Розрахунок опори шляхопроводу, стійкості підпірної стінки

Геологія

Державний комітет Російської Федерації з вищої освіти

Воронезький державний АРХІТЕКТУРНО-БУДІВЕЛЬНА АКАДЕМІЯ

Кафедра інженерної геології, механіки грунтів, основ і фундаментів

Курсова робота по механіки грунтів на тему:

"Розрахунок опори шляхопроводу, стійкості підпірної стінки."

Виконав: студент 932 гр. Черкашин П.П.

Прийняв: доцент Одінга Б.С.

ВОРОНІЖ 1998

Зміст

Реферат. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3
1. Розрахунок, напружень від дії зосередженої сили. . . . .4
1. Побудова епюри розподілу вертикальних складових напруг? Z по горизонтальній осі, заглиблений від поверхні на z0 і перетинаються з лінією дії сили N. . . . . . . . . 4
1.2. Побудова епюри розподілу вертикальних складових напруг? Z по вертикальній осі, віддаленій від лінії дії сили N на задану відстань r0. . . . . . . . . . . . . . . . 5
2. Розрахунок штучних споруд на трасі автомобільної дороги. . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1. Оцінка інженерно-геологічних умов будівельного

майданчики. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2. Розрахунок фундаменту опори шляхопроводу по деформацій

підстави. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2.1. Визначення розмірів підошви фундаменту. . . . . . . . . 11
2.2.2. Розрахунок осадки фундаменту опори шляхопроводу. . . . . . . .12
2.3. Розрахунок підпірної стінки, обгороджує виїмку в грунті. . . .15
2.3.1. Вплив активного тиску грунту на підпірнустінку. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.3.2. Вплив пасивного тиску грунту на підпірну

стінку. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17
3. Розрахунок стійкості укосу виїмки в грунті графоаналіті-ного методом круглоціліндріческіх поверхонь ковзання. . 20

Бібліографічний список. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Реферат

Курсова робота з механіки грунтів виконується з метою: закріпленнякурсу та придбання студентами навичок в оцінці інженерно-геологічнихумов будівельного майданчика та виконання розрахунків при рішенніпрактичних інженерних задач, що відповідають профілю спеціальності
"Автомобільні дороги".

Завдання на курсову роботу включає в себе дані про інженерно -геологічних умов будівельного майданчика, де на трасі автомобільноїдороги, що проходить у виїмці, в місці перетину її з шляхопроводом,пробурено три свердловини.

задані геологічні колонки по свердловинах, фізичні характеристикигрунту, зразок завдання наводиться.

Необхідно зробити розрахунок укосу виїмки в грунті, розрахунок підпірноїстінки, обгороджує виїмку в грунті, розрахунок опади фундаменту проміжноїопори шляхопроводу.

Окремим розділом курсової роботи виділяється завдання з визначеннявертикальних складових напруг? z від дії на поверхні грунтузосередженої сили N.

Виконанню курсової роботи має супроводжувати вивченняспеціальної технічної літератури.

1. Розрахунок напружень від дії зосередженої сили.

задані зосереджена сила N, z0 відстань від поверхні грунту догоризонтальної осі z, що перетинаються з лінією дії сили N, відстаньr0 від лінії дії сили N до вертикальної осі z.

Необхідно побудувати епюри напруг? z при заданих значеннях N, z0,r0.

Напруження розраховуються за формулами Буссінеска:

? z = 3N/2? * z3/R5 або

? z = N/z2 *?, де R - відстань від точки прикладання сили N до точки, в якій визначається напруження; R = x2 + y2 + z2

K - безрозмірний коефіцієнт, величина яка залежить від ставлення r/z. Значення коефіцієнтів До наводиться в таблиці.

N = 35 kH r0 = 3,5 м z0 = 1,6 м

1.1 Побудова епюри розподілу вертикальних складових напруг? Z горизонтальної осі, заглиблений від поверхні на z0 і перетинаються з лінією дії сили N.

Для побудови епюри? Z за досить заповнити таблицю 1,

в якій z0 = const задано, а r призначається, як показано в таблиці 1. Узалежно від відносин r/z0 по таблиці вибирається коефіцієнт K.

