Природное давление грунта расчет

Содержание

Напряжения от собственного веса грунта
3. Определение напряжений в массиве грунта от действия собственного веса (бытовое давление)
Пример расчета
Пример расчета

Напряжения от собственного веса грунта

Вертикальные нормальные напряжения в грунте от веса лежащих выше грунтов называют природным или бытовым давлением и обозначают s_zg.

Природное давление в однородном грунте на глубине h определяются по формуле

где g – удельный вес грунта.

Природное давление в неоднородном основании на кровле (n+1)-го слоя вычисляется по формуле

где g_i и h_i – соответственно удельный вес и толщина i-го слоя грунта.

Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод, но выше водоупора, должен приниматься с учетом взвешивающего действия воды по формуле (11). На кровлю водонепроницаемого слоя грунта (на водоупор) в этом случае действует дополнительное давление равное g_wh_w; здесь g_w = 10 кН/м 3 – удельный вес воды, h_w — разность отметок уровня грунтовых вод (WL) и кровли водоупора (рисунок 12).

Если под слоем водонепроницаемого грунта расположены грунтовые воды, то на кровлю грунта под водоупором действуют давления, уменьшенные на g_wh₂; здесь g_w = 10 кН/м 3 – удельный вес воды, h₂ – толщина водонепроницаемого слоя грунта (рисунок 13).

График напряжений от собственного веса грунта s_zg называется эпюрой напряжений от собственного веса грунта.

Пример 2.Построить эпюру напряжений от собственного веса грунта для грунтовых условий, приведенных на рисунке 14. Характеристики грунтов:

1 Слой — g₁ = 20 кН/м 3 ;

2 Слой — g_s = 26,6 кН/м 3 ; е = 0,661;

3 Слой — g₃ = 22 кН/м 3 .

Решение. На поверхности грунта напряжение от собственного веса грунта равно нулю.

Напряжение по подошве первого слоя равно s_zg₁ = g₁h₁ = 20×2 = 40 кПа.

Напряжение по подошве второго слоя вычисляем с учетом взвешивающего веса воды

Напряжение на кровле водоупора вычисляем с учетом дополнительного давления от веса воды во втором слое

Напряжение по подошве третьего слоя

Напряжение на кровле четвертого слоя вычисляем с учетом обратного скачка

Контрольные вопросы для самоподготовки.

1. Фазы напряженно-деформированного состояния грунтов при передаче на них постепенно увеличивающейся нагрузки.

2. Что характеризует начальное критическое давление?

3. Что понимают под расчетным сопротивлением грунта?

4. Как экспериментально определить распределение давлений по подошве фундамента?

5. Закон распределения давлений по подошве фундамента полученный в результате теоретических исследований.

6. Закон распределения давлений по подошве фундамента, применяемый в инженерных расчетах.

7. Определение напряжений в толще грунта от сосредоточенной силы, приложенной к поверхности грунтового основания.

8. Определение напряжений в толще грунта от равномерно распределенного давления, приложенной к поверхности грунтового основания на прямоугольной площади.

9. Какой принцип заложен в определении напряжений в толще грунта по методу угловых точек?

10. Какие имеются особенности определения напряжений в толще грунта от собственного веса при наличии в основании напорных и безнапорных грунтовых вод?

Дата добавления: 2017-04-05 ; просмотров: 10693 ;

Источник

3. Определение напряжений в массиве грунта от действия собственного веса (бытовое давление)

На практике используют упрощенную методику расчета, основанную на предположении о том, что природные напряжения в массиве грунта формируются только под действием собственного веса [3  8]. Также принято считать, что все деформации массива от собственного веса прекратились и напряжения полностью стабилизировались. Практический интерес представляют значения сжимающих напряжений σ_z.

При горизонтальной поверхности массива грунта однородного напластования сжимающие напряжения на глубине z определяются выражением

где γ – удельный вес грунта.

Эпюра природных напряжений массива грунта однородного напластования при горизонтальной поверхности будет иметь вид треугольника (рис. 6 а).

