 |
Сдвиг сыпучего исвязного грунта
|
|
|
|
| Рис. 3.5. Графики сопротивления сдвигу для связного и сыпучего грунта. |
При испытании сыпучего грунта, не имеющего сцепления между зернами, получается наклонная прямая τ пред=f( s ), проходящая через начало координат.Если у грунтаимеется и сцепление, то прямая отсекает на оси координат отрезок,равный величинеудельного сцепления с,[кПа].
Угол φназывают углом внутреннего трения. Тангенс этого угла равен коэффициенту трения грунта:
 .
| (3.1) |
Вариант 4Напряжения от собственного веса грунта и грунтовой воды.
Нарисовать эпюру природного давления для слоистого основания. Геологический разрез должен содержать 3 слоя: неводонасыщенный, насыщенный водой, водоупор. Показать, как находится каждая точка на эпюре. Напр. sz0 =0;sz1 =g1h1….и т.д.
Определяя напряжения от собственного веса, грунт рассматривают как весомую пористую среду, при этом не учитываются формы и размеры пор и неоднородность минеральных фракций. Такая модель может отражать распределение напряжений в однородном и слоистом массиве грунта, каждый слой которого характеризуется соответствующими физическими параметрами. Поры могут быть заполнены воздухом или водой, а каждый слой обладать водопроницаемостью или нет. В такой среде одновременно действуют две системы напряжений: напряжения в воде (нейтральныеuw), и природные напряжения в скелете грунтаот собственного веса (эффективные s zg).Полное напряжение:
| s=s zg + uw. | (4.1) |
Напряжения от собственного весапроще всего выразить через вес столба грунта, лежащего над рассматриваемой площадкой, с учетом взвешивающего действия воды:
 [кПа],
| (4.2) |
где: g i – объемный вес i -го слоя грунта,кН/м3;
hi – толщина i -го слоя, м.
|
|
|
Взвешивающеегидростатическое давление учитывают только в водонасыщенных водопроницаемых грунтах. К ним относятся крупнообломочные с песчаным заполнителем, песчаные и глинистые грунты с индексом текучести IL >0,2.
При меньшей величине IL, глинистые грунты плохо проводят воду, вода в них в значительной степени молекулярно связанная и взвешивающее давление через нее не передается, такие грунты являются водоупором.
Если поры грунта целиком заполнены водой и вода стоит неподвижно, то в ней развивается гидростатическое давление, равное произведению глубины рассматриваемой точки от горизонта грунтовых вод и удельного веса воды.
Гидростатическое давление распространяется во все стороны одинаково и боковое давление равно вертикальному. Гидростатическое давление имеет огромное значение длясооружений, воспринимающих горизонтальную нагрузку, таких как плотины, подземные сооружения, подпорные стены и шпунт. Для уменьшения гидростатического давления применяют понижение уровня грунтовых вод с помощью дренажа.
Гидростатическое давление также называют нейтральным, так как взвешенный в воде грунт под его воздействием не уплотняется. Представим, что глубина воды в водоеме увеличилась. Гидростатическое давление увеличится, но осадки грунта не произойдет.
Рассмотрим пример построения эпюры природных напряжений в многослойном грунтовом массиве.
Рис. 4.1. Эпюра напряжения s zg.
На рис. 4.1 представлен геологический разрез, уровень грунтовых WL находится на границе 1-го и 2-го слоя, а 3-й слой является водоупором.
На кровлю 2-го слоя передается давление, равное 
. Удельный вес грунта 2-го слоя, залегающего ниже уровня грунтовых вод, определяется с учетом взвешивания твердых частиц по формуле 1.18:
[кН/м3].
Если удельный вес грунта γ определен в естественном состоянии с заполнением всех пор водой (степень влажности Sr =1), то во взвешенном состоянии 
и, следовательно, давление на глубине h 1+ h 2 будет равно 
.
|
|
|
Под водонасыщенным грунтом лежит водонепроницаемый глинистый грунт (водоупор),на кровлю которого полностью передается вес вышележащего грунта, включая и вес столба воды, в эпюре напряжений на уровне водоупора возникает скачок напряжений, численно равный: 
Вариант 5. Распределение вертикальных напряжений s z в грунтовом основании от внешней нагрузки. Свойства моделигурнта как линейно-деформируемого полупространства.Изобары напряжений под сосредоточенной нагрузкой, под полосовой нагрузкой. Распределение напряжений s z по оси z под сосредоточенной силой, под центральной осью полосовой нагрузки. (Обозначить оси, нарисовать эпюры). Принцип независимости действия сил. Изменение эпюры s z по оси под центром полосовой нагрузки после приложения рядом другой нагрузки на поверхность. Должны быть нарисованы пять рисунков: схема приложения нагрузки, вид эпюр s z по оси z от нагрузки на полуплоскость (в осях X и Z).
Рис. 5.2. Графики распределения вертикальных напряжений s z а) по оси z, б) по оси х при разных значениях z; в) изобарыs z.
Полупространство /Буссинеск/
 [кПа];
| (5.4) |
Полуплоскость/Фламан/
 [кН/м].
| (5.5) |
Для определения напряжения s z на любой глубине по оси, проходящей через центр тяжести загруженной площадки необходимо значение напряжения на поверхности под нагрузкой умножить на соответствующее значение коэффициента затухания.
Для пользования таблицами сначала вычисляют коэффициенты 
и 
.
Для квадратной и прямоугольной площадок:
 ;  ,
| (5.6) |
где: b – ширина;
l – длина площадки;
z – расстояние по вертикали от поверхности до точки М.
Для круглой площадки:
 ,
| (5.7) |
где: r – радиус площадки.
Напряжения по вертикальной оси, проходящей через центр площадкиопределяют по формуле:
 [кПа],
| (5.8) |
где: 
; 
.
Для того чтобы найти напряжения в любой другой точке основания, приходится использовать сложные вычисления или, что значительно проще, метод угловых точек.
Рис. 5.5. Схема приложения распределенной нагрузки.
Для нагрузки, распределенной равномерно по площадке круга, квадрата или прямоугольника существуют готовые решения в виде таблиц и графиков изобар. Из них чаще всего используют таблицу СНиП 2.02.01-83*, которая дает значения коэффициента затухания αвертикального сжимающего напряжения.
|
|
|
Для пользования таблицами сначала вычисляют коэффициенты и .
Для квадратной и прямоугольной площадок:
| ; ,
| (5.6) |
где: b – ширина;
l – длина площадки;
z – расстояние по вертикали от поверхности до точки М.
Для круглой площадки:
| ,
| (5.7) |
где: r – радиус площадки.
Напряжения по вертикальной оси, проходящей через центр площадкиопределяют по формуле:
| [кПа],
| (5.8) |
где: ; .
Вариант 6. Деформации от внешней нагрузки на примере графика штамповых испытаний.
Первая фаза – грунт уплотняется, деформации его малы и прямо пропорциональны давлению, прочность грунта растет, сдвиги отсутствуют.
Вторая фаза – в наиболее напряженных точках основания начинаются взаимные сдвиги соприкасающихся зерен, возникают пластические деформации, зависимость от давления становится нелинейной.
Третья фаза – начинается, когда сдвиги охватывают значительные объемы грунта, возникают поверхности скольжения. Деформации резко ускоряются, и происходит провал фундамента с выпиранием грунта в стороны.
Принято считать, что фазе уплотнения соблюдается закон Гука и к грунтовому основанию можно применять законы линейной теории упругости, несмотря на то, что деформации грунта не вполне упруги и в этой фазе.
Вариант 7. Начальная критическая нагрузка, расчетное сопротивление. Л.6
|
|
|
