Поняття про активний та пасивний тиск на огорожу 1 страница

Питання тиску ґрунтів на підпірні стінки та інші огорожуючі конструкції (жорсткі та гнучкі підпірні стінки, кріплення стінок кар’єрів, котлованів, тонелей, гірничих виробок, тощо) є дуже важливим в інженерних розрахунках.

Як показують дослідження, тиск ґрунтів на підпірні стінки визначається: властивостями ґрунтів засипки, змінами властивостей ґрунтів у часі, розмірами та конструкціями підпірних стінок, величиною можливих переміщень стінок.

У певних умовах стінка повертається від ґрунту засипки, при певній величині повороту грунт за стінкою переходить у граничний напружений стан і як результат виникає криволінійна поверхня ковзання. Тиск ґрунту засипки на підпірну стінку називається активним тиском, а якщо стінка у випадку податливості основи повертається в сторону ґрунту засипки, то вона зустрічає опір ґрунту, який називається пасивним, або відпором.

44.Тиск сипучих пісків на підпірну стінку у випадку рівномірного привантаження.

Питання тиску ґрунтів на підпірні стінки та інші огорожуючі є дуже важливим в інженерних розрахунках. Як показують дослідження, тиск ґрунтів на підпірні стінки визначається: властивостями ґрунтів засипки, змінами властивостей ґрунтів у часі, розмірами та конструкціями підпірних стінок, величиною можливих переміщень стінок. Масив сипучого грунту, обмежений відкосом, буде знаходитися у рівновазі, якщо кут відкосу дорівнюватиме куту внутрішнього тертя грунту. При вертикальному відкосі для утримання масиву у рівновазі влаштовується підпірна стінка. Розрахунок підпірної стінки без заглиблення із сипучим ґрунтом викон. за ф-лою:

На розрахунковій схемі поверхня ковзання приймається прямолінійною, об’єм сповзаючого грунту визначається у перерізі трикутника авс, розміри якого залежать від кута внутрішнього тертя . Напруження зростає від 0 до макс. значення у підошві стінки, яке залежить від висоти стінки і питомої ваги грунту засипки. Активний тиск чисельно = площі епюр напружень і діє на рівні 1/3 висоти стінки і епюри напружень, плече сили = відстані від підошви стінки до центру ваги трикутної епюри.

У випадку коли на території вище підпірної стінки можливі додаткові навантаження розрахунок виконується шляхом моделювання і зміни ромірів епюри напружень.

h – глибина дії додаткового навантаження.

45.Тиск зв’язних ґрунтів на огорожі.

Якщо грунт має зчеплення, то замінюємо дію сил зчеплення рівномірним

тиском зв’язності, прикладеним до вільних граней грунту. Порівнюючи його дію з

дією еквівалентного шару грунту Pe = і враховуючи протилежний напрям дії

тиску зв’язності, отримаємо:

Ea = (45-

У випадку розрахунку тиску грунту засипки і у випадку оцінки стійкості схилу потрібно приймати до уваги,що зв’язні грунти до певної глибини самі утримують себе. Про це свідчить наявність вертикальної зони у верхній частині зсуву. Можна зробити висновок, що при використ. Для засипки зв’язних грунтів до певної глибини на стінку тиску не буде.hc- залежить від питомої ваги і кута внутрішнього тертя. Отже, при використанні зв’язного грунту засипки потрібно враховувати, о тиск на стінку буде значно менший. Для забезпечування експлуатаційної надійності спорул зведених на схилах при використанні підпірних стінок як засобу забезпечення стійкості дуже важливим є питання про визначення величини заглиблення стінки. Стан рівноваги наступає при рівності активних і пасивних моментів. Для знаходження оптимального заглиблення проводяться кілька варіантів розрахунків в яких відображаються реальні діапазони зміни висоти стінки, величини активного і пасивного тиску, плечі моментів і параметри грунтів засипки. Отриманий таким чином результат проектних рішень, які включать особливості інж-геол ситуації.

46.Фактори міцності та стійкості споруд.

