Реферат - Фізичні властивості грунтів. Методи визначення осідань фундаментів

n1.doc (1 стор.)
Оригінал





Зміст

1 Фізичні властивості грунтів 3

2 Методи визначення осідань фундаментів 10

Список використаних джерел 18




Фізичні властивості грунтів
При вивченні фізичних властивостей грунтів слід розрізняти характеристики, що дозволяють охарактеризувати фізичний стан грунтів. До них відносяться коефіцієнт пористості, коефіцієнт насичених вологою, відносна щільність і межі констстенціі (густоти).

Основною відмінністю грунтів як пухких гірських порід від тіл суцільних є те, що тверді частинки в них не утворюють суцільної маси, а займають лише частину обсягу грунту, тобто грунти володіють тією або іншою пористістю, причому міцність зв'язків між окремими частинками значно менше пористості матеріалу самих частинок. Тому найважливішим фізичною характеристикою грунтів як дисперсних тіл є їх пористість.

У природних грунтах завжди міститься та або інша кількість води, яке має великий вплив на взаємозв'язок мінеральних часток. Тому другою найважливішою фізичною характеристикою буде їх вологість.

Для обчислення цих характеристик і похідних від них величин попередньо дослідним шляхом для зразків грунту природної непорушеною структури повинні бути знайдені три основних фізичних показника

? - Об'ємна вага грунту природної непорушеною структури;

? V - питома вага твердих частинок грунту;

? - Вагова вологість грунту природної структури.

Для визначення об'ємної ваги грунту? беруться проби за допомогою спеціальних грунтоносов. Вологість грунту визначається зважуванням зразка в природному стані і після висушування при 105 єС до постійної ваги. Питома вага визначається за допомогою пікнометра і для найбільш поширених грунтів коливається в межах від 2.5 - 2.8.

Уявімо деякий обсяг грунту V, який дорівнює сумі V1 + V2, де V1 - обсяг твердих частинок грунту і V2 - об'єм пор (рис. 1). Нехай вага твердих частинок в об'ємі V дорівнюватиме g1 і вага води g2.


Рісонок 1 - схема розподілу окремих фаз у еденице об'єму грунту
Питома вага грунту



Питома вага грунту



Вагова вологість грунту



m - обсяг твердих частинок (скелета грунту), віднесений до еденице обсягу грунту;

n - пористість, або обсяг пір, віднесений до одиниці об'єму грунту;

? - Коефіцієнт пористості;

Iw - коефіцієнт водонасичення;

Wп - повна вологоємність грунту;

? С - об'ємна вага скелета грунту, чисельно рівний вазі твердих частинок в одиниці об'єму грунту;

? У - питома вага води, що дорівнює 1 г / смі.

Вагова вологість



звідки об'ємна вага скелета грунту



При ваговій вологості грунту w вираз прийме вигляд:


Коефіцієнт пористості.

Знаючи обсяг об'ємна вага скелета грунту? С можна визначити пористість і коефіцієнт пористості грунту в непорушеному стані.

Сума обсягу твердих частинок та пор дорівнюватиме повного об'єму грунту

m + n = 1,

звідки

m = 1 - n,

n = 1 - m,

то об'єм грунту дорівнює



Більш зручною характеристикою служить коефіцієнт пористості



Отримаємо



Величина коефіцієнта пористості? ? 0.5 характеризує грунти як хороші підстави для споруд. Величина? ? 1 показує, що грунти складені пухко і при зведенні на них споруд часто потрібно штучне їх ущільнення.

Співвідношення, що випливають з розглянутих залежностей:



Для одиниці об'єму грунту отримаємо обсяг пір



І обсяг твердих частинок (скелета)


Коефіцієнт водонасичення.

Наявність у грунті води впливає на пористість, а отже і на щільність залягання грунтів

Wп - повна вологоємність грунту



звідси



При повному заповненні грунту водою (Wп = W) будемо мати



Коефіцієнт водонасичення



Або



Об'єм води



Обсяг пір



За нормами і технічним умовам проектування природних підстав піщані грунти, а так само лесові глинисті в зависимомти від ступеня насичення їх водою поділяють на:

маловологі 0 <Iw <0.5

дуже вологі 0.5 <Iw <0.8

насичені водою 0.8 <Iw <1

Поділ грунтів за ступенем насичення має значення при виборі розрахункового опору в підставах споруд. Для маловлажних пилуватих пісків основне розрахунковий опір для підстав цивільних споруд приймається 2.5 кг / смІ, для насичених водою - 1.5 кг / смІ, за умови що грунтом не розпушується потоками грунтових вод.

Величина коефіцієнта водонасичення характеризує характеризує зі скількох окремих компонентів складається даний грунт.

  1. Iw = 0 - однокомпонентна система частинок, якщо виключити повітря. У сухих піщаних, крупнозернистих грунтах, що залягають вище рівня грунтових і капілярних вод.

  2. Iw = 1 - двокомпонентна система частинок (тверді часіци + вода). Цей випадок відноситься до грунтів залягає нижче рівня грунтових вод і для вирішення задачі механіки грунтів буде застосовна теорія гідродинамічних тисків і фільтраційна теорія ущільнення грунтів.

Питома вага грунту, полегшеного вагою обсягу витісненої води:



Можна написати



Для грунтів, всі пори якого заповнені водою справедливо вираз:



  1. 1> Iw> 0 - трьохкомпонентна система частинок. Відповідає грунту, до складу якого входять тверді частинки (скелет) + вода + гази, при неповному заповненні його пір водою.

Для одиниці об'єму грунту об'єм води, відповідний певної вологості w, дорівнює



При повному заповненні пір грунту водою об'єм води дорівнює



Об'єм газів Va (включаючи водяна пара)



або



Якщо



то в грунті є гази, зазвичай при жорсткому скелеті сполучені з атмосферою, а при пружному скелеті і пластинчастої формі частинок - замкнуті.
Найпростіші характеристики фізичних властивостей грунтів

Величини, що визначаються досвідом

Величини, обчислювані для грунту непорушеною структури

? - Об'ємна вага грунту непорушеною структури;


w - вагова вологість грунту в частках одиниці;
? У - питома вага грунту


1.? С - об'ємна вага скелета грунту



2. Пористість грунту



3. Коефіцієнт пористості грунту



4. Обсяг часу в 1 смі грунту



5. Об'єм твердих частинок в 1 смі грунту



6. Питома вага грунту, полегшеного вагою обсягу витісненої води:



7. повна вологоємність грунту



8. Коефіцієнт водонасичення



9. Коефіцієнт пористості при повному заповненні пір грунту водою



10. Об'єм газів в 1 смі грунту






Методи визначення осідань фундаментів

Метод еквівалентного шару.

При розрахунку осад за методом еквівалентного шару враховується обмежене бічне розширення грунтів, всі складові нормальних напружень в стислій зоні грунту під фундаментом, а також вплив розмірів, форми фундаментів і їх жорсткості на величину осад як функції часу. Метод полягає у визначенні осад фундаменту заданих розмірів на стисливому грунті шляхом розрахунку рівновеликої опади еквівалентного шару грунту

Від дії місцевого навантаження в масиві грунту виникають стискаючі напруги, величина яких може бути охарактеризована ізобарами (рис 2)



Рисунок 2 - ізобари в грунті при різних розмірах завантаженої площі
S0 - осаду ленейно-деформівного шару при суцільній навантаженні: s - осідання фундаменту заданих розмірах і форми на лінійно-деформованій масиві.

Для визначення еквівалентного шару вважаємо що



Відносна деформація шару грунту при суцільній навантаженні



Множачи відносну деформацію на повну висоту стискуваного шару hs отримаємо



Осадка фундаменту заданих розмірів і форми на лінійно-деформованій масиві



Підставляючи значення, отримаємо



Знаходимо



Позначивши постійний для даного грунту коефіцієнт, що залежить від бокового розширення грунту



отримаємо остаточну формулу для обчислення потужності еквівалентного шару грунту



Таким чином, для визначення осідання фундаментів на однорідних грунтах остаточно отримаємо такий вираз:



Ця формула справедлива для всіх грунтів (незалежно від того насичені вони водою чи ні), враховує обмеженість бокового розширення грунту, розміри, форму і жорсткість фундаментів, вплив на осідання всіх компонентів напруг і є повним вираженням для стабілізованою осідання фундаментів на однорідних грунтах.

Для спрощення розрахунків складена допоміжна таблиця.


Метод пошарового підсумовування.

У більшості практичних випадків підставу складено за глибиною різнорідними грунтами, представленими в матеріалах інженерно-геологічних вишукувань інженерно-геологічними елементами (ІГЕ). Метод пошарового підсумовування дозволяє враховувати різнорідність грунтового масиву по глибині. В основі методу лежить підсумовування осад елементарних шарів від дії додаткових напружень з використанням формули.



При цьому розподіл додаткових напружень в грунтовому масиві приймається відповідно з моделлю лінійно деформується півпростору.

