Шпоры к госам_Грунты / шпоры по грунтам правильные

1.) Физические характеристики грунтов, определяемые экспериментально: плотность, влажность, плотность твердых частиц.

Плотность грунта ρ=m/V (г/см³ или т/м³). ρ в природе =от1,1(ил, торф) до 2,4( морена). Чем выше плотность, тем грунт лучше. ρ_m- среднее значение плотности (супеси, суглинки, глины). ρ_m= от 1,6 до 2,1. Удельный вес грунта γ=ρ*g (где g – ускорение свободного падения = 9,81 кН/м³).

Плотность твердых частиц ρ_s=m₁/V₁ (m₁ и V₁ – масса и объем твердых частиц). Обычно принимается по таблицам. (ρ_s=2,66 – песок/ 2,7 – супесь/ 2,72 – суглинок/ 2,74 – глины). Удельный вес твердых частиц γ_s=ρ_s*g,

Влажность грунта w=m₂/m₁ (m₂ – масса воды). Влажность грунта – это отношение массы воды к массе грунта, высушенного при t=105°С(±1°С) до постоянной массы. Почему именно такая температура – так как связанная вода испаряется при t>100°С, а при более высокой температуре сгорает органика и теряется масса твердых частиц. w=0-200%. 0%-абсолютно сухой грунт. В порах которого только воздух (практически это невозможно, если только верхний слой грунта пустыни). 200% - торф. Чем больше влажность, тем грунт слабее. w_m=5-25%пески, 15-45%-глины. (Измерение: д.е. – доли единицы и %, если умножить на 100).

2.) Вычисляемые физические характеристики грунтов: плотность грунта в сухом состоянии, удельный вес грунта в сухом состоянии, пористость, коэф-т пористости, коэф-т водонасыщения, плотность грунта с учетом взвешивающего действия воды. Удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды.

Плотность грунта в сухом состоянии (плотность скелета грунта) ρ_d=ρ/(1+w) (г/см³ или т/м³). ρ_d=от 1 до 2,1. Чем выше ρ_d, тем грунт лучше. Если ρ_d<1,65 т/м³, то грунт – слабый и на нем без особых мероприятий строить не рекомендуется.

Удельный вес грунта в сухом состоянии (удельный вес скелета грунта) γ_d=ρ_d*g , также γ_d=γ/(1+w).

Пористость грунта n=V_пор/V_{образца}, также n= (ρ_s- ρ_d)/ρ_s = (γ_s- γ_d)/ γ_s .Измерение: д.е. или %. n=20-85%. Чем больше пористость, тем грунт слабее. n_m=40-65%.

Коэф-т пористости е=V_пор/V₁ , а также е=(ρ_s- ρ_d)/ρ_d = (γ_s- γ_s)/ γ_d. Измеряется в д.е. Чем выше коэф-т пористости, тем грунт слабее. Если е>1, такой слабый грунт укрепляют, либо на нем не строят. е=0,2-12д.е. Чем больше е, тем грунт слабее. Существует классификация грунтов по коэф-ту пористости по ГОСТ 25100-95 «Грунты, классификация».

Коэф-т водонасыщения S_r=w/w_sat. (здесь w- естественная влажность) Характеризует степень заполнения пор водой. w_sat – полная влагоемкость (влажность грунта, при которой все поры грунта заполнены водой). w_sat = (e+ρ_w)/ρ_s (ρ_w-плотность воды 1т/м³). Также w_sat = (e*γ_w)/γ_s (γ_w –удельный вес воды 9,81 или ≈ 10кН/м³. S_r=(w*ρ_s)/(e*ρ_w)=(w*γ_s)/(e*γ_w). Измеряется в д.е.

S_r=0-1д.е. Чем выше коэффициент водонасыщения, тем грунт слабее. По коэф-ту водонасыщения грунты классифицируются по ГОСТ 25100-95.

Плотность грунта с учетом взвешивающего действия воды ρ_sb= (ρ_s-ρ_w)/(1+e). Измеряется в г/см³ или т/м³. Определяется для водонепроницаемых грунтов, залегающих ниже уровня грунтовых вод.

Удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды γ_sb= (ρ_sb*g)= (γ_s- γ_w)/(1+e). Измеряется в кН/м³.

3.) Физические характеристики глинистых грунтов: влажность на границе пластичности, влажность на границе текучести, число пластичности, показатель текучести.