Розрахунок напруг? z Таблиця 1.
| r, м | z, м | r/z | K | N/z2, кН/м3 |? z, кПа |
| 0,0 | 1,5 | 0 | 0,4775 | 15,5 | 7,40 |
| 1,0 | 1,5 | 0,67 | 0,2214 | 15,5 | 3,43 |
| 2,0 | 1,5 | 1,3 | 0,0415 | 15,5 | 0,64 |
| 3,0 | 1,5 | 2 | 0,0085 | 15,5 | 0,13 |
| 4,0 | 1,5 | 2,67 | 0,0026 | 15,5 | 0,0403 |
| 5,0 | 1,5 | 3,32 | 0,0009 | 15,5 | 0,014 |

Висновок: при видаленні на величину z0 = 1,5 м від вертикального навантаження N =
35 кН максимальне значення? Z (max) = 7,4 кПа розташовується під даною силоюі якщо поступово видаляти по горизонталі то? z буде спадати.

1.2 Побудова епюри розподілу вертикальних складових напруг? z по вертикальній осі, віддаленій від лінії дії сили N на задану відстань r0.

Для побудови епюри? z за досить заповнити таблицю 2,в якій r0 = const задано, а z призначається.

Розрахунок напруг? z Таблиця 2.
| r, м | z, м | r/z | K | N/z2, кН/м3 |? z, кПа |
| 3,5 | 0,0 | 0 | 0,4775 | 0 | 0 |
| 3,5 | 1,0 | 3,5 | 0,0007 | 35 | 0,0245 |
| 3,5 | 2,0 | 1,75 | 0,0146 | 8,75 | 0,1277 |
| 3,5 | 3,0 | 1,16 | 0,0585 | 3,89 | 0,227 |
| 3,5 | 4,0 | 0,875 | 0,1086 | 2,18 | 0,237 |
| 3,5 | 5,0 | 0,7 | 0,1762 | 1,4 | 0,246 |
| 3,5 | 6,0 | 0,58 | 0,2629 | 0,97 | 0,255 |
| 3,5 | 7,0 | 0,5 | 0,2733 | 0,71 | 0,194 |

Висновок: якщо видаляти по горизонталі досліджуваного грунту від вертикальноїнавантаження N = 35 кН на величину r0 = 3,5 м, напруга? z на глибині z = 0м приймає мінімальне значення, зі збільшенням ж глибини, напруга? zпідвищується, отже в даному випадку епюр несиметрична, а? z (max) =
0,255 кПа.

За даними таблиць 1 і 2 будуються епюри напруг? Z = f (z) і? Z = f (r).

Z0 =

6. 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 r, м

? Z, кПа

1 r0 =

6 z, м

2. Розрахунок штучних споруд на трасі автомобільної дороги.

2.1 Оцінка інженерно-геологічних умов будівельного майданчика.

Використовуючи задані інженерно-геологічні розрізи по свердловинах із огляду на заданий на плані відстань між свердловинами в масштабі 1:100,будується геологічний розріз між двома свердловинами. На отриманий такимчином геологічний розріз накладається приведена в завданні до курсовоїроботі виїмка в грунті, обгороджена з одного боку підпірної стінкою, а зіншого боку - укосом заданого закладення. У центрі виїмки знаходитьсяопора шляхопроводу (малюнок).

За даними завдання, наведених у таблиці фізичних характеристикгрунту, пошарово визначається щільність сухого грунту за формулою:

? d =?/(1 + W)

Коефіцієнт пористості грунту визначається за формулою: e = (? s-? d) /? d

Повна вологоємність грунту визначається за формулою:

Wsat = e? w /? s

Ступінь вологості грунту визначається за формулою:

Sr = W/Wsat

Де W - природна вологість грунту в частках одиниці;

? w - щільність води, яка приймається рівною 1 г/см3. < p> Для глинистих грунтів необхідно визначити число пластичності поформулою:

Ip = (Wl-Wp) * 100

І показник плинності за формулою:

Il = (W-Wp)/(Wl-Wp )

Питома вага грунту і питома вага часток розраховується за формулами:

? = g *? кН/м3 і? s = g *? s кН/м3

Характеристики міцності Сn і? n, деформаційні характеристики грунтів
Е і розрахунковий опір приймаються з таблиць завдання.

Значення характеристик міцності грунту в розрахунках підстави подеформацій при виконанні приймаються з коефіцієнтом надійності по грунту
? g (c) = 1

Питомий зчеплення СII = Cn, кут внутрішнього тертя? II =? n.

У розрахунках підстави по несучої здатності грунту значенняхарактеристик міцності грунтів визначається за формулою:

CI = Cn /? g (c),? I =? n /? g (?).

