Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Механика грунтов основания и фундаменты. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 204 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 > Следующая >>>

в естественных условиях. Этот недостаток полностью устраняется в приборе ОИСИ4, обеспечивающем развитие объемной деформации грунта под штампом.

Первоначально рабочее кольцо 2 заполняется грунтом ненарушен ной структуры с помощью домкрата. После этого винты стяжки с полу колец удаляются, и образец грунта распиливается пополам. Поверхно сти образца грунта в каждом полукольце зачищаются и в одном из полуколец через 1…1,5 см начиная от верхней грани на требуемую глу бину закладываются горизонтальные фиксаторы деформаций в виде мелких дробинок или обрезков спичек без разрыва контактов.

Положение горизонтальных фиксаторов отмечается на кальке. Затем оба полукольца соединяются вместе и плотно свинчиваются болтами. Коль цо с грунтом 2 устанавливается в ванну 1 на грузовой стол под нагрузку.

Вначале на штамп и пригрузочную плиту передается давление, со ответствующее природному давлению на отметке заложения подошвы фундамента. После стабилизации осадок на штамп передается расчет ная нагрузка ступенями по 50 кПа. При этом каждая ступень нагрузки выдерживается до условной величины стабилизации осадки.

После окончания испытания полукольца разъединяются, и по пере мещениям фиксаторов деформаций очерчивается граница зоны дефор мации грунта, замеряются глубина и ширина ее развития («Н

» «Са») и

вычисляется объем «V

».

Средний модуль объемной деформации грунта определяется с помо щью формулы Гука

, МПа, (3.3.6)

где

εε

= Vs/Va; Vs= Аш· S – объемная осадка, см3;

3311

h = 160 мм

d = 150 мм

Рис. 3.3.4. Cхема прибора ОИСИ4

1 – ванна для воды; 2 – кольцо с грунтом; 3 – пригрузочная платформа; 4 – индикаторы; 5 – штамп (d ≅ 50 мм, А = 19,6 см

); 6 – фиксаторы деформаций; 7 – зона деформации

эгр

/e= РE

εε

Va– объем зоны деформации, см3;

э=0,5 Р ; Р

= Р – Рсу, МПа – эффективное давление, вызывающее

деформацию грунта.

Тогда

, МПа. (3.3.7)

Среднее внутреннее реактивное давление в грунте при деформации определяется энергетическим методом исходя из равенства работ внешних и внутренних сил по формуле

МПа. (3.3.8)

3.4. ПОЛЕВЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ГРУНТОВ УПЛОТНЕНИЮ

Полевые испытания, как правило, осуществляются в процессе прове% дения инженерно%геологических исследований и выполняются непосред% ственно на площадке строительства будущего здания. Для этого приме% няются стандартные квадратные штампы площадью 2500 см

(50 х 50 см);

5000 см

(70,7 х 70,7 см); 10 000 см2(100 х 100 см), круглые площадью 600 см

(D = 27,65 см), устанавливаемые в скважинах.

Штамп устанавливается на дне котлована, и производится загрузка ступенями до расчетной величины. Испытание может производиться как с помощью груза (рис. 3.4.1а), так и с помощью домкрата (рис. 3.4.1б).

Каждая ступень нагрузки выдерживается до условной величины стабилизации, принимаемой равной 0,2 мм/час для песчаных грунтов и 0,1 мм/час для глинистых грунтов.

3322

0,5PP =

эгр

VVPE ×=

эгр

,VVPR ×=

а)

б)

Вид по АА

2 1

Рис. 3.4.1. Схемы полевых испытаний грунта на сжатие:

а) с помощью груза; б) с помощью домкрата

1 – штамп; 2 – загрузочная платформа; 3 – груз; 4 – реперная система; 5 – штангенглубиномер; 6 – упорная плита; 7 – домкрат; 8 – прогибомер



Va/Vs



Vs/Va

Полевые испытания грунта на сжатие можно выполнять как с помо щью загрузочной платформы и груза, так и с помощью упорной плиты и домкрата.

Осадку штампов замеряют с помощью штангенглубиномеров или прогибомеров.

Для вычисления модуля общей деформации грунта «Е» по результа там статических испытаний строится график зависимости осадки от на грузки S = f(P) (рис. 3.4.2).

