Указания к оформлению работы
Министерство образования Российской Федерации
Ухтинский государственный технический университет
МЕХАНИКА ГРУНТОВ
Задания и методические указания к расчётно-графической работе
по дисциплине “Механика грунтов”
для студентов строительных специальностей
Ухта 2000
УДК 624. 131. (076. 5)
Д 32
Девальтовский Е. Э. Механика грунтов: Методические указания. – Ухта: УГТУ, 2000. – 46 с., ил.
Методические указания предназначены для направления 550100 «Строительство», специальности 290300 «Промышленное и гражданское строительство» очной и безотрывной форм обучения.
В 1 части настоящих методических указаний даны задания к выполнению расчётно-графической работы.
Во 2 части методических указаний даны методические указания по выполнению расчётно-графической работы со всеми необходимыми справочными данными.
Содержание методических указаний соответствует рабочей программе дисциплины «Механика грунтов».
Методические указания рассмотрены и одобрены кафедрой ПГС от 14. 02. 2000 г. пр. № 8 и предложены для издания Советом специальности ПГС от 20. 02. 2000 г, пр. № 6.
Рецензент Васильченко А.В., директор УФ института КомиНИПИстрой.
Редактор Вишневская Н.С.
В методических указаниях учтены предложения рецензента и редактора.
План 2000 г., позиция 45.
Подписано в печать 10.03.2000 г. Компьютерный набор.
Объём 46 с. Тираж 50 экз. Заказ № 106.
© Ухтинский государственный технический университет, 2000
169300, Республика Коми, г. Ухта, ул. Первомайская, 13.
Отдел оперативной политографии УГТУ
169300, Республика Коми, г. Ухта, ул. Октябрьская, 13.
Расчётно-графическая работа по дисциплине «Механика грунтов»
Общие указания
Учебный план-график предусматривает выполнение студентами специальности 290300 «Промышленное и гражданское строительство» индивидуальной расчётно-графической работы по механике грунтов. Расчётно-графическая работа является одним из ответственных звеньев учебного процесса и имеет целью закрепить теоретические знания, полученные студентами за период изучения курса. В процессе выполнения расчётно-графической работы студенты должны научиться пользоваться действующими Строительными нормами и правилами, справочными и литературными материалами.
Решению задач в расчётно-графической работе должно предшествовать изучение соответствующих разделов курса «Механика грунтов» и разбор рекомендованных примеров. В противном случае при выполнении расчётно-графической работы могут возникнуть затруднения.
Самостоятельность решения задач в контрольной работе имеет первостепенное значение для усвоения учебного материала.
Содержание работы и порядок её выполнения
Расчётно-графическая работа составлена в соответствии с программой дисциплины и содержит восемь задач по следующим основным разделам:
§ природа грунтов и показатели физико-механических свойств – задача № 1;
§ напряжения в грунтах от действия внешних сил – задачи № 2, 3, 4;
§ теории предельного напряженного состояния грунтов,
ее приложение – задача № 5,6;
§ деформации грунтов и прогноз осадок фундаментов – задачи № 7, 8.
Для выполнения расчётно-графической работы необходимо выбрать данные из таблиц, помещенных в настоящих методических указаниях. Задание выдаётся преподавателем или выбирается по следующему правилу:
§ задачи № 1, 2, 3, 4 выполняются студентом по варианту, соответствующему последней цифре учебного шифра;
§ задачи № 5, 6, 7, 8 – по варианту, соответствующему предпоследней цифре учебного шифра.
Студент обязан выполнить расчётно-графическую работу в срок, предусмотренный индивидуальным планом-графиком на учебный год. Выполненную расчётно-графическую работу с настоящими указаниями следует направить на кафедру для рецензирования.
Расчётно-графическая работа, выполненная по варианту, не соответствующему учебному шифру, и без соблюдения указанных ниже требований к оформлению, на рецензирование не принимается.
Задания и методические указания к расчётно-графической работе выдаются каждому студенту. Консультации, связанные с выполнением расчётно-графической работы, студент может получить у преподавателя кафедры, ведущего дисциплину «Механика грунтов». Для обеспечения выполнения расчётно-графической работы в методических указаниях к каждой задаче приведены краткие рекомендации о последовательности выполнения расчетов, а также об использовании литературных источников.