Де? g (c) -- коефіцієнт надійності по грунту,? g (c) = 1,5;

? g (?) - коефіцієнт надійності. Для піщаних грунтів 1,1, дляпилуватого-глінястих 1,15.

Відповідні дані заносяться в таблицю механічних характеристикгрунтів.

Отримані результати аналізуються і робляться висновки про особливостіінженерно-геологічних умов будівельного майданчика.

Завдання до курсової роботи з механіки грунтів.

g = 10 кПа

B = 0,7 м

H = 5,8 м h0 = 1,6 м

N0 = 3000 кН d1 = 2,0 м

m1 = A/H1 = 1,6

Фізичні характеристики грунту. Таблиця 3.
| № | Глу | Доля | Доля | Щільно | Кое | Повна | Відображення | Число | Відображення | Найменування грунту |
| | Бін | ьний | ний | ость | ФФІ | я | ательє | пласт | ательє | за СНиП 2.02.01-83 |
| | А | вага | вага | сухог | ціе | волого | водонаг | ічнос | Текуч | |
| | Відб | грун | частини | о | нт | емкос | асище | ти, | ести, | |
| | Ора | та, | ц | грунт | пір | ть, | нія, | Ip | Il | |
| |, М |? | грунт | а,? d | іст | Wsat | Sr | | | |
| | | КН/м | а,? S | г/см3 | ост | | | | | |
| | | 3 | кН/м3 | | та, | | | | | |
| | | | | | E | | | | | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
| 1 | 2,5 | 18,9 | 26,46 | 1,57 | 0,7 | 0,26 | 0,88 | 12 | 0,42 | Суглинок |
| | | | | | 1 | | | | | тугопластічний |
| 2 | 5,0 | 18,8 | 26,85 | 1,43 | 0,9 | 0,34 | 1 | 23 | 0,17 | Глина напівтверда |
| | | | | | 2 | | | | | |
| 3 | 7,0 | 20,3 | 26,16 | 1,80 | 0,4 | 0,18 | 0,86 | 6 | 0,92 | супісок пластична |
| | | 8 | | | 8 | | | | | |
| 4 | 11, | 19,6 | 26,07 | 1,65 | 0,6 | 0,23 | 0,91 | 0 | 0 | Пісок дрібний, |
| | 0 | | | | 1 | | | | | середньої щільності |
| 5 | 14, | 19,6 | 26,85 | 1,57 | 0,7 | 0,27 | 1 | 20 | 0,15 | Глина напівтверда |
| | 5 | | | | 5 | | | | | |

Механічні характеристики грунту. Таблиця 4.
| № | Глиб | Найменування грунту по | модулі | Питомий | Кут | Умовно |
| | Ина | СниП 2.02.01-83 | ь | зчеплення | внутрішнього | є |
| | Відбою | | дефор | | тертя | розрахунково |
| | Ра, | | мації | | | е |
| | М | |, Е, | | | сопроті |
| | | | КПа | | | тичних |
| | | | | | | Грунту |
| | | | | | | R0, кПа |
| | | | | СI, | CII, |? I, |? II, | |
| | | | | КПа | кПа | град | град | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 1 | 2,5 | Суглинок тугопластічний | 16000 | 16,6 | 25 | 19,1 | 22 | 220 |
| 2 | 5,0 | Глина напівтверда | 17000 | 28 | 42 | 14,8 | 17 | 263 |
| 3 | 7,0 | супісок пластична | 28000 | 11,3 | 17 | 23,5 | 27 | 300 |
| 4 | 11,0 | Пісок дрібний, середній | 33000 | 2 | 3 | 30,9 | 34 | 300 |
| | | Щільності | | | | | | |
| 5 | 14,5 | Глина напівтверда | 21000 | 36 | 54 | 16,5 | 19 | 377 |

2.2 Розрахунок фундаменту опори шляхопроводу по деформацій підстави.

У вихідних даних на курсову роботу задані: навантаження, що передається нафундамент від опори шляхопроводу N0; глибина закладення фундаменту d1;співвідношення сторін прямокутної підошви фундаменту? = l/b. Необхідновизначити розміри підошви фундаменту l, b, розрахунковий опір грунту
R, середній тиск під підошвою фундаменту Р і осідання підстави S.

2.2.1. Визначення розмірів підошви фундаменту.