- будова та показники властивостей грунтової основи;

-особливості режиму грунтових вод;

- ступінь сейсмічної активності;

-параметри споруди;

-характер навантаження;

-ступінь гнучкості фундаменту.

47. Визначення меж області граничної рівноваги.

При розрахунках розмірів зон граничної рівноваги (пластичних деформацій) перш за все треба визначити глибину їх розвитку шляхом співставлення максимальних кутів відхилення θmaxз кутами внутрішнього тертя φ, які змінюються в межах ґрунтової основи. Контури зони граничної рівноваги (рис.20) можна знайти і шляхом

розв’язання рівняння для знаходження граничної лінії області рівноваги, яке

базується на теорії пружності:

Найбільша потужність зони граничної рівноваги zmax при умові 2β= -φ визначається за рівнянням: z =

48.Визначення критичних тисків на грунтову основу

Величина критичного тиску на ґрунтову основу споруди визначає глибину

розвитку зони граничної рівноваги. Максимальна глибина поширення зони граничної

рівноваги (при умові, що γ=γ) матиме місце при величині граничного

критичного тиску, що розраховується за рівнянням:

Якщо прийняти zmax=0, то отримаємо формулу Пузиревського-Герсеванова

для розрахунку початкового критичного крайового навантаження, або безпечного

тиску

Для визначення точок, в яких проявляються пластичні деформації, необхідно

знайти такі значення кута бачення, при яких величина тиску буде мінімальною. Ця

умова виконується при і їй задовольняють точки, розташовані на півколі,

що проходить через крайові точки підошви фундаменту і величина тиску в цих точках визначається за формулою: Pкп= *с+γ*hф;

За нормативними документами розрахунковий опір ґрунтової основи для

будівель без підвалів визначається за формулою:

де: γ1- і γ2 - коефіцієнти умов роботи споруди, що залежать від властивостей ґрунтів основи, жорсткості споруди, тощо; M γ, M q, M c - табличні коефіцієнти, які залежать від показників зчеплення та внутрішнього тертя несучого шару ґрунту.

49. Види та причини деформацій грунтів.

Факторами, що визнач надійність споруд є не величина напруження, а деформації і осідання грунтових основ і вертикальні зміщення. РІвномірне осідання всієї споруди не викликає додаткових напружень в конструкціях(фунд, нвдземн частини), але різниця осідань окремих частин грунтової основи суттєво впливає на стан будівлі в цілому. Досвід показує, що необх вивчати і абсолютні і відносні знач осідань. Нормативними документами регламентуються значення відносних осідань. Їх величини складає від кількох до десяти тисячних. Для підвищ надійності споруд на слабких грунтових основах застосов ряд заходів, в т.ч. підсилення жорсткості фундаментів і надз конструкцій. Деформації проявл при зміні об*єму грунту. Залежать від ступеня зміни окремих фаз, що складають грунти, стиснення газів, порової води, повзучості скелету, вимивання органіки, зміни жорсткості життєдіяльності організмів. Деформації поділ на: 1)пружні;2)залишкові. при Пружних деформ спостер зміна молек сил пружності твердих часток і тонких плівок води. Залишкові деф можуть бути спричинені різними обставинами, напр., при залишк деф ущільнення зменш пористість грунтів, при деформ набухання має місце розклинюючий ефект електромолекулярних сил. При деформаціїї повзучості мають місце здвиги часток (руйн структурн зв*язків і утвор нових водно-колоїдних).

50. Метод загальних пружних деформацій

Метод загальних пружних деформацій, коли враховуються пружні переміщення точок, які знаходяться під завантаженою поверхнею, і точок, які знаходяться поза її межами.

Для визначення загальних пружних і залишкових деформацій лінійно деформованого шару ґрунту обмеженої потужності використовуються строгі рішення теорії пружності. Базовою залежністю для визначення загальних деформацій є формула Бусінеска для вертикальних переміщень точок, що знаходяться на обмежуючій поверхні напівпростору: де: - c - коефіцієнт пружного напівпростору, .Величина осідання грунтової основи залежить від форми і заглиблення фундаменту. Для кругових площин завантаження є рішення Бусінеска, для прямокутних - рішення Шлейхера, Короткіна та інші.

