Фазовые характеристики грунтов

Содержание

Введение

1. Физические свойства грунтов.

1.1. Фазовые характеристики грунтов.

2. Механические свойства грунтов.

2.1. Стабилометрический метод исследования деформируемости и прочности грунтов. Типы стабилометров.

3. Напряжение в грунтовых сооружениях и основаниях.

3.1.Упругие деформации грунтов и методы их определения.

4. Устойчивость откосов. Подпорные стены.

4.1. Условия залегания и трещиноватость скальных пород грунтов.

5. Оценка степени устойчивости откоса методом круглоцилиндрической поверхности скольжения.

Задача.

Список используемой литературы.

Введение

Механика грунтов - это отрасль науки, в которой изучаются физико-механические свойства грунтов и разрабатываются методы расчёта устойчивости и деформируемости грунтовых массивов при действии на них как собственного веса, так и внешних нагрузок от инженерных сооружений. В механике грунтов рассматриваются преимущественно рыхлые горные породы коры выветривания литосферы. Формирование механики грунтов, как самостоятельной дисциплины, обусловлено особенностями внутреннего строения дисперсных пород, сложностью физико-механических свойств грунтов, а так же разнообразием природных условий их залегания.

Механика грунтов преимущественно исследуются дисперсные грунты - природные и техногенные. Помимо малой прочности и значительной деформируемости для них характерен целый ряд других неблагоприятных для строительства явлений - просадочность, морозное пучение, набухание и т.д. Вместе с тем именно с дисперсными грунтами чаще всего приходится сталкиваться строителям железных дорог.

Вопросы изучения работы грунтовых массивов становятся инженерной практикой и определяются их взаимодействием с инженерными сооружениями. В отношениях грунтов и сооружений существуют два понятия - основание и фундамент.

Физические свойства грунтов

Механические свойства грунтов.

Устойчивость откосов. Подпорные стены.

Оценка степени устойчивости откоса методом кругло-цилиндрической поверхности скольжения.

Задача

Оценить устойчивость склона высотой Н=12.0 м. Склон сложен суглинком с параметрами: Wпр=32%, γ=20 кН/м3, φ=11º, с=12.5 кПа, γпр=20(1+0,32)=26,4 кН/м3. Крутизна склона характеризуется углом наклона линии склона к горизонту β=45º.

Метод кругло-цилиндрических поверхностей скольжения - наиболее рас-пространённый из приближённых методов расчёта устойчивости массивов грунтов. Задача расчёта заключается в определении коэффициента устойчиво-сти природного склона или откоса для наиболее опасной поверхности скольже-

При чрезмерной крутизне откоса происходит обрушение его части по по-верхности, которую без особой погрешности можно принять за кругло-цилиндрическую с радиусом R. Считая задачу плоской, толщина расчётного элемента откоса по направ-лению его протяжённости принимаются равной 1 м. На плоскости чертежа след поверхности скольжения имеет вид части ок-ружности радиуса R с центром в точке О. Степень устойчивости откоса оценивается по величине коэффициента, представляющего собой соотношение суммы моментов (относительно центра в точке О) сил, удерживающих призму обрушения в устойчивом состояний, к сумме моментов сил, выбывающих потерю устойчивости призмы обрушения:

Kзап=∑Муд/∑Мсд (5.1)

Для обеспечения надлежащей степени устойчивости необходимо, чтобы коэффициент запаса устойчивости К3А]I был больше 1;

В зависимости от класса сооружения требуемая величина коэффициента запаса устойчивости Кзап=1,25-1,80.

Решение задачи осложняется неопределённостью положения центра вра-щения О. Его координаты, а также значение радиуса R, необходимо определять применительно к наиболее невыгодному положению центра О, которому соот-ветствует наименьшее из всех возможных значение Кзап

Для облегчения определения местоположения центра О предложен ряд приёмов. Наименее трудоёмким является способ определения координат положения центра О по графику норвежского учёного Ямбу, когда по углу наклона откосной Линии к го-ризонту β и обобщённому показателю λ=γпр*H*tgφ/c определяют относительные координаты х„ и у„ центра вращения О. Абсолютные координаты центра вращения при этом равны:

х = х0Н=-0.24*12=-2.88 м.

у = у0H=1.7*12=20.4 м.

λ= (γпр*H*tgφ)/c =(26.4*12*tg11º)/12.5=4.9 м.

Точку начала координат помещают в точку пересечения нижнего горизонта откоса и откосной Линии. Ось абсцисс (ось х) с положительными значениями х направляется вправо от начала координат, ось ординат (ось у) вертикально вверх от начала координат.

Радиус R поверхности скольжения определяется по расстоянию от центра вращения О до точки переселения нижнего горизонта откоса и откосной линии (схема приведена в задании).

Радиусом R из точки О проводят в пределах тела откоса часть кругло- цилиндрической поверхности, определяющей очертание потенциально опасной призмы обрушения.

