Механика горных пород и грунтов

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К курсовому проекту по курсу

"Механика горных пород и грунтов"


Оглавление

Введение

Задание на курсовой проект

1. Оценка инженерно-геологических условий участка строительства

2. Расчет основания здания по деформациям

2.1 Определение глубины заложения фундаментов

2.2 Проектирование размеров фундаментов в плане

2.3 Проверка несущей способности подстилающего слоя

2.4 Проверка допустимости расчетных величин осадок фундаментов

3. Проверка устойчивости запроектированной подпорной стенки и разработка рекомендаций по обеспечению ее устойчивости или снижение коэффициента устойчивости стенки

3.1 Расчет величины активного давления грунта на подпорную стенку

3.2 Проверка подпорной стенки на плоский сдвиг по грунту

3.3 Проверка подпорной стенки на опрокидывание

3.4 Разработка рекомендаций по снижению коэффициента

устойчивости стенки

4. Проверка устойчивости проектного откоса

4.1 Проверка устойчивости откоса методом круглоцилиндрической поверхности скольжения

4.2 Построение профиля откоса по В.В. Соколовскому с использованием таблицы И.С. Мухина и А.И. Срагович

Список использованной литературы

Введение

Огромные масштабы строительства требуют подготовки большого числа высококвалифицированных специалистов в области гидрогеологии и инженерной геологии.

Одним из основных звеньев в подготовке специалистов является курсовое проектирование, играющее значительную роль в развитии у студентов навыков самостоятельной работы.

Методы совместного расчёта оснований, фундаментов и наземных конструкций в настоящее время разработаны слабо. Обычно их проектируют раздельно, устанавливая последовательными расчётами соответствие предъявляемым требованиям. Основание, фундамент и наземные конструкции неразрывно связаны между собой, взаимно влияют друг на друга и по существу должны рассматриваться как одна природно-техническая система.

Недостаточная изученность инженерно-геологических условий площадки, пренебрежительное отношение к анализу имеющихся инженерно-геологических данных и устройству оснований и фундаментов часто являются причинами возникновения недопустимых деформаций оснований и конструкций сооружений, что приносит большие потери народному хозяйству.

Вопросы проектирования откосов, подпорных стенок, оснований и фундаментов усложняются тем, что необходимо решать комплексную задачу, связанную в первую очередь с инженерно-геологическими условиями строительной площадки, назначением и конструкцией сооружения. Правильная оценка инженерно-геологических условий может иметь решающее значение при выборе экономического решения, а также оказывает влияние на методы производства работ и сроки строительства сооружения.

При разработке курсового проекта анализировалась и учитывалась совместная работа основания и надземных конструкций сооружения, учитывались требования методики расчёта по предельным состояниям, требования экономики, индустриализации и технического прогресса.


Задание на курсовой проект

Для проектируемых сооружений требуется:

- произвести привязку к местным инженерно-геологическим условиям промышленного здания – определить тип, глубину заложения и размеры подошвы фундаментов, рассчитать осадки фундаментов по заданным сечениям и проверить допустимость расчётных осадок;

- проверить устойчивость проектируемой подпорной стенки и разработать рекомендации по обеспечению устойчивости или снижению коэффициента запаса устойчивости подпорной стенки;

- проверить устойчивость проектируемого откоса и построить его профиль с требуемым коэффициентом запаса, исходя из характера местных инженерно-геологических условий и проектируемых сооружений.

Проектируемое здание второго класса, разноэтажное, без подвала, имеет в плане размер в осях АЕ - 30 м и I-II – 60 м, максимальная высота центральной части здания в осях БД – 21 м, высота пристроек в осях АБ и ДЕ соответственно 9 м и 6 м. Здание каркасного типа, четырёхпролётное - пролёты в осях АБ и ДЕ по 6 м, а в осях БД и СД по 9 м; шаг колонн - 6 м. Конструктивная схема здания - гибкая. Здание отапливаемое, расчётная температура воздуха в здании +; полы уложены по грунту. Стены здания панельные ненесущие. Нагрузки на колонны приведены в табл. 1. Предельно допустимы деформации основания здания: максимальная осадка – 8 см, относительная разность осадок - 0,002.

