механика грунтов
.pdfМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Факультет строительства и архитектуры
Кафедра строительного производства
М. В. КРУТИКОВА
МЕХАНИКА ГРУНТОВ
Учебно-методическое пособие
Киров
2014
1
УДК 624.15(07) К 846
Допущено к изданию методическим советом факультета строительства и архитектуры ФГБОУ ВПО «ВятГУ» в качестве учебно-методического пособия для студентов направления 270800.62 «Строительство», всех профилей подготовки, всех форм обучения
Рецензент кандидат технических наук, доцент кафедры «Строительных конструкций»
ФГБОУ ВПО «ВятГУ» М. А. Жандаров
Крутикова, М. В.
К846 Механика грунтов: учебно-методическое пособие / М. В. Крутикова. – Киров: ФГБОУ ВПО «ВятГУ», 2014. – 67 с.
УДК 624.15(07)
В пособие включены работы по определению вида грунта, его физических и механических характеристик, необходимых для дальнейшего проектирования оснований и фундаментов. В пособии есть работы по определению напряжений в грунтах и деформаций оснований разными методами. Включена графоаналитическая работа по определению устойчивости склона. Излагается последовательность выполнения работ и указано необходимое оборудование.
Компьютерная верстка М. В. Крутикова
Тех. редактор А. В. Куликова
© ФБГОУ ВПО «ВятГУ», 2014
2
Техника безопасности в лаборатории «Механика грунтов»
1.Настоящая инструкция распространяется на всех преподавателей и студентов, работающих в лаборатории.
2.При проведении работ обязательным является выполнение обще-
принятых правил обращения и эксплуатации с электрооборудованием, про-
тивопожарной безопасности и требований производственной санитарии.
3. Запрещается работать на неисправном оборудовании, при откры-
тых токоведущих частях.
4. Запрещается прикасаться к токоведущим частям оборудования,
находящегося под напряжением.
5.Включать в электросеть плитку песчаной бани и сушильный шкаф разрешается преподавателю, ведущему занятия. Плитку во время работы на другое место переносить запрещается.
6.Сушить грунт следует при закрытой дверце сушильного шкафа.
Бюксы с высушенным грунтом следует доставать из сушильного шкафа,
используя рабочие рукавицы.
7. Металлические грузы, используемые в лаборатории, должны хра-
ниться рядом с прибором. Работать с грузами следует внимательно и осто-
рожно, опасаясь падения груза на ноги.
8. После окончания работы следует привести рабочее место в поря-
док в соответствии с требованиями производственной санитарии, убрать грунт из приборов, протереть сухой тряпкой металлические части прибо-
ров, убрать на место грузы.
9. В лаборатории запрещается: курить и пользоваться открытым ог-
нем; оставлять без присмотра включенные в сеть электроприборы; хранить горючие и взрывчатые вещества; загромождать проходы между столами.
10. Уходя из лаборатории, следует выключить свет, электроприборы,
кондиционеры.
3
11. При обнаружении сумок, пакетов, свертков и т.д. неизвестного про-
исхождения следует сообщить об этом преподавателю ведущему занятие.
12. При звуках пожарной сигнализации, всем находящимся в лабора-
тории, следует обесточить электроприборы и покинуть лабораторию и корпус, не создавая при этом паники.
М.2 Определение физических характеристик грунтов
Р.2.1.1 Статистическая обработка результатов лабораторных
данных
Расчеты оснований фундаментов должны выполняться с использова-
нием расчетных значений характеристик грунтов А, которые определяются по формуле
А = Ан / γg, |
(1) |
где А – нормативное значение данной характеристики;
γg – коэффициент безопасности по грунту,
Нормативное значение характеристики грунта определяется по формуле
|
1 |
n |
|
|
Ан |
Ai , |
(2) |
||
|
||||
|
n i 1 |
|
||
где Аi – частное значение характеристики (минимальное количество одно-
именных частных определений должно составлять для каждого выделен-
ного ИГЭ – шесть);
n – число определений характеристики (зависит от степени неодно-
родности грунта, требуемой точности определения, вида сооружения).
