответственно связного и сыпучего грунта. Они сложнее уравнения Кулона, но удобнее при разработке инженерных методов расчетов. Суть приемов заключается в том, что вместо σ₁ и σ₃, являющихся функциями некоторых аргументов, подставляются выражения для их определения и производятся необходимые преобразования.

При выводе выражения для нахождения расчетного сопротивления грунта R в условие (5.8) подставляются известные формулы для определения обеих главных напряжений σ₁ и σ₃ от равномерно распределенной нагрузки.

При разработке теории давления грунтов на подпорные сооружения известно выражение для одного из главных напряжений. Другое главное напряжение приходится находить при проведении преобразований условий (5.8) или (5.9).

Главные напряжения не удается определять при анализе устойчивости откосов выемок и оценке прочности оснований фундаментов, нагруженных различными видами нагрузок (вертикальными и горизонтальными силами, моментами). В методах оценки устойчивости откосов отыскивается положение поверхности сдвига, и затем проверяются условия равновесия. Основу расчетов прочности оснований составляют задаваемые вероятные очертаний поверхностей сдвига и установленные по ним напряжения.

Определение расчетного сопротивления грунта.

Расчетное сопротивление грунта R, является важным понятием, используемым при проектировании фундаментов. Оно означает давление на границе области линейного сжатия (области уплотнения), в пределах которой деформации грунтов оснований изменяются пропорционально увеличению нагрузки (рис. 5.5). Для этой области рассчитываются осадки методом послойного суммирования.

На практике расчетное сопротивление может устанавливаться различными способами. Наиболее часто оно вычисляется по формуле

R= [ М_g b g _II+ M_q d₁ g ^ı _II +(M_q -1) d _b g ^ı _II+ M_c c _II]

где g _с1 и g _с2 – коэффициенты условий работы, принимаемые по табл.5.1;

к – коэффициент, принимаемый в контрольной работе к =1;

М_g, M_q, М_с – коэффициенты, принимаемые в зависимости от угла внутреннего трения грунтов под подошвой фундаментов по табл.5.2;

b – ширина подошвы фундамента, в м;

g _II - удельный вес грунта, залегающего ниже подошвы фундамента, в кН/м³;

g ^ı _II – удельный вес грунтов, залегающих выше подошвы фундаментов, в кН/м³;

d₁ – глубина заложения фундаментов от поверхности грунта (при наличии подвала – от пола подвала);

d_b – глубина подвала, равная расстоянию от уровня планировки до пола подвала (при глубине подвала свыше 2м принимается равной 2 м, а при ширине подвала свыше 20 м принимается d _b=0);

c_II – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента.

Таблица 5.1

Значения коэффициентов g _с1 и g _с2

Грунты	Коэффициент gс 1	Коэффициент gс 2 для сооружений с жесткой конструктивной схемой при отношении длины сооружения или его отсека к высоте L / H, равном
4 и более	1,5 и менее
Пески гравелистые, крупные и средней крупности	1,4	1,2	1,4
Пески мелкие	1,3	1,1	1,3
Пески пылеватые: маловлажные и влажные насыщенные водой	1,25 1,1	1,0	1,2
Пылевато-глинистые, а также крупнообломочные с пылевато-глинистым заполнителем, с показателем текучести грунта или заполнителя IL £ 0,25	1,25	1,0	1,2
Пылевато-глинистые, а также крупнообломочные с пылевато-глинистым заполнителем, с показателем текучести грунта или заполнителя 0,25 < IL £ 0,5	1,2	1,0	1,1
Пылевато-глинистые, а также крупнообломочные с пылевато-глинистым заполнителем, с показателем текучести грунта или заполнителя IL > 0,5	1,0	1,0	1,0

Примечания: 1. Для зданий с гибкой конструктивной схемой значение коэффициента g_с2 принимается равным 1.

2. При промежуточных значений L / H коэффициент g_с2 определяется по интерполяции.

. При выполнении задания j _II и c _II принимаются по табл. 1.2.

