Изучение образцов грунта

 1.1Физико-географические условия 
 

   Геоморфологические  условия

 Геоморфология – наука о формах земной поверхности (рельефе), их происхождении, внешнем облике, эволюционном и закономерном географическом расположении.

 Данный  рельеф местности подходит для строительства зданий. Разность точек по высоте  до 3 метров.

 Растительность: от темно- и  светло- хвойные,  смешанные  и  лиственные  леса

 Почва представлена насыпным грунтом, глинистым твёрдым и полутвёрдым грунтом, в качестве скального грунта выступает доломит, так же присутствует и крупнообломочный грунт.

 Гидрогеологические  условия

 Гидрология  – наука о поверхностных водотоках (реки, ручьи).

 На строительной площадки поверхностные воды отсутствуют. Имеются грунтовые воды с отметкой 6,3 м. в глубину.

 Климатические условия

 

  Климатическая  характеристика района работ  приводится по архивным данным метеостанции Бердяуш, существовавшей до 90-х годов 20 века. Климат ков, низкие температуры, большие перепады температур в течении дня. Зима обычно продолжительная, малоснежная, с крепкими морозами, порывистыми ветрами и метелями. Весна кратковременная, холодная, ветреная, сухая. Лето отличается не устойчивой погодой, бывают затяжные дожди. Осень короткая, сухая, с большим количеством ясных дней и рано наступающими заморозками.

 Среднегодовая температура воздуха равна +0,7º. Годовая  амплитуда температурных колебаний составляет 85º при максимальной температуре +36º, минимальной -50º. В таблице 1приведены температурные характеристики

 Табл. 1

 

 Первые осенние  заморозки отмечаются в конце  августа – начале сентября, последние  наблюдаются до июня месяца. Продолжительность  безморозного периода 83 дня.

 Снежный покров устанавливается в конце сентября до первой половины ноября. Весеннее таяние снега начинается в середине апреля. Продолжительность залегания устойчивого покрова 169 дней, средняя его высота 46-50см. Наибольшая высота снежного покрова приходится на март и достигает 78см.

 Особенностью  района является наличие осадков ливневого характера. Наибольшее количество осадков выпадает в теплый период (416мм). В отдельные годы дожди летом выпадают почти ежедневно. Годовое количество осадков 514 мм. Распределение по месяцам приведено в таблице 2. 

 Табл. 2

 Для рассматриваемого района господствующими являются ветры  западного направления со среднегодовой  скоростью 1,5 м/с. Наибольшие скорости наблюдаются в марте, мае, октябре 2,2м/с, наименьшие в августе 1,4м/с.

2. Техногенные условия

 В процессе строительного освоения территории из за примыкающих соседних площадок на исследуемой строительной площадке появились насыпные грунты, вывезенные из котлованов соседних существующих зданий.

3. Геогеологические условия

 Геологическое строение – совокупность горных пород, их происхождение и условия образования, возраст, последовательность напластования элементов залегания скальных горных пород, первичные формы залегания, тектонические движения и связанные с ними вторичные формы залегания горных пород.

 На  данной площадке присутствуют отложения  техногенного геологического типа , эллювиалные образования, делювиальные отложения.

 Стратиграфическая колонка приведена в приложении 2.

 Инженерно-геологический разрез приведён в приложении 2.     

4. Гидрогеологические  условия

 Грунтовые воды встречаются в скважине №302 на глубине 6,3 м (высотная отметка 383,98 м). 
 
 

5. Свойства  грунтов

 Свойства  грунтов характеризуются по результатам лабораторных исследований физико-механических свойств грунтов. Наименование грунта определено согласно ГОСТу 25.100-95 «Грунты, классификация» [ 1]. Статистическая обработка проводится для:

 1- определения  ИГЭ

 

 2- для определения  ИГЭ по коэффициенту вариации  V ( V≤0.15 для физических характеристик ; V≤0.30 для механических свойств)

 3- определения  расчётных значений удельного  сцепления С, угла внутреннего трения φ,  удельный вес грунта γ, модуль общей деформации Е.