Розрахунок ширини підошви фундаменту можна виконати методомпослідовних наближень: спочатку призначається ширина фундаментуb = 0 і визначається розрахунковий опір грунту під підошвою фундаменту Rза формулою:

R =? c1? c2/K [M? b??? + Mgd1? II '+ McCII]

де??,? g,? c - коефіцієнти, що приймаються з таблиці;

? c1? c2/К - добуток коефіцієнтів умов роботи, в курсовій роботіможна прийняти рівним 1,0. b - ширина підошви фундаменту; d1 - глибина закладання фундаменту;

CII - розрахункове значення питомої ваги грунту, що залягає нижчепідошви фундаменту;

? II '- те ж, що залягає вище підошви фундаменту.

Ширина підошви фундаменту визначається за формулою: bc = N0/(R-? срd1)?

де? СР - осредненний питома вага бетону та грунту на уступахфундаменту. Можна прийняти рівним 21 кН/м3.

Розрахунок повторюється до тих пір, поки bc останніх наближень будевідрізнятися не більше ніж на 1 см.

А так само можна скористатися формулою:

P = N0 + b2d1? ср/b2

Дані для розрахунку:? СР = 22 кН/м3

N0 = 3000 кН

? II '= 18,8 кН/м3

? II = 20,38 кН/м3

CII = 17 кПа

?? = 0,93

? G = 4,5

? C = 7,15

Після багаторазових підстановок отримуємо b = 3,1 м

P = 350 кПа

2.2.2. Розрахунок осадки фундаменту опори шляхопроводу.

Перед розрахунком опади основи необхідно показати геологічніумови будівельного майданчика з урахуванням положення поверхні грунту та зрозташуванням фундаменту опори шляхопроводу. Природне тиск грунтувизначається за формулою:

? zg '?? ihi

Для умов будівельного майданчика будується епюр природних тисків.
Додатковий тиск на грунт у рівні підошви фундаменту визначаєтьсяза формулою:

P0 = P-? zg0

P = (N0 + Gгр + Gф)/b2 P = 350 кПа

Gф = Vф? бет

Де Vф = b2h1 +1,22 (d1-h1)

Gгр = Vгр? гр

Де Vгр = b2d1-Vф < p> Після обчислень Р0 = 233,64 кПа

Значення природного тиску в рівні підошви фундаменту? zg0 можнавизначити графічно по епюр природних тисків на глибині z = H + d1.

Товща грунту під підошвою фундаменту ділиться на шари hi = 0,4 b і нанижніх межах цих шарів визначаються напруги? zp за формулою:

? zp =? P0 де? - Коефіцієнт, що приймається за таблицею.

У даному випадку hi = 0,4 * 3,1 = 1,24 м

При розрахунку опади підстави проміжні обчислення зручно записуватидо таблиці розрахунку опади підстави. За даними стовпців 2 і 5 таблицібудується епюр додаткових тисків? zp = f (z). Розрахунок слід вести донижньої межі стисливою товщі (B1C1), яка визначається шляхом порівняннязначень? zp і? zg на одній тій же глибині. На нижній межі стисливоютовщі? zp = 0,2? zg. В графу 6 заносяться середні напруги в межах кожногошару:

? zpi = (? z1p +? z2p)/2

У графу 7 таблиці заносять модулі деформації грунту Еi, що залягає вмежах шарів. У графу 8 таблиці заносяться результати розрахунку осадокремих шарів грунту:

Si = 0,8 *? zpi * hi/Ei

Осадка фундаменту визначається як сума осад окремих шарів грунту:

S =? Si

Розрахунок опади підстави. Таблиця 5.
| hi | zi | Zi/0,5 b |? |? zp =? P0 |? zpi, | Еi, кПа | Si |
| | | | | | КПа | | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| | | | | |
| | 0 0 1 223,64 | | 28000 | |
| 1,24 | | 201,27 | | 0,0071 |
| | 1,24 0,8 0,8 178,91 | | | |
| | | | | |
| | 2,48 1,6 0,449 100,4 | | | |
| | | | | |
| | - - - - | | | |
| | | | | |
| | 3,72 2,4 0,257 57,47 | | | |
| | | | | |
| | 4,96 3,2 0,16 35,78 | | | |
| | | | | |
| | 6,2 4 0,108 24,15 | | | |
| 1,24 | | 139,65 | | 0,0049 |
| 0,82 | | | | |
| | | 78,93 | | 0,0018 |
| 0,42 | | | | |
| | | | 33000 | |
| 1,24 | | 46,62 | | 0,0014 |
| 1,24 | | 29,96 | | 0,0009 |

S =? Si

? = 0,016 м

Висновок:? Zp = 0 , 2? zg осадка фундаменту після лінії B1C1 незначна,розрахунок ведемо до цієї лінії. Фундамент стійкий, використання неутруднене.