Студент допускается к сдаче зачета по теоретической части курса «Механика грунтов» только при наличии положительной рецензии на выполненную расчётно-графическую работу.
Указания к оформлению работы
Расчётно-графическая работа должна содержать расчетно-пояснительную записку, в состав которой следует включить: исходные данные, теоретическую часть, отражающую методику расчетов, сами расчеты и их результаты, расчетные схемы со всеми необходимыми обозначениями и размерами, список литературы. Результаты расчетов могут быть представлены в табличной форме. Расчетно-пояснительная записка выполняется на стандартных листах формата 210х297 мм. Текст следует писать от руки на одной стороне листа чернилами аккуратно, разборчиво. Все расчетные данные и показатели должны сопровождаться единицами измерения. Расчеты необходимо сопровождать ссылками на соответствующую литературу. Список использованной литературы, включая методические указания, по которым выполнялась расчётно-графическая работа, помещают в конце записки.
Расчетные схемы выполняются в карандаше на листах чертежной бумаге или миллиметровке того же формата, что и листы расчетно-пояснительной записки. Необходимо помнить, что данные расчета и схемы должны быть строго связаны между собой, так как они составляют одно целое.
Листы записки должны иметь сквозную нумерацию и быть сброшюрованы. На обложке расчетно-пояснительной записки следует указать: университет, факультет, кафедру, наименование расчётно-графической работы, курс, фамилию, имя и отчество студента (полностью), учебный шифр, адрес, дату выполнения расчётно-графической работы. Расчетно-пояснительная записка должна быть подписана студентом.
Если в расчётно-графической работе допущены ошибки, и она возвращена студенту без зачета, необходимо сделать все нужные исправления по замечаниям преподавателя на свободных листах с припиской «исправление ошибок». Перечеркивание и исправление написанного текста, расчетов и расчетных схем недопустимо.
Задания
Задача № 1.
По результатам лабораторных исследований свойств грунтов требуется:
а) для образцов песчаного грунта построить интегральную кривую гранулометрического состава, определить тип грунта по гранулометрическому составу и степени его неоднородности, дать оценку плотности сложения и степени влажности, определить расчетное сопротивление Rо;
для образцов глинистого грунта определить тип грунта, разновидность по консистенции и расчетное сопротивление Rо;
исходные данные приведены в таблице 1.
б) построить график компрессионной зависимости вида е = f(p), определить для заданного расчетного интервала давлений коэффициент относительной сжимаемости грунта, модуль деформации грунта и охарактеризовать степень сжимаемости грунта; исходные данные приведены в таблице 2.
Таблица 2.
| № варианта | Начальный коэффициент пористости e0 | Полная осадка грунта Si, мм при нагрузке Pi, МПа | Расчётный интервал давлений, МПа | |||||
| 0.05 | 0.1 | 0.2 | 0.3 | 0.5 | P1 | P2 | ||
| 0,574 | 0,13 | 0,33 | 0,62 | 0,78 | 1,02 | 0,05 | 0,2 | |
| 0,646 | 0,15 | 0,24 | 0,41 | 0,55 | 0,79 | 0,05 | 0,2 | |
| 0,673 | 0,20 | 0,35 | 0,66 | 0,86 | 1,12 | 0,05 | 0,3 | |
| 0,540 | 0,14 | 0,29 | 0,46 | 0,59 | 0,75 | 0,05 | 0,3 | |
| 0,734 | 0,10 | 0,18 | 0,31 | 0,42 | 0,57 | 0,05 | 0,2 | |
| 0,571 | 0,13 | 0,27 | 0,49 | 0,69 | 0,99 | 0,1 | 0,3 | |
| 0,677 | 0,25 | 0,50 | 0,87 | 1,10 | 1,39 | 0,05 | 0,3 | |
| 0,707 | 0,14 | 0,29 | 0,46 | 0,60 | 0,74 | 0,1 | 0,3 | |
| 0,656 | 0,22 | 0,43 | 0,69 | 0,91 | 1,17 | 0,05 | 0,3 | |
| 0,681 | 0,14 | 0,29 | 0,43 | 0,56 | 0,70 | 0,05 | 0,2 |
Примечания: 1). Начальная высота образца грунта h = 20 мм.
