Определение физико-механических характеристик и наименования грунтов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ОСНОВАНИЯ

И ФУНДАМЕНТЫ

Практикум

Составители: С.А. Пьянков

З.К. Азизов

Ульяновск

УлГТУ

УДК 551 (076)

ББК 26.3 я7

О 75

Рецензент главный инженер ООО «ЦЕТРИН», Ю. В. Иванов

Рекомендовано научно-методической комиссией строительного факультета в качестве практикума.

О 75	Основания и фундаменты: практикум / сост.: С. А. Пьянков, З. К. Азизов. – Ульяновск; УлГТУ, 2016. – 34 с.

Практикум составлен в соответствии с программой курсов «Механика грунтов. Основания и фундаменты» и предназначен для студентов направления 08.03.01 «Строительство», всех форм обучения.

Работа подготовлена на кафедре «Теоретическая и прикладная механика и строительные конструкции».

УДК 551 (076)

ББК 26.3 я7

© Пьянков С. А., Азизов З. К., составление, 2016

© Оформление. УлГТУ, 2016

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Основной целью практикума является оказание помощи студентам на практических занятиях по дисциплине «Основания и фундаменты».

Следует иметь в виду, что проектирование и устройство оснований и фундаментов является сложной комплексной задачей, решение которой требует рассмотрения многих факторов – анализа исходных данных по надфундаментной конструкции, инженерно-­геологических условий строительной площадки, физических и механических характеристик слоёв грунта и т. д.

На практических занятиях студент должен закрепить теоретический материал, полученный на лекциях; научиться самостоятельно работать со СНиП (строительные нормы и правила), СП (свод правил), справочной литературой, учебниками, ГОСТ (государственный стандарт) и другим материалом.

Материал данного методических указаний найдет применение при выполнении расчетной части как ку­рсового так и в дальнейшем дипломного проектов.

Таблица 4.1

№ точки	Грунт	Z, м.	0,2szg	szg	a	szp	szp(ср)	szγ	szγ(ср)
	супесь		12,2	24,40	1,000	339,45	-	24,40	-
	0,6	7,04	35,20	0,866	293,91	316,68	21,13	22,76
	1,18	9,13	45,64	0,572	194,06	243,98	13,95	17,54
	песок	1,78	11,25	56,26	0,357	121,13	157,59	8,71	11,33
	2,38	13,38	66,88	0,233	79,18	100,15	5,69	7,20
	2,92	15,29	76,44	0,167	56,67	67,93	4,07	4,88
	песок ниже WL (уровня грунтовых вод)	3,52	17,41	87,06	0,121	40,95	48,81	2,94	3,51
	4,12	19,54	97,68	0,091	30,81	35,88	2,21	2,58
	4,72	21,66	108,30	0,071	23,95	27,38	1,72	1,97
	5,32	22,60	112,98	0,056	19,12	21,53	1,37	1,55
	5,92	23,53	117,66	0,046	15,59	17,35	1,12	1,25
	6,52	24,47	122,34	0,038	12,95	14,27	0,93	1,03
	7,12	25,40	127,02	0,032	10,92	11,94	0,79	0,86

Нижняя граница сжимаемой толщи соответствует H = 5,32 м при

σ_zpi = 19,12 кПа < 0,2∙σ_zgi = 22,60 кПа.

S= 0,8∙[(316,68-22,76)∙0,6/6000 + (243,98-17,54)∙0,58/6000 +

+ (157,59-11,33)∙0,6/35000 + (100,15-7,20)∙0,6/35000 + (67,93-4,88)∙0,54/35000 +

+ (48,81-3,51)∙0,6/35000 + (35,88-2,58)∙0,6/35000 + (27,38-1,97)∙0,6/35000 +

+ (21,53-1,55)∙0,6/35000] = 0,0468 м. = 4,68 см.

По приложению Д [7], предельно допустимая осадка для данного здания составляет, S_u = 10 см.