Таблица 5.2

Значения коэффициентов М_g, M_q, М_с

Угол внутреннего трения j II, град.	Коэффициенты	Угол внутреннего трения j II, град.	Коэффициенты
Мg	Mq	Мc	Мg	Mq	Мc
	0,16	1,64	4,05		0,91	4,64
	0,18	1,73	4,17		0,98	4,93	7,40
	0,21	1,83	4,29		1,06	5,25	7,67
	0,23	1,94	4,42		1,15	5,59	7,95
	0,26	2,05	4,55		1,24	5,95	8,24
	0,29	2,17	4,69		1,34	6,34	8,55
	0,32	2,30	4,84		1,44	6,76	8,88
	0,36	2,43	4,99		1,55	7,22	9,22
	0,39	2,57	5,15		1,68	7,71	9,58
	0,43	2,73	5,31		1,81	8,24	9,97
	0,47	2,89	5,48		1,95	8,81	10,37
	0,51	3,06	5,66		2,11	9,44	10,80
	0,56	3,24	5,84		2,28	10,11	11,25
	0,61	3,44	6,04		2,46	10,85	11,73
	0,69	3,65	6,24		2,66	11,64	12,24
	0,72	3,87	6,45		2,88	12,51	12,79
	0,78	4,11	6,67		3,12	13,46	13,37
	0,84	4,37	6,90		3,38	14,50	13,98

При самостоятельном изучении курса вычислить расчетное сопротивление грунта по данным, приведенным в табл. 5.3. Схема залегании грунтовых слоев принимается по рис..1.1, значения показателей грунтовых слоев берутся по табл. 1.2

Содержание задания.

Вычислить расчетное сопротивление грунта основания:

1 – для здания без подвала (рис. 5.5). Глубину заложения фундамента от поверхности d₁ принять по табл. 5.3, номер ИГЭ и значения характеристик грунтов принять по таблицам 1.1 и 1.2.

2 – для здания с подвалом (рис. 5.6). Глубину подвала и глубину заложения фундамента от его пола принять по табл. 5.3.

Конструктивную схему здания считать жесткой.

Таблица 5.3

Исходные данные для определения расчетного сопротивления грунтов

Данные о фундаментах	Номер по заданию
Для здания без подвала
Глубина заложения подошвы d1 от поверхности, м	1.7	1.9		1.8	2.2	2.5	2.3	2.1	2.8	2.4
1.8	2.1	2.3	1.7	1.9	2.7	2.8	2.5	3.0	2.2
Для здания с подвалом
Глубина подвала db, м	1,3	1,4	1,5	1,3	1,6	2,0	1,7	1,5	2,0	1,9
Глубина заложения d1 от пола подвала, в м	0,4	0,5	0,5	0,5	0,6	0,5	0,6	0,6	0,8	0,5
0.5	0.7	0.8	0.4	0.3	0.7	1.1	1.0	1.0	0.3
Отношение длины здания к высоте L / H		1,5					1,5			1,5

Пример 1.

Определить расчетное сопротивление грунта при следующих данных: здание без подвала, глубина заложения фундамента d₁=2м, ширина подошвы b=1.5 м.

Основанием является слой ИГЭ 4 со следующими характеристиками грунта: I_L=0,33, прочностные показатели j_II=16⁰, c_II =43 кПа определены по результатам непосредственных испытаний, к = 1, g =19.5 кН/м³, L/H =1.5.

По табл. 13 при I_L=0.33 g_с1=1.2, g_с2=1.1. По табл. 14 при j_II=16⁰ М_g=0.36, M_q=2.43, М_с=4.99. Под подошвой и выше подошвы фундамента находится один и тот же грунт:

g _II = g ¹_II=19.5 кН/м^3. Поскольку подвала нет, то d_b=0.

R= γ_с1 γ_с2 [М_g b g _II+M_q d₁ g ^ı_II +M_c c_II]=1.2*1.1(0.36*1.5*19.5+2.43*2*19.5+4.99*43)=422 кПа.

Пример 2.

Здание с подвалом: d_b =1.5 м, d₁=0.5 м, грунтовые условия те же, расчетная схема фундамента на рис. 5.7.

R= [ М_g b g _II+M_q d₁ g ^ı_II +(M_q-1)d_bg ^ı_II+M_c c_II ] =

=1.2*1.1[0.36*1.5*19.5+2.43*0.5*19.5+(2.43-1)*1.5*19.5+4.99*43]=383 кП а.

Указание.

Выявить, насколько (в %) вычисленное расчетное сопротивление зависит от ширины подошвы (первого слагаемого в скобках).