Таблица 1. Нагрузка на колонны здания, кН (N)

Оси здания 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
А 900 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 900
Б 1200 2500 2500 2500 2500 2500 2500 2500 2500 2500 1200
С 1000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 1000
Д 800 1800 1800 1800 1800 1800 1800 1800 1800 1800 800
Е 500 800 800 800 800 800 800 800 800 800 500

Подпорная стенка массивная, жесткая, неподвижная; задняя грань стенки - вертикальная. Подпорная стенка имеет высоту 6 м, заглубление 1 м; ширину соответственно по подошве и верху подпорной стенки 2.0 м и 1.0 м. материал подпорной стенки - монолитный железобетон. Вес 1 железобетона составляет 22 . Подпорная стенка предназначена удерживать сдвижение грунта на дорогу. Дорога второго класса.

Откос заложен в однородном грунте; заложение откоса 1: 0.8, высота откоса – 10 м.

Исходные данные для расчета курсового проекта приведены в табл. 2, 3 и 4.

Таблица 2. Расчетные сечения

№ варианта Город строительства Расчётные сечения для определения осадок фундаментов
4 Усть-Цильма Б-2, А-2

Таблица 3. Характеристики первого от поверхности геологического тела

№ варианта Расчётные значения показателей физико-механических свойств
W, д.е. , д.е. , д.е. , кН/м³ γ , кН/м³ E, МПа C, кПа φ , град
4 0.20 0.36 0.16 27.2 21.1 15 30 18

Таблица 4. Характеристики второго от поверхности геологического тела

№ варианта Описание Расчётные значения показателей физико-механических свойств
γ , кН/м³ φ , град E, МПа
4 Песок мелкий, плотный, маловлажный 17.5 31 33

1. Оценка инженерно-геологических условий участка строительства

Строительство проводится в городе Усть-Цильма.

Исследуемая строительная площадка представляет собой равнинный участок со средней отметкой 0 м. На севере высота откоса составляет 10 м., на юге за подпорной стенкой – -6 м.

Грунты представлены полутвердыми глинами и подстилающими их мелкими, плотными, маловлажными песками. Мощность глин в пределах строительной площадки изменяется от 2.8 до 16,7 м., мощность песков не уточнена. Под зданием пески залегают на глубине 2.8 м. в сечении А и 4 м. в сечении Е.

В южной части участка глина отсутствует. Уровень дороги заложен ниже подошвы глин на отметке -6 м.

На месте строительства подземные воды не встречены.

Проявления экзогенных геологических процессов не наблюдались.

Расчет основных свойств первого слоя грунта от поверхности:

Пористость:

Коэффициент пористости: д.е.

Степень влажности: д.е.

Число пластичности: д.е .

Число пластичности указывает на то, что первый слой от поверхности представлен глинами.

Показатель консистенции: д.е .

Показатель консистенции указывает на то, что глины полутвердые.

Произведя расчеты основных показателей свойств грунтов, узнаем расчетное сопротивление грунтов по таблицам 7 [1] и 8 [1]:

- полутвердые глины - кПа

- песок мелкий, плотный, маловлажный -кПа

2. Расчет основания здания по деформациям

Согласно инструкции по разработке проектов и смет для промышленного и гражданского строительства, привязка проектов зданий к конкретным участкам строительства включает в себя уточнение типа, размеров конструкций и глубины заложения фундаментов в зависимости от местных условий, ограничение абсолютных или относительных перемещений фундаментов и надфундаментных конструкций такими пределами, при которых гарантируется нормальная эксплуатация зданий и не снижается их долговечность.

2.1 Определение глубины заложения фундаментов

Глубина заложения фундамента принимается по конструктивным соображениям с учетом возможности пучения грунтов при промерзании и осадки при оттаивании.