S_u = 10 см > S = 4,68 см, условие выполняется.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Виды песчаных грунтов по гранулометрическому составу

Вид грунта	Размер частиц, мм крупнее	Содержание в массе сухого грунта, %
Песок: гравелистый крупный средней крупности мелкий пылеватый	> 2 > 0,5 > 0,25 > 0,1 > 0,1	> 25 > 50 > 50 ³ 75 < 75

Приложение 2

Вид песчаных грунтов по плотности при коэффициенте пористости

Песок	Степень плотности песка
плотный	средней плотности	рыхлый
Гравелистый, крупный, средней крупности Мелкий Пылеватый	< 0,55 < 0,60 < 0,60	0,55...0,70 0,60...0,75 0,60...0,8	> 0,70 > 0,75 > 0,80

Приложение 3

Разновидности грунтов по коэффициенту водонасыщения

Грунт	Коэффициент водонасыщения
Маловлажные Влажные Насыщенные водой	0 < Sr £ 0,5 0,5 < Sr £ 0,8 0,8 < Sr £ 1

Приложение 4

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Веселов, В.А. Проектирование оснований и фундаментов / В.А. Веселов. – М. : Стройиздат, 1990.

2. Далматов, Б. И. Проектирование фундаментов зданий и промышленных сооружений : учебное пособие для вузов / Б.И. Далматов. – М. : АСВ, 2006.

3. Далматов, Б. И. Механика грунтов, основания и фундаменты включая специальный курс инженерной геологии : учебное пособие для вузов / Б.И. Далматов. – М. : Лань, 2012.

4. Малышев, М. В. Механика грунтов. Основания и фундаменты (в вопросах и ответах): учебное пособие / М.В. Малышев. – М. : АСВ, 2015.

5. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01–83). – M. : Стройиздат, 1986.

6. Справочник проектировщика. Основания, фундаменты и подземные сооружения / под общ. ред. Е. А. Сорочана, Ю. Г. Трофименко. – M. : Стройиздат, 1985.

7. СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений». Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*. –М. : Минрегион России, 2011.

8. СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*. –М. : Минрегион России, 2011.

9. СП 131.13330.2012 Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99*. –М. : Минрегион России, 2012.

СОДЕРЖАНИЕ

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ …………...…………………………………………3

1. Определение физико-механических характеристик

и наименова­ние грунтов.……………………….…………..…………………3

1.1. Определение физических свойств грунтов ………...…………………..3

1.2. Определение механических свойств грунтов……………………….….7

2. Определение глубины заложения фундамента………………………….11

3. Определение размеров подошвы фундамента…………………………..13

4. Определение осадки фундамента методом послойного сумми­рования.23

Приложения 1 –11…….…………..………………………………….…27

Библиографический список………….…………………………...32

Учебное издание

Основания и фундаменты

Практикум

Составители: Пьянков Сергей Анатольевич

АзизовЗагид Керимович

Редактор Н.А. Евдокимова

___________________________________________________________

Подписано в печать .11.2016. Формат 60×84/16. Заказ.

Усл. печ. л. 1.63 Тираж 100 экз.

Ульяновский государственный технический университет

432027, г. Ульяновск, ул. Северный Венец, д. 32

ИПК «Венец» УлГТУ. 432027, г. Ульяновск, ул. Северный Венец, д. 32

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ОСНОВАНИЯ

И ФУНДАМЕНТЫ

Практикум

Составители: С.А. Пьянков

З.К. Азизов

Ульяновск

УлГТУ

УДК 551 (076)

ББК 26.3 я7

О 75

Рецензент главный инженер ООО «ЦЕТРИН», Ю. В. Иванов

Рекомендовано научно-методической комиссией строительного факультета в качестве практикума.

О 75	Основания и фундаменты: практикум / сост.: С. А. Пьянков, З. К. Азизов. – Ульяновск; УлГТУ, 2016. – 34 с.

Практикум составлен в соответствии с программой курсов «Механика грунтов. Основания и фундаменты» и предназначен для студентов направления 08.03.01 «Строительство», всех форм обучения.