При неоднородном напластовании или наличии подземных вод, а также при горизонтальной поверхности напряжения от собственного веса грунтов будут определяться отдельно для каждого слоя (рис. 6 б). Причем удельный вес грунта, расположенного ниже уровня подземных вод, будет определяться с учетом взвешивающего действия воды γ_sb:

где γ_s – удельный вес частиц грунта; γ_ω – удельный вес воды, принимается равным 1 т/м 3 ; е – коэффициент пористости грунта.

Рис. 6. Эпюры распределения напряжений от собственного веса грунтов

Если ниже уровня подземных вод залегает водоупорный слой, то на его кровле дополнительно учитывают давление от столба вышерасположенной воды равное γ_ω·h_ω (рис. 6 в).

Пример 6. Определить напряжения от собственного веса грунтов и построить эпюру распределения данных напряжений по скважине № 1. Исходные данные см. примеры 1 и 2.

Первоначально на основании данных инженерно-геологических изысканий (см. пример 2) строим в масштабе геологическую колонку с указанием мощности слоев грунта, уровней подземных вод и водоупора (рис. 7). Далее на основании результатов определения физико-механических характеристик грунтов (см. пример 1) для каждого слоя грунта указываем необходимые для дальнейшего расчета данные.

Рис. 7. Совмещенная схема геологической колонки и эпюры

распределения напряжений от собственного веса грунтов

Расчет напряжений от собственного веса грунтов проводим последовательно, начиная от поверхности земли. Расчетные точки располагаем на поверхности земли, на границах слоев грунтов, на уровнях подземных вод и водоупора.

На поверхности земли дополнительная пригрузка отсутствует, поэтому напряжение равно .

Напряжение на границе между первым и вторым слоями грунта определяем как сумму напряжений σ₁ и от собственного веса грунта первого слоя:

т/м 3 .

Напряжение на уровне подземных вод определяем как сумму напряжений σ₂ и от собственного веса грунта второго слоя на расстоянии от его кровли до уровня подземных вод:

т/м 3 .

Напряжение на границе между вторым и третьим слоями грунта определяем как сумму напряжений σ₃ и от собственного веса грунта второго слоя на расстоянии от уровня подземных вод до его подошвы, при этом учитываем взвешивающее действие воды на частицы грунта второго слоя

т/м 3 ,

где т/м 3 .

Напряжение на границе между третьим и четвертым слоями грунта определяем как сумму напряжений σ₄ и от собственного веса грунта третьего слоя, при этом учитываем взвешивающее действие воды на частицы грунта третьего слоя

т/м 3 ,

где т/м 3 .

На кровле четвертого слоя напряжение определяем с учетом дополнительного напряжения от столба вышерасположенной воды как сумму напряжений σ₅ и от собственного веса столба вышерасположенной воды:

т/м 3 .

На уровне нижней границы скважины напряжение определяем как сумму напряжений σ₆ и от собственного веса грунта четвертого слоя на расстоянии от его кровли до уровня забоя скважины:

т/м 3 .

Далее по полученным значениям σ₁–σ₇ в масштабе строим эпюру распределения напряжений от собственного веса грунтов, которую совмещаем с уже построенной геологической колонкой (рис. 7).

Источник

Пример расчета

225 кН/м.

Пассивное давление грунта на подпорную стенку:

Равнодействующая пассивного давления:

43,58 кН/м.

По полученным данным строим расчетную схему и эпюру напряжений (рис.3.4.1).

При построении расчетной схемы и эпюр активного и пассивного давлений грунта на подпорную стенку следует принимать масштаб расстояний 1:50, масштаб давлений 0,025 МПа в 1 см.

Рис.3.4.1. Расчетная схема подпорной стены

3.4.2. Определение давления на подпорную стенку от идеально сыпучего грунта с учетом пригруза на поверхности грунта

Действие сплошнго равномерно распределенного пригруза в этом случае заменяется эквивалентной высотой слоя грунта, равной:

. (3.4.6)

Активное давление на уровне верха подпорной стенки:

. (3.4.7)

Активное давление на подошве подпорной стенки:

. (3.4.8)

Равнодействующая активного давления:

. (3.4.9)

Высота заглубления стенки h / =1,5 м.