Всім цим рішенням можна надати єдину форму: де: W / - інтегральний коефіцієнт, що залежить від форми, площі підошви і заглиблення фундаменту (протабульований).

51.Метод місцевих пружних деформацій

На перших стадіях проектування або при проектуванні невідповідальних споруд використовують метод місцевих деформацій,При використання цього методу вважається,що ступінь навантаження є невеликим і можуть відбуватися лише пружні деформації.

Використовуючи гіпотезу Вінклера, можна говорити про пропорційну залежність між величинами напружень та величинами осідання.

b

P=Cz*z,z= P/Cz

Де z- вертикальне пермущення,

Cz -Коефіц. Пружності грунтової основи,

Р- навантаження.

Коефіцієнт Cz для природних грунтів не є величиною постійною і залежить від величини питомого навантаження, коливальних показників, фізичних та водно- фізичних властивостей грунтів. Метод є орієнтовним,не дає точних результатів, але для конструкції що має постійну площу, підошву та створює навантаження малого діапазону, цей метод можна можна застосовувати.(наприклад залізничні колії)

52. Одновимірна задача теорії консолідації (див. також пит.. 55)

Консолідація ґрунту - зміна об'єму ґрунту внаслідок дії на нього певний час навантаження.

Ця задача вперше сформульована професором К.Терцагі (1925), отримала

розвиток головним чином в працях Герсеванов (1931 – 1948) та інших вітчизняних та

зарубіжних вчених.

При дії суцільного навантаження, поширеному на значну відстань в сторони,

шар грунту буде зазнавати тільки вертикального стискання без можливості бічного

розширення, аналогічно компресійному стисканню зразка грунту у невисокому кільці.

Осідання грунту відбудеться внаслідок зміни його об’єму за рахунок зменшення

пористості при збільшенні зовнішнього тиску, але об’єм твердих часток грунту

залишається незмінним. Величина повного стабілізованого осідання визначається за

формулою:

Оскільки зміна коефіцієнту пористості прямо пропорційна зміні тиску, тобто: то відповідно матимемо: або

Де величина - коефіцієнт відносного стискання грунту.

53. Теорія фільтраційної консолідації грунтів.

Для повністю водо насичених глинистих ґрунтів широко застосовується теорія фільтраційної консолідації, передумовами використання якої є наступні:

1. Розглядаються повністю водо насичені ґрунти при наявності у порах вільної, гідравлічно безперервної води, яка не стискається.

2. Скелет ґрунту приймається лінійно деформованим, напруження миттєво викликає деформацію.

3. Грунт не має структурності і зовнішній тиск, прикладений до нього, в перший момент повністю передається на воду.

4. Фільтрація води в порах ґрунту повністю підпорядковується закону Дарсі.

У початковий момент ґрунтова маса знаходиться у статичному стані, поровий тиск води дорівнює нулю. В момент прикладання навантаження зовнішній тиск повністю передається на порову воду, у подальшому тиск у воді буде зменшуватися, а в скелеті грунту - збільшуватися, поки все навантаження не перейде на скелет. Для елементарного шару грунту на певній глибині збільшення витрат води відповідає зменшенню пористості грунту. Найбільше практичне значення має формула, за якою можна розрахувати

осідання шару грунту при суцільному навантаженні для любого проміжку часу від початку завантаження. Повному ущільненню відповідає повне стабілізоване осідання, а частковому ущільненню відповідає осідання за час t, ступінь консолідації може бути виражена рівнянням: ; де: U - ступінь консолідації; - осідання за час t; - повне осідання. Осідання за певний проміжок часу визначається за рівнянням: =S U; яке вирішується з використанням табличних коефіцієнтів.