Работа подготовлена на кафедре «Теоретическая и прикладная механика и строительные конструкции».

УДК 551 (076)

ББК 26.3 я7

© Пьянков С. А., Азизов З. К., составление, 2016

© Оформление. УлГТУ, 2016

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Основной целью практикума является оказание помощи студентам на практических занятиях по дисциплине «Основания и фундаменты».

Следует иметь в виду, что проектирование и устройство оснований и фундаментов является сложной комплексной задачей, решение которой требует рассмотрения многих факторов – анализа исходных данных по надфундаментной конструкции, инженерно-­геологических условий строительной площадки, физических и механических характеристик слоёв грунта и т. д.

На практических занятиях студент должен закрепить теоретический материал, полученный на лекциях; научиться самостоятельно работать со СНиП (строительные нормы и правила), СП (свод правил), справочной литературой, учебниками, ГОСТ (государственный стандарт) и другим материалом.

Материал данного методических указаний найдет применение при выполнении расчетной части как ку­рсового так и в дальнейшем дипломного проектов.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И НАИМЕНОВАНИЯ ГРУНТОВ

Согласно заданию студент получает результаты лабораторных и полевых испытаний грун­тов. По этим данным производится расчет и определение произ­водных характеристик грунта и дается оценка возможности использования каждого слоя грунта в качестве основания. Полученные результаты сводятся в таблицу согласно порядку залегания грунтов (прил. 9).

1.1. Определение физических свойств грунтов

Пример 1. Определить наименование песчаного грунта.

Дано: Гранулометрический состав фракций в пробе грунта (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Размер фракций, мм	Процентное содержание	Размер фракций, мм	Процентное содержание
> 2,0 2,0 – 0,50 0,50 – 0,25 0,25 – 0,10		0,10 – 0,05 0,05 – 0,005 < 0,005

Решение: Определение наименования песчаного грунта прово­дят в соответствии с табл. 4 [5, с.18] или прил. 1. Для этого необходимо данные крупности частиц сум­мировать слева направо и сравнивать их каждый раз после очередного добавления сумм с соответствующими величинами процентного содержания частиц определенной крупности: 2; 0,5; 0,25; 0,1 мм.

В нашем примере частиц крупнее 2 мм – 5%, а в соот­ветствии с прил. 1 для песка гравелистого необходимо больше 25%, значит, песок не гравелистый.

Определяем суммарное количество частиц крупнее 0,5 мм:

5 + 20 = 25% .

В соответствии с прил. 1 суммарное количество частиц крупнее 0,5 мм необходимо больше 50%, а 25 < 50, значит, песок не крупный.

Суммарное количество частиц крупнее 0,25 мм:

5 + 20 + 32 = 57 %.

В соответствии с прил. 1 вес частиц крупнее 0,25 мм в нашем примере 57% > 50%, то данный грунт по гранулометрическому составу относится к пескам средней крупнос­ти.

Пример 2. Определить коэффициент пористости и вид по плотнос­ти песчаного грунта.

Дано: Песок средней крупности, удельный вес частиц грунта g_S = 26,6 кН/м³; влажность грунта W = 0,26; удельный вес грунта g = 19,8 кН/м³.

Решение: Коэффициент пористости грунта определяется по формуле

.

В соответствии с прил. 2 данный грунт – песок средней крупности, средней плотности, т. к. 0,55 £ e = 0,693 £ 0,7.

Пример 3. Определить коэффициент водонасыщения (степень влажности) песчаного грун­та.

Дано: Удельный вес частиц грунта g_S = 26,6 кН/м³; влажность W = 0,26; коэффициент пористости e = 0,69; удельный вес воды g_W = 10 кН/м³.

Решение: Коэффициент водонасыщения S_r определяется по формуле

= 0,26×26,6/0,693×10 = 0,998.

