Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию

ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра инженерной геологии, механики грунтов, оснований и фундаментов

КУРСОВАЯ РАБОТА по механике грунтов на тему:

"Расчёт опоры путепровода, устойчивости подпорной стенки."

Выполнил: студент 932 гр. Черкашин П.П.

Принял: доцент Одинг Б.С.

ВОРОНЕЖ 1998

Содержание

Реферат. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3
1. Расчёт, напряжений от действия сосредоточенной силы. . . . .4
1. Построение эпюры распределения вертикальных составляющих напряжений ?z по горизонтальной оси, заглублённой от поверхности на z0 и пересекающейся с линией действия силы N. . . . . . . . . 4
1.2. Построение эпюры распределения вертикальных составляющих напряжений ?z по вертикальной оси, удалённой от линии действия силы N на заданное расстояние r0. . . . . . . . . . . . . . . . 5
2. Расчёт искусственных сооружений на трассе автомобильной дороги. . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1. Оценка инженерно-геологических условий строительной

площадки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2. Расчёт фундамента опоры путепровода по деформациям

основания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2.1. Определение размеров подошвы фундамента. . . . . . . . . 11
2.2.2. Расчёт осадки фундамента опоры путепровода. . . . . . . .12
2.3. Расчёт подпорной стенки, ограждающей выемку в грунте. . . .15
2.3.1. Воздействие активного давления грунта на подпорную стенку. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.3.2. Воздействие пассивного давления грунта на подпорную

стенку. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17
3. Расчёт устойчивости откоса выемки в грунте графоаналити-ческим методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения. . 20

Библиографический список. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Реферат

Курсовая работа по механике грунтов выполняется с целью: закрепления курса и приобретения студентами навыков в оценке инженерно-геологических условий строительной площадки и выполнения расчётов при решении практических инженерных задач, соответствующих профилю специальности
"Автомобильные дороги".

Задание на курсовую работу включает в себя данные об инженерно- геологических условий строительной площадки, где на трассе автомобильной дороги, проходящей в выемке, в месте пересечения её с путепроводом, пробурены три скважины.

Заданы геологические колонки по скважинам, физические характеристики грунта, образец задания приводится.

Необходимо произвести расчёт откоса выемки в грунте, расчёт подпорной стенки, ограждающей выемку в грунте, расчёт осадки фундамента промежуточной опоры путепровода.

Отдельным разделом курсовой работы выделяется задача по определению вертикальных составляющих напряжений ?z от действия на поверхности грунта сосредоточенной силы N.

Выполнению курсовой работы должно сопутствовать изучение специальной технической литературы.

1. Расчет напряжений от действия сосредоточенной силы.

Заданы сосредоточенная сила N, расстояние z0 от поверхности грунта до горизонтальной оси z, пересекающейся с линией действия силы N, расстояние r0 от линии действия силы N до вертикальной оси z.

Необходимо построить эпюры напряжений ?z при заданных значениях N, z0, r0.

Напряжения рассчитываются по формулам Буссинеска:

?z=3N/2?*z3/R5 или

?z=N/z2*?, где R – расстояние от точки приложения силы N до точки, в которой определяется напряжение; R=[pic]x2+y2+z2

K – безразмерный коэффициент, величина которая зависит от отношения r/z. Значения коэффициентов К приводится в таблице.

N = 35 kH r0 = 3,5 м z0 = 1,6 м

1.1 Построение эпюры распределения вертикальных составляющих напряжений ?z горизонтальной оси, заглубленной от поверхности на z0 и пересекающейся с линией действия силы N.

Для построения эпюры ?z по достаточно заполнить таблицу 1,

в которой z0=const задано, а r назначается, как показано в таблице 1. В зависимости от отношений r/z0 по таблице выбирается коэффициент K.

Расчет напряжений ?z Таблица 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 |

Вывод: при удалении на величину z0 = 1,5 м от вертикальной нагрузки N =
35 кН максимальное значение ?z(max)= 7,4 кПа располагается под данной силой и если постепенно удалять по горизонтали то ?z будет убывать.

1.2 Построение эпюры распределения вертикальных составляющих напряжений ?z по вертикальной оси, удаленной от линии действия силы N на заданное расстояние r0.

Для построения эпюры ?z по достаточно заполнить таблицу 2, в которой r0=const задано, а z назначается.

Расчет напряжений ?z Таблица 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 |

Вывод: если удалять по горизонтали исследуемого грунта от вертикальной нагрузки N = 35 кН на величину r0 = 3,5 м, напряжение ?z на глубине z = 0 м принимает минимальное значение, с увеличением же глубины, напряжение ?z повышается, следовательно в данном случае эпюра несимметрична, а ?z(max)=
0,255 кПа.

