КУРСОВЫЕ СДАННЫЕ ЛОСЕВА / Курсовая работа ОИФ

Раздел 3. Расчет нескальных оснований гидротехнических сооружений по второму предельному состоянию.

3.1. Общие положения.

Расчет нескального основания гидротехнического сооружения по деформациям производится в соответствии с рекомендациями. В расчетах по второму предельному состоянию используются соответствующие нагрузки и показатели свойств грунтов.

В курсовой работе в группе расчетов по второму предельному состоянию выполняется:

1) определение средних и краевых давлений под подошвой плотины;

2) определение контактных напряжений под подошвой фундамента;

3) определение абсолютной осадки грунта основания плотины;

4) расчет осадки грунта во времени.

3.2. Определение средних и краевых давлений под подошвой плотины.

Расчет производится исходя из условия:

.

Для проверки достаточности заданных размеров подошвы плотины и ее заглубления под уровень дна, необходимо определить величину расчетного сопротивления грунта основания R и сравнить ее с давлением под подошвой сооружения.

Величина расчетного сопротивления основания определяется по формуле:

;

где m₁ - коэффициент условий работы, принимаемый:

- для водонасыщенных песков m₁ = 0,8;

- при строительстве насухо m₁ = 1;

M_γ, M_q, M_c - безразмерный коэффициент влияния, который является функцией от угла внутреннего трения; принимаем по табл.4;

Слой №1: M_γ=0,52; M_q=3,096; M_c = 5,696;

b - ширина подошвы фундамента сооружения, b=75м.;

ФИСПОС 290400 КР

Лист

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

17

h_с - мощность сжимаемой толщи; принимается для пылевато-глинистых грунтов

h_с = 0,5b = 37,5 м; для песчаных грунтов h_п =0,3b;

γ_II - осредненное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента в пределах сжимаемой толщи, с учетом насыщающего действия воды, кН/м³;

- осредненное значение удельных весов грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, кН/м³;

d – величина заглубления подошвы сооружения от отметки проектного дна, d=2 м.;

с_II - расчетное значение удельного сцепления грунта по второму предельному состоянию, залегающего под подошвой фундамента, с_II = 21 кПа;

, кН/м³;

, кН/м³;

, кН/м³;

, кН/м³;

, кН/м³;

h₁, h₂, h₃ – мощность слоев грунта основания, м.;

, - удельный вес первого и второго слоев грунта в насыщенном водой состоянии,

- удельный вес взвешенного водой грунта, = 10,345 , кН/м³.

ФИСПОС 290400 КР

Лист

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

18

R = 1*[0,52*(75+2*37,5)*12,68+3,096 *(2+37,5)*20,69+5,696*21]=3638,87 кПа.

Найдем среднее давление под подошвой плотины:

;

где А- площадь подошвы фундамента, м²:

А = b*L = 75*72= 5400 м²;

- сумма всех вертикальных сил с учетом знака, действующих на подошву фундамента:

= P_G + P₁ + P₂ + Р_об + Р_тр + P_н – Р_ф – Р_взв = 2900000+73125+25000+2025+1025+65728,12-607500-648000=1811413,12 кН;

Р_ср = 1811413,12 /5400=335,44 кН.

Необходимо выполнение условия:

Р_ср ≤ R,

335,44 кН ≤ 3638,87 кПа - условие выполняется.

Определим краевые давления на грунт в крайних точках подошвы плотины:

= 186,865*1,3+71369,6*10+1169640*23+1035*12,5+25000*25+607500*12,5+

+2900000*0,8-65728*28,125-2025*9,375-51840*6-13,544*0,6=33923955кН;

W = м³;

P_max = 335,44+502,577=838,017 кН, Р_min = 335,44-502,577=-167,137 кН.

Проверяем условия:

.

- условие выполняется, изменение размера подошвы фундамента не требуется.

ФИСПОС 290400 КР

Лист

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

19

3.3. Определение контактных напряжений под подошвой фундамента.

К контактным напряжениям относятся нормальные и касательные напряжения по контакту системы сооружения основания. Для нескальных грунтов контактные напряжения определяются по схеме плоской деформации, при этом следует учитывать показатель гибкости сооружения t_fl1. В направлении ширины сооружения определяется по формуле:

, д.ед.;

где ν₁ - коэффициент Пуассона материала сооружения; для бетона принять 0,25;

ν₀ - коэффициент бокового расширения грунта основания; для суглинка 0,35;

Е₀ - модуль деформации грунта основания; для ИГЭ1 равно 24,8 МПа;

Е₁ - модуль упругости материала сооружения; для бетона равно 2,6*10⁴ МПа;

b - ширина подошвы плотины; b = 75 м.;

δ - ширина расчетного элемента по длине подошвы сооружения; δ = 1 м.;

I_x – осевой момент инерции, определяется по формуле:

.