Влажность на границе пластичности (на границе раскатывания) w_p- это влажность, при которой грунт перестает раскатываться в жгут диаметром 3 мм, при этом он покрывается сетью трещин и распадается на кусочки длиной 3-8 мм. w_p=m₂/m₁. (m₂ – масса воды, m₁ – масса твердых частиц). Измеряется в % и д.е. Зависит от содержания глинистых частиц в грунте, чем их больше, тем w_p больше.

Влажность на границе текучести w_L- это влажность, при которой стандартный конус Васильева погружается в грунт за 5 сек на 10мм. w_L=m₂/m₁. Измеряется в % и д.е. Зависит от содержания глинистых частиц в грунте, чем их больше, тем w_L больше.

Число пластичности I_p= w_L- w_p. Измеряется в % и д.е. Существует классификация грунтов по числу пластичности по ГОСТ 25100-95. По I_p устанавливается название глинистого грунта.

I_p=1-7 – супесь, 7-17 – суглинок, >17- глина.

Показатель текучести I_L= (w- w_p)/(w_L- w_p)= (w- w_p)/ I_p. . По числу пластичности грунты классифицируются по ГОСТ 25100-95. По I_L определяется состояние глинистого грунта, чем больше показатель текучести, тем грунт слабее.

4.) Классификация песчаных грунтов по гранулометрическому составу, коэффициенту пористости и коэффициенту водонасыщения.

- по гранулометрическому составу:

- по коэф-ту пористости е=(ρ_s- ρ_d)/ρ_d:

(ρ_s – плотность твердых частиц (г/см³); ρ_d – плотность скелета грунта (г/см³));

- по коэф-ту водонасыщения S_r=(w*ρ_s)/(e*ρ_w):

(w – влажность грунта (д.е.); ρ_w – плотность воды (г/см³))

5.) Классификация крупнообломочных грунтов по гранулометрическому составу и коэф-ту водонасыщения.

- по гранулометрическому составу:

- по коэф-ту водонасыщения (подразделяют также как и пески) S_r=(w*ρ_s)/(e*ρ_w):

(ρ_s – плотность твердых частиц (г/см³); е – коэффициент пористости (д.е.);

w – влажность грунта (д.е.); ρ_w – плотность воды (г/см³))

6.) Классификация глинистых грунтов по числу пластичности и показателю текучести.

- по числу пластичности I_p= w_L- w_p:

(w_L – влажность на границе текучести (%); w_p – влажность на границе раскатывания(%)).

- по показателю текучести I_L= (w- w_p)/ I_p:

(w – влажность грунта (%))

7.) Фазы напряженного состояния грунта.

При увеличении нагрузки осадка будет развиваться в соответствии с графиком.

Р - давление на грунт.

Рstr-структурная прочность грунта.

4 участка – 4 фазы напряженного состояния.

0-1 – фаза упругих деформаций.

P  Pstr, не превышает структурной прочности, т.е. связи не нарушаются. Поэтому на данном участке развиваются только упругие деформации. Зависимость между напряжением и деформациями – линейная. 0-1 – прямая, можно применить теорию упругости.

1-2 – фаза уплотнения и местных сдвигов. P > Pstr, т.е. связи нарушаются, выдавливается вода. Поэтому на этом участке развиваются остаточные деформации – деформации уплотнения и деформации сдвига.

Уплотнение – перемещение грунта по вертикали (развивается под действием нормальных напряжений). Одновременно с деформациями уплотнения по краям штампа, где возникает концентрация напряжения, будут развиваться пластические деформации – деформации сдвига.

2-3 – фаза развития интенсивных деформаций уплотнения и сдвига. При увеличении нагрузки деформации уплотнения будут увеличиваться, а зоны сдвигов расти.

3-4 – фаза выпора. При давлении Pcr₂ произойдет резкая осадка штампа с выпором грунта в стороны и вверх. Появятся непрерывные поверхности скольжения и грунт потеряет устойчивость. Поверхности скольжения – траектории перемещения частиц грунта. Отрезок 3-4 – вертикальная прямая – осадки увеличиваются без дальнейшего увеличения нагрузки.

8.) Определение напряжений в массиве грунта от действия вертикальной сосредоточенной силы, нескольких сосредоточенных сил, любой распределенной нагрузки, равномерно распределенного давления.

