1. Общие положения

Механика грунтов является теоретической базой для фундаментостроения и включает расчетно-теоретические основы взаимодействия сооружений с грунтовыми массивами, которые используются как основания этих сооружений или как среда, в которой возводятся те или иные инженерные конструкций.

При оценке взаимодействия сооружений с грунтовыми массивами важное практическое значение имеют вопросы прочности и устойчивости грунтов и давления их на ограждения. Выполнение курсовой работы призвано способствовать закреплению теоретических знаний студентов в первую очередь по этим разделам механики грунтов, а также в приобретении ими практических навыков в расчетах устойчивости сооружений и их оснований.

Особую группу сооружений с точки зрения характера взаимодействия их с грунтовыми массивами представляют подпорные стенки.

Подпорными стенками называют сооружения, поддерживающие перепад грунта. Они широко используются в промышленном, гражданском, гидротехническом и транспортном строительстве. К примеру, на рис. l.1 показана подпорная стенка, ограждающая железнодорожный путь от возможного сползания или обрушения недостаточно устойчивого склона. Подпорные стенки такого назначения довольно часто устраи­вают при прокладке железнодорожного пути в гористой местности на склонах гор или в подходных выемках у тоннелей. На рис. 1.2 изображена подпорная стенка, входящая в состав конструкции противолавинной галереи.

Функции подпорных стенок выполняют подвальные части стен зданий, порталы тоннелей открылки водопропускных труб под насыпями дорог. Своеобразными подпорными стенками являются устои мостов (рис. 1.3).

Рис. 1.1. Массивная подпорная стенка, ограждающая железнодорожный путь

Рис 1.2. Подпорная стенка в составе противолавинной галереи

После возведения подпорной стенки или в процессе ее возведения за нею, а иногда и перед ней укладывают с уплотнением песчаный грунт. Этот грунт принято называть засыпкой или обратной засыпкой.

Рис 1.3. Типы уcтоев мостов: а – необсыпной; б – обсыпной

2. Давления грунта на подпорные стенки

Давление грунта σ₀, действующее на неподвижную подпорную стенку, называют давлением покоя (рис. 2.1,а). Оно определяется по формуле

, (2.1)

где γ – удельный вес грунта; z – расстояние от поверхности грунта до точки, где определяется давление покоя; ξ₀— коэффициент давления покоя, зависящий от коэффициента Пуассона ν грунта в соответствии с выражением

(2.2)

Однако совершенно неподвижных подпорных стенок практически не бывает. Под действием давления грунта под­порная стенка получает смещение и одновременно деформируется. Вследствие этого контактная поверхность между грунтом и подпорной стенкой перемещается в ту или другую сторону. Если контактная грань подпорной стенки перемещается в сторону от примыкающего грунта, то давление грунта уменьшается в сравнении с давлением покоя до некоторого предельного значения σ_a (рис. 2.1,б), Такое давление называют активным. Если же контактная грань подпорной стенки надвигается на прилегающий грунт, то давление грунта на подпорную стенку возрастает по сравнению с давлением покоя до максимально возможной величины σ_р. Такое давление называют пассивным (рис. 2.1, в). Характер изменения давления грунта σ в зависимости от перемещений подпорной стенки u показан на рис. 2.2.

Рис. 2.1. Давления грунта на ограждение: а — давление покоя; б — активное давление; в—пассивное давление

Рис. 2.2. Изменение давления грунта на стенку в зависимости от перемещения стенки: а – в случае активного давления; б – в случае пассивного давления.

Для подпорных стенок с гладкими вертикальными контактными гранями при горизонтальной поверхности засыпки интенсивность активного и пассивного давления грунта определяется по формулам

; (2.3)

; (2.4)

где с – удельное сцепление грунта; λ_a, λ_p – коэффициенты активного и пассивного давлений, которые вычисляют по формулам

(2.5)

(2.6)

здесь φ – угол внутреннего трения грунта.

Наличие сплошной равномерно распределенной нагрузки р на поверхности засыпки увеличивает давления:

1) активное — на рλ_а;

2) пассивное — на рλ_р.

Влияние местной нагрузки, находящейся на поверхности засыпки, на величину бокового давления грунта не остается постоянным по глубине засыпки, а затухает с возрастанием глубины.

За подпорной стенкой образуется призма обрушения (при активном давлении засыпки) или призма выпора (при пассивном давлении засыпки). Призма обрушения (рис. 2.1,б) ограничена плоской поверхностью скольжения АВ, наклоненной к задней грани подпорной стенки под углом , а призма выпора (рис. 2.1, в) ограничена поверхностью скольжения АВ₁ наклоненной под углом μ к горизонтали. В призмах обрушения и выпора напряжения удовлетворяют условию прочности грунта по Кулону-Мору, при этом по­верхности скольжения образуют внутри призм сетки, линий скольжения [1].

Равнодействующую давлений на стенку считают приложенной на уровне центра тяжести эпюр этих давлений. При гладкой контактной грани подпорной стенки равнодействующая направлена нормально к ней (рис. 2.1). При наличии трения между стенкой и грунтом, характеризуемого коэффициентом трения, равным tgδ, давления отклоняются на угол δ от нормали к стене. При наклоне контактной грани стенки в сторону засыпки давления считаются направленными горизонтально.