Расчетная глубина залегания сезонного промерзания грунта определяется по формуле:

,

где - нормативная глубина промерзания, устанавливаемая по схематической карте нормативных глубин промерзания на территории России на основе многолетних наблюдений или теплотехнических расчетов в соответствии с пп. 2.26 и 2.27 СНиП 2.02.01-83, м ;

- коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения и принимаемый для наружных фундаментов отапливаемых сооружений, равный 5 (табл. 5 [1])

Глубина заложения фундаментов отапливаемых сооружений по условиям недопущения морозного пучения грунтов основания назначается с учетом их конструктивных размеров:

а) для наружных фундаментов – по табл. 6 [1]

б) для внутренних фундаментов – независимо от расчетной глубины промерзания грунтом.

В нашем случае рассматривается как наружный, так и внутренний фундаменты, и, исходя из этого, будем использовать расчетную глубину заложения фундамента:

м

2.2 Проектирование размеров фундаментов в плане

Фундаменты рассчитываются по схеме приложения нагрузок. Для упрощения расчетов следует принять, что нагрузки приложены центрально.

Предварительные размеры квадратного фундамента при действии центральной нагрузки определяются по формуле:

где N - сила нормальная к подошве фундамента, кН

- расчетное сопротивление грунта, кПа

- средний удельный вес грунта и материала фундамента,

- глубина заложения фундамента, м.

Для сечения А-2:

м

Площадь фундамента в сечении А-2 равна:

Для сечения Б-2:

м

Площадь фундамента в сечении Б-2 равна:

Среднее давление на подошве фундамента в сечении А-2 равно:

кПа

Среднее давление на подошве фундамента в сечении Б-2 равно:

кПа

Необходимо обратить особое внимание на следующее положение: условием применения расчета по деформациям является требование, чтобы среднее давление по подошве фундамента от нормативных нагрузок не превышало расчетного сопротивления грунтов основания, определяемого по формуле 7, СНиП 2.02.01-83. Так как изначально по условию здание проектируется без подвала, формула расчетного значения сопротивления грунтов имеет вид:

где и -коэффициенты условий работы, принимаемые по табл. 9 [1] равные: для полутвердых глин с соответственно 1.25 и 1.0, для мелких песков соответственно 1,3 и 1,0
K -коэффициент, принимаемый равным 1.1, так как прочностные свойства грунта приняты по табл. 1-3 приложения СНиП 2.02.01-83;
, , -коэффициенты, принимаемые по табл. 10 [1], равные: для глин с соответственно 0.43, 2.72, 5.31, для песков с соответственно 1,25, 5,97, 8,25;
-коэффициент, принимаемый равным 1, при в< 10м;
в -ширина подошвы фундамента, м ;

-осредненное значение удельного веса грунтов, залегающих

ниже подошвы фундамента, равный 19,3

-то же, грунтов залегающих выше подошвы, равное

21,1 ;

-расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента равный: для глин 30 кПа ,для песков 0 кПа;
-глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки, равный 1.1 м .

Расчетное сопротивление для сечения А-2:

Расчетное сопротивление для сечения Б-2:

Чем ближе будет подходит величина среднего давления к расчетному сопротивлению R , тем полнее будет использоваться несущая способность грунта основания. Необходимо стремиться к выполнению условия: .

Проверяем условие для исходных сечений. Для сечения А-2: - условие не выполняется.

Принимая площадь фундамента в сечении А-2 равной 5.29 , в =2.3 м., имеем

,

тогда .

Проверяем условие :

- условие выполнено из чего следует, что будет полностью использована несущая способность грунта основания.

Для сечения Б-2: - условие не выполняется.

Принимая площадь фундамента в сечении Б-2 равной 9, в = 3 м., имеем

,

тогда

Проверяем условие : - условие выполнено из чего следует, что будет полностью использована несущая способность грунта основания.

2.3 Проверка несущей способности подстилающего слоя

В пределах сжимаемой толщи пески слабее по несущей способности, чем вышележащие глины. Необходимо выяснить влияние слабого слоя на деформацию сооружения.