Коэффициент безопасности по грунту γg устанавливают в зависимо-
сти от коэффициента вариации характеристики V, числа определений и значения доверительной вероятности α.
Коэффициента вариации характеристики определяется по формуле
4
V = σ / Aн, |
(3) |
где σ – среднее квадратичное отклонение характеристики.
Среднее квадратичное отклонение характеристики определяется по
формуле
|
1 |
n |
|
|
|
|
|
|
н |
A |
2 |
|
|
|
A |
|
(4) |
|||
|
n 1 |
|
i . |
|||
|
i 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Значение коэффициента доверительной вероятности при расчетах оснований по несущей способности α = 0,95; при расчетах оснований по деформациям α = 0,85.
Показатель точности оценки среднего значения характеристики определяется по формуле
|
t |
V |
|
|
|
, |
|
|
|
||
|
|
n |
|
|
|
|
где tα – коэффициент, принимаемый по табл. 1.
(5)
Таблица 1
α |
|
|
n – число определений |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
4 |
5 |
|
6 |
7 |
8 |
9 |
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
α=0,95 |
2,92 |
2,35 |
2,13 |
|
2,01 |
1,94 |
1,90 |
1,86 |
|
1,81 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
α=0,85 |
1,34 |
1,25 |
1,19 |
|
1,16 |
1,13 |
1,13 |
1,11 |
|
1,10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент безопасности по грунту определяют по формулам |
|
|||||||||
|
|
|
|
γg = 1 / (1+δ) |
|
|
|
(6) |
||
|
|
|
или γg = 1 / (1 – δ). |
|
|
|
(7) |
|||
Знак «+» или « – » в круглых скобках принимается тот, который в
расчетной схеме устойчивости или деформации обеспечивает большую надежность основания или фундамента. Например, в расчетах на устойчи-
вость сооружения для части грунта, которая оказывает активное давление на сооружение, принимается знак «+». Для части грунта, оказывающей пассивное давление на сооружение, принимается знак « – ».
5
Р.2.2.1 Определение удельного веса грунта методом режущего
кольца
Удельный вес грунта – это отношение веса грунта к его объему.
Удельный вес грунта связан с плотностью грунта и определяется по формуле
γ = ρ g, |
(8) |
где g = 9,8 м/сек2 – ускорение свободного падения (≈ 10 м/сек2), переход в систему СИ.
Плотность грунта – это отношение массы грунта, включая воду в по-
рах, к объему грунта. Определяется по формуле |
|
|
|
ρ = m/V, |
(9) |
где m – масса грунта, т; |
|
|
|
V – объем грунта, м3 . |
|
|
Для определения плотности песчаных и глинистых грунтов, легко |
|
поддающихся вырезке, применяется метод режущего кольца. |
|
|
|
Используемое оборудование: |
|
1. |
Грунтоотборники (рис. 1). |
|
2. |
Технические весы с разновесом (рис. 2). |
|
3. |
Штангенциркуль. |
|
4. |
Нож с тонким лезвием. |
|
5. |
Машинное масло. |
|
6. |
Стекла 120х120 – 2 шт. |
|
6
Рис. 1. Грунтоотборники
Рис. 2. Технические весы
7
Последовательность работы:
1.С помощью штангенциркуля определяют размеры (с точно-
стью до 0,1мм) и внутренний объем кольца. Кольцо с внутренней стороны смазывают тонким слоем машинного масла (смазкой).
2. Взвешивают пустое кольцо на технических весах с точностью до 0,01г. Если испытывается песчаный грунт, то взвешиваются два стекла,
имеющие размеры больше диаметра кольца.
3. На верхнюю плоскость грунта устанавливают режущий край кольца и вручную через насадку слегка вдавливают кольцо в грунт, фикси-
руя границу образца для испытаний.
4.Грунт снаружи кольца обрезают на глубину 5–10 мм ниже ре-
жущего края, формируя грунтовый столбик диаметром на 1–2 мм больше наружного диаметра кольца. Периодически кольцо насаживают на столбик грунта, не допуская перекосов до тех пор, пока кольцо не заполнится грун-
том полностью и грунт будет выше стенок кольца на 5 мм.