 Расчётные значения определим для расчёта, основанного по двум группам предельного состояния грунта. Расчёт по Ι группе предельного состояния, т.е. по несущей способности выполняем с использованием расчётных значений характеристик ХΙ ( по формуле ХΙ=Xn/γgΙ при расчёте по деформации). По ΙΙ группе предельных состояний используют расчётное значение ХΙΙ ( по формуле ХΙΙ=Xn/γgΙΙ   

 ИГЭ№2

 Глинистый грунт коричневый dQ₄

 Пробы №№ 897(1), 898(2), 905(3), 371(4), 372(5), 373(6)

    _{а) Вычисление нормативных  значений физических свойств грунта}

• плотность сухого грунта

            ρ_d =ρ/(1+W)

 ρ_d1 =2.03/(1+0.207)=1.682

 ρ_d2 =1.98/(1+0.252)=1.581

 ρ_d3 =2.03/(1+0.235)=1.644

 ρ_d4 =2.01/(1+0.177)=1.708

 ρ_d5 =2.04/(1+0.184)=1.723

 ρ_d6 =2.01/(1+0.196)=1.681

 ρ_d =1.670 г/см³

• число пластичности

  

 W_L – влажность на границе текучести (верхний предел пластичности)

 W_p – влажность на границе раскатывания (нижний предел пластичности)

 I_p1=0.352-0.210=0.142

 I_p2=0.398-0.252=0.146

 I_p3=0.404-0.232=0.172

 I_p4=0.307-0.190=0.117

 I_p5=0.327-0.209=0.118

 I_p6=0.330-0.206=0.124

 I_pn=0.137 

 Так как 7<13.7<17, то данный глинистый грунт является суглинком.

• показатель текучести

 

 _{W – влажность грунта}

 

 

 I_L1=(0.207-0.210)/0.142=-0.021

 I_L2=(0.252-0.252)/0.146=0

 I_L3=(0.235-0.232)/0.172=-0.017

 I_L4=(0.177-0.190)/0.117=-0.111

 I_L5=(0.184-0.209)/0.118=-0.212

 I_L6=(0.196-0.206)/0.124=-0.080

 I_Ln=-0.068

 Так как -0.068<0, то суглинок является твердым 

 

• коэффициент пористости

 e=

 e₁=(2.78-1.682)/1.682=0.653

 e₂=(2.74-1.581)/1.581=0.733

 e₃=(2.76-1.644)/1.644=0.679

 e₄=(2.77-1.708)/1.708=0.622

 e₅=(2.77-1.723)/1.723=0.608

 e₆=(2.77-1.681)/1.681=0.648

 e_n=0.657

• коэффициент водонасыщения

 S_r=

 S_r1=0.207*2.78/0.653=0.881

 S_r2=0.252*2.74/0.733=0.943

 S_r3=0.235*2.76/0.679=0.955

 S_r4=0.177*2.77/0.622=0.788

 S_r5=0.184*2.77/0.608=0.839

 S_r6=0.196*2.77/0.648=0.838

 S_rn=0.874

 Так как 0.874>0.8, то суглинок является ненабухающим.

 б) Вычисление нормативное  значение r_n и расчетные значения r_I и r_II  плотности.

 Для инженерно-геологического элемента (ИГЭ  №2) было выполнено 6 лабораторных определений плотности r, г/см³. Результаты определений и необходимые для дальнейших расчетов вычисления приведены в таблице: 
 

 

 

 Среднеквадратическое  отклонение вычисляем по формуле:

 

 S=

=0.022

 Коэффициент вариации равен:

 

 V=

=0.011

 Вычисляем нормативное   r_n  и расчетные значения r_αI,  r_αII  плотности. 

• Нормативное  значение r_n  равно среднеарифметическому значению 2.02 г/см³.
• Расчётное значение r_I при расчете основания по несущей способности (I группа предельных состояний)

 Для него используем одностороннюю доверительную  вероятность a = 0,95

 Для a = 0,95 и числа степеней свободы n-1=5 по приложению А находим  t_aI = 2,01. 