- от действия вертикальной сосредоточенной силы:

σ_z=k*(N/z²)

z – глубина залегания точки М.

k – коэф-т, принимаемый по таблицам справочников в зависимости от отношения r/z.

r – расстояние от оси приложения силы N до точки М.

- от действия нескольких сосредоточенных сил:

σ_z=k₁*(N₁/z²)+ k₂*(N₂/z²)+…+ k_i*(N_i/z²)

k_i – коэф-т, принимаемый по таблицам справочников в зависимости от отношения r_i/z.

r_i – расстояние от оси приложения силы N до точки М.

- от действия любой распределенной нагрузки:

Р – нагрузка на грунт (м/б насыпь).

σ_z=Σk_i*(N_i/z²)

Площадь загружения делиться на прямоугольники размером b_i х l_i. В каждом прямоугольнике определяется равнодействующая Ni. Чем больше прямоугольников, тем больше точность определения напряжений.

r_i – расстояние от оси приложения равнодействующей N_i до точки М. k_i – коэф-т, принимаемый по таблицам справочников в зависимости от отношения r_i/z.

- от равномерно распределенного давления:

b и l – ширина и длина (напр. подошвы фундамента).

а.) Под центром площади загружения - σ_zр=α*Р;

α – коэф-т, принимаемый по табл.1, прил.2 по СНиП 2.02.01-83* в зависимости от отношения ζ=2z/b и формы фундамента и коэф-та η=l/b.

Р – равномерно распределенная нагрузка на грунт.

б.) Под угловыми точками - σ_zр=0,25*α*Р

α – коэф-т, принимаемый по табл.1, прил.2 по СНиП 2.02.01-83* в зависимости от отношения ζ=z/b и формы фундамента и коэф-та η=l/b.

9.) Определение напряжений от собственного веса грунта.

σ_zр – напряжения от внешней нагрузки.

σ_zg – напряжения от собственного веса грунта.

1.) основание однородное:

NL – отметка природного рельефа;

σ_zg=γ*z

γ – удельный вес грунта (кН/м³)

γ=ρ*g

2.) основание слоистое (неоднородное):

σ_zg = Σγ_i*h_i = γ1*h1+ γ2*h2+ γ3*(z-h₁-h₂)

3.) основание однородно, грунт водонепроницаемый, есть УГВ.

σ_zg = Σγ_i*h_i = γ*d_w+ γ_sb*(z- d_w)

γ_sb – удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды (определяется для водопроницаемых грунтов, залегающих ниже уровня грунтовых вод).

γ_sb= (ρ_sb*g)= (γ_s- γ_w)/(1+e).

γ_s – удельный вес твердых частиц;

γ_w – удельный вес воды = 10 кН/м³.

е – коэф-т пористости. γ – удельный вес грунта, определяется для всех грунтов, залегающих выше УГВ, для водонепроницаемых грунтов, залегающих ниже УГВ (водонепроницаемый грунт – глина).

4.) основание однородное, грунт водонепроницаемый, есть УГВ:

σ_zg=γ*z

(Продолжение вопр.9)

5.) основание неоднородное, есть УГВ.:

σ_zg = Σγ_i*h_i = γ1*h1+ γ2*h2+ γ3*(z-h₁-h₂) + γ_sb3*(h₁+h₂+h₃-d_w)+

+ γ_sb4*h4+ γ5*(z-h1-h2-h3-h4)+ γ_w*h_w

γ_w – удельный вес воды = 10 кН/м³.

h_w – расстояние от УГВ до водонепроницаемого слоя.

h_w = h1+h2+h3+h4-dw

6.) верхний грунт насыпной:

Давление насыпи не учитывается.

Насыпной слой рассматривается до3-х метров и более 3-х м.

Слои рассчитываются как в предыдущих случаях.

NL – отметка природного рельефа;

DL – планировочная отметка.

10.) Определение осадки фундамента методом послойного суммирования.

Этот метод универсальный. Расчетные осадки обычно занижены за исключением полутвердых и твердых глин. Расчетная схема – линейно-деформируемое полупространство с условным ограничением сжимаемой толщи.

Допущения:

1.) грунт является линейно-деформируемым телом.

2.) деформации развиваются под действием только нормальных вертикальных напряжений σz.

3.) Боковое расширение грунта невозможно.

4.) Нормальное вертикальное внешнее давление σ_zр определяется под центром фундамента.

5.) Фундамент не обладает жесткостью.

6.) Деформации учитываются только в пределах сжимаемой толщи Нс.

7.) Коэф-т β=0,8.

На схеме:

1.) Все основание делится на слои толщиной hi <0,4b(b-ширина фундамента).

2.) Определяются расстояния zi- это расстояния от подошвы фундамента до поверхности i-го слоя.

3.) Определяется Si -осадка поверхности i-го слоя:

Si=(σzpi*hi)/Ei, где σzpi – среднее значение вертикального нормального напряжения я в i-слое грунта равное полусумме указанных напряжений на верхних и нижних границах слоя.

4.) Определяется осадка фундамента S=βΣ(σzpi*hi)/Ei=βΣSi. Чтобы определить сжимаемую толщу, необходимо построить 3 эпюры: σzg-от собственного веса грунта, σzp-эпюра напряжений от внешнего давления (σzp=α*Р₀), 0,2σzg(Е>5МПа) или 0,1σzg(если Е<5МПа). Считается что, ниже точки пересечения грунт не сжимается и осадки = 0; расстояние от подошвы фундамента до точки пересечения называется мощностью сжимаемой толщи (слоев) Нс.

11.) Определение осадки фундамента методом эквивалентного слоя.

Этот метод используется, если площадь подошвы фундамента не превышает 50м2.

Допущения:

а.) грунт является линейно-деформируемым материалом.

б.) грунт однороден на всю глубину сжимаемой толщи.

1.) основание однородное:

S=h_e*m_υ*P_О

he – толщина эквивалентного слоя he=A_υw*b, где b – ширина подошвы фундамента, A_υw – коэф-т эквивалентного слоя, определяется по таблицам справочников в зависимости от вида грунта и формы фундамента.

m_υ – коэф-т относительной сжимаемости. m_υ=m₀*(1+e), где е – коэф-т пористости грунта, залегающего под подошвой фундамента, m₀ – коэф-т сжимаемости.

Р_О = Р_mII - σ_zg0, где Р_О – дополнительное давление на подошве фундамента, Р_mII – среднее давление под подошвой фундамента. σ_zg0 – напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента.

2.) основание неоднородное:

S=h_e*m_υm*P₀, где m_υm= (1/2h_e²)*Σ(z_i*h_i*m_υi),

где m_υi – коэф-т относительной сжимаемости i-го слоя.

12.) Определение осадки фундамента методом линейно-деформируемого слоя.

Этот метод используется:

1.) если в пределах сжимаемой толщи основания, определяемой как для линейно-деформируемого полупространства залегает слой грунта с модулем деформации Е₁>100 МПа и толщиной h₁, удовлетворяющей условию h₁≥Hc(1-) , где Е₂ – модуль деформации грунта, подстилающего слой грунта с модулем деформации Е₁. Нс – толщина сжимаемой толщи, определяемая как для линейно-деформируемого полупространства.

2.) если ширина подошвы фундамента b≥10м и модуль деформации грунтов основания Е≥10МПа.

Осадка фундамента определяется по формуле:

, где Р – среднее давление под подошвой фундамента; b – ширина подошвы фундамента; k_C – принимается по таблице СНиП (в зависимости от отношения ζ=2H/b, где Н – толщина линейно-деформируемого слоя); k_m – коэф-т, принимаемый по табл. СНиП (в зависимости от ширины подошвы фундамента b и среднего значения модуля деформации грунтов основания Е); n – число слоев, различающихся по сжимаемости, в пределах толщины линейно-деформируемого слоя Н; k_i и k_i-1- коэф-ты, принимаемые по табл. СНиП (в зависимости от формы фундамента и отношений ζ=2z_i/b и ζ_i-1=2z_i-1/b, где z_i – расстояние от подошвы фундамента до поверхности i-го слоя); Еi – модуль деформации i-го слоя грунта.

Толщина линейно-деформируемого слоя Н принимается до кровли грунта с модулем деформации Е≥100 МПа , а при ширине (диаметре) фундамента b≥10м и среднем значении модуля деформации грунтов основания Е≥10 МПа вычисляется по формуле : Н=(Н_О+ ψ*b)k_P (формула 1), где Н_О и ψ – принимаются соответственно равными для оснований, сложенных: пылевато-глинистыми грунтами 9м и 0,15; песчаными грунтами – 6м и 0,1. k_P – коэффициент, принимаемый равным: k_P=0,8 при среднем давлении под подошвой фундамента р=100 кПа; k_P=1,2 при р=500 кПа, а при промежуточных значениях – по интерполяции.