5.Осторожно подрезать грунт снизу заподлицо с кольцом. В слу-
чае песчаного грунта кольцо можно вдавить в грунт сразу, затем обкопать
грунт вокруг кольца ножом и подхватить снизу стеклом. |
|
|
6. |
Тщательно очистить наружную поверхность кольца и стекол и |
|
взвесить кольцо с грунтом и стеклами. |
|
|
Плотность грунта (с точностью 0,01 г/см3) определить по формуле |
||
|
ρ = (m1 – m2) / V, |
(10) |
где m1 – масса грунта с кольцом и стеклами, г; |
|
|
m2 – масса кольца и стекол, г; |
|
|
V – объем грунта, равный внутреннему объему кольца, см3 . |
|
|
|
V = h π d2 / 4, |
(11) |
где h – высота кольца, см;
d – внутренний диаметр кольца, см.
8
В системе СИ удельный вес грунта измеряется в кН/м3 . В системе Технической удельный вес грунта измеряется в Г/см3, кГ/см3, т/м3.
Пример: плотность грунта ρ = 2т/м3. В системе СИ удельный вес грунта γ = 20 кН/м3; в системе Технической γ = 2 т/м3.
Р.2.2.2 Метод парафинирования
Метод парафинирования применяется в случае, если образец кро-
шится или не подается вырезке грунтоотборником.
Используемое оборудование:
1.Нож с тонким лезвием.
2.Нить плотная швейная.
3.Фарфоровая чашка с расплавленным парафином(57–60 С◦).
4.Игла.
5.Стакан с дистиллированной водой.
6.Подставка – скамеечка (размеры В=100, L=250, Н=100).
7.Фильтровальная бумага.
8.Технические весы с разновесом.
Последовательность работы:
1.Образец грунта объемом не менее 50 см3 зачистить ножом, удаляя острые выступающие части и придавая ему округлую форму.
2.Обвязать образец ниткой и взвешивают на технических весах с точностью до 0,01 г.
3.Покрыть образец парафиновой оболочкой, погружая на 1–2 сек. в
расплавленный горячий парафин. Парафин не должен содержать посто-
9
ронних примесей. Пузырьки воздуха в застывшей парафиновой оболочке следует удалить, прокалывая и заглаживая их нагретой иглой.
4. Покрыть образец вторым слоем парафина и взвесить его на техни-
ческих весах с точностью 0,01 г.
5.Установить над чашей весов на подставке (в виде скамеечки) стакан
сводой таким образом, чтобы его вес не передавался на коромысла весов.
6.На нити делают петлю и надевают на серьгу коромысла весов та-
ким образом, чтобы длина нити обеспечивала полное погружение запара-
финированного образца в воду. Образец взвешивают.
7. Вынимают из воды запарафинированный образец, промокают его фильтровальной бумагой и еще раз взвешивают для проверки герметично-
сти оболочки. При увеличении массы на 0,02 г, по сравнению с первона-
чальной, образец выбраковывают и делают повторное испытание.
Плотность грунта определяется по формуле
ρ = m ρω ρn / (ρn(m1 – m2) – ρω(m1 – m)), (12)
где m – масса образца до парафинирования, г;
m1 – масса образца с парафиновой оболочкой, г;
m2 – масса образца с парафиновой оболочкой в воде, г;
ρn = 0,9 г/см3 – плотность парафина;
ρω = 1,0 г/см3 – плотность воды.
Р.2.2.3 Определение удельного веса частиц незасоленных грунтов
Удельный вес частиц грунта – это отношение веса твердых частиц
(сухого) грунта к объему твердых частиц грунта. Переход в систему СИ осуществляется по формуле
γs = ρs g, |
(13) |
где ρs – плотность частиц, г/см3;
g = 9,8 м/сек2 – ускорение свободного падения (≈ 10 м/сек2), переход в систему СИ.
10