Выяснить, как изменяется расчетное сопротивление грунтов при устройстве подвалов.

Вопросы для самопроверки.

1. Как происходит нарушение прочности грунтов.

2. Какие испытания проводят для изучения сопротивления грунтов сдвигу.

3. Какими параметрами характеризуется сопротивление грунтов сдвигу.

4. Как определяют расчетные значения сцепления и угла внутреннего трения.

5. Какие значения прочностных характеристик используют в расчетах оснований по деформациям и по прочности.

6. Какой смысл вкладывается в понятие расчетного сопротивления.

Литература

1. Ухов С. Б., Семенов В. В., Знаменский В. В. и др. Механика грунтов, основания и фундаменты.- 2-е изд. – М.: Высш. шк., 2002.

2. Берлинов М. В. Основания и фундаменты. – М.: Высш. шк..,1998.

3. Швецов Г. И. Инженерная геология, механика грунтов, основания и фундаменты. – М.; Высш. школа. 1997 г.

4. СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений.

5. ГОСТ 12248-96. Грунты. Методылабораторного определения характеристик прочности и деформируемости.

6. ГОСТ 20276-99. Грунты. Методыполевого определения характеристик прочности и деформируемости.

7. ГОСТ 20592-96. Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний.

Приложение 1

Методы определения влажностей связных грунтов по ГОСТ 5180-84

2. Определение влажности грунта методом высушивания до постоянной массы

2.1. Влажность грунта следует определятькак отношение массы воды, удаленной из грунта высушиванием до постоянной массы, к массе высушенного грунта.

2.2. Подготовка к испытаниям

2.2.1. Пробу грунта для определения влажности отбирают массой 15—50 г, помещают в заранее высушенный, взвешенный и пронумерованный стаканчик и плотно закрывают крышкой.

2.2.2. Пробы для определения гигроскопической влажности отбирают массой 10—20 г из грунта в воздушно-сухом состоянии, растертого, просеянного сквозь сито с сеткой № 1 и выдержанного открытым не менее 2 ч при данной температуре и влажности воздуха.

2.3. Проведение испытаний

2.3.1. Пробу грунта в закрытом стаканчике взвешивают.

2.3.2. Стаканчик открывают и вместе с крышкой помещают в нагретый сушильный шкаф. Грунт высушивают до постоянной массы при температуре (105 ± 2)°С.

2.3.3. Песчаные грунты высушивают в течение 3 ч, а остальные — в течение 5 ч.

Последующие высушивания песчаных грунтов производят в течение 1 ч, остальных — в течение 2 ч.

2.3.4. Загипсованные грунты высушивают в течение 8 ч. Последующие высушивания производят в течение 2 ч.

2.3.5. После каждого высушивания грунт в стаканчике охлаждаютвэксикаторе с хлористым кальцием до температуры помещения и взвешивают.

Высушивание производят до получения разности масс грунта со стаканчиком при двух последующих взвешиваниях не более 0,02 г.

2.3.6. Если при повторном взвешивании грунта, содержащего органические вещества, наблюдается увеличение массы, то за результат взвешивания принимают наименьшую массу.

2.4. Обработка результатов

2.4.1. Влажность грунта w, %, вычисляют по формуле

w = 100 (m ₀ - m) / (m₁ – m)

где т — масса пустого стаканчика с крышкой, г;

m ₁ — масса влажного грунта со стаканчиком и крышкой, г;

m ₀ — масса высушенного грунта со стаканчиком и крышкой, г.

4. Определение границы текучести

4.1. Границу текучести следует определять как влажность пасты, приготовленной из исследуемого грунта, при которой балансирный конус погружается под действием собственного веса за 5 с на глубину 10 мм.

4.2. Подготовка к испытаниям

4.2.1. Для определения границы текучести используют монолиты или образцы нарушенного сложения, для которых требуется сохранение природной влажности.

Для грунтов, содержащих органические вещества, границу текучести определяют сразу после вскрытия образца.

Для грунтов, не содержащих органических веществ, допускается использование образцов грунтов в воздушно-сухом состоянии.

4.2.2. Образец грунта природной влажности разминают шпателем в фарфоровой чашке или нарезают ножом в виде тонкой стружки (с добавкой дистиллированной воды, если это требуется), удалив из него растительные остатки крупнее 1 мм, отбирают из размельченного грунта пробу массой около 300 г и протирают сквозь сито с сеткой № 1.