За начальные значения «Р

» и «Sо» следует принимать давление,

равное природному давлению грунта «P

», и соответствующую осадку

«S

». За конечные значения «Pn» и «Sn» рекомендуется принимать вели чины, соответствующие четвертой точке графика на прямолинейном участке (рис. 3.4.2).

Модуль общей деформа ции грунта «Е» определяется для прямолинейного участка графика по формуле

, (3.4.1)

где ωω– коэффициент, завися щий от формы жесткого штампа (для круглого штам

па ωω= 0,78; для квадратного –

ωω

= 0,88); b – ширина или диа

метр штампа;

νν

– коэффициент Пуассона грунта, принимаемый равным:

– для песков и супесей – 0,30; для суглинков – 0,35; для глин – 0,42;

– соответственно приращение давления и осадки в преде

лах линейной зависимости S = f(Р).

Показатели внутреннего сопротивления грунта уплотнению можно более точно определить, используя методику полевых испытаний штам пов, разработанную на кафедре оснований и фундаментов ОГАСА. Она заключается в следующем.

В котловане устанавливается штамп и на расстоянии 1…1,5 м отка пывается на требуемую глубину монтажный шурф с размерами в пла не 0,7 х 1,4 м, из которого пробуриваются горизонтальные шпуры в вер тикальной плоскости по оси штампа диаметром d = 18 мм. Расстояние между шпурами примерно 20 см. Количество шпуров по глубине долж но охватывать не менее двух диаметров штампа, или 2222. После этого шурф засыпается, и производится загрузка штампа бетонными тариро ванными блоками или образцовыми гирями. Первоначально загрузка штампа выполняется малыми ступенями (10…15 кПа) для определения

3333

су

∆Р

∆S

Рис. 3.4.2. График зависимости осадки

от нагрузки (S = f (P)

Dn-w

)

ωω

νν

∆∆

структурного сопротивления грунта уплотнения – «Рсу», величина ко торого определяется при осадке S = 5 мм. Затем загрузка штампа осу ществляется ступенями не более 50 кПа до расчетной величины.

После окончания испытания штамп разгружается, и раскапывается ос

нование по оси штампа. Фиксаторы деформаций оголяются, зачищаются, и по их прогибам устанавливаются границы зоны деформации (Н

– глубина;

– максимальная ширина). Строится график S = f(p) (см. рис. 3.4.2).

Среднее значение модуля общей деформации грунта определяется

по формуле Гука

(3.4.2)

или

(3.4.3)

где P

= Р – Рсу– эффективное давление, вызывающее деформацию

грунта в пределах зоны деформации грунта, МПа;

Р – давление, передаваемое фундаментом на грунт основания, МПа; Р

су

– структурное сопротивление грунта уплотнению, МПа;

= 0,5Pэ– среднее значение эффективного давления, МПа;

3344

Рис. 3.4.3. Схема полевого испытания грунта на сжатие

с установлением характера развития зоны деформации грунта: 1 – штамп; 2 – груз; 3 – реперная система; 4 – монтажный шурф; 5 – ручной бур; 6 – горизонтальные шпуры; 7 – фиксаторы деформаций; 8 – зона деформаций грунта

гр

КПа,

гр



На– глубина развития зоны деформации грунта, см; V

– объем зоны деформации грунта, см3;

– объемная осадка, см3.

Реактивное сопротивление в грунте при деформации определяется энергетическим методом, исходя из равенства работ внешних и внут ренних сил. Работа внешних сил равна произведению среднего значе ния эффективного давления «Р

» на объемную осадку «Vs»

(3.4.4)

Работа внутренних сил грунта «W

гр

» равна произведению среднего

значения реактивного сопротивления в грунте при деформации «R

гр

на объем зоны деформации «V

(3.4.5)

где R

гр

= 0,5Rгр, МПа.