По данным таблиц 1 и 2 строятся эпюры напряжений ?z=f(z) и ?z=f(r).

N

Z0=

6. 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 r,м

?z,кПа

?z,кПа

1 r0=

2

3

4

5

6 z,м

7

2. Расчет искусственных сооружений на трассе автомобильной дороги.

2.1 Оценка инженерно-геологических условий строительной площадки.

Используя заданные инженерно-геологические разрезы по скважинам и учитывая заданное на плане расстояние между скважинами в масштабе 1:100, строится геологический разрез между двумя скважинами. На полученный таким образом геологический разрез накладывается приведенная в задании к курсовой работе выемка в грунте, огражденная с одной стороны подпорной стенкой, а с другой стороны – откосом заданного заложения. В центре выемки находится опора путепровода (рисунок).

По данным задания, приведенных в таблице физических характеристик грунта, послойно определяется плотность сухого грунта по формуле:

?d=?/(1+W)

Коэффициент пористости грунта определяется по формуле: e=(?s-?d)/?d

Полная влагоемкость грунта определяется по формуле:

Wsat=e?w/?s

Степень влажности грунта определяется по формуле:

Sr=W/Wsat

Где W – природная влажность грунта в долях единицы;

?w – плотность воды, принимаемая равной 1 г/см3.

Для глинистых грунтов необходимо определить число пластичности по формуле:

Ip=(Wl-Wp)*100

И показатель текучести по формуле:

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

Удельный вес грунта и удельный вес частиц рассчитывается по формулам:

?=g*? кН/м3 и ?s=g*?s кН/м3

Характеристики прочности Сn и ?n, деформационные характеристики грунтов
Е и расчетное сопротивление принимаются из таблиц задания.

Значение характеристик прочности грунта в расчетах основания по деформациям при выполнении принимаются с коэффициентом надежности по грунту
?g(c)=1

Удельное сцепление СII=Cn, угол внутреннего трения ?II=?n.

В расчетах основания по несущей способности грунта значения характеристик прочности грунтов определяется по формуле:

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

Где ?g(c) – коэффициент надежности по грунту, ?g(c)=1,5;

?g(?) – коэффициент надежности . Для песчаных грунтов 1,1, для пылевато-глинястых 1,15.

Соответствующие данные заносятся в таблицу механических характеристик грунтов.

Полученные результаты анализируются и делаются выводы об особенностях инженерно-геологических условий строительной площадки.

Задание к курсовой работе по механике грунтов.

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

Физические характеристики грунта. Таблица 3.
|№|Глу|Удел|Удель|Плотн|Коэ|Полна|Показ|Число|Показ|Наименование грунта |
| |бин|ьный|ный |ость |ффи|я |атель|пласт|атель|по СНиП 2.02.01-83 |
| |а |вес |вес |сухог|цие|влаго|водон|ичнос|текуч| |
| |отб|грун|части|о |нт |емкос|асыще|ти, |ести,| |
| |ора|та, |ц |грунт|пор|ть, |ния, |Ip |Il | |
| |, м|? |грунт|а, ?d|ист|Wsat |Sr | | | |
| | |кН/м|а, ?s|г/см3|ост| | | | | |
| | |3 |кН/м3| |и, | | | | | |
| | | | | |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 | | | | |тугопластичный |
|2|5,0|18,8|26,85|1,43 |0,9|0,34 |1 |23 |0,17 |Глина полутвердая |
| | | | | |2 | | | | | |
|3|7,0|20,3|26,16|1,80 |0,4|0,18 |0,86 |6 |0,92 |Супесь пластичная |
| | |8 | | |8 | | | | | |
|4|11,|19,6|26,07|1,65 |0,6|0,23 |0,91 |0 |0 |Песок мелкий, |
| |0 | | | |1 | | | | |средней плотности |
|5|14,|19,6|26,85|1,57 |0,7|0,27 |1 |20 |0,15 |Глина полутвердая |
| |5 | | | |5 | | | | | |

Механические характеристики грунта. Таблица 4.
|№ |Глуб|Наименование грунта по |Модул|Удельное |Угол |Условно|
| |ина |СниП 2.02.01-83 |ь |сцепление |внутреннего |е |
| |отбо| |дефор| |трения |расчетн|
| |ра, | |мации| | |ое |
| |м | |, Е, | | |сопроти|
| | | |кПа | | |вление |
| | | | | | |грунта |
| | | | | | |R0, кПа|
| | | | |СI, |CII,|?I, |?II, | |
| | | | |кПа |кПа |град |град | |
|1 |2 |3 |4 |5 |6 |7 |8 |9 |
|1 |2,5 |Суглинок тугопластичный |16000|16,6 |25 |19,1 |22 |220 |
|2 |5,0 |Глина полутвердая |17000|28 |42 |14,8 |17 |263 |
|3 |7,0 |Супесь пластичная |28000|11,3 |17 |23,5 |27 |300 |
|4 |11,0|Песок мелкий, средней |33000|2 |3 |30,9 |34 |300 |
| | |плотности | | | | | | |
|5 |14,5|Глина полутвердая |21000|36 |54 |16,5 |19 |377 |

2.2 Расчет фундамента опоры путепровода по деформациям основания.