2). 1 кгс/см2 = 98066,5 Па » 105 » 0,1 Мпа.
в) построить график сдвига вида t = f(р); методом наименьших квадратов определить нормативное значение угла внутреннего трения jн и сцепление сн грунта; исходные данные приведены в таблице 3.
Таблица 3.
| № варианта | Предельное сопротивление образца грунта сдвигу ti, МПа, при нормальном удельном давлении, передаваемом на образец грунта Рi, МПа | |||||
| 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | |
| 0,070 | 0,135 | 0,199 | 0,265 | 0,330 | 0,398 | |
| 0,064 | 0,125 | 0,184 | 0,250 | 0,315 | 0,375 | |
| 0,060 | 0,095 | 0,139 | 0,175 | 0,206 | 0,255 | |
| 0,074 | 0,150 | 0,225 | 0,300 | 0,375 | 0,450 | |
| 0,080 | 0,120 | 0,139 | 0,175 | 0,219 | 0,233 | |
| 0,072 | 0,140 | 0,212 | 0,280 | 0,356 | 0,426 | |
| 0,040 | 0,075 | 0,101 | 0,130 | 0,156 | 0,188 | |
| 0,074 | 0,145 | 0,221 | 0,290 | 0,344 | 0,438 | |
| 0,050 | 0,085 | 0,131 | 0,175 | 0,219 | 0,263 | |
| 0,104 | 0,145 | 0,180 | 0,220 | 0,256 | 0,293 |
Таблица 1.
| Номер варианта | Плотность, г/см3 | Влажность, % | Содержание частиц, %, при их размере, мм | |||||||||||||||||||||||||
| частиц грунта rS | грунта, r | природная W | на границе | |||||||||||||||||||||||||
| Wр раскатывания | WL текучести | Более 2,0 | 2,0-0,5 | 0,5-0,25 | 0,25-0,1 | 0,-0,05 | 0,05-0,01 | 0,01-0,005 | Менее 0,005 | |||||||||||||||||||
| 2,71 (2,66) | 1,85 (2,02) | 21,4 (19,6) | 30,2 | 43,4 | 2,5 | 19,5 | 25,0 | 20,0 | 20,0 | 10,0 | 2,0 | 1,0 | ||||||||||||||||
| 2,73 (2,65) | 1,89 (1,72) | 20,1 (6,80) | 20,8 | 31,6 | 22,0 | 16,0 | 45,0 | 12,0 | 2,0 | 4,0 | 1,0 | |||||||||||||||||
| 2,71 (2,66) | 1,93 (1,75) | 19,2 (12,1) | 24,3 | 37,4 | 15,1 | 40,2 | 33,9 | 5,7 | 1,5 | 0,7 | 2,9 | |||||||||||||||||
| 2,71 (2,68) | 1,87 (1,89) | 22,3 (8,40) | 19,4 | 30,8 | 1,0 | 31,0 | 25,0 | 10,0 | 27,4 | 3,6 | 1,2 | 0,8 | ||||||||||||||||
| 2,74 (2,67) | 1,89 (1,79) | 20,5 (16,2) | 26,6 | 47,2 | 1,2 | 21,5 | 22,7 | 19,3 | 12,6 | 16,1 | 3,6 | 3,0 | ||||||||||||||||
| 2,71 (2,67) | 1,91 (1,92) | 19,8 (12,9) | 19,6 | 28,9 | 1,2 | 17,0 | 20,0 | 40,0 | 18,3 | 2,0 | 0,9 | 0,6 | ||||||||||||||||
| 2,70 (2,65) | 1,89 (1,82) | 17,3 (11,8) | 25,8 | 39,3 | 0,4 | 13,4 | 32,2 | 31,4 | 8,6 | 9,8 | 2,6 | 1,6 | ||||||||||||||||
| 2,71 (2,68) | 1,94 (1,72) | 18,9 (9,80) | 23,8 | 43,6 | 4,5 | 47,5 | 16,8 | 10,2 | 8,0 | 8,0 | 3,5 | 1,5 | ||||||||||||||||
| 2,70 (2,66) | 1,95 (1,86) | 18,2 (14,1) | 26,5 | 36,6 | 2,1 | 24,5 | 29,4 | 15,4 | 9,6 | 10,2 | 7,8 | 1,0 | ||||||||||||||||
| 2,74 (2,65) | 1,94 (1,89) | 19,1 (15,2) | 23,4 | 41,8 | 3,8 | 29,8 | 29,4 | 18,5 | 11,5 | 4,6 | 1,1 | 1,3 | ||||||||||||||||
Примечания: 1. Данные по гранулометрическому составу относятся к песчаным грунтам.