Додатковими напруженнями називають напруги в грунтовому масиві від дії зовнішнього навантаження. Розрахункова схема визначення осідань основи за методом пошарового підсумовування представлена ​​на рис. 3



Основними припущеннями методу пошарового підсумовування є наступні передумови:

1) напруги в грунтовому масиві не перевищують розрахункового опору грунту, що дозволяє використовувати для розрахунку осад закон ущільнення Терцагі;

2) поперечні деформації грунту дорівнюють нулю, що дозволяє використовувати для обчислення модуля деформації грунту рішення, отримані для ассімметрічного компресійного стиснення;

3) розподіл додаткових вертикальних напружень по глибині грунтового масиву приймається як для центрального перерізу рівномірно завантаженої поверхні лінійно деформується півпростору;

4) стислива зона грунтового масиву обмежена глибиною, на якій додаткові тиску не перевищують 10-20% побутових тисків. Перераховані вище припущення впорядковано численними експериментами і натурними спостереженнями за опадами побудованих будівель і споруд.

Розрахункова формула методу пошарового підсумовування має вигляд:



де р - Тиск на рівні підошви фундаменту;

? Zg, 0 - Побутове тиск на рівні підошви фундаменту;

? Zp, i,? Zg, i - Відповідно додаткове і побутове тиск у центрі i-го шару грунту;

? I - Коефіцієнт розподілу додаткових тисків у центральному перерізі фундаменту (функція співвідношень розмірів фундаменту в плані і відносної глибини i-го шару грунту);

? - Коефіцієнт виду напруженого стану, що дорівнює 0,8; E i, h i - Модуль деформації і товщина i-го шару грунту; 0,2 (0,1) - коефіцієнти обмеження стисливої ​​товщі масиву грунту;

n - Кількість розрахункових шарів грунту в стисливої ​​товщі.

Величину повного осідання визначають як суму осад окремих елементів



або



Рекомендується враховувати напругу тільки до глибини, при якій



Побутове тиск обчислюється від природного рельєфу при плануванні підсипанням (рис. 2) або від планувальної позначки при плануванні зрізанням грунту. При обчисленні побутових тисків враховується зважувальне дію води і гідравлічний напір на рівні водоупору. Товщина елементарного шару грунту приймається не більше 0,4 ширини фундаменту. Кордонами елементарних шарів обов'язково повинні бути межі геологічних шарів, рівень грунтових вод і рівень водотривкого шару.

Метод кутових точок.

Є різновидом методу пошарового підсумовування для обчислення осад у довільній точці поверхні грунтового масиву, в тому числі за межами завантаженої поверхні. Обчислення виконуються за формулою



при підстановці в неї замість напружень по центральній осі фундаменту? zp, i напружень по вертикалі, що проходить через розглянуту точку поверхні грунтового масиву? zpc, i. Зазначені напруги від діючих на поверхні грунтового масиву навантажень обчислюються методом кутових точок.

Метод лінійно деформівного шару. Використовується в тих випадках, коли метод пошарового підсумовування дає завищені значення осад. До цих випадків належать такі: 1) у товщі грунтового масиву залягає практично нестисливий грунт з модулем деформації, що дорівнює або більше 100 МПа; 2) ширина фундаментів дорівнює або превишает10 м і під підошвою фундаментів залягає грунт з модулем деформації, що дорівнює або більше 10 МПа.

Більш строго область застосовності методу лінійно деформується шару регламентована в нормах на проектування основ і фундаментів. За структурою розрахункових формул цей метод практично не відрізняється від методу пошарового підсумовування. Основною відмінністю є те, що в методі лінійно деформується шару глибина стисливої ​​товщі обмежена товщиною цього шару Н, наприклад, глибиною залягання практично нестисливого шару грунту. Осадка підстави обчислюється за формулою



де р - Середній тиск під підошвою фундаменту;

b - Ширина подошвифундамента;

k c - Коефіцієнт, що залежить від відносної потужності шару;

k m - Коефіцієнт, що залежить від модуля деформації грунту;

k i, k i-1 - Коефіцієнти розподілу тисків у лінійно деформується шарі (табульовані в нормах на проектування підстав);

E i - Модуль деформації грунту.


Список використаних джерел


  1. Цитовіч Н.А. Механіка грунтів. Госстройиздат Москва - 1963. 636 с.




  1. Ухов С.Б., Семенов В.В., Знам'янський В.В. та ін Механіка грунтів, основи і фундаменти.-М.: Вища. шк., 2002




  1. Далматов Б.І. Механіка грунтів, основи і фундаменти.-Л.: «Стройиздат», 1988.



Навчальний матеріал
© ukrdoc.com.ua
При копіюванні вкажіть посилання.
звернутися до адміністрації