В исходных данных на курсовую работу заданы: нагрузка, передаваемая на фундамент от опоры путепровода N0; глубина заложения фундамента d1; соотношение сторон прямоугольной подошвы фундамента ?=l/b. Необходимо определить размеры подошвы фундамента l,b, расчетное сопротивление грунта
R, среднее давление под подошвой фундамента Р и осадку основания S.

2.2.1. Определение размеров подошвы фундамента.

Расчет ширины подошвы фундамента можно выполнить методом последовательных приближений: первоначально назначается ширина фундамента b=0 и определяется расчетное сопротивление грунта под подошвой фундамента R по формуле:

R=?c1?c2/K[M?b???+Mgd1?II’+McCII]

где ??,?g,?c – коэффициенты, принимаемые из таблицы;

?c1?c2/К – произведение коэффициентов условий работы, в курсовой работе можно принять равным 1,0. b – ширина подошвы фундамента; d1 – глубина заложения фундамента;

CII – расчетное значение удельного веса грунта, залегающего ниже подошвы фундамента;

?II’ – то же, залегающего выше подошвы фундамента.

Ширина подошвы фундамента определяется по формуле: bc=[pic]N0/(R-?срd1)?

где ?ср – осредненный удельный вес бетона и грунта на уступах фундамента. Можно принять равным 21 кН/м3.

Расчет повторяется до тех пор, пока bc последних приближений будет отличаться не более чем на 1 см.

А так же можно воспользоваться формулой:

P=N0+b2d1?ср/b2

Данные для расчета: ?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

После многократных подстановок получаем b = 3,1 м

P = 350 кПа

2.2.2. Расчет осадки фундамента опоры путепровода.

Перед расчетом осадки основания необходимо показать геологические условия строительной площадки с учетом положения поверхности грунта и с расположением фундамента опоры путепровода. Природное давление грунта определяется по формуле:

?zg’??ihi

Для условий строительной площадки строится эпюра природных давлений.
Дополнительное давление на грунт в уровне подошвы фундамента определяется по формуле:

P0=P-?zg0

P=(N0+Gгр+Gф)/b2 P = 350 кПа

Gф=Vф?бет

Где Vф=b2h1+1,22(d1-h1)

Gгр=Vгр?гр

Где Vгр=b2d1-Vф

После вычислений Р0 = 233,64 кПа

Значение природного давления в уровне подошвы фундамента ?zg0 можно определить графически по эпюре природных давлений на глубине z=H+d1.

Толща грунта под подошвой фундамента делится на слои hi=0,4b и на нижних границах этих слоев определяются напряжения ?zp по формуле:

?zp=?P0 где ? - коэффициент, принимаемый по таблице.

В данном случае hi=0,4*3,1=1,24 м

При расчете осадки основания промежуточные вычисления удобно записывать в таблицу расчета осадки основания. По данным столбцов 2 и 5 таблицы строится эпюра дополнительных давлений ?zp=f(z). Расчет следует вести до нижней границы сжимаемой толщи (B1C1), которая определяется путем сравнения значений ?zp и ?zg на однойи той же глубине. На нижней границе сжимаемой толщи ?zp=0,2?zg. В графу 6 заносятся средние напряжения в пределах каждого слоя:

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

В графу 7 таблицы заносят модули деформации грунта Еi, залегающего в пределах слоев. В графу 8 таблицы заносятся результаты расчета осадок отдельных слоев грунта:

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

Осадка фундамента определяется как сумма осадок отдельных слоев грунта:

S=?Si

Расчет осадки основания. Таблица 5.
|hi |zi |Zi/0,5b |? |?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

Вывод: ?zp=0,2?zg осадка фундамента после линии B1C1 незначительна, расчет ведем до этой линии. Фундамент устойчив, использование не затруднено.

Учёт влияния соседних фундаментов на осадки основания.

Опора путепровода состоит из нескольких колонн, каждая из которых опирается на отдельный фундамент. Рядом расположенные фундаменты оказывают влияние на осадки рассматриваемого фундамента. Учет влияния соