Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Контрольная работа по механике грунтов

Министерство образования и науки Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

Кафедра геотехники

Контрольная работа

по дисциплине: механика грунтов

Расчёт грунтовых оснований по предельным состояниям

Шифр: 68

г. Санкт-Петербург

2012 г.

Содержание:

Исходные данные 3

введение 5

1.Оценка инженерно-геологических условий и свойств грунтов.. 6

2. Определение осадки фундамента методом послойного суммирования 16

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ несущей способности основания фундамента 20

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 23

Список литературы 25

Исходные данные

Расчётные характеристики физико-механических свойств грунтов

Табл. 1

Номер грунта	Наименование грунта	Для расчета по несущей способности			Для расчета по деформациям			Удельный вес твердых частиц грунта g_S, кН/м³	Влажность W	Предел текучести W_L	Предел раскатывания W_Р	Коэффициент фильтрации k_Ф, см/с	Модуль деформации E , кПа



		Удельный вес грунта g_I, кН/м³	Угол внутреннего трения j_I , град	Сцепление с_I, кПа	Удельный вес грунта g_II, кН/м³	Угол внутреннего трения j_II , град	Сцепление с_II, кПа
16	Песок пылеватый	16,3	24	-	19,0	28	-	26,8	0,29	-	-	2,2´10^-4	11000
3	Глина	15,5	12	10	18,1	14	14	26,9	0,39	0,46	0,27	2,2´10^-8	4000
5	Суглинок	16,1	15	21	19,0	18	28	26,6	0,31	0,41	0,27	4,3´10^-8	12000

Ширина подошвы фундамента b = 6 м

Длина фундамента l = 8 м

Введение

В данной работе требуется определить недостающие характеристики физико-механических свойств грунтов: плотность твердых частиц грунта (ρ_d), коэффициент пористости (е), пористость (п), полная влагоемкость ( w_sat), степень влажности (s_r), удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды (γ_sb) , числа пластичности

( I_L), показатель текучести ( I_p), коэффициент относительной сжимаемости (m_ν). На основании характеристик свойств грунтов нужно дать оценку физического состояния грунтов.

Так же следует определить расчетное сопротивление для каждого слоя грунта. При этом первый слой грунта принимается за несущий.

Далее приводится вывод по оценке инженерно-геологических условий, в котором кратко характеризуется напластование грунтов с указанием их физического состояния, сжимаемости и расчетного сопротивления.

Во второй части контрольной работы требуется определить осадки фундамента, которая выполняется методом послойного суммирования. При этом среднее давление на основание принимается равным расчетному сопротивлению грунта несущего слоя. Так же следует построить эпюры вертикальных напряжений.

В третьей части контрольной необходимо определить несущую способность основания, которая является вертикальной составляющей силы предельного сопротивления основания.

1. Оценка инженерно-геологических условий и свойств грунтов

Определение недостающих характеристик физико-механических свойств каждого слоя:

I слой: Песок пылеватый

Удельный вес сухого грунта

Коэффициент пористости

По коэффициенту пористости песок пылеватый находится в рыхлом состоянии ([2], стр.4: ).

Пористость

Удельный вес грунта, с учетом взвешивающего действия воды

где --удельный вес воды.

Влажность грунта, соответствующая полному его водонасыщению:

Степень влажности грунта

По степени влажности песчаный грунт насыщен водой ([2], стр.5: ).

Вычисление коэффициента относительной сжимаемости: ,

где -

Величина коэффициента Пуассона n принята ориентировочно для песка – 0,27.

По коэффициенту относительной сжимаемости – среднесжимаемый грунт

([2], стр.6: ; )

II слой: Глина

Удельный вес сухого грунта

Коэффициент пористости

Пористость

Удельный вес грунта, с учетом взвешивающего действия воды

Влажность грунта, соответствующая полному его водонасыщению

Степень влажности грунта

Число пластичности

По числу пластичности грунт является глиной ([2], стр.5: ).