Пробу выдерживают в закрытом стеклянном сосуде не менее 2 ч.

4.2.3. Образец грунта в воздушно-сухом состоянии растирают, не допуская дробления частиц и удаляя из грунта растительные остатки крупнее 1 мм, в фарфоровой ступке или в растирочной машине, просеивают сквозь сито с сеткой № 1, увлажняют, перемешивая шпателем, дистиллированной водой до состояния густой пасты, и выдерживают в закрытом стеклянном сосуде согласно п. 4.2.2.

4.2.4. Для удаления избытка влаги из образцов илов производят обжатие грунтовой пасты, помещенной в хлопчатобумажную ткань между листами фильтровальной бумаги, под давлением (пресс, груз). Грунтовую пасту из илов не допускается выдерживать в закрытом стеклянном сосуде.

4.2.5. Добавлять сухой грунт в грунтовую пасту не допускается.

4.3. Проведение испытаний

4.3.1. Подготовленную грунтовую пасту тщательно перемешивают шпателем и небольшими порциями плотно (без воздушных полостей) укладывают в цилиндрическую чашку. Поверхность пасты заглаживают шпателем вровень с краями чашки.

4.3.2. Балансирный конус, смазанный тонким слоем вазелина, подводят к поверхности грунтовой пасты так, чтобы его острие касалось пасты. Затем плавно отпускают конус, позволяя ему погружаться в пасту под действием собственного веса.

Балансирный конус представляет собой металлический пенетрационный конус (угол при вершине 30°) с двумя противовесами, жестко закрепленными на нем так, что центр тяжести устройства для устойчивости в рабочем положении находился ниже вершины конуса. Конус имеет кольцевую риску в 10 мм от вершины и общую массу (76±0.2) г (рис. П.1).

а б

Рис. П.1. а – балансирный конус; б – схема опыта

4.3.3. Погружение конуса в пасту в течение 5 с на глубину 10 мм показывает, что грунт имеет влажность, соответствующую границе текучести.

4.3.4. При погружении конуса в течение 5 с на глубину менее 10 мм, грунтовую пасту извлекают из чашки, присоединяют к оставшейся. пасте, добавляют немного дистиллированной воды, тщательно перемешивают и повторяют операции, указанные в пп. 4.3.1—4.3.3.

4.3.5. При погружении конуса за 5 с на глубину более 10 мм грунтовую пасту из чашки перекладывают в фарфоровую чашку, слегка подсушивают на воздухе, непрерывно перемешивая шпателем и повторяют операции, указанные в пп. 4.3.1—4.3.3.

4.3.6. По достижении границы текучести (п. 4.3.3) из пасты отбирают пробы массой 15—20 г для определения влажности в соответствии с требованиями пп. 2.3 и 2.4.

5. Определение границы раскатывания

5.1. Границу раскатывания (пластичности) следует определять как влажность приготовленной из исследуемого грунта пасты, при которой паста, раскатываемая в жгут диаметром 3 мм, начинает распадаться на кусочки длиной 3—10 мм.

5.2. Подготовка к испытаниям

5.2.1. Подготовку грунта производят в соответствии с пп. 4.2.1— 4.2.5 или используют часть грунта (40—50 г), подготовленного для определения текучести.

5.3. Проведение испытаний

5.3.1. Подготовленную грунтовую пасту тщательно перемешивают, берут небольшой кусочек и раскатывают ладонью на стеклянной или пластмассовой пластинке до образования жгута диаметром 3 мм. Если при этой толщине жгут сохраняет связность и пластичность, его собирают в комок и вновь раскатывают до образования жгута диаметром 3 мм. Раскатывать следует, слегка нажимая на жгут, длина жгута не должна превышать ширины ладони. Раскатывание продолжают до тех пор, пока жгут не начинает распадаться по поперечным трещинам на кусочки длиной 3—10 мм.

5.3.2. Кусочки распадающегося жгута собирают в стаканчики, накрываемые крышками. Когда масса грунта в стаканчиках достигнет 10—15 г, определяют влажность в соответствии с требованиями пп. 2.3 и 2.4.

Приложение 2

Методы статистической обработки результатов испытаний по ГОСТ 20522-96

Дата добавления: 2015-05-26