Лабораторная работа № 4 Определение напряжений от собственного веса грунта

Цель работы: ознакомление с методикой расчета напряжений.

Содержание работы

Исходные данные: геологический разрез, построенный по данным задания №1, и сводная таблица нормативных характеристик (см. таблицу 9). Значения коэффициента бокового давления приведены в таблице 12.

Таблица 12 — Значение коэффициента бокового давления

Разновидность грунта		
Песок и супесь	0,30	0,43
Суглинок	0,35	0,54
Глина	0,42	0,72

Напряжения от собственного веса грунта (природные или бытовые) и их компоненты — вертикальные (_zg) и горизонтальные (_xg=_yg) напряжения вычисляют по следующим формулам:

_zg =  h ; _xg =   h =_zg∙g , (19)

где  — удельный вес грунтов, кН/м³; h — мощность слоя, м;  — коэффициент бокового давления в массиве.

Вертикальные напряжения соответствуют весу столба грунта до поверхности. Величину горизонтальных напряжений определяют коэффициентом бокового давления, который находят через коэффициент бокового расширения (коэффициент Пуассона)

= . (20)

Природные напряжения основания, состоящего из нескольких разновидностей грунтов, равны сумме напряжений, возникающих от веса вышележащих слоев:

_zg =  ₁ h₁ +  ₂ h₂ + . . . +  _n h_n = ; (21)

_xg =  ₁  ₁ h₁ +  ₂  ₂ h₂ + . . . +  _n  _n h_n = . (22)

При наличии грунтовых вод в слоях песка расчет вертикальных напряжений производят с использованием удельного веса грунта, взвешенного в воде

, (23)

где _s — плотность частиц грунта, г/см³; _w — плотность воды, г/см³; g — ускорение свободного падения, м/с²; е — коэффициент пористости грунта.

В глинистых грунтах, где вся вода находится в связном состоянии, взвешивающее действие воды не учитывают. Если глинистый грунт является подошвой водоносного слоя, вертикальные напряжения увеличивают на величину веса столба воды

_zg =  ₁ h₁ +  _sb h₂ +  _w h _в , (24)

где  _w — удельный вес воды, кН/м³; h _в — высота столба воды, м.

Результаты расчета используют для построения соответствующих эпюр.

Пример расчета

Необходимо рассчитать и построить эпюры вертикальных и горизонтальных напряжений.

Исходные данные для расчета приведены на рис. 6.

Рис. 6 — Геологический разрез

Последовательность расчета

Определение вертикальных напряжений на контактах слоев:

_zg1 =  ₁ h₁ = 16,0  1,0=16,0 кПа;

_zg2 =  ₁ h₁ +  ₂ h₂ = 16,0 + 18,04,0=88,0 кПа;

_zg3 =  ₁ h₁ +  ₂ h₂ +  _sb h_в=88,0+10,02,0=108,0 кПа;

_zg3 =  ₁ h₁ +  ₂ h₂ +  _sb h_в +  _w h_в=108,0+10,02,0=128,0 кПа;

_zg4 =  ₁ h₁ +  ₂ h₂ +  _sb h_в +  _w h_в +  ₃ h₄=128,0+19,03,0=185,0 кПа.

Определение горизонтальных напряжений на контактах слоев:

на подошве чернозема _xg1 = _zg1 = 0,7216,0=11,5 кПа;

на кровле слоя песка _xg1 = _zg1 = 0,4316,0=6,8 кПа;

на подошве слоя песка _xg3 = _zg3 = 0,43108,0=55,0кПа;

на кровле слоя глины _xg3 = _zg3 = 0,72128,0=92,0 кПа;

на подошве слоя глины _xg4 = _zg4 = 0,72185,0=133,2кПа.

На рис. 7 приведены эпюры напряжений, построенные по результатам расчетов.

Рис. 7 — Эпюры природных напряжений:

а — вертикальных _zg, б — горизонтальных _xg