ПГС МУ по практическим 2011

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра "Геотехника и экология в строительстве"

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И ЗАДАНИЯ

к практическим занятиям по курсу

"Механика грунтов, основания и фундаменты''

для студентов строительных специальностей

Минск 2011

УДК 624.15.04 : 378.244

Методические указания разработаны для студентов строительных специальностей и охватывают основные вопросы расчета фундаментов мелкого заложения и свайных фундаментов по двум группам предельных состояний, а так же инъекционных анкеров и шпунтовых ограждений. По каждому разделу приведены примеры расчета, даны варианты заданий по всем изучаемым вопросам.

Методические указания составлены в соответствии со строительными нормами Республики Беларусь СНБ 5.01.01-99 «Основания и фундаменты зданий и сооружений», а так же ТКП 45-5.01-67-2007 «Фундаменты плит-

ные. Правила проектирования».

Составители: Никитенко М.И., Банников С.Н., Повколас К.Э.,Сернов В.А.,

Бойко И.Л., Кравцов В. Н.

Рецензенты:

2

1. АНАЛИЗ ФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТА

Для оценки свойств грунтов используются физические и механические характеристики. В лабораторных условиях экспериментально определяют три основные физические характеристики:

–удельный вес грунта γ – отношение веса образца грунта к его объему, кН/м3;

–удельный вес частиц грунта γs - отношение веса твердых частиц к их объему, кН/м3;

–природная весовая влажность грунта W – отношение массы содержащейся в нем воды к массе твердых частиц, %.

Зная величины γ, γs и W можно путем вычислений определить следующие характеристики.

Удельный вес сухого грунта γd – отношение веса сухого грунта к занимаемому грунтом объему, кН/м3

d 1 0,01 W .

Пористость n – отношение объема пор в образце грунта к объему самого образца, %

ns d 100%.

s

Коэффициент пористости е – отношение объема пор к объему твердых частиц

e s d .

d

Наименование песков по плотности в зависимости от коэффициента пористости е приводится в таблице 1.1

Таблица 1.1 – Наименование песков по плотности

Состояние песчаных грунтов по водонасыщенности оценивается по степени влажности Sr

Sr 0,01 W s .

Удельный вес воды γw принимается равным 10 кН/м3.

3

По степени влажности Sr различают пески:

Здесь W – природная влажность, %;

WL – влажность на границе текучести, %;

WP - влажность на границе раскатывания, %.

Наименование грунтов по числу пластичности Ip и по содержанию глинистых частиц приводится в таблице 1.2. Консистенция глинистых

Таблица 1.3 – Консистенции глинистых грунтов по показателю текучести

4

Задание 1.

Исходные данные по заданиям приведены в таблице 1.3. 1.1.Определить следующие физико-механические характеристики грунтов:

d ,n,e,Sp ,JP ,JL

1.2.Оценить состояние песчаных грунтов по коэффициенту пористости e и степени влажности Sr .

1.3.Определить вид пылевато-глинистого грунта по числу пластичности JP и его физическое состояние по показателю текучести JL .

Полученные данные о свойствах грунтов рекомендуется занести в сводную таблицу 1.4.

Таблица 1.3 Основные физические характеристики грунтов

Примечание. Отсутствие значений свидетельствуют о наличии пласта песчаного рунта.

6

В случае напластования грунта с разными удельными весами полные вертикальные напряжения определяются путем сложения давлений от веса отдельных слоев, т.е.

где i и hi – соответственно удельный вес в кН/м3 и толщина i-го слоя грунта, м.

Эпюра природного давления в первом случае изобразится прямой, проходящей через начало координат (рисунок 2.1а), а во втором – ломаной линией с точками перегиба на границах слоев или зеркале грунтовой воды (рисунок 2.1б).

Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня грунтовых вод, оп-

где s и w – удельные веса соответственно минеральных частиц грунта и воды, кH/м3;

e – коэффициент пористости водонасыщенного грунта.