Показатель текучести

По значению I_L грунт – глина – находится в мягкопластичном состоянии ([2], стр.5: ).

Вычисление коэффициента относительной сжимаемости: ,

где

Величина коэффициента Пуассона n принята ориентировочно для глины – 0,42.

По коэффициенту относительной сжимаемости – среднесжимаемый грунт

([2], стр.6: ; )

III слой: Суглинок

Удельный вес сухого грунта

Коэффициент пористости

Пористость

Удельный вес грунта, с учетом взвешивающего действия воды

Влажность грунта, соответствующая полному его водонасыщению

Степень влажности грунта

Число пластичности

По числу пластичности грунт является суглинком ([2], стр.5: ).

Показатель текучести

По значению I_L грунт – суглинок – находится в тугопластичном состоянии [2].

Вычисление коэффициента относительной сжимаемости: ,

где

Величина коэффициента Пуассона n принята ориентировочно для суглинка – 0,35.

По коэффициенту относительной сжимаемости – среднесжимаемый грунт

([2], стр.6: ; )

1.2 Вычисление расчетного сопротивления грунтов основания

Определение величин расчетных сопротивлений R для всех пластов основания при ширине подошвы фундамента b=1 м

где g_c1 и gс₂-коэффициенты условий работы, табл. 5.4 [2]; g_с2 принимаем равным 1;

k-коэффициент, принимаемый равным 1;

М_g, M_q, M_c— коэффициенты, принимаемые в зависимости от значения ,табл.5.5 [2];

k_z-коэффициент, принимаемый равным 1 при b<10 м;

b-ширина подошвы фундамента, м;

g_II-расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м³;

g_II¢ -то же, залегающих выше подошвы (при наличии нескольких видов грунтов определяется как средневзвешенное );

c_II-расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа;

Табл. 2

Данные по грунтам из СП 22.13330.2011:

Таблица 3

Грунт	γ_с1	γ_с2	k	M_γ	M_q	M_c	k_z
Песок пылеватый	1,1	1,2	1	1,15	5,59	7,95	1
Глина	1,2	1,1	1	0,36	2,43	4,99	1
Суглинок	1,2	1,1	1	0,72	3,87	6,45	1

Определение нормативной глубины промерзания d_fn по карте (1,5 м для г.Петрозаводска).

Глубина заложения фундамента

d_f=0,3+ d_fn,

d_f =0,3+1,3=1,6 м

Определение расчетного значения удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента:

Определение расчетного значения удельного веса грунтов, залегающих выше подошвы фундамента:

Определение величин расчетных сопротивлений

Вывод

На рассматриваемой площадке под строительство в г. Петрозаводске произведены инженерно-геологические изыскания. Уровень грунтовых вод находится на глубине 1,5м. Слои залегают не равномерно с уклоном на ЮВ, поэтому следует ожидать развития не равномерной осадки здания. Верхний слой песок пылеватый мощностью от 0 до 6м. По результатам расчета этот грунт является водонасыщенным, среднесжимаемым и находится в рыхлом состоянии, имеет расчетные характеристики , , , . Второй слой глина мощностью от 2,5 до 5м. среднесжимаемый, находится в мягкопластичном состоянии, со следующими характеристиками , , , , . Третий слой суглинок доходит до низа скважин, является среднесжимаемым, и также находится в тугопластичном состоянии, имеет характеристики , , , , .

По результатам оценки инженерно-геологических условий делаем вывод о возможности строительства проектируемого сооружения на рассматриваемой площадке и выборе несущего слоя основания.

2. Определение осадки фундамента методом послойного суммирования

Для построения эпюр s_zg иs_zp разбивают толщу грунта ниже подошвы фундамента на элементарные слои.

Высота элементарного слоя h_i может принимается как h_i£0,4b таким образом, чтобы одна из точек находилась на границе двух различных по составу грунтов.