В соответствии с прил. 3 данный песчаный грунт – насыщенный водой, т. к. 0,8 < Sr = 0,998 £ 1.

Пример 4. Определить вид и состояние (консистенцию) глинистого грунта.

Дано: Естественная влажность W = 0,23; влажность на границе текучести W_L = 0,28; влажность на границе раскатыва­ния W_P = 0,18.

Решение: Вид глинистого грунта определяется по числу пластичности по формуле

I_P = W_L – W_P = 0,28 – 0,18 = 0,10.

Данный глинистый грунт в соответствии с прил. 4 является суглинком, так как 0,07 < I_P = 0,10 £ 0,17.

Консистенцию глинистого грунта определяем по показателю текучести I_L по формуле

.

Данный суглинистый грунт в соответствии с прил. 5 является тугопластичным, т. к. 0,25 < I_L = 0,50 £ 0,50. Полное наименование глинистого грунта – суглинок тугопластичный.

Пример 5. Определить коэффициент пористости и коэффициент водонасыщения (степень влажности) глинистого грунта.

Дано: Суглинок тугопластичный, удельный вес частиц грунта g_S = 26,8 кН/м³; удельный вес грунта g = 20,0 кН/м³, влажность грунта W = 0,24; удельный вес воды g_W = 10 кН/м³.

Решение: Коэффициент пористости грунта определяется по формуле

.

= (0,24×26,8)/(0,668×10,0) = 0,96.

Пример 6. Определить показатель просадочности I_SS грунта.

Дано: Коэффициент водонасыщения S_r £ 0,8, коэффициент порис­тости природного сложения и влажности e = 0,662; число пластичности I_P = 8.

Коэффициент пористости, соответс­твующий влажности на границе текучести W_L и определяемый по формуле e_L = (W_L×g_S)/g_W, при g_S = 26,8 кН/м³ , g_W = 10 кН/м³ и W_L = 0,28 равен e_L = 0,28×26,8/10 = 0,75.

Решение. Показатель просадочности определяется по формуле

= (0,75 – 0,66)/(1 + 0,66) = 0,05.

В соответствии с прил. 6 данный грунт относится к просадочным, т. к.
0,05 < 0,1 при I_P = 8 < 10.

Пример 7. Определить удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды.

Дано: Коэффициент пористости грунта e = 0,68; удельный вес воды g_W = 10 кН/м³; удельный вес частиц грунта g_S = 26,5 кН/м³ .

Решение. Удельный вес грунта, находящегося ниже уровня грунтовых вод (УГВ), во взвешенном состоянии определяется по формуле

кН/м³.

1.2. Определение механических свойств грунтов

Пример 8. Определить модуль общей деформации E_O по данным полевых испытаний методом пробной нагрузки.

Дано: Результаты испытания грунта пробной нагрузкой даны в табл. 1.2 и графике осадки штампа на рисунке 1.1. Грунт супесь. Глубина испытания 4 м.

Таблица 1.2

P, МПа	S, мм
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,30 0,40 0,50	0,00 0,60 1,20 1,80 2,40 3,60 20,00 50,00

Рис. 1.1. Зависимость осадки штампа от давления

Решение. Общий модуль деформации определяют по формуле

E_O = (W×d×(1 – n_o²)×Dp) /D_S ,

где W – коэффициент, принимаемый для круглых жестких штампов равным 0,8; d – диаметр штампа, принимаемый при испытании до глубины 5 м, равным 798 мм и 277 мм при глу­бине испытаний более 5 м; n_o – коэффициент общей отно­сительной поперечной деформации грунта. Из таблицы при­л. 7 для супеси n_o = 0,3; Dp – приращение давления на штамп; D_S – приращение осадки штампа. Модуль деформа­ции следует определять в интервале давлений 0,1¸0,2 МПа, тогда Dp = 0,2 – 0,1 = 0,1 МПа, D_S = 2,4 – 1,2 = 1,2 мм = 0,0012 м.