Если t_sl1 ≤ 1, то сооружение расчитывается как абсолютно жесткое;

если t_sl1 > 1, то необходимо контактные напряжения определять с учетом гибкости сооружения. Проверяем условие:

0,09*10^-6 д.ед. < 1 сооружение абсолютно жесткое.

Определение контактных напряжений методом внецентренного сжатия.

По методу внецентренного сжатия нормальные и касательные напряжения при схеме плоской деформации определяются по формулам:

;

где N - равнодействующая всех сил, приложенных к сооружению,

ФИСПОС 290400 КР

Лист

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

20

;

δ - угол между направлением равнодействующей N и нормалью к подошве сооружения;

А - площадь подошвы сооружения, А =5400 м²;

М - момент равнодействующей всех сил, приложенных к сооружению относительно центра тяжести подошвы сооружения:

;

I_y - момент инерции подошвы сооружения;

,м³;

х_i - расстояние от рассматриваемой точки до центра тяжести подошвы; для назначения величины х_i возьмем шаг b/20 = 3,75 м.

Оформим результаты в табличной форме (таблица 3.1). Рисунок 3.1.

ФИСПОС 290400 КР

Лист

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

21

Таблица 3.1

3.4. Определение осадки грунта основания.

Определение осадки основания методом послойного суммирования.

Расчет по деформации производится, исходя из условия:

;

где S – расчетное значение осадки, определяемое методом послойного суммирования;

S_u – предельно допустимое значение общей деформации (принять равным не больше 50 см.).

Расчет осадки выполняется в следующей форме:

;

где - напряжение в середине i-того слоя на глубине z от бытового давления на отметке подошвы сооружения;

ФИСПОС 290400 КР

Лист

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

23

;

;

- дополнительное вертикальное напряжение в середине i-того слоя на глубине z, основанное от нагрузок и пригрузок:

;

Е_рi - модуль деформации i-того слоя грунта, определяемый по первичной ветви компрессионной кривой; принять равным E_pi = E_i соответствующего слоя;

Е_si - модуль деформации i-го слоя грунта, определяемый по вторичной ветви компрессионной кривой; принять Е_si = 1,5Е_рi;

n - число слоев, на которое разбита сжимаемая толща Н_с;

β_i – коэффициент, определяемый по приложению в СП 23.13330.2011:

;

где - коэффициент поперечного расширения грунта i-того слоя; для суглинка = 0,35.

По результатам расчета определяется Н_с – мощность сжимаемой толщи, расстояние от подошвы фундамента до границы слоя, где выполняется условие:

≤ 0,5 , при Е_i ≥ 5 МПа.

Разбиваем грунтовый массив ниже подошвы фундамента на элементарные однородные слои мощностью до h_i ≤ 0,2b:

h_i = 0,2*75= 37,5 м.

Определяем природные напряжения на границах элементарных слоев по формуле:

.

Определяем природное напряжение на уровне подошвы фундамента:

;

где d_H – планировочная отметка, d_H = 5 м.

;

.

ФИСПОС 290400 КР

Лист

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

24

Эпюра дополнительных напряжений от нагрузок и пригрузок.

,

где α_1i - коэффициент, учитывающий изменения по глубине дополнительного

давления в грунте, принимается по таблице 5;

α_2i – коэффициент, определяемый по графику приложения 2 СНиП 2.02.02 – 85 «Основания и фундаменты».

= Р = ,

q - напряжение от собственного веса грунта на границе элементарных слоев, расположенных на глубине z_i от подошвы плотины:

.

Назначаем пригрузку прямоугольную, соотношением Х₁/с, где

с = b/2,

Х₁/с = 1

Все расчеты представлены в таблице 3.2. По расчету осадки основания плотины методом послойного суммирования построена эпюра дополнительных напряжений от нагрузок и пригрузок (рис. 3.2).

ФИСПОС 290400 КР

Лист

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

25

3.5. Расчет осадки грунта во времени.

Заключается в определении времени затухания осадки основания. В основу расчета осадок во времени положена теория фильтрационной консолидации. Для практических целей, в основном для однородных грунтов, для расчета осадок во времени пользуются решениями одномерной задачи теории фильтрационной консолидации грунтов.

В этом случае осадка за время t определяется по формуле:

, см;

где S – расчетное значение осадки основания;

Q_it - степень уплотнения, находится в пределах

0≤ Q_it ≤ 1.

Алгоритм расчета:

1. Определяем значение коэффициента относительной сжимаемости для каждого однородного слоя в пределах сжимаемой толщи:

е_i – коэффициент пористости;

2. Определяем осредненное значение коэффициента относительной сжимаемости в пределах сжимаемой толщи:

=, Па^-1;

3. Определяем осредненное значение коэффициента фильтрации в пределах сжимаемой толщи:

4. Определяем осредненное значение коэффициента консолидации:

5. Определяем значение параметра М:

Результаты оформим в виде таблицы 3.3. Строится график 3.3 затухания осадки во времени.

Таблица 3.3

ФИСПОС 290400 КР

Лист

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

27