В моем случае высота элементарного слоя h_i=0,5 м.

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента определится по формуле:

Определение напряжения от собственного веса грунта s_zg на границах элементарных слоёв для построения эпюры s_zg определяется по формуле:

Дополнительные вертикальные нормальные напряжения на глубине z от подошвы фундамента по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, определятся по формуле:

s_zp=ap_II

где a- коэффициент, принимаемый по [2] табл. 5.8

в зависимости от формы подошвы фундамента,

соотношения сторон прямоугольного фундамента

h=l/b и относительной глубины x=2z/b.

Нижняя граница сжимаемой толщи основания условно находится на глубине z=H_с там, где s_zp≤ 0,5s_zg, если модуль деформации этого слоя или непосредственно залегающего под этой границей Е >7МПа. Если же E≤7 МПа, то граница сжимаемой толщи определяется исходя из условия s_zp=0,2s_zg0.

Принимаем P_II=R

Вертикального напряжения в i-м слое грунта по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, от собственного веса, выбранного при отрывке котлована грунта определяется по формуле:

Осадка элементарного слоя S определяется методом послойного суммирования по формуле:

где b=0,8-безразмерный коэффициент;

- среднее значение вертикального нормального напряжения от внешней нагрузки в i-м слое грунта по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента;

- среднее значение вертикального напряжения в i-м слое грунта по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, от собственного веса, выбранного при отрывке котлована грунта

h_i – толщина i-гo слоя грунта;

Е_i- модуль деформации i-гo слоя грунта;

Результаты расчета осадки фундамента методом элементарного послойного суммирования

N_сл	z,м			, кПа	, кПа	s_zgi., кПа	0,5s_zgi,кПа	, кПа	, кПа		Е, кПа	,м
0	0	0	1	318,49	-	14,94	7,47	14,94	-	-	11000	-
1	0,5	0,17	0,987	314,35	316,42	19,61	9,81	14,75	14,84	301,58	11000	0,0110
2	1	0,33	0,975	310,53	312,44	24,28	12,14	14,57	14,66	297,78	11000	0,0108
3	1,5	0,50	0,938	298,74	304,64	28,95	14,48	14,01	14,29	290,35	11000	0,0106
4	2	0,67	0,882	280,91	289,83	33,62	16,81	13,18	13,60	276,23	11000	0,0100
5	2,5	0,83	0,827	263,39	272,15	38,29	19,15	12,36	12,77	259,38	11000	0,0094
6	3	1,00	0,755	240,46	251,93	42,96	21,48	11,28	11,82	240,11	11000	0,0087
7	3,4	1,13	0,699	222,62	231,54	46,70	23,35	10,44	10,86	220,68	11000	0,0080
8	3,9	1,30	0,631	200,97	211,80	55,75	27,87	9,43	9,94	201,86	4000	0,0202
9	4,4	1,47	0,567	180,58	190,78	64,80	32,40	8,47	8,95	181,83	4000	0,0182
10	4,9	1,63	0,509	162,11	171,35	73,85	36,92	7,60	8,04	163,31	4000	0,0163
11	5,4	1,80	0,460	146,51	154,31	82,90	41,45	6,87	7,24	147,07	4000	0,0147
12	5,9	1,97	0,410	130,58	138,54	91,95	45,97	6,13	6,50	132,04	4000	0,0132
13	6,4	2,13	0,372	118,48	124,53	96,53	48,27	5,56	5,84	118,69	12000	0,0040
14	6,9	2,30	0,335	106,69	112,59	101,12	50,56	5,00	5,28	107,30	12000	0,0036
15	7,4	2,47	0,302	96,18	101,44	105,70	52,85	4,51	4,76	96,68	12000	0,0032
16	7,9	2,63	0,277	88,22	92,20	110,29	55,14	4,14	4,33	87,88	12000	0,0029
17	8,4	2,80	0,250	79,62	83,92	114,87	57,44	3,74	3,94	79,99	12000	0,0027
18	8,9	2,97	0,230	73,25	76,44	119,46	59,73	3,44	3,59	72,85	12000	0,0024
19	9,4	3,13	0,210	66,88	70,07	124,04	62,02	3,14	3,29	66,78	12000	0,0022
20	9,9	3,30	0,193	61,47	64,18	128,63	64,31	2,88	3,01	61,17	12000	0,0020