54 визначення осідання грунтових основ методом тонкого шару

Ця задача вперше сформульована професором К.Терцагі (1925), отримала розвиток головним чином в працях Герсеванов (1931 – 1948) та інших вітчизняних та зарубіжних вчених. При дії суцільного навантаження, поширеному на значну відстань в сторони, шар грунту буде зазнавати тільки вертикального стискання без можливості бічного розширення, аналогічно компресійному стисканню зразка грунту у невисокому кільці. Осідання грунту відбудеться внаслідок зміни його об’єму за рахунок зменшення пористості при збільшенні зовнішнього тиску, але об’єм твердих часток грунту залишається незмінним. Величина повного стабілізованого осідання визначається за формулою:

Оскільки зміна коефіцієнту пористості прямо пропорційна зміні тиску, тобто: e1-e2=m0(p2-p1) то відповідно матимемо: ; або S=h*mv p де: величина - коефіцієнт відносного стискання грунту

55. Одномірна задача теорії консолідації. (див також пит.. 52)

При дії суцільного навантаження шар грунту буде відчувати тільки стиснення без можливості бокового розширення, абсолютно аналогічне компресійному стисненню в невисокому целіндру з жорсткими стінами. У розглянутих умовах будемо мати строго одновимірну задачу компресійного ущільнення грунтів і для визначення повного стабілізаційного осаду шару грунту скористаємося результатами компресійних випробувань.
Осідання грунту станеться в слідстві зміни його об'єму за рахунок зменшення пористості при збільшенні зовнішнього тиску, а об'єм твердих частинок грунту при цьому залишається практично незмінним.

.(в книги ст.. 171-181)

56. Визначення осідання грунтових основ методом еквівалентного шару.

Для оцінки величини осідання в різних точках фундаментного поля використовують метод еквівалентного шару, запропонований Цитовичем. Еквівалентний шар – шар грунту, величина осідання якого у плоскій задачі, при певній потужності відповідає осіданню у 3-х вимірній задачі і реальній потужності. Для знаходження потужності екв. шару необх. з таблиці Цитовича взяти корегуючий коефіцієнт в зал. від співвідношення довжини і ширини прямокутника (l/b) і коефіцієнта Пуассона. Дослідна точка розглядається як кутова одного із прямокутників, на які ділиться фундаментне поле. Осідання в дослідній точці є сумою осідань у декількох точках, які є кутовими у декількох робочих прямокутниках, і залежить від питомого навантаження (Р) та коефіцієнта стискання (m_v)

S_заг= S₁+ S₂ +S₃ +S₄

S₁=р* m_v*h_e1

57. Деформації структурно нестійких грунтів

До структурно нестійких, а в будівельній оцінці слабких грунтів відносяться різні за походженням грунти: торфи, мули, сапропелі, грунти рослинного шару, замочені лесові грунти, насипні грунти, намивні грунти, тощо. Торфи та за торфовані грунти утворилися в стоячих водоймах за рахунок накопичення рослинних залишків та їх перетворення без доступу кисню. За ступенем насичення органічною речовиною виділяються торфи (> 50 %), за торфовані грунти (10 – 50 %) і грунти з включенням органічної речовини (< 10 %).

Мули та замулені грунти (річкові, озерні, морські) є класифікаційною групою пилувато-глинистих грунтів, що утворилися у водному середовищі і характеризуються високою пористістю і вологістю. Сапропелі - прісноводні мули, гумусова ні, з рослинними рештками. Грунти рослинного шару (сучасні, поховані), чорноземи, степові, підзолисті, каштанові.

Структурна міцність (Pst) слабких грунтів залежить від пористості та якості солевих зв’язків, формується за рахунок водно-колоїдних зв’язків:

- структурна міцність мулів складає 0,01 – 0,03 МПа;

- структурна міцність торфів складає 0,0051 – 0,05 МПа;

При навантаженні слабких грунтів до межі структурної міцності відбувається їх ущільнення, а далі йде лавиноподібне руйнування структури грунту. Якщо слабкий грунт ущільнювати невеликими ступенями, то йде зміцнення структури за рахунок зближення агрегатів і структурна міцність збільшується При динамічних навантаженнях структурні зв’язки порушуються, а структурна міцність різко падає, проявляються тиксотропні явища..