Для определения коэффициента устойчивости откоса призма обрушения разбивается на ряд блоков с соблюдением ряда правил:

· поверхность скольжения в пределах конкретного блока должна нахо-диться в грунте одного типа и состояния;

· вертикальные границы между смежными блоками должна проходить через точки перелома очертания откосной линии (если откосная линия имеет сложное очертание);

· целесообразно при разбивке призмы обрушения на расчётные блоки ширину блоков принимать одинаковыми.

Вес каждого блока Рi определяют как

Pi=γSil (5.2)

где у - удельный вес грунта, кН/м; Si - площадь i-го блока, определяемая как площадь трапеции или треугольника, м2 ; l - толщина i-го блока, равная 1,0 м.

P1=26.4*1.76*1=46.46 кН

P2=26.4*4,6*1=121.44 кН

P3=26.4*7.2*1=190.08 кН

P4=26.4*9.4*1=248.16 кН

P5=26.4*11*1=290.4 кН

P6=26.4*11.8*1=311.52 кН

P7=26.4*11.6*1=306.24 кН

P8=26.4*3.4*1=89.76 кН

Вес каждого блока Рi раскладывается на нормальную Ni и касательную Qi; составляющие, приложенные в точке пересечения линии действия силы тяжести с поверхностью скольжения:

Ni=Picosαi (5.3)

Qi=Pisinαi (5.4)

где αi- угол между направлением нормали к поверхности скольжения i-го блока (в точке пересечения линии действия силы тяжести и поверхности скольжения) и линией действия силы тяжести (веса) i-блока.

N1=46.46*cos10º=45.75 кН

N2=121.44*cos16º=116.73 кН

N3=190.08*cos20º=178.61 кН

N4=248.16*cos27º=221.11 кН

N5=290.4*cos35º=237.88 кН

N6=311.52*cos42º=231.5 кН

N7=306.24*cos51º=192.72 кН

N8=89.76*cos60º=44.88 кН

∑N=1305.18 кН

Q1=46.46*sin10º=8.06 кН

Q2=121.44*sin16º=33.47 кН

Q3=190.08*sin20º=65.01 кН

Q4=248.16*sin27º=112.66 кН

Q5=290.4*sin35º=166.57 кН

Q6=311.52*sin42º=208.48 кН

Q7=306.24*sin51º=237.99 кН

Q8=89.76*sin60º=77.73 кН

∑Q=909.97 кН

Сила сопротивления сдвигу по поверхности скольжения в пределах i-го блока, обусловленная внутренним трением, определяется по формуле

T1i=Nitgφ=Picosαitgφ. (5.5)

T11=45.75*tg11º=8.89 кН

T12=116.73*tg11º=22.69 кН

T13=178.61*tg11º=34.72 кН

T14=221.11*tg11º=42.9 кН

T15=237.88*tg11º =46.23 кН

T16=231.5*tg11º=44.99 кН

T17=192.72*tg11º=37.46 кН

T18=44.88*tg11º=8.7 кН

∑T1=245.88 кН

Сила сопротивления сдвигу по поверхности скольжения в пределах блока, обусловленная действием сцепления грунта

T2i=clil

T21=12.5*2*1=25 кН

T22=12.5*2*1=25 кН

T23=12.5*2.2*1=27.5 кН

T24=12.5*2.4*1=30 кН

T25=12.5*2.8*1=35 кН

T26=12.5*2.8*1=35 кН

T27=12.5*3.2*1=40 кН

T28=12.5*2*1=25 кН

∑T2=242.5 кН

где li — длина дуги поверхности скольжения в пределах расчётного блока, определяемая по центральному углу между лучами, проходящими из центра О и точки пересечения вертикальных границ блока с поверхностью скольжения. Тогда

Kзап=(∑T1+∑T2)/ ∑Q

Kзап=(245.88+242.5)/909.97 =0.56

Список используемой литературы

1. Механика грунтов: учеб. для вузов ж.-д. трансп./ Ю.И. Соловьев, К.В. Королев, Ю.П. Смолин, А.М. Караулов; ред. А. М. Караулов; УМЦ по образованию на ж.-д. трансп.-2007.

2. Уздин У.М. Сейсмостойкие конструкции транспортных зданий и сооружений : учеб. пособие для вузов/ А.М. Уздин, С.В. Елизаров, Т.А. Белаш; Учеб.-метод. центр по образованию на ж.-д. трансп., -М.; Пиар-Пресс, 2012.-500 с.:а-ил., прил

3. Полшкова И.Н. Грунтоведение. Механика грунтов-М., МГСУ, 2008-

Информационно-библиотечная система «КнигаФонд»

4. Алексеев С.И. Механика грунтов, основания и фундаменты : учебн. пособие для вузов ж.д. транспорта/ С.И. Алексеев; Учебн.-метод. центр по образованию ж.д.трансп.-М., 2014.-331 с.

5. Кафитин Л.И., Свиридов В.В. Механика грунтов. Учебно-методическое пособие для выполнения лабораторных работ-Ростов-на-Дону, РГУПС, 2009.

6. Кафитин Л.И. и др. Механика грунтов. Учебно-методическое пособие к расчетно-графической работе, 2002 г.

7. Журнал «Основания и фундаменты, механика грунтов».

Содержание

Введение

1. Физические свойства грунтов.

1.1. Фазовые характеристики грунтов.

2. Механические свойства грунтов.

2.1. Стабилометрический метод исследования деформируемости и прочности грунтов. Типы стабилометров.

3. Напряжение в грунтовых сооружениях и основаниях.

3.1.Упругие деформации грунтов и методы их определения.

4. Устойчивость откосов. Подпорные стены.

4.1. Условия залегания и трещиноватость скальных пород грунтов.

5. Оценка степени устойчивости откоса методом круглоцилиндрической поверхности скольжения.

Задача.

Список используемой литературы.

Введение

Физические свойства грунтов

Фазовые характеристики грунтов

Строительные свойства грунтов прямо зависят от гранулометрического состава, а также свойств фазовых состояний (твердого, жидкого и газообразного) и количественного соотношения между фазами. Для описания физического состояния грунта и фазового состава используют характеристики, полученные в процессе простейших испытаний (табл. 1.1).

Представляя трехкомпонентную или трехфазную среду, грунт имеет общую массу — m, массу частиц или массу скелета грунта — m_s, массу воды — m_ω, общий объем грунта — V, объем пор — V_р, объем твердых частиц грунта — V_s, объем поровой воды — V_ω. Очевидно, что

m=m_s+m_ω ; (1.1)

V=V_s+V_p ; V_ω≤V_p ; (1.2)

Схематично это можно изобразить так, как показано на рисунке 1.

Фазовые характеристики грунтов - student2.ru

Рисунок 1-Схема фазового состава грунта

1- твердая фаза (минеральная часть илоскелет); 2- жидкая фаза (поровая жидкость); 3- газообразная фаза (поровый газ).

Фазовые характеристики характеризуют физическое состояние грунтов. Фазовые характеристики бывают основные (удельный вес, удельный вес частиц, влажность), которые определяют лабораторным путем, и производные (удельный вес сухого грунта, пористость, коэффициент пористости), определяемые с использованием основных.

Таблица 1- Характеристики фазового состава и физического состояния грунтов.

Наименование, обозначение размерность	Что описывает характеристика и от чего она зависит	Формула для вычисления	Пределы изменения
Удельный вес γ_q_. г/cм³ (m/м³)	Характеризует минеральный состав и выражается отношением веса интегральных частиц к их объему γ_q	-	2,5-2,8 г/см³
Объемный вес грунта γ₀. г/см³(m/м³)	Мера плотности грунта при данной влажности; выражается отношением веса минеральных частиц и воды к объему грунта	-	1,5-2,2 г/см³
Весовая влажность грунта W, %	Мера влажности грунта; выражается отношением веса воды к весу минеральных частиц (в %) · 100	-	Изменяется в весьма широких пределах
Объемный вес скелета грунта γ_ск,г/см³(m/м³)	Мера плотности укладки минеральных частиц; измеряется отношением веса минеральных частиц; измеряется отношением веса минеральных частиц (скелета) по всему объему грунта =		1,0-1,9 г/см³
Пористость α, %	Мера плотности; выражается отношением объема пор ко всему объему грунта · 100	n=(1- ) · 100 %	Изменяется в широких пределах
Коэффициент пористости е Безразмерная величина	Мера плотности; выражается отношением объема пор к объему минеральных частиц (скелета) e	= (1 + )- 1, или ε=	То же
Объемный вес взвешенного в воде грунта γ_взв,г/см³(m/м³)	Выражает давление от собственного веса скелета в водопроницаемом грунте, поры которого заполнен водой	, или	От 0,5 до 1,5 г/см³
Степень влажности или степень водонасыщения, G-безразмерная величина	Мера влажности грунта; выражается отношением объема воды к объему пор	, где -удельный вес воды	От 0 до 1
Предел текучести глинистого грунта W_Т, %	Мера конденсации (степени подвижности) грунта; выражается влажностью, характерной для границы между пластичным и текучим состоянием глинистого грунта	-	Изменяется в широких пределах
Предел раскатывания (пластичности) глинистого грунта Wp, %	Мера консистенции грунта; выражается влажностью, характерной для границы между пластичным и твердым состоянием глинистого грунта	-	То же
Число пластичности W_П,%	Зависит от содержания глинистых частиц в данном грунте; применяется для классификации глинистых грунтов	W_П=W_Т-W_р	То же