Следовательно, мощность нижней границы сжимаемой толщи основания H_с=9,9 м

Суммарная осадка элементарного слоя:

S=∑=0,011+0,0108+0,0106+0,01+0,0094+0,0087+0,008+0,0202+0,0182+0,0163+ +0,0147+0,0132+0,004+0,0036+0,0032+0,0029+0,0027+0,0024+0,0022+0,002=

=0,1742 м ≈17,42см

Средняя допускаемая величина осадки ([2])

= 10 см

S ≥

S=17,42см > = 10 см

Следовательно, условие не выполнено.

Эпюры напряжения от собственного веса грунта и дополнительного вертикального напряжения

3. Определение несущей способности фундамента

Определение расчетной несущей способности основания

где - безразмерные коэффициенты несущей

способности (зависит от расчетного

значения угла внутреннего трения , [2] табл. 5.12)

=5,27

=9,81

=19,54

– осредненный удельный вес грунта под подошвой фундамента

Удельный вес сухого грунта (песок пылеватый)

Коэффициент пористости песка пылеватого

Удельный вес песка пылеватого, с учетом взвешивающего действия воды

Удельный вес сухого грунта (глина)

Удельный вес сухого грунта (суглинок)

Коэффициент пористости

Удельный вес суглинка, с учетом взвешивающего действия воды

– осредненный удельный вес грунта выше подошвы фундамента

- коэффициенты формы фундамента

- приведенная ширина фундамента

Определение расчетной действительной силы

F=R∙b∙l

F=318,49 ∙6∙8=15287,52 кПа

где =0,9 – коэффициент условий работы (для пылеватых песков и глинистых грунтов в стабилизированном состоянии по [2] )

=1,15 – коэффициент надежности по назначению сооружения ( по [2])

15287,52 кПа<28935,51 кПа , следовательно, условие выполнено.

Заключение

Осадка фундамента, исходя из результатов расчетов, находится за пределами нормы

(S=17,42 см < = 10 см).

Расчетная несущая способность фундамента выполняет условие (15287,52 кПа<28935,51 кПа).

На рассматриваемой площадке не все требуемые условия выполняются. Для уменьшения осадки фундамента можно применить один из следующих способов устройства фундамента:

устройство железобетонных поясов в стенах или фундаментах;
устройство песчаных дрен в слабом грунте для уменьшения расстояния движения воды из глинистого слабого грунта в целях сокращения времени уплотнения основания;
устройство известковых свай с заполнением негашеной известью проделанных с помощью обсадных труб скважин;
выполнение дренирующих прорезей в виде траншей шириной 60...80 см и глубиной до 5,5 м, заполняемых песком, при большой площади уплотняемого основания толщиной до 7 м. Над прорезями также устраивается песчаная подушка;
устройство песчаных подушек в целях сокращения глубины заложения подошвы фундаментов и передачи давления на большую площадь;
выполнение жесткого сплошного фундамента под всем зданием, выравнивающего неравномерные осадки;
применение свайных фундаментов с развитой боковой поверхностью с учетом эффекта засасывания (вторичное повышение сопротивления во времени по боковой поверхности).

Список литературы

ГОСТ 25100-95 Грунты. Классификация.
СП 22.13330.2011 Основания зданий и сооружений.
Алексеев С.И. Осадки фундаментов при реконструкции зданий. СПб.: Петербургский государственный университет путей сообщения, 2009 г. - 82 с.

Контрольная работа по механике грунтов 📙 Контрольная → 🆔 62990