2. Величины основных физических характеристик песчаных грунтов rS, r, W приведены в скобках.
Задача № 2.
К горизонтальной поверхности массива грунта в одном створе приложены три вертикальные сосредоточенные силы Р1, Р2, Р3, расстояние между осями действия сил r1 и r2. Определить величины вертикальных составляющих напряжений sz от совместного действия сосредоточенных сил в точках массива грунта, расположенных в плоскости действия сил:
* 1) по вертикали I-I, проходящей через точку приложения силы Р2;
* 2) по горизонтали II-II, проходящей на расстоянии z от поверхности массива грунта.
Точки по вертикали расположить от поверхности на расстоянии 100, 200, 400, 600 см.
Точки по горизонтали расположить вправо и влево от оси действия силы Р2 на расстоянии 0, 100, 300 см.
По вычисленным напряжениям и заданным осям построить эпюры распределения напряжений sZ. Исходные данные приведены в таблице 4. Схема к расчету представлена на рисунке 1.
Таблица 4.
| № варианта | Р1, кН | Р2, кН | Р3, кН | r1, см | r2, см | Z, см |
Примечание: 1тс = 9806,65 Н = 9,80665 кН = 10 кН.
Рисунок 1. Расчётная схема к задаче № 2.
Задача № 3.
Горизонтальная поверхность массива грунта по прямоугольным плитам с размерами в плане a1×в1 и а2× в2 нагружена равномерно распределенной вертикальной нагрузкой интенсивностью Р1 и Р2. Определить величины вертикальных составляющих напряжений sZ от совместного действия внешних нагрузок в точках массива грунта для заданной вертикали, проходящей через одну из точек М1, М2, М3 на плите №1. Расстояние между осями плит нагружения - L. Точки по вертикали расположить от поверхности на расстоянии 100, 200, 400, 600 см. По вычисленным напряжениям построить эпюруы распределения sZ. (от каждой нагрузки отдельно и суммарную) Исходные данные приведены в таблице 5. Схема к расчету представлена на рисунке 2.
Таблица 5.
| № варианта | а1, см | в1, см | а2, см | в2, см | Р1, МПа | Р2, МПа | L, см | Расчетная вертикаль |
| 0,28 | 0,31 | М1 | ||||||
| 0,24 | 0,35 | М2 | ||||||
| 0,32 | 0,29 | М3 | ||||||
| 0,34 | 0,38 | М1 | ||||||
| 0,29 | 0,33 | М2 | ||||||
| 0,26 | 0,36 | М3 | ||||||
| 0,28 | 0,32 | М1 | ||||||
| 0,31 | 0,41 | М2 | ||||||
| 0,32 | 0,34 | М3 | ||||||
| 0,38 | 0,32 | М1 |
Рисунок 2. Расчётная схема к задаче № 3.
Задача № 4.