Угол внутреннего трения грунта φ=16 0 .

Удельный вес грунта γ=22 кН/м 3 .

Интенсивность пригрузки

Эквивалентная высота слоя грунта:

2,27м.

Активное давление на уровне верха подпорной стенки:

28,36кПа.

Активное давление на подошве подпорной стенки:

103,33 кПа.

Равнодействующая активного давления:

395,07 кН/м.

По полученным данным строим расчетную схему и эпюру напряжений (рис.3.4.2).

Рис.3.4.2. Расчетная схема подпорной стены с пригрузом

3.4.3. Определение давления на подпорную стенку от связного грунта

Действие сил сцепления заменяется всесторонним давлением связности:

. (3.4.10)

Далее приводим давление связности по вертикали к эквивалентному слою грунта:

. (3.4.11)

Активное давление на подошве подпорной стенки:

(3.4.12)

Подставляя значения и преобразовывая, получаем:

. (3.4.13)

На некоторой глубине суммарное давление будет равно нулю, из условия находим высотуh_с:

. (3.4.14)

Равнодействующая активного давления:

. (3.4.15)

Равнодействующая пассивного давления в связных грунта будет равна:

. (3.4.16)

Пример расчета

Высота заглубления стенки h / =1,5 м.

Угол внутреннего трения грунта φ=21 0 .

Удельное сцепление грунта с=18 кПа.

Удельный вес грунта γ=22 кН/м 3 .

Действие сил сцепления заменяем всесторонним давлением связности:

46,88 кПа.

Далее приводим вертикальное давление связности к эквивалентному слою грунта:

2,13м.

Активное давление на подошве подпорной стенки:

38,0 кПа.

2,37 м.

Равнодействующая активного давления:

68,97 кН/м.

Равнодействующая пассивного давления:

131,59 кН/м.

По полученным данным строим расчетную схему и эпюру напряжений (рис.3.4.3). При построении расчетной схемы и эпюр активного и пассивного давлений грунта на подпорную стенку следует принимать масштаб расстояний 1:50, масштаб давлений 0,025 МПа в 1 см.

Рис.3.4.3. Расчетная схема подпорной стены

3.5. Задача №5. Расчет осадки методом послойного суммирования

Величину полной стабилизированной осадки грунтовой толщи по методу послойного суммирования определяют как сумму осадок элементарных слоев грунта по формуле:

где — среднее напряжение в— ом элементарном слое грунта, равное полусумме напряжений на верхнейи нижнейграницах этого слоя;

— расстояние от подошвы полосы нагружения до элементарного слоя;

— толщина элементарного слоя;

— модуль общей деформации грунта элементарного слоя;

— безразмерный коэффициент, принимаемый для всех грунтов равным 0,8;

— число элементарных слоев грунта, на которое разделена по глубине активная зона сжатия.

Напряжения вычисляются по формуле:

где — коэффициент рассеивания напряжений, принимаемый для полосообразной нагрузки () по таблице в зависимости от относительной глубины;

— давление на подошве полосы нагружения, вызывающее осадку;

— интенсивность полосообразной нагрузки;

— природное давление в грунте на уровне подошвы полосы нагружения.

Значения коэффициента приведены в табл.2.1 приложения 2 настоящих методических указаний.

Глубина активной зоны сжатия соответствует такой глубине, ниже которой деформациями грунтовой толщи можно пренебречь. В общем случае её рекомендуют принимать на глубине, где напряжениесоставляет 0,2 величины природного давления.

При построении расчетной схемы следует принимать масштаб расстояний 1:50, масштаб напряжений 0,05 МПа в 1 см.

Дано:

Решение: Вычисляем ординаты эпюр природного давления и вспомогательной эпюры:

на уровне поверхности земли

=0 =0

на уровне подошвы фундамента с учетом взвешивающего действия воды

где .

, .

Так как во втором слое залегает водонепроницаемая глина, к вертикальному напряжению на кровлю глины добавляется гидростатическое давление столба воды, находящейся над глиной: