Зачет Механика грунтов. Закон уплотнения грунтов (компрессионная зависимость). Компрессионная кривая график изменения коэффициента пористости грунта с изменением уплотняющего давления. Примерный вид приведен на рис. 3

• Название: Закон уплотнения грунтов (компрессионная зависимость). Компрессионная кривая график изменения коэффициента пористости грунта с изменением уплотняющего давления. Примерный вид приведен на рис. 3
• Анкор: Зачет Механика грунтов
• Дата: 07.12.2022
• Размер: 5.27 Mb.
• Имя файла: zachet_grunty.docx
• Тип: Закон; #833501
• страница: 4 из 5

40. Предельная нагрузка на грунт и потеря устойчивости грунтов в основании фундаментов

Предельная нагрузка на основание Р_пред:



где N_γ; N_q; N_c - коэффициенты несущей способности, определяемые в зависимости от φ по таблице. q = γ_oh - пригрузка; с – сцепление

При Р_пред происходит выпор грунта из-под подошвы фундамента, т.е. развитие пластических деформаций в огромной области.



Рис.1.Построение поверхностей скольжения под жёстким фундаментом малого заглубления в момент достижения предельного состояния.

Устойчивость оснований- способность оснований сопротивляться выпору грунта из-под подошвы сооружения. Потеря устойчивости оснований может быть при двустороннем выпоре или при одностороннем выпоре из-под всей подошвы, когда нагрузка, передаваемая на грунт, достигнет предельной величины, называется несущей способностью основания. Потеря устойчивости оснований представляет собой последнюю фазу напряженного состояния грунта по мере нарастания нагрузки. Потере устойчивости оснований предшествует образование в нем предельно напряженных областей, в которых нарушена прочность грунта, и его частицы при малейшем добавочном усилии сдвигаются относительно друг друга.

Развитие пластических деформаций в основании приводит к тому, что осадки начинают возрастать быстрее, чем вызывающие их нагрузки (нелинейные деформации). К моменту потери устойчивости основания пластической области распространяются подо всей подошвой фундамента, и при небольшом заглублении происходит обрушение грунта с резким провальным увеличением осадок и выпором грунта на поверхность. При глубоком заложении, а также при любом заложении в рыхлых песках и связных грунтах под фундаментом образуются замкнутые пластические области (внутренний выпор) и потери устойчивости оснований в виде внезапного обрушения не наблюдается, а происходит лишь ускорение роста осадок при увеличении нагрузки. Иногда предельные в напряжения возникают не во всей выпираемой зоне, а только в ее части или даже только вдоль нижней ее границы, называется поверхностью скольжения.

41. Устойчивость грунта в откосах. Основные виды нарушения устойчивости откосов.

При разработке грунта, устройстве насыпей (дамбы, земляные плотины, дорожное полотно и т.д.) и выемок (котлованы, траншеи, каналы и т.п.), и в ряде других случаев, возникает необходимость в устройстве откосов.

Откосом называется искусственно созданная поверхность, ограничивающая природный грунтовый массив, выемку или насыпь.

Откосы нередко подвержены деформированию в виде обрушений, оползней, осыпаний и оплываний.

Обрушения имеют место при потере массивом грунта опоры у подножия откоса. Оползни и оползания характеризуются перемещением некоторого объема грунта. Осыпание происходит при превышении силами сдвига сопротивления несвязного грунта на незакрепленной поверхности. Оплыванием (сплывом) называется постепенная деформация нижней части обводненного откоса или склона без образования четких поверхностей скольжения.

Основными причинами потери устойчивости откосов являются:

­─устройство недопустимо крутого откоса;

─устранение естественной опоры массива грунта из-за разработки траншей, котлованов, подмыва откосов и т.д.;

─увеличение внешней нагрузки на откос, например, возведение сооружений или складирование материалов на откосе или вблизи него;

─снижение сцепления и трения грунта при его увлажнении, что возможно при повышении уровня подземных вод;

─неправильное назначение расчетных характеристик прочности грунта;

─влияние взвешивающего действия воды на грунты в основании;

─динамические воздействия (движение транспорта, забивка свай и т.п.), проявление гидродинамического давления и сейсмических сил.

Нарушение устойчивости откосов часто является результатом нескольких причин, поэтому при изысканиях и проектировании необходимо оценивать вероятные изменения условий существования грунтов в откосах в течение всего периода их эксплуатации.



Рис.1. Характерные виды деформаций откосов: а — обрушение; б — сползание; в — оползень; г — оползень с выпором; д — оплывание; 1 — плоскость обрушения; 2 — плоскость скольжения; 3 — трещина растяжения; 4 — выпор грунта; 5 — слабый прослоек; 6,7—установившийся и первоначальный уровни воды; 8 — поверхность оплывания; 9 — кривые депрессии

Различают три основных типа разрушения откоса (рис.2):

разрушение передней части откоса (см. рис.2,а). Для крутых склонов (α > 60°) характерно сползание с разрушением передней части откоса. Такое разрушение чаще всего возникает в вязких грунтах, обладающих адгезионной способностью и углом внутреннего трения;

разрушение нижней части откоса (см. рис.2,6). На сравнительно пологих откосах разрушение происходит таким образом, что поверхность
скольжения соприкасается с глубоко расположенным твердым слоем. Такой тип разрушения чаще всего возникает в слабых глинистых грунтах, когда твердый слой расположен глубоко;

разрушение внутреннего участка откоса (см. рис.2,в). Разрушение происходит таким образом, что край поверхности скольжения проходит выше передней части откоса. Такое разрушение также возникает в глинистых грунтах, когда твердый сдой находится сравнительно неглубоко.

Таким образом, основными причинами нарушения устойчивости земляных масс являются эрозионные процессы и нарушение равновесия.

Рис.2. Типы разрушения откосов: а — разрушение передней части откоса; б — разрушение нижней части откоса; в — разрушение внутреннего участка откоса.

42. Устойчивость откосов, обладающих только трением или сцеплением.

Откосы образуются при отсыпках различных насыпей (дороги, дамбы, плотины) и устройстве выемок (дороги, канавы, траншеи, котлованы, каналы, карьеры) или при перепрофилировании территорий. Природный откос, ограничивающий массив грунта естественного сложения, называется склоном.

Для характеристики откоса используют термины: подошва откоса (рис.9.1, точка А), бровка откоса (рис.9.1, точка С), высота откоса - Н, заложение – В. Крутизна откоса характеризуется углом наклона или его тангенсом.

Причины, приводящие к нарушению устойчивости массивов грунта в откосах:1. Увеличение крутизны откоса (подмыв берегов реки) 2.Увеличение нагрузки на откос (строительство на бровке) 3.Обводнение грунтов (уменьшение механических характеристик: С; и увеличение удельного веса грунта ) 4. Деятельность строителей (устройство котлованов, выработок с вертикальными стенками).

Устойчивость свободных откосов и склонов. Для установления некоторых понятий рассмотрим две элементарные задачи: 1) устойчивость откоса идеально сыпучего грунта и 2) устойчивость идеально связного массива грунта.

1. Рассмотрим условие равновесия идеально сыпучего грунта.

Пусть имеем откос сыпучего грунта, на котором свободно лежит твердая частица М (рис. 4.15, а).



Разложим вес частицы Р на две составляющие: нормальную N к линии откоса ab и касательную Т. Сила Т стремится сдвинуть частицу к подножию откоса, но ей будет противодействовать сила трения Т', пропорциональная нормальному давлению, т.е. T'=fN (где f — коэффициент трения).

Проектируя все силы на наклонную грань откоса, имеем



откуда tgα=f, а так как коэффициент трения f=tgφ, то окончательно получим



Таким образом, предельный угол откоса сыпучих грунтов равен углу внутреннего трения грунта. Этот угол носит название угла естественного откоса.

Понятие об угле естественного откоса относится только к сухим сыпучим грунтам, а для грунтов связных глинистых оно теряет всякий смысл, так как у последних в зависимости от их увлажненности угол откоса может меняться от 0 до 90° и зависит также от высоты откоса.

2. Рассмотрим условия равновесия идеально связного грунта (φ=0; с≠0).

Примем приближенно, что нарушение равновесия при некоторой предельной высоте h произойдет по плоской поверхности скольжения ас, наклоненной под углом α к горизонту (рис. 4.15, б).

Составим уравнение равновесия всех сил, действующих на оползающую призму abc. Действующей силой здесь будет вес Р призмы abc.

Принимая во внимание, что согласно рис. 4.15, б стороны призмы bc=h·ctgα, получим



Силу Р разложим на нормальную и касательную к поверхности скольжения ас. Силами, сопротивляющимися скольжению, будут лишь силы сцепления с, распределенные по плоскости скольжения ас = h/sinα.

Так как в верхней точке с призмы abc давление будет равно нулю, а в нижней а — максимальным, то в среднем следует учитывать лишь половину сил сцепления, что элементарным путем позволяет прийти к решению, совпадающему для рассматриваемого случая со строгим решением теории предельного равновесия.

Составим уравнение равновесия, взяв сумму проекций всех сил на направление ас и приравняв ее нулю:



Определим значение высоты h=h₉₀, соответствующей максимальному использованию сил сцепления. Очевидно, что при этом



Таким образом, массив связного грунта может иметь вертикальный откос определенной высоты. При высоте, большей h₉₀, произойдет сползание призмы abc.

В природных условиях грунты обладают не только сцеплением, но и трением, и задача устойчивости откосов становится значительно более сложной, особенно при строгой ее по­становке.

При строгой постановке задачи для грунтов, обладающих как внутренним трением, так и сцеплением, рассматривают две основные задачи: 1) определение максимального давления на горизонтальную поверхность массива грунта, при котором откос заданного очертания остается в равновесии, и 2) определение формы равноустойчивого откоса предельной крутизны.



1. Приведем результаты решения первой задачи, полученные на основе численного интегрирования дифференциальных уравнений предельного равновесия при различных углах внутреннего трения и разных углах наклона плоского откоса к горизонту (рис. 4.16).

Предельное давление



где — значение безразмерного предельного давления; p_e=c·ctgφ — давление связности; — относительная координата.

2. Координаты равноустойчивых откосов в безразмерных единицах:



где — безразмерные координаты.

Очертание равноустойчивого откоса строят, начиная с его верхней кромки.

По В. В. Соколовскому, горизонтальная поверхность равноустойчивого откоса может нести равномерно распределенную нагрузку, определяемую выражением



Полагая p₀=γh, получим



Или для идеально связного грунта (при φ=0) получим прежнюю формулу



43. Графоналитический метод определения устойчивости откосов. Откосы, обладающие трением и сцеплением.

Графоаналитические методы расчета устойчивости откосов. Большое распространение на практике получил метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения, сущность этого метода заключается в отыскании круглоцилиндрической поверхности скольжения с центром в некоторой точке О, проходящей через подошву откоса, для которой коэффициент устойчивости будет минимальным.

Для того что бы учесть свойства различных грунтов, слагающих откос и нагрузки, приложенные в различных зонах откоса, область обрушения откоса разбивается на отдельные блоки с вертикальными стенками. Расчетная схема для данного метода приведена на рис.



Расчет ведется для отсека, для чего оползающий клин ABC разбивается на n вертикальных отсеков. Делается предположение, что нормальные и касательные напряжения, действующие по поверхности скольжения, в пределах каждого из отсеков оползающего клина определяются весом данного отсека Q_i, и равны соответственно:

          (9.16)

              (9.17)

Здесь
A_i— площадь поверхности скольжения в пределах i-го вертикального отсека, A_i= 1l_i; l_i— длина дуги скольжения в плоскости чертежа (см. рис. 9.9).

Препятствующее оползанию откоса сопротивление сдвигу по рассматриваемой поверхности в предельном состоянии

               (9.18)

Из (9.16)—(9.18) следует выражение для силы сопротивления сдвигу в пределах i-го отсека:

         Устойчивость откоса можно оценить отношением моментов удерживающих M_s,l и сдвигающих M_s,a сил. Соответственно коэффициент запаса устойчивости определим по формуле

         (9.20)

Момент удерживающих сил относительно О представляет собой момент сил Q_i:

            (9.21)

Момент сдвигающих сил относительно точки О

         (9.22)

Тогда формулу (9.19) можно записать в следующем виде:

               (9.23)

При наличии подземных вод учитывают фильтрационное давление, которое будет уменьшать устойчивость откоса. Фильтрационное давление определяют как нормальную составляющую:

             (9.24)

для i-й призмы или отсека



где А'— площадь, занятая фильтрационным потоком в оползающей призме грунта, равная А' = А'₁ + А'₂ + А'₃ (рис. 9.10); γ_ω — удельный вес воды.