Тогда при уравновешивании работы внешних сил работой внутрен них сил, т.е. W

= Wгр, можно записать равенство

, (3.4.6)

отсюда

. (3.4.7)

3.5. СОПРОТИВЛЕНИЕ ГРУНТОВ СДВИГУ

Прочность грунта нарушается, если в нем возникают касательные напряжения, превышающие его предельное сопротивление сдвигу, в ре зультате чего образуется опасная поверхность скольжения. В песках, которые по их свойствам считают близкими к идеально сыпучим телам, сопротивление сдвигу обусловлено влиянием сил внутреннего трения грунта. В связных глинистых грунтах оно зависит также и от сил сцеп ления. Поэтому в качестве основных прочностных характеристик в рас четах сопротивления грунта сдвигу принимают коэффициент его внут реннего трения и удельное сцепление.

Для определения понятия коэффициента внутреннего трения грун та рассмотрим случай предельного равновесия в сыпучем теле, очерта ние которого представим ограниченным некоторой произвольной по верхностью АВС (рис. 3.5.1).

3355

м.кн

×= ,VPW

гр

VRVP ×=×

МПа

гр

м,кн

гр

×= ,VRW



кн/м.

кн/м,

Мысленно отсечем плоскостью SS, составляющей с горизонтом угол «

αα

», часть этого тела, вес которой будет «Р». Силу «Р» разложим в плоскости SS на нормальную к ней N = Pcosααи касательную T = Psinαα. Касатель ная сила «Т» стремится произвести сдвиг отсекаемой части сыпучего те ла. Этому сдвигу противодействует сила трения, направленная в проти воположную сторону и равная в своем предельном значении Nf (где f – коэффициент внутреннего трения). Скольжение отсекаемой части не возникает до тех пор, пока сила «Т» остается меньше Nf и, следователь но, пока будет справедливо условие

. (3.5.1)

Если для состояния предельного равновесия, имеющего место при

T = Nf, угол ααобозначить через

αα

пр

= ϕϕ, то из формулы (3.5.1) получим

Таким образом, в идеально сыпучем теле коэффициент внутреннего трения «f» равен тангенсу угла его предельного или естественного отко са. Это положение практически выполняется в песках, особенно когда они сухие или находятся в условиях подводного залегания.

В связных грунтах, обладающих сцеплением между частицами, су дить о величине коэффициента внутреннего трения по углу естествен ного откоса нельзя.

3.6. ЛАБОРАТОРНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ГРУНТА СДВИГУ

Сопротивление грунта сдвигу в лабораторных условиях определяют в односрезном приборе конструкции ЛурьеМаслова, схема которого представлена на рис. 3.6.1.

Прибор состоит из двух цилиндров: верхнего – подвижного и нижнего – неподвижного. Образец грунта помещают в прибор между двумя дыр

3366

Рис. 3.5.1. Схема к оценке устойчивости на сдвиг части

сыпучего тела АВС, отсекаемой плоскостью SS

j.=a=

tgtgf

пр

ftg

cosP

sinP

<a=

a×

α α

пр

= tg

αα

⋅

чатыми пластинами и через жесткий поршень первоначально загружа ют вертикальной нагрузкой. После стабилизации осадки постепенно увеличивают горизонтальную нагрузку «Т» до наступления смещения одной части цилиндра относительно другой. Такие испытания повторя ют 3 раза при постоянном увеличении вертикальной нагрузки «Р» и приложении нагрузки «Т». По результатам испытаний строится график зависимости ττ= f(σσ), где ττ= Т/А, а σσ= Р/А (рис. 3.6.2).

Для связных грунтов прямая не проходит через начало коор динат, а отсекает отрезок «С» на оси «

». Общее сопротивление сдвигу связного грунта выража ется уравнением

τ= σtgϕ

гл

+ С, кПа. (3.6.2)

Таким образом, сопротивле ние связного грунта сдвигу складывается из сопротивления трения, пропорционального дав лению, плюс сцепление, не зави сящее от давления.

Как видно из изложенного, под прочностью грунта следует пони мать его способность сопротивляться действию касательных сил. Поэто му определение параметров прочности грунта «ϕϕ» и «С» необходимо вы полнять с большой тщательностью.

3.7. ПОЛЕВЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ГРУНТА СДВИГУ

Для определения сопротивления грунта сдвигу в полевых условиях наиболее часто применяются метод вращательного среза или испыта ния целиков грунта в шурфе.

3377

Рис. 3.6.1. Схема срезного прибора

1 – образец грунта; 2 – вкладыши с отверстиями; 3 – индикаторы

а)

б)

Рис. 3.6.2. Графики испытаний

песчаных (а) и глинистых (б)

грунтов на сдвиг

При испытании методом вращательного среза применяется лопаст ной прибор, состоящий из четырех тонких жестких металлических пла стин, соединенных между собой крестообразно (рис. 3.7.1). Диаметр крыльчатки «d» составляет 60…100 мм при соотношении h/d = 2 (h = 120…200 мм). Для исследований крыльчатка, укрепленная на ни жнем конце штанги, опускается в скважину и вдавливается в ненару шенный грунт на глубину более высоты крыльчатки «h» на 15…20 см. Достижение наибольшего значения крутящего момента «M

maх

», при не котором угле поворота «ΘΘ»paд, свидетельствует о срезе грунта, находя щегося в ненарушенном состоянии. Сопротивление сдвигу может быть определено по формуле

гр

= M

maх

/В, кПа, (3.7.1)

где – все обозначения приведены на рис. 3.7.1.

Этим прибором пользуются для исследования величины сопротив

ления сдвигу пластичных глинистых грунтов.

Прибор также позволяет оценить прочность структурных связей в грунте. Это достигается посредством сравнения усилий, затрачиваемых в начале опыта на срез в грунте, с усилиями, необходимыми для после дующего вращения прибора.

Испытание целиков грунта в шурфе выполняется следующим об разом. При откопке шурфа на дне устраиваются три образца грунта ненарушенной структуры (целиков) кубической формы с размерами 20 х 20 х 20 см. На каждый из целиков одевается металлический ого ловник и прикладывается вертикальная нагрузка «N», величина кото

3388

)

1 – скважина; 2 – четырехлопастная

крыльчатка; 3 – штанга; 4 – вращательный механизм

Рис. 3.7.1. Схема полевых испытаний методом вращательного среза

рой увеличивается на каждый из целиков. После стабилизации верти кальных деформаций устанавливается второй домкрат в горизонталь ное положение и прикладывается сдвигающая сила «Т» малыми сту пенями до состояния сдвига по плоскости основания обоймы. Испытав три целика при разных вертикальных нагрузках, определяются зна чения «P

» и

ττ

i(Pi

= Ni/A;

ττ

= Ti/A) и производится построение графи ка ττ= f(p). Из графика определяются прочностные показатели «ϕϕ» и «С» (рис. 3.6.2).

1 – целик; 2 – домкраты; 3 – упорная балка; 4 – каретка для перемещения

головки домкрата;

5 – индикаторы

Рис. 3.7.2. Схема испытания целиков на сдвиг

Глава 4 ТЕОРИЯ ПРЕДЕЛЬНОГО

НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ГРУНТОВ И ЕЕ ПРИЛОЖЕНИЯ

4.1. ФАЗЫ ДЕФОРМАЦИИ ГРУНТОВ ПРИ ВОЗРАСТАНИИ НАГРУЗКИ

Экспериментальным путем установлено следующее: если основание сложено грунтами, позволяющими свободное формирование объема зо ны деформации под заглубленным фундаментом, то характер развития осадки фундамента, при последовательном увеличении нагрузки сту пенями и достижения при этом стабилизации, не получит резких пере ломов на графике зависимости осадки от нагрузки S = f(p). В этом слу чае будет иметь место только фаза уплотнения (рис. 4.1.1).

При отсутствии возможности свободного формирования объема зоны деформации, когда в ее пределах залегает кровля неуплотняющегося грунта или когда отношение модулей деформации верхнего и нижнего подстилающего грунта не превышает 0,1 – (Е

грв/Егрн

≤ 0,1), в пределах

верхнего слоя грунта эффективное давление «Р

», вызывающее деформа цию, оказывается больше сопротивления этого грунта сдвигу, и область основания теряет прочность. При дальнейшем увеличении нагрузки на

4400

Р, к Н

Р, КПа

су

S = f (p)

Р, КПа

Р3Р

S, см

Рис. 4.1.1. Характер развития деформации грунтов при возрастании

нагрузки и свободном формировании зоны деформации

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 204 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]