 

 

 

 

 

  

 

 

 

  

• Расчётное значение r_II при расчете основания по деформациям (II группа предельных состояний)

 Для него используем одностороннюю доверительную  вероятность a = 0,85

 Для a = 0,85 и числа степеней свободы n-1=5 по приложению А находим  t_aII = 1,16. 

 

 

 

 

 

 

 

 г/см³

  - удельный вес грунта

   
 
 

 в) Вычисление  нормативных  и расчетных значений удельного сцепления  С и угла внутреннего трения tgφ..

 Для инженерно-геологического элемента (ИГЭ №2) было выполнено 18 лабораторных определений сопротивления срезу τ при трёх значениях нормального давления ρ = 1, 2 и 3 кгс/см². 

 

 

 Нормативное и расчетное значения удельного  сцепления  С и  угла внутреннего трения  j  определяют путем статистической обработки частных значений  касательных напряжений (предельного сопротивления грунта сдвигу)  t_i  и нормального давления  p_i.

 В пределах  ИГЭ  по методу наименьших квадратов  вычисляем нормативное значение удельного сцепления и угла внутреннего трения.

 

 

 Обозначим знаменатели дробей

 Δ=18*84-36²=216

 

 Тогда

 С_n= =0,02 кгс/см² (2кПа)

  =0.295

 φ_n=16,4^o

 Для вычисления нормативных значений удельного  сцепления и тангенса угла внутреннего  трения расчеты веду в табличной форме. p_i  и τ_i экспериментальные значения.

 

 Уравнение прямой графика τ=f(ρ) будет иметь вид: τ=0,02ρ+0,295

 Проверим  уравнение подстановкой средних  значений и

 

 

 

 Сходимость  вычислений свидетельствует о правильности вычислений C_n и tg φ_n.

 Вычислим  среднеквадратическое отклонение

• предельного сопротивления сдвигу

 

 

 S_τ=

кгс/см²

 

• для удельного  сцепления

 

 S_c=

=0.361  кгс/см² (36,1 кПа)

• для угла внутреннего трения

 

 S_tgφ=

=0.167 кгс/см² (16,7кПа)

 Коэффициенты  вариации равны:

 

;          V_c= (18%) 

 

;         V_tgφ= (5,6%)

• Вычислем удельное сцепление С и тангенс угла внутреннего трения tg_i для расчетов по первому предельному состоянию. Для односторонней доверительной вероятности  a = 0,95 и числа степеней свободы n-2=16 по приложению А  находим  t_aI = 1,75.
• Удельное сцепление С

 ρ_αI=t_αI*V_c  - показатель точности определения среднего значения C            

   ρ_αI=1.75*0.18=0.315

 

 

    - расчетное значение удельного  сцепления

 

• Вычисление угла внутреннего трения φ

 ρ_αI=t_αI*V_tgφ - показатель точности определения среднего значения tgφ

   ρ_αI=1,75*0.056=0.098    

 

  - коэффициент надежности по грунту для угла внутреннего трения

 

    - расчетное значение тангенса угла внутреннего трения

                       φ = 15^o

• Вычисляем удельное сцепление С и тангенс угла внутреннего трения tg_i для расчетов по второму предельному состоянию. Для односторонней доверительной вероятности  a = 0,85 и числа степеней свободы n-2=16 по приложению А  находим  t_aII = 1,07.
• Удельное сцепление С

 ρ_αII(с)=t_αII*V_c ;                   ρ_αII(с)=1.07*0.18=0.193 

    ;                            кг/см² (1,3 кПа)

• Вычисление угла внутреннего трения φ

 ρ_αII(tgφ)=t_αII*V_tgφ ;                       ρ_αII(tgφ)=1.07*0.056=0.06     

                    

                                  

   φ = 17^o

 _{г ) Модуль общей деформации}

  ,

 Е_к=3,6  — компрессионный модуль деформации, МПа;

 m_k=2.84/e  — поправочный коэффициент для грунтов  Челябинской области (суглинок)

 

 e=0.657 – нормативное значение коэффициента пористости.

 Е_о=3,6*2.84/0.657=15,6 МПа