Должно соблюдаться условие:

,

где, - вертикальное напряжение от собственного веса грунта слоя, залегающего на глубине Я от природного уровня грунта или планировки срезкой, кПа ;

- дополнительное вертикальное напряжение на кровле подстилающего слоя, вызванное приложением нагрузки от сооружения, кПа ;

- расчетное сопротивление грунта для условного фундамента, опирающегося на слабый слой, определяемое по формуле 7, СНиП 2.02.01-83, кПа .

Площадь подошвы условного фундамента равна:

Дополнительное вертикальное напряжение на кровле подстилающего слоя определяется по формуле:

,

где

, кПа ;

- плотность песков равная 17,5 кН/м³ ;

H - глубина до кровли песков под заданным сечением, м ;

- коэффициент, учитывающий изменение по глубине на вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, природного напряжения в грунте и принимаемый по табл. II [1] в зависимости от относительной глубины и отношения сторон прямоугольника .

Проверяем условие для сечения А-2:

м. ,

,

,

кПа

кПа

;

кПа

Проверяем условие

влияние слоя песков в сечении А-2 на деформацию сооружения не значительно.

Проверяем условие для сечения Б-2:

м. ,

,

кПа

кПа

;

кПа

Проверяем условие

влияние слоя песков в сечении Б-2 на деформацию сооружения не значительно.

Произведя расчеты и убедившись в том, что пески обладают высоким расчетным сопротивлением, можно сделать вывод о том, что полутвердые глины и подстилающие их мелкие, плотные и маловлажные пески являются хорошим основанием под строительство проектируемого сооружения второго класса.

2.4 Проверка допустимости расчетных величин осадок фундаментов

Расчет осадок производится методом послойного суммирования для двух фундаментов по заданным сечениям.

Для расчетов необходимо знать дополнительное вертикальное давление на основание под подошвой фундамента . Это давление принимается равным среднему давлению по подошве фундамента за вычетом природного напряжения () на уровне подошвы фундамента:

,

где кПа

Мощность элементарного слоя равняется:

Для сечения А-2:

кПа

м

Для сечения Б-2:

кПа

м

Необходимо определить нижнюю границу сжимаемой толщи. Нижняя граница сжимаемой толщи основания принимается на глубине, где выполняется условие: .

После определения нижней границы сжимаемой толщи, производится расчет осадок фундамента для обоих сечений по формуле:

где, - безразмерный коэффициент, равный 0,8;

- среднее значение дополнительного нормального вертикального напряжения в i -м слое грунта, равное полу сумме указанных напряжений на верхней и нижней границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, кПа ;

и - соответственно толщина в м. и модуль деформацииi -го слоя грунта, кПа ;

n – число слоев, на которые разбита сжимаема толща основания.

В случае однородного грунта основания и постоянного по глубине модуля деформации основную формулу по расчету осадки можно записать в виде (в дальнейшем все расчеты будут вестись в соответствие с ней):

,

где - дополнительные напряжения в массиве грунта на границе выделенных слоев, кПа .

Все результаты вычислений приведены в таблицах 5 и 6.

Таблица 5. Дополнительные напряжения и осадка фундамента в сечении А-2

Н, м Z, м кПа кПа Sслоя, см общее, см Граница сжимаемой толщи, м
1,10 0,00 0,0 1,000 260,40 23,21 +
0,46 0,4 0,960 249,98 32,92 7,595
0,92 0,8 0,800 208,32 42,62 4,888 2,1
1,38 1,2 0,606 157,80 52,33 3,016
3,00 0,52 0,5 0,993 258,58 63,30 4,085
2,36 2,0 0,336 87,49 71,35 1,226
2,82 2,4 0,257 66,92 79,40 0,843 2,4 5,58
3,28 2,8 0,201 52,34 87,45 0,599
3,74 3,2 0,160 41,66 95,50 0,436 0,3
4,20 3,6 0,130 33,85 103,55 0,327
4,66 4,0 0,108 28,12 111,60 0,252
5,12 4,4 0,091 23,70 119,65 0,198
6,68 5,58 4,8 0,077 20,05 127,70 0,157

Таблица 6. Дополнительные напряжения и

Страницы: 1 2