Особливості поведінки слабких грунтів під навантаженням:

- низьке критичне навантаження;

- деформована зона розвивається на велику глибину, що супроводжується значними бічними деформаціями;

- в прошарках слабкого ґрунту в умовах швидкого навантаження можуть утворитися поверхні ковзання, що приводить до руйнування піщаних подушок;

- повільне завантаження приводить до зміцнення ґрунту, зниження деформативності, попередження видавлювання.

Для забезпечення надійної експлуатації будівлі, спорудженої на ділянці поширення органо-мінеральних ґрунтів доцільно зробити їх виторфовування

58. Загальні уявлення про реологічні процеси

Галузь науки, яка вивчає процес деформування різноманітних матеріалів в часі під дією навантаження без зміни їх речовинного складу називається реологією.

Реологічні процеси найбільш характерні для глинистих грунтів. Для водонасичених глин ці процеси відбуваються одночасно з фільтраційною консолідацією, але не закінчується разом з нею, а продовжується ще тривалий час.

При дії зростаючих зовнішніх навантажень жорсткі зв’язки поступово руйнуються, але з’являються нові - водно-колоїдні та молекулярно-контактні зв’язки в результаті зменшення відстані між частками грунтів.

Крім миттєвої деформації виділяють три стадії: невстановленої повзучості, встановленої повзучості або пластичної течії з постійною швидкістю деформування, прогресуючої течії із зростаючою швидкістю деформування. У першій стадії невстановленої затухаючої повзучості відбувається зменшення

існуючих мікро тріщин, спостерігається зменшення об’єму грунту. У другій стадії відбувається перебудова структури при незмінному об’ємі грунту. Руйнування існуючих жорстких та напівжорстких структурних зв’язків повністю компенсується виникненням нових водно-колоїдних та молекулярно-контактних зв’язків.

На третій стадії прогресуючої течії збільшується об’єм грунту і зменшується загальний опір внаслідок виникнення нових мікротріщин, що зростають і прискорюють деформацію, яка приводить грунт до крихкого руйнування або в’язкої течії, яка супроводжується видавлюванням грунту в сторони від завантаженої поверхні.

59.Реологічні моделі поведінки грунтів.

Галузь науки, яка вивчає процес деформування різноманітних матеріалів в часі під дією навантаження без зміни їх речовинного складу називається реологією. Реологічні процеси найбільш характерні для глинистих грунтів. Для водонасичених глин ці процеси відбуваються одночасно з фільтраційною консолідацією, але не закінчується разом з нею, а продовжується ще тривалий час. Дослідження при стисканні і здвиганні грунтів показують, що опір зв’язних глинистих грунтів зовнішнім силам залежить від тривалості дії навантаження. При дії зростаючих зовнішніх навантажень жорсткі зв’язки поступово руйнуються, але з’являються нові - водно-колоїдні та молекулярно-контактні зв’язки в результаті зменшення відстані між частками грунтів. Крім миттєвої деформації виділяють три стадії: невстановленої повзучості, встановленої повзучості або пластичної течії з постійною швидкістю деформування,прогресуючої течії із зростаючою швидкістю деформування. У першій стадії(1) невстановленої затухаючої повзучості відбувається зменшення існуючих мікро тріщин, спостерігається зменшення об’єму грунту. У другій стадії(2) відбувається перебудова структури при незмінному об’ємі грунту.Руйнування існуючих жорстких та напівжорстких структурних зв’язків повністюкомпенсується виникненням нових водно-колоїдних та молекулярно-контактнихзв’язків. На третій стадії(3) прогресуючої течії збільшується об’єм грунту і зменшується загальний опір внаслідок виникнення нових мікротріщин, що зростають і прискорюють деформацію, яка приводить грунт до крихкого руйнування або в’язкої течії, яка супроводжується видавлюванням грунту в сторони від завантаженої поверхні.

60.Вторинна консолідація.

Процес консолідації водонасичених грунтів відбувається з певними закономірностями до певного ступеня і залежать від особливостей ущільнення та стискання грунту.

При тривалому ущільненні на процес консолідації впливають нові водно-колоїдні зв’язки, а також вторинні ефекти, обумовлені повзучістю мінерального скелету грунту і тонких водно-колоїдних оболонок твердих часток. Тому теорія фільтраційної консолідації має певні межі застосування в залежності від досягнутого ступеня ущільнення. При завантаженні водонасичених грунтів спочатку відбувається миттєве стискання, обумовлене стисканням порової води, потім йде процес ущільнення, обумовлений переважно витисканням води із пор грунту, а потім додається процес вторинної консолідації, або повзучості скелета грунту, обумовлений незворотними зсувами часток, агрегатів та водно-колоїдних оболонок. Стадії фільтраційної консолідації можна проаналізувати за різними методами. Початок фільтраційної консолідації за методом Тейлора визначається по початковій ділянці кривої ущільнення, побудованій в координатах S Spi та . Завершення фільтраційного ущільнення, коли U = 100%, визначають кривій, побудованій в напівлогарифмічній системі координат (S pi, lg t) шляхом знаходження точки пересікання нижньої ділянки кривої фільтраційного ущільнення і останньої ділянки кривої, що відповідає вторинній консолідації. За дослідами Бюісмана ця ділянка при значних проміжках часу буде лінійно залежати від lg t, а при дуже значних - затухати в процесі старіння колоїдів грунту. Таким чином, можна вважати, що процес ущільнення водонасичених грунтів буде визначатися головним чином фільтраційною консолідацією, а далі - відбувається за рахунок вторинної консолідації. Завершення процесу фільтраційної консолідації можна легко встановити експериментально, шляхом ретельного виміру надлишкового порового тиску. Якщо приріст порового тиску майже дорівнює нулю, то можна вважати процес фільтраційної консолідації завершеним, а осідання, що продовжується можна розглядати, як деформацію повзучості скелету.

62. Деформації повзучості та методи її визначення.

Залишкову (або необоротну), коли після усунення прикладених сил або інших впливів тіло не відновлює свою початкову форму і розміри (робота зовнішніх сил переходить у теплоту). Залишкові деформації у свою чергу поділяються на пластичні, викликані зростанням напруження і в'язкі (повзучість), що відбуваються під навантаженням з перебігом часу. При деформації повзучості мають місце здвиги часток ґрунту одна відносно одної (руйнування структурних зв’язків і утворення нових водно-колоїдних. Ці деформації можна обрахувати методом загальних деформацій. Базовою залежністю для цих деформацій є формула Бусінеса для визначення величин вертикальних переміщень дослідних точок.

64. Визначення величини вертикальних та горизонтальних напружень в грунтовому масиві неоднорідної геологічної будови від власної ваги.

Якщо грунтова товща складена неоднорідними грунтами, потрібно поділити його на інженерно-геологічні елементи і виконати розрахунок вертикальних та горизонтальних напружень на підошві і покрівлі кожного елементу. За даними напружень будують епюри, які мають ламаний характер. Спостерігається тенденція до зростання величин стискаючих напружень від власної ваги, оскільки певний шар грунту є при вантажений шарами ґрунтів, що залягають вище. Епюра горизонтальних напружень має фрагментальний характер, тому що кожний ІГЕ має свій коефіцієнт бічного тиску, який залежить від коефіцієнту Пуассона. За наявності води необхідно врахувати гідростатичний тиск, величини напружень у цих межах зменшаться, проте, на покрівлі водотриву спостерігається сходинка(на епюрі), яка утворюється за рахунок дії води як у вертикальному так і горизонтальному напрямку.

65.Визначення стискаючих напружень на грунтову основу під дією рівномірно розподіленого навантаження методом кутових точок.

Дозволяє дуже швидко розрахувати стискаюче напруження для точок, що знаходяться на вертикалі під центром та кутами завантаженого прямокутника зі сторонами l та b, які називаються кутовими (рис)

Рис.Розрахункові схеми для визначення напружень під прямокутною ділянкою

Дата добавления: 2015-05-08