Облік впливу сусідніх фундаментів на опади підстави.

Опора шляхопроводу складається з кількох колон, кожна з якихспирається на окремий фундамент. Поруч розташовані фундаменти роблятьвплив на опади розглянутого фундаменту. Облік впливу сусідніхфундаментів на осідання розглянутого фундаменту можна проводити методомеквівалентного модуля.

Додаткова осаду розглянутого фундаменту від впливу сусідньогофундаменту визначається за формулою:

? S =? 0P0c (1 -? 2)/Eекв

де? 0 - коефіцієнт, який визначається з урахуванням відстані від центрунавантаженої квадратної майданчики зі стороною "з" до центру фундаменту, наякої цей майданчик впливає. Якщо сусідній фундамент має форму квадрата,рівновеликими цього трикутника за формулою: з = lb де l і b - сторони підошви прямокутного фундаменту. У таблицікоефіцієнтів? 0 вибирається значення коефіцієнта? 0 в залежності відвідносини x/c.

епюр природних і додаткових тисків, масштаб 1:100

Р0 - додатковий тиск під підошвою фундаменту сусіднього;

? - Коефіцієнт Пуассона, у розрахунках можна прийняти? '0, 3;

Еекв - еквівалентний модуль деформації грунту, при визначенні якогонеобхідно враховувати, що лінія впливу стисливості грунтів має max не упідошви розглянутого фундаменту, а заглиблюється від стопи тим більше,чим далі розташований що впливає фундамент.

У результаті розрахунків робиться зіставлення опади фундаменту іграничної деформації підстави. Проводиться перевірка дотримання умови:

S +?? SiSus

Де Sus = 1,5 L

Де L - довжина меншого з двох що примикають до проміжної опоришляхопроводу прогонових будівель в метрах.

2.3. Розрахунок підпірної стінки, обгороджує виїмку в грунті.

Вихідні дані для розрахунку задані в завданні на проектування.

За підпірної стінкою залягають грунти непорушеною структури. Наповерхні грунту є прігрузка інтенсивністю g. Перед розрахункомнеобхідно уточнити розташування шарів грунту на ділянці дії активноготиску від поверхні грунту до глибини H і на ділянці діїпасивного тиску - від дна виїмки до глибини h0.

У розрахунку підпірної стінки враховуються розрахункові характеристики грунту
? I, СI.

Якщо в межах підпірної стінки до глибини H залягають кілька шарівглинистих грунтів або декілька шарів піщаних грунтів, то їх осредненниеміцнісні характеристики слід визначити за формулами:

? I = (? I1h1 +? I2 + ...)/H

CI = (CI1 + h1 + CI2h2 + ...)/H < p> Так само осредняются і питомі ваги шарів грунту, що залягають запідпірної стінкою. Якщо ж за підпірної стінкою від поверхні грунту доглибини Н1 залягає глинистий грунт, а нижче на ділянці Н2 = Н-Н1 піщанийгрунт, або навпаки, спочатку піщаний, а потім глинистий грунт, тоосредненіе міцності слід вести окремо для шару Н1 ідля шару Н2. Таким же чином при необхідності можна осреднітьхарактеристики міцності в межах шару h0 для розрахунку пасивноготиску.

За розрахунками за підпірної стінкою від поверхні грунту до глибини:

H = 5,8 м? = 15,46 0

? = 18,9 кН/м CI = 18,13 кПа

2.3.1. Вплив активного тиску грунту на підпірну стінку.

Інтенсивність розподілу активного тиску за підпірної стінкою зурахуванням прігрузкі за підпірної стінкою визначається за формулою:

Paz =? Iz * tg2 (450 -? I/2) + g * tg2 (450 -? I/2)-2CI * tg2 (450 -? I/2)

Для побудови епюри активного тиску на підпірну стінку достатньовизначити величину інтенсивності активного тиску у підошви підпірноїстінки або на нижній межі розглянутого шару Н1. Таким чином, приz = H або при z = H1:

Paz = Pah + Pag-Pac

Де Pah =? IHtg2 (450 -? I/2)

Pag = g tg2 (450 -? I/2)

Pac = 2CItg (450 -? I/2)

При Рag-Pac> 0 епюр активного тиску має вигляд трапеції. При Рag-
Pac = 0 - вид треуг?? льника. При Рag-Pac