Если основание сложено пылевато-глинистыми и песчаными грунтами, значение Н определяется по формуле: Н=Н_S+h_cl/3 , где Н_S – толщина слоя, вычисленная по формуле 1 в предположении, что основание сложено только песчаными грунтами, h_cl – суммарная толщина слоев пылевато-глинистых грунтов в пределах от подошвы фундамента до глубины, равной Нcl – значению Н, вычисленному по формуле 1 в предположении, что основание сложено только пылевато-глинистыми грунтами.

13.) Силы морозного пучения.

Возникают в пучинистых и в мерзлых грунтах. τ_f – касательные силы морозного пучения, действующие на боковой поверхности фундамента (40-110 кПа). σ_f – нормальные силы морозного пучения. σ_f=(5-10)τ_f .

σ^а_f – удельные силы морозного пучения, действуют перпендикулярно боковой поверхности фундамента. σ^а_f=(1/10)τ_f. Обычно при проектировании не учитываются, но могут опрокинуть малонагруженный фундамент, действуя с одной стороны.

СНиП 2.02.01-83* запрещает развитие нормальных сил морозного пучения.

Мероприятия по исключению сил морозного пучения:

1.)Согласно СНиП глубина заложения фундамента в пучинистых грунтах должна быть не менее расчетной глубины сезонного промерзания грунта.

2.) Чтобы исключить касательные силы морозного пучения τ_f выполняется обратная засыпка из непучинистого грунта.

14.) Порядок расчета жестких центрально-нагруженных фундаментов на естественном основании.

1.) Определяем площадь подошвы фундамента. А=N_oII/(R₀-γ_mII*d),

гдеN_оII– вертикальная нагрузка на обрез фундамента по II группе предельных состояний; R₀ – условное расчетное сопротивление грунта основания; γ_mII - средний удельный вес материала фундамента и грунта на уступах; d – глубина заложения фундамента

2.) А=b*l.

а.)Для ленточных фундаментов l=м  b=A/1;

б.) под колонны: если М=0, то b=l=

Для монолитных фундаментов b и l округляем до 0,1м; для сборных принимаем типовые фундаментные подушки и фундаменты под колонны по табл.ГОСТ и справочников.

3.) Определяем расчетное сопротивление грунта основания по формуле СНиП 2.02.01-83*:

,

, где: γ_С1, γ_С2, К, k_Z, М_γ,М_g, М_с эти характеристики определяются по таблицам СНиП 2.02.01-83*.

b – ширина подошвы фунд-та; d_b – глубина подвала (т.е. от планируемой отметки до верха пола подвала); d₁ – приведенная глубина заложения фундамента (d₁=h_S+(γ_cf*h_cf)/γ^/_II, где h_s – расстояние от подошвы условного фундамента (кровля слабого слоя) до низа пола подвала, γ_сf – средний удельный вес конструкций пола подвала, h_cf – толщина пола подвала; γ_II^/ - средний удельный вес грунтов, залегающих выше кровли слабого слоя (γ_II^/=Σγ_i*h_i/ Σh_i), γi – удельный вес, h_i – толщина слоя грунта, С_II– удельное сцепление грунта слабого слоя; γ_II - средний удельный вес грунтов, залегающих ниже кровли слабого слоя.

4.) Определяем среднее давление под подошвой фундамента P_mII=(N_oII+ γ_mII*d*b*l)/(b*l), где b и l – принятые ширина и длина подошвы фундамента.

5.) Проверка: R ≥ Р_mII (разница ≤ 5%).

6.) Если в основании залегает слабый грунт, то выполняется проверка его прочности: σ_zp+ σ_zg ≤ R_z, где: σ_zp – вертикал. нормальное напряжение от внешнего давления на уровне кровли слабого слоя; σ_zg – вертикал. нормальные напряжения от собственного веса грунта на уровне кровли слабого слоя; R_z – расчетное сопротивление грунта слабого слоя на глубине z от подошвы фунд-та на уровне его кровли; z – расстояние от подошвы фунд-та до слабого слоя. Если условия не выполняются, то можно изменить размеры подошвы фунд-та или глубину заложения.

7.) Выполняем расчет осадки фунд-та S≥Su. S – расчетная осадка; Su – предельно допустимая осадка. Если условия не выполняются, то также можно изменить размеры подошвы фунд-та или глубину заложения.