К горизонтальной поверхности массива грунта приложена вертикальная неравномерная нагрузка, распределенная в пределах гибкой полосы (ширина полосы b) по закону трапеции от Р1 до Р2. Определить величины вертикальных составляющих напряжений sZ в точках массива грунта для заданной вертикали, проходящей через одну из точек М1, М2, М3, М4, М5 загруженной полосы, и горизонтали, расположенной на расстоянии Z от поверхности. Точки по вертикали расположить от поверхности на расстоянии 100, 200, 400, 600 см. Точки по горизонтали расположить вправо и влево от середины загруженной полосы на расстоянии 0, 100, 300 см. По вычисленным напряжениям построить эпюры распределения напряжений sZ. Исходные данные приведены в таблице 6. Схема к расчету представлена на рисунке 3.
Таблица 6.
| № варианта | в, см | Р1, МПа | Р2, МПа | Z, см | Расчетная вертикаль |
| 0,12 | 0,22 | М1 | |||
| 0,18 | 0,28 | М2 | |||
| 0,22 | 0,32 | М3 | |||
| 0,26 | 0,36 | М4 | |||
| 0,14 | 0,24 | М5 | |||
| 0,16 | 0,26 | М5 | |||
| 0,24 | 0,34 | М4 | |||
| 0,15 | 0,25 | М3 | |||
| 0,13 | 0,23 | М2 | |||
| 0,21 | 0,31 | М1 |
Рисунок 3. Расчётная схема к задаче № 4.
Задача № 5.
Откосы котлована глубиной Н проектируются с заложением m. Грунт в состоянии природной влажности имеет следующие характеристики физико-механических свойств: плотность грунта r, угол внутреннего трения j, удельное сцепление с. Определить методом кругло-цилиндрических поверхностей скольжения величину коэффициента устойчивости откоса. Исходные данные приведены в таблице 7. Схема к расчету представлена на рисунке 4.
Таблица 7.
| № варианта | Н, см | m | r, г/см3 | j, град | с, МПа |
| 1,5 | 1,94 | 0,018 | |||
| 1,5 | 2,05 | 0,021 | |||
| 2,0 | 1,96 | 0,016 | |||
| 2,0 | 2,08 | 0,025 | |||
| 1,5 | 1,97 | 0,051 | |||
| 2,0 | 2,01 | 0,047 | |||
| 1,5 | 2,03 | 0,041 | |||
| 1,5 | 1,98 | 0,023 | |||
| 2,0 | 1,97 | 0,019 | |||
| 1,5 | 1,91 | 0,015 |
Рисунок 4. Расчётная схема к задаче № 5.
Задача № 6.
Подпорная стенка высотой Н с абсолютно гладкими вертикальными гранями и горизонтальной поверхностью засыпки грунта за стенкой имеет заглубление фундамента hзагл и ширину фундамента b. Засыпка за стенкой и основание представлены глинистым грунтом, имеющим следующие характеристики физико-механических свойств: плотность грунта r, угол внутреннего трения j, удельное сцепление с. Требуется определить:
а) аналитическим методом величины равнодействующих активного и пассивного давления грунта на подпорную стенку без учета нагрузки на поверхности засыпки, построить эпюры активного и пассивного давлений грунта, указать направления и точки приложения равнодействующих давления грунта;
б) графическим методом, предложенным Ш. Кулоном, величину максимального давления грунта на заднюю грань подпорной стенки при наличии на поверхности засыпки равномерно распределенной нагрузки интенсивностью q. Исходные данные приведены в таблице 8. Схема к расчету представлена на рисунке 5.
Таблица 8.
| № варианта | Н, см | hзагл, см | b, см | r, г/см3 | j, град | с, МПа | q, МПа |
| 2,05 | 0,016 | 0,15 | |||||
| 1,98 | 0,018 | 0,22 | |||||
| 2,02 | 0,015 | 0,16 | |||||
| 2,09 | 0,021 | 0,15 | |||||
| 2,08 | 0,023 | 0,18 | |||||
| 1,97 | 0,019 | 0,12 | |||||
| 2,05 | 0,014 | 0,24 | |||||
| 1,98 | 0,022 | 0,25 | |||||
| 1,96 | 0,025 | 0,15 | |||||
| 2,04 | 0,025 | 0,14 |
Рисунок 5. Расчётная схема к задаче № 6.
