Механика горных пород и грунтов

Н, м	Z, м			кПа	кПа		Sслоя, см	общая, см	Граница сжимаемой толщи, м
1,10	0,00	0,0	1,000	260,40	23,21	11,219
0,60	0,4	0,960	249,98	32,92	7,595
1,20	0,8	0,800	208,32	42,62	4,888	2,7
1,80	1,2	0,606	157,80	52,33	3,016
3,0	0,10	0,06	0,993	258,58	63,30	4,085
2,50	1,6	0,449	87,49	71,35	1,226
3,10	2,0	0,336	66,92	79,40	0,843	3,2	6,7
3,70	2,4	0,257	52,34	87,45	0,599
4,30	2,8	0,201	41,66	95,50	0,436	0,5
4,90	3,2	0,160	33,85	103,55	0,327
5,50	3,6	0,130	28,12	111,60	0,252
6,10	4,0	0,108	23,70	119,65	0,198
7,8	6,70	4,4	0,091	20,05	127,70	0,157

Относительная осадка фундамента равна и не превышает предельную величину равную 0,002.

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

Подпорная стенка принимается II класса с вертикальной задней гранью, жесткой, неподвижной, угол трения грунта о стенку . Поверхность засыпки за подпорной стенкой – горизонтальная. За подпорной стенкой разрез двухслойный – это полутвердая глина и подстилающие ее пески мелки, плотные, маловлажные. Мощность глин за подпорной стенкой – 4,2 м .(), песков –1,8 м .().

Глины обладают трением и сцеплением, поэтому интенсивность их давления на заднюю грань подпорной стенки определяется по формуле:

,

где - это боковое давление, не оказывающее влияния на подпорную стенку из-за сил сцепления ().

кПа

Глубина от верхней грани подпорной стенки, на которой последняя не испытывает давления со стороны грунта, определяется по формуле:

м

Определяем напряжение на уровне подошвы глин:

кПа

Определяем напряжение на уровне кровли песка ().

Для этого необходимо рассчитать :

м

кПа

Определяем напряжение на уровне подошвы подпорной стенки:

кПа

Полное активное давление грунта на подпорную стенку равно:

3.2 Проверка подпорной стенки на плоский сдвиг по грунту

Для предотвращения скольжения подпорной стенки на уровне подошвы должно быть удовлетворено неравенство

G -	вес блока стенки длиной 1 м, кН
f -	коэффициент трения стенки о грунт, величина которого не может превосходить величины (для глинистых грунтов f=0,25, а для песков f=0,4). Принимаем f=0,4, так как глины не оказывают горизонтального давления на стенку).
-	сумма горизонтальных составляющих распора грунта на блок стенки длиной 1 м равная 57,1 кН
-	Коэффициент устойчивости (запаса) на сдвиг, принимаемый для сооружений II класса, равный 1,2.

кН/м

условие , , выполняется, следовательно, подпорная стенка не будет подвержена плоскому сдвигу.

3.3 Проверка подпорной стенки на опрокидывание

Отношение величины момента, удерживающего стенку от опрокидывания , к моменту, опрокидывающему ее , называется коэффициентом устойчивости стены против опрокидывания и должно быть не менее 1,5.

,

где;

;

и - веса блоков подпорной стенки длиной 1м , кН;

и - расстояния от т. С до осей приложения сил и , равные соответственно 1,5 и 0,65 м ;

и- величины распора грунтов на блок длиной 1м , равные соответственно 57,1 и 0,64 кН ;

- расстояние от т. А до оси приложения , определяемое как м .;

- расстояние от т. А до оси приложения , определяемое как м .

и определяются по формулам:

кН/м

кН/м

Вычислим значения моментов и :

кН

кН

Определяем отношение величин моментов:

подпорная стенка устойчива против опрокидывания.

3.4 Разработка рекомендаций по снижению коэффициента устойчивости стенки

Приведенные выше расчеты проверки подпорной стенки на опрокидывание и плоский сдвиг показали, что подпорная стенка устойчива, но коэффициент запаса больше необходимого. Из экономических соображений можно было бы облегчить стенку, уменьшив ее объем и сократив, таким образом, расход железобетона, Так же изменить коэффициент запаса можно за счет изменения веса бетона. Исходя из всех предложений, можно сделать вывод, что необходимо изменение конструкции подпорной стенки и составляющего ее материала.

4. Проверка устойчивости проектного откоса

В практике проектирования наиболее часто используют при расчете устойчивости откосов метод круглоцилиндрической поверхности скольжения. Требуемый коэффициент запаса устойчивости откоса принимается для сооружений II класса, исходя из расчетной сейсмичности района равной или менее 7 баллов - . В дальнейших расчетах все полученные значения коэффициента запаса будут сравниваться с .

4.1 Проверка устойчивости откоса методом круглоцилиндрической поверхности скольжения

Коэффициент устойчивости массива грунта в откосе вычисляется как отношение момента сил, удерживающих массив, к моменту сил, сдвигающих его. Проверка устойчивости откоса сводится к простейшему построению и расчетам.

Из некоторого центра радиуса R проводят часть окружности; в плоскости чертежа она является следом поверхности, для которой проверяется возможность смещения массива грунта. Графически, по масштабу, определяем радиус кривой скольжения. Разбиваем массив на блоки, графически определяем их ширину и высоту сторон и производим расчет всех необходимых элементов для определения коэффициента устойчивости.

Так как массив грунта в откосе однородный и представлен полутвердыми глинами, коэффициент устойчивости определяется по формуле:

,

где	n - число блоков;
- угол внутреннего трения грунта, равный ;
С - сцепление, равное 30 кПа ;
L - длина дуги скольжения, м ;
- вес расчетного блока, кН ;
- плечо от линии действия центра тяжести блока до центра вращения, м ;
R - радиус круглоцилиндрической дуги скольжения, м ;

Длина дуги скольжения определяется по формуле:

,

где - это угол между линиями проведенными из центра О в точки основания и бровки откоса (начальная и конечная точки дуги скольжения) в радианах.

Основной трудностью является отыскание центра наиболее опасной дуги поверхности скольжения, которая определяется путем подбора. Если принять во внимание только сцепление, то этот центр окажется в точке пересечения двух прямых, точке О, одна из которых проведена от основания откоса под углом к поверхности откоса, а вторая от бровки откоса по углом к горизонту. Величина и зависят от крутизны откоса высотой Н .

Значение и определяются исходя из значения определяемого по формуле:

Зная , по таблице 12 [1] определяем значения и . Так как в таблице содержаться значения равные только 60 , 45 , , , и берем значения и по значению , к которому более близко наше расчетное значение , т.е. .

Чтобы учесть трение в грунте, нужно вниз от основания откоса отложить в масштабе величину высоты откоса Н и от полученной точки внутрь массива отложить расстояние, равное 4,5Н . Найденную таким образом точку Д соединить с точкой О. Центры наиболее опасных дуг скольжения, соответствующие разным значениям , будут располагаться на прямой ДО и ее продолжении.

После проведения n-го количество расчетов , в дальнейшем будут приведены вычисления только минимального, среднего и максимального значений .

Максимальный коэффициент запаса достигается при значении =14,4 м ., (1,48 радиан), L =21,3 м., число блоков равно 6, С=30 кПа , .

Данные расчетов приведены в таблице 7.

Таблица 7. Расчеты по блокам

№ блока	Ширина блока , м	Объем блока, м	кН	м
1	2,70	4,90	103,39	-0,95	-98,22
2	2,70	13,80	291,18	1,35	363,98
3	2,75	21,70	457,87	4,05	1854,37
4	2,70	22,90	483,19	6,75	3261,53
5	2,70	17,70	373,47	9,50	3547,97
6	2,90	7,70	162,47	11,95	1941,52
Сумма	1871,57	10871,14

Минимальное значение коэффициента запаса достигается при значении =16,5 м ., (1 радиан), L =16,5 м., число блоков равно 6, С=30 кПа , . Данные расчетов приведены в таблице 8.

Таблица 8. Расчеты по блокам

№ блока	Ширина блока , м	Объем блока, м	кН	м
1	2,00	2,21	46,63	4,60	214,50
2	2,00	5,80	122,38	6,25	764,88
3	2,00	8,70	183,57	8,22	1508,95
4	2,00	10,80	227,88	10,20	2324,38
5	2,00	9,50	200,45	12,20	2445,49
6	2,00	3,70	78,07	14,25	1112,50
Сумма	858,98	8370,69

Промежуточное значение коэффициента запаса достигается при значении =17,1м ., (0,98 радиан), L =16,8 м., число блоков равно 6, С=30 кПа , . Данные расчетов приведены в таблице 9.

Таблица 9. Расчеты по блокам

№ блока	Ширина блока , м	Объем блока, м	кН	м
1	1,90	1,65	34,82	5,20	181,04
2	2,10	4,78	100,86	6,95	700,96
3	2,10	8,40	177,24	9,05	1604,02
4	2,10	10,50	221,55	11,20	2481,36
5	1,75	7,44	156,98	13,10	2056,49
6	1,80	2,88	60,77	14,75	896,33
Сумма	752,22	7920,20

Вычисленные коэффициенты запаса показывают, что откос является устойчивым, так как минимальное его значение при заданных условиях не приближается и не является меньше допустимого значения . Данная устойчивость откоса достигается за счет большого значения сцепления глинистых грунтов равного 30 кПа .

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

В.В. Соколовский условно делит откос в грунтах, обладающих трением и сцеплением, на две зоны: верхний слой грунта, ограниченный вертикальной частью откоса и положительной полуосью y – зона упругого состояния, и массив грунта, расположенный ниже оси y – зона предельно напряженном состоянии.

Максимально возможная высота вертикальной части откоса, представленного полутвердыми глинами, определяется по формуле:

,

где - удельный вес грунта, 21,1 ;

С – сцепление, 30 кПа ;

- угол внутреннего трения, ;

h – максимальная высота вертикальной части откоса, м .

Определяем максимально возможную высоту вертикальной части откоса:

Приближенное определение координат точек, лежащих на поверхности устойчивого откоса в зоне предельно напряженного состояния, предложили И.С. Мухина и А.И. Срагович. Они составили таблицу для облегчения вычислений, которая приводится с некоторыми сокращениями, табл. 13[1].

Очертания равноустойчивого откоса от точки 0 и ниже по координатам, вычисляемым по формулам:

и

Расчет координат очертания откоса при коэффициенте устойчивости >1(в нашем случае =1,2) в теории предельного равновесия производится по значениям:

и кПа

Результаты расчетов координат очертания откоса приведены в таблице 10.

Таблица 10. Координаты очертания откоса

Список использованной литературы

1. Методические указания и задания для разработки курсового проекта по курсу «Механика горных пород и грунтов». Московский геологоразведочный институт; сост. А.А. Полуботко, В.В. Пендин. М., 1992

2. Цытович Н.А. Механика грунтов: Высш. шк., 1983

3. Полуботко А.А., Пендин В.В., Задачник по механике грунтов, Москва, 1991 г