Если в толще основания находится водонепроницаемый слой – глина или суглинок твердой или полутвердой консистенции, то на его кровлю передается давление от грунта и подземных вод (рисунок 2.1в), формула 2.2 запишется в виде

где hw – мощность слоя воды до водоупора, м. В этом случае на эпюре природного давления появляется ступень, величина которой равна гидростатическому давлению воды (рисунок 2.1в).

П р и м е р. Построить эпюру природного давления для геологического разреза, показанного рисунке 2.1в, имеющего два слоя:

1-ый – песок мощностью h1 h2 = 6 м, удельный вес частиц грунтаs =26,5 кН/м3, удельный вес грунта 1=18 кН/м3, коэффициент пористости e=0,54. Уровень подземных вод проходит на глубине h1 =4 м от поверхности грунта.

2-ой слой – глина в твердом состоянии мощностью h3 = 5 м, удельный вес минеральных частиц s = 27 кН/м3, удельный вес грунта 2 = 21 кН/м3. Cлой глины является водоупором.

Р е ш е н и е

Вычисляем значения природных давлений

1.На уровне грунтовых вод на глубине 4 м по формуле (2.1)

zg1 =18·4 = 72 кПа

8

Определяем удельный вес грунта для первого слоя во взвешенном состоянии sb по формуле (2.3)

sb = (26,5–10)/(1+0,54)=10,7 кН/м3

2.На границе первого и второго слоев грунта по формуле (2.2)

zg2 =18·4 +10,7·2=93,4 кПа

3.На кровле слоя глины с учетом давления воды по формуле

zg2 zg2 w h2 93,4+10·2=113,4 кПа

4.На нижней границе слоя глины

zg3 zg2 2 h3 =113,4+21·5=218,4 кПа

Для построения эпюры бытового давления откладываем ординаты, соответствующие вычисленным значениям, и соединяем их концы прямыми линиями.

З а д а н и е 2.

Построить эпюру бытового давления для исходных данных, указанных в таблице 1.3 и результатов расчета задания 1. При построении эпюры принять удельный вес воды w =10 кН/м3.

3. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СЖИМАЮЩИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ОСНОВАНИИ ПО ГЛУБИНЕ

ПОД ЦЕНТРОМ ФУНДАМЕНТА

Нагрузка от сооружения передается на основание через подошву фундамента. В грунтовом массиве, лежащем ниже подошвы фундамента, возникает напряженное состояние, которое влияет на деформации оснований (осадки, горизонтальные смещения, крены и т.д.), а также на прочность и устойчивость грунтовой толщи.

С некоторыми допущениями это напряженное состояние определяется по формулам теории линейно-деформируемых тел.

Осадку грунтов основания в большинстве случаев определяют только от вертикальных нормальных напряжений zp , значения которых в лю-

бой точке основания находят по соответствующим формулам.

Для точек, расположенных на вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента сжимающее напряжение определяется по формуле

где – коэффициент рассеивания напряжений, принимаемый по таблице 3.1 в зависимости от формы подошвы, соотношения сторон прямоугольного фундамента l/b и относительной глубины, равной 2z/b; p0 p zg,0 - дополнительное вертикальное давление на основание

(для фундаментов шириной b 10 м принимается p0 p); p – среднее давление под подошвой фундамента;

9

zg,0 – вертикальные напряжения от собственного веса грунта на

уровне подошвы фундамента;

z – расстояние от подошвы фундамента до рассматриваемой точки.

Таблица 3.1 – Значения коэффициента

Примечание: Для промежуточных значений и величина коэффициента определяется по интерполяции.

П р и м е р 3. Определить вертикальные сжимающие напряжения в основании по оси, проходящей через центр ленточного фундамента, имеющего ширину b=2 м. Глубина заложения фундамента 1,5м. Нагрузка на фундамент N=400 кН. Удельный вес грунта =18 кН/м3 (рисунок 3.1)

10