Задача № 7
Равномерно распределенная полосообразная (ширина полосы b) нагрузка интенсивностью Р приложена на глубине h от горизонтальной поверхности слоистой толщи грунтов. Определить по методу послойного суммирования с учетом только осевых сжимающих напряжений величину полной стабилизированной осадки грунтов. С поверхности залегает песчаный грунт (мощность h1, плотность грунта r1, плотность частиц грунта rS1, природная влажность W1, модуль общей деформации Е01), подстилаемый водонепроницаемой глиной (h2, r2, Е02). Уровень грунтовых вод расположен в слое песчаного грунта на расстоянии hw от уровня подстилающего слоя. Исходные данные приведены в таблице 9. Схема к расчету представлена на рисунке 6.
Рисунок 6. Расчётная схема к задаче № 7.
Таблица 9
| № варианта | b, см | d, см | p, МПа | h1, см | r1, г/см3 | rs1, г/см3 | W1, | Е01, МПа | h2, см | r2, г/см3 | Е02, МПа | hw, см | |||||
| 0,38 | 1,98 | 2,65 | 0.124 | 2,01 | |||||||||||||
| 0,18 | 1,89 | 2,66 | 0.098 | 1,95 | |||||||||||||
| 0,36 | 2,05 | 2,65 | 0.118 | 1,92 | |||||||||||||
| 0,28 | 2,09 | 2,66 | 0.141 | 2,02 | |||||||||||||
| 0,26 | 1,99 | 2,67 | 0.106 | 1,89 | |||||||||||||
| 0,32 | 2,02 | 2,66 | 0.133 | 1,97 | |||||||||||||
| 0,41 | 2,09 | 2,67 | 0.152 | 2,06 | |||||||||||||
| 0,31 | 2,01 | 2,65 | 0.129 | 1,91 | |||||||||||||
| 0,22 | 1,94 | 2,65 | 0.102 | 2,08 | |||||||||||||
| 0,27 | 1,96 | 2,66 | 0.112 | 1,99 | |||||||||||||
Задача № 8.
Равномерно распределенная в пределах прямоугольной площадки а × в нагрузка интенсивностью Р приложена к слою суглинка (мощность h1, коэффициент относительной сжимаемости mv1, коэффициент фильтрации kФ1), подстилаемому глиной (h2, mv2, kФ2). Определить по методу эквивалентного слоя величину полной стабилизированной осадки грунтов, изменение осадки грунтов во времени в условиях одномерной задачи теории фильтрационной консолидации, построить график стабилизации осадки вида S= f(t). Исходные данные приведены в таблице 10. Схема к расчету представлена на рисунок 7.
Таблица 10.
| № варианта | а, см | b, см | Р, МПа | h, см | mv1, МПа-1 | kФ1, см/с | h2, см | mv2, Мпа-1 | kФ2, см/с |
| 0,24 | 0,176 | 2,2×10-8 | 0,284 | 4,1×10-9 | |||||
| 0,21 | 0,139 | 4,3×10-8 | 0,215 | 4,6×10-9 | |||||
| 0,19 | 0,065 | 1,2×10-8 | 0,124 | 2,5×10-9 | |||||
| 0,17 | 0,076 | 2,4×10-7 | 0,381 | 1,8×10-8 | |||||
| 0,22 | 0,105 | 5,1×10-8 | 0,245 | 6,9×10-9 | |||||
| 0,23 | 0,087 | 2,3×10-8 | 0,147 | 3,8×10-9 | |||||
| 0,18 | 0,148 | 1,4×10-7 | 0,258 | 5,6×10-9 | |||||
| 0,28 | 0,105 | 2,7×10-8 | 0,276 | 1,6×10-9 | |||||
| 0,16 | 0,222 | 1,7×10-7 | 0,065 | 8,4×10-8 | |||||
| 0,26 | 0,095 | 6,4×10-8 | 0,196 | 3,2×10-9 |
Примечание. При определении значения коэффициента эквивалентного слоя Аwconst (для абсолютно жестких фундаментов) коэффициент относительной поперечной деформации для сжимаемой толщи грунтов можно принять n = 0,3.
Рисунок 7. Расчётная схема к задаче № 8.