Главная Учебники - Геология Лекции (геология) - часть 1
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 + Таблица 1. Нагрузка на колонны здания, кН
(N) 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 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 Таблица 3. Характеристики первого от поверхности геологического тела Таблица 4. Характеристики второго от поверхности геологического тела 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:
Степень влажности:
Число пластичности:
Число пластичности указывает на то, что первый слой от поверхности представлен глинами. Показатель консистенции:
Показатель консистенции указывает на то, что глины полутвердые. Произведя расчеты основных показателей свойств грунтов, узнаем расчетное сопротивление грунтов - полутвердые глины - - песок мелкий, плотный, маловлажный - 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 где 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: 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
Для сечения А-2: Площадь фундамента в сечении А-2 равна: Для сечения Б-2: Площадь фундамента в сечении Б-2 равна: Среднее давление на подошве фундамента в сечении А-2 равно: Среднее давление на подошве фундамента в сечении Б-2 равно: 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: -осредненное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента, равный 19,3 -то же, грунтов залегающих выше подошвы, равное 21,1 Расчетное сопротивление для сечения А-2: Расчетное сопротивление для сечения Б-2: Чем ближе будет подходит величина среднего давления Проверяем условие Принимая площадь фундамента в сечении А-2 равной 5.29 тогда Проверяем условие Для сечения Б-2: Принимая площадь фундамента в сечении Б-2 равной 9 тогда Проверяем условие 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, Площадь подошвы условного фундамента равна: Дополнительное вертикальное напряжение на кровле подстилающего слоя где H
- глубина до кровли песков под заданным сечением, м
; Проверяем условие для сечения А-2: Проверяем условие Проверяем условие для сечения Б-2: Проверяем условие 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 где Мощность элементарного слоя равняется: Для сечения А-2: Для сечения Б-2: 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, 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 Все результаты вычислений приведены в таблицах 5 и 6. Таблица 5. Дополнительные напряжения и осадка фундамента в сечении А-2 Таблица 6. Дополнительные напряжения и осадка фундамента в сечении Б-2 Относительная осадка фундамента равна 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 Глины обладают трением и сцеплением, поэтому интенсивность их давления на заднюю грань подпорной стенки определяется по формуле: где Глубина от верхней грани подпорной стенки, на которой последняя не испытывает давления со стороны грунта, определяется по формуле: Определяем напряжение на уровне подошвы глин: Определяем напряжение на уровне кровли песка ( Для этого необходимо рассчитать Определяем напряжение на уровне подошвы подпорной стенки: 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 3.3 Проверка подпорной стенки на опрокидывание
Отношение величины момента, удерживающего стенку от опрокидывания где Вычислим значения моментов Определяем отношение величин моментов: 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 - 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 Так как массив грунта в откосе однородный и представлен полутвердыми глинами, коэффициент устойчивости определяется по формуле: Длина дуги скольжения определяется по формуле: где 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 Значение Зная 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 После проведения n-го количество расчетов Максимальный коэффициент запаса достигается при значении Данные расчетов приведены в таблице 7. Таблица 7. Расчеты по блокам Минимальное значение коэффициента запаса достигается при значении Таблица 8. Расчеты по блокам Промежуточное значение коэффициента запаса достигается при значении Таблица 9. Расчеты по блокам Вычисленные коэффициенты запаса показывают, что откос является устойчивым, так как минимальное его значение при заданных условиях не приближается и не является меньше допустимого значения 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 С
– сцепление, 30 кПа
; 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: Расчет координат очертания откоса при коэффициенте устойчивости 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
|