9.1.2. Построение эпюры осадочных давлений
Осадочным называется давление, передаваемое фундаментом на грунт основания и вызывающее его уплотнение. Величина осадочного давления непосредственно под подошвой фундамента определяется как
где р – среднее давление под подошвой фундамента, кПа;
zg – природное давление в уровне подошвы фундамента на естественном основании или в плоскости нижних концов свай для свайного фундамента, кПа.
При построении эпюры осадочных давлений толща грунта ниже подошвы фундамента разбивается на элементарные слои толщиной 0,4b, где b – ширина подошвы фундамента. При этом высота элементарного слоя должна быть не более 2 м, а модуль деформации – постоянной величиной.
Ординаты эпюр осадочного давления на глубине zi ниже подошвы фундамента определяются как
,
где – коэффициент рассеивания, определяемый по табл. 1 прилож. 2 [8].
В курсовом проекте
;
0,4 ∙ b = 0,4 ∙ 4,3 = 1,72 м.
Каждый слой грунта ниже подошвы фундамента разбивается на слои толщиной не более 1,72 м (рис. 11).
Вычисление ординат эпюры осадочных давлений производится в табличной форме (табл. 5).
Величина коэффициента определяется двойной интерполяцией в зависимости от
и
.
Таблица 5.
Ординаты эпюры осадочных давлений
|
zi, м |
|
|
|
|
0 1,1 2,6 4,0 4,4 5,9 7,4 8,9 |
0 0,512 1,21 1,861 2,047 2,744 3,442 4,14 |
1 0,915 0,602 0,375 0,327 0,178 0,142 0,102 |
224,86 205,75 135,37 84,32 73,53 40,025 31,93 22,94 |
Эпюра осадочных давлений, построенная по данным табл. 5, приведена на рис. 11.
9.1.3. Определение нижней границы сжимаемой толщи
Толща
грунта, практически влияющая на осадку
фундамента, называется сжимаемой.
Сжимаемая толща ограничена сверху
горизонтальной плоскостью, проходящей
через подошву фундамента, а снизу –
горизонтальной плоскостью, на уровне
которой осадочное давление в пять раз
меньше природного, т.е.
.
Величиной сжатия грунта ниже этого
уровня обычно пренебрегают вследствие
незначительности.
Мощность сжимаемой толщи легко определяется с помощью графического построения, которое заключается в наложении эпюры природных давлений zg, вычерченной справа от оси с пятикратным уменьшением, на эпюру осадочных давлений zp. Точка пересечения этих эпюр будет соответствовать нижней границе сжимаемой толщи. В курсовом проекте на рис. 11 нижняя граница сжимаемости толщи (Н.Г.С.Т.) располагается на глубине ≈ 7,5 м от подошвы фундамента.
9.2. Определение деформационных характеристик грунтов, входящих в сжимаемую толщу
Деформационные характеристики каждого слоя грунта в составе сжимаемой толщи (E0, mv) определяются по данным, приведенным в задании на курсовой проект, путем построения соответственно компрессионной кривой или графика зависимости осадки штампа от давления на него.
В соответствии с [7], значения модулей деформации по компрессионным испытаниям получаются для всех грунтов (за исключением сильносжимаемых) заниженными, поэтому они могут использоваться для сравнительной оценки сжимаемости грунтов площадки или для оценки неоднородности по сжимаемости. При расчетах осадки эти данные следует корректировать на основе сопоставительных испытаний того же грунта в полевых условиях штампом.
9.2.1. Определение деформационных характеристик грунтов в составе сжимающей толщи, подвергнутых штамповым испытаниям, производится следующим образом.
Строится график зависимости осадки штампа S от действия приложенного к нему давления р.
Вычисляется природное p1 и полное р2 давления в середине слоя грунта. Величины p1 и р2 откладываются на оси давлений графика.
По построенной кривой находятся соответствующие значения осадок S1 и S2.
Далее, определяется модуль общей деформации грунта в интервале давлений от p1, до р2 по формуле Шлейхера, как
,
где р = р2 – p1, кН;
S = S2 – S1, м;
b – ширина прямоугольного или диаметр круглого штампа, м, определяется по заданию;
v – коэффициент Пуассона, для песков и супесей – v = 0,30, суглинков – v= 0,35, глин – v = 0,42;
– коэффициент формы подошвы и жесткости штампа, = 0,8 для круглого штампа, = 0,88 – квадратного, = 1,22 – прямоугольного.
Коэффициент относительной сжимаемости вычисляется как
,
где β – корректирующий коэффициент, β = 0,80.
9.2.2. Определение деформационные характеристики грунтов по компрессионным свойствам, производится следующим образом.
Строится компрессионная кривая e = f (p) по данным, приведенным в задании.
Определяются соответственно природное p1 и полное р2 (сумма природного и осадочного) давления в средине слоя грунта.
Значения p1 и р2 наносятся на ось давлений диаграммы по графику определяются соответствующие значения коэффициентов пористости e1 и е2.
Далее вычисляются:
коэффициент сжимаемости
,
коэффициент относительной сжимаемости
,
модуль деформации грунта
,
здесь е0 – коэффициент пористости грунта при давлении, равном 0;
β – корректирующий коэффициент, β = 0,80.
9.2.3. В задании на КП (табл. 1) для грунтов, находящихся ниже подошвы условного фундамента, приведены результаты испытаний грунтов пробной нагрузкой (для песка средней крупности на глубине 2 м и для глины тугопластичной на глубине 9 м) и компрессионные свойства грунтов (для песка мелкого на глубине 6 м и для суглинка твердого на глубине 4 м).
1) Вычислим деформационные характеристики песка средней крупности по результатам испытаний пробной нагрузкой (на глубине 2 м).
По имеющимся данным (табл.1) строится график зависимости осадки штампа S от действия приложенного к нему давления р (рис.12).
Для песка средней крупности вычисляется природное p1 и полное р2 давления в его средней части на глубине 0,55 м от подошвы фундамента (рис.11):
p1 = 21,97 + 18,8 · 0,55 = 32,31 кПа,
р2 = 32,31 + 224,86 · 0,972 = 250,87 кПа.
Значения p1 и р2 откладываются на оси давлений графика и по кривой находятся соответствующие значения осадок S1 = 0,87 мм, S2 = 5,98 мм.
Рис. 12. Определение деформационных характеристик
песка средней крупности
Определяется модуль общей деформации грунта в интервале давлений от p1, до р2 по формуле Шлейхера
,
где р = р2 – p1 = 250,87 – 32,31 = 218,56 кН;
S = S2 – S1 = 5,98 – 0,87 = 5,11 мм;
b = 0,8 м;
v = 0,3 (для песка);
= 0,88 (для квадратного штампа)
Коэффициент относительной сжимаемости определяется как
.
2) Вычислим деформационные характеристики суглинка твердого по компрессионным свойствам, приведенным в задании.
Для суглинка по имеющимся данным (глубина 4,0 м) строится компрессионная кривая e = f (p) (рис. 13).
Определяются соответственно природное p1 и полное р2 (сумма природного и осадочного) давления в его средней части (рис.11) на глубине 1,1 + 2,9/2 = 2,55 м от подошвы фундамента:
p1 = 100,49 + 18,5 · 1,45 = 127,315 кПа,
р2 = 127,315 + 224,86 · 0,564 = 254,14 кПа.
Значения p1 и р2 наносятся на ось давлений диаграммы рис.13 и по графику определяются соответствующие значения коэффициентов пористости e1 = 0,656, е2 = 0,6485.
Рис. 13. Определение деформационных характеристик
суглинка твердого
Тогда коэффициент сжимаемости
,
коэффициент относительной сжимаемости
,
модуль деформации грунта
,
здесь е0 – коэффициент пористости грунта при давлении, равном 0, е0 = 0,661;
β – корректирующий коэффициент, β = 0,80.
3) Вычислим деформационные характеристики песка мелкого по компрессионным свойствам, приведенным в задании.
Для песка по имеющимся данным (глубина 6,0 м) строится компрессионная кривая e = f (p) (рис. 14).
Определяются соответственно природное p1 и полное р2 (сумма природного и осадочного) давления в его средней части (рис.11) на глубине 1,1 + 2,9+ 0,4/2 = 4,2 м от подошвы фундамента:
p1 = 120,49 + 10 · 0,2 = 122,49 кПа,
р2 = 122,49 + 224,86 · 0,306 = 191,3 кПа.
Значения p1 и р2 наносятся на ось давлений диаграммы рис.13 и по графику определяются соответствующие значения коэффициентов пористости e1 = 0,6397, е2 = 0,636.
Рис. 14. Определение деформационных характеристик
песка мелкого
Тогда коэффициент сжимаемости
,
коэффициент относительной сжимаемости
,
модуль деформации грунта
,
здесь е0 – коэффициент пористости грунта при давлении, равном 0, е0 = 0,647;
β – корректирующий коэффициент, β = 0,80.
4) Вычислим деформационные характеристики глины тугопластичной по результатам испытаний пробной нагрузкой (на глубине 9 м).
По имеющимся данным (табл.1) строится график зависимости осадки штампа S от действия приложенного к нему давления р (рис.15).
Для глины тугопластичной вычисляется природное p1 и полное р2 давления в её средней части на глубине 1,1 + 2,9+ 0,4 + 3,1/2 = 5,95 м от подошвы фундамента (рис.11):
p1 = 223 + 9,48 · 1,55= 237,7 кПа,
р2 = 237,7 + 224,86 · 0,175 = 277,05 кПа.
Значения p1 и р2 откладываются на оси давлений графика и по кривой находятся соответствующие значения осадок S1 = 2,28 мм, S2 = 2,9 мм.
Рис. 15. Определение деформационных характеристик
глины тугопластичной
Определяется модуль общей деформации грунта в интервале давлений от p1, до р2 по формуле Шлейхера
,
где р = р2 – p1 = 277,05 – 237,7 = 39,35 кН;
S = S2 – S1 = 2,9 – 2,28 = 0,62 мм;
b = 0,277 м;
v = 0,42 (для глины);
= 0,8 (для круглого штампа)
Коэффициент относительной сжимаемости определяется как
.
где β – корректирующий коэффициент, β = 0,80.