E_O = (0,8×0,798× (1 – 0,3² )×0,1) / 0,0012 = 48,41 МПа. Коэффициент относительной сжимаемости:

.

Из таблицы прил. 7 b = 0,74.

Таблица 1.3

Степень сжимаемости грунта

Степень сжимаемости грунта	mo, МПа–1	Е0, МПа
Несжимаемый Малосжимаемый Среднесжимаемый Повышенной сжимаемости Сильносжимаемый	< 0,01 0,01 – 0,05 0,05 – 0,1 0,1 – 1 >1	>100 30 – 1000 15 – 30 5 – 15 <5

Данный грунт малосжимаемый, т. к. 0,005 £ m_V = 0,0153 < 0,05 .

Пример 9. Определить модуль общей деформации по ре­зультатам компрессионных испытаний.

Дано: Результаты компрессионных испытаний в табл. 1.4 и график компрессионной кривой на рис. 1.2. Грунт­ – глина.

Таблица 1.4

P ,МПа	e
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,30 0,40 0,50	0,680 0,675 0,672 0,670 0,669 0,668 0,667 0,666

Рис. 1.2. Компрессионная кривая

Решение. Общий модуль деформации по компрессионным ис­пытаниям определяют по формуле E_O = b/m_V, где b = 0,43 – безразмерный коэффициент, прини­маемый по таблице прил. 7; m_V – коэффициент отно­сительной сжимаемости определяем по формуле m_V = m₀/(1 + e₀), где m_O – коэффициент сжимаемости, определяемый по формуле

,

где e₁, e₂ и P₂, P₁ – соответственно, коэффициенты по­ристости и давления в пределах давлений P = 0,1¸0,2 МПа.

e₁ = 0,672; P₁ = 0,10 МПа; e₂ = 0,669; P₂ = 0,2 МПа.

m₀ = (0,672 – 0,669)/(0,2 – 0,1) = 0,03 МПа^–1;

m_V = 0,03/1 + 0,680 = 0,018 МПа^–1.

E₀ = 0,43/0,018 = 23,9 МПа. Данный грунт средней сжима­емости.

Пример 10. Определить по СП 22.13330.2011 прочностные и деформативные характеристики пылевато-глини­стого грунта.

Дано: Грунт делювиального происхождения, число плас­тичности грунта I_P = 0,10, показатель текучести I_L = 0,20, коэффициент пористости e = 0,45.

Решение. По заданному числу пластичности I_P = 0,10 устанав­ливаем по прил. 4, что данный грунт относится к суглинкам.

По исходным данным: I_L = 0,20 и коэффициенту пористости e = 0,45 из табл. Б.2 прил. Б [7] находим нормативное значение угла внутреннего трения j_n = 26 град. и удельного сцепления грунта С_n = 0,47 МПа.

По табл. Б.3 прил. Б [7] на­ходим нормативное значение модуля деформации E_H.

При I_L = 0,20, e = 0,45, грунт – суглинок. E_H = 34 МПа.

Пример 11. Определить расчетное сопротивление R₀ грунта основания.

Дано: Число пластичности I_P = 0,12, коэффициент пористости e = 0,86; показатель текучести I_L = 0,4.

Решение. Данный грунт – суглинок, т. к. I_P = 0,12 < 0,17.

Расчетное сопротивление R₀ на данный грунт определим по прил. 11.

Для грунтов с промежуточными значениями е и J_L значение R_о определяется путем линейной интерполяции в соответствии с формулой

.

где e₂ > e > e₁ – интервал значений коэффициента пористости, в котором находится искомое значение е.

R_о(1,0) – значение R_о при е=е₁ и J_L=0;

R_о(1,1) – значение R_о при е=е₁ и J_L=1;

R_о(2,0) – значение R_о при е=е₂ и J_L=0;

R_о(2,1) – значение R_о при е=е₂ и J_L=1.

Для суглинка при показателе текучести I_L = 0,4 и коэффициенте пористости е = 0,86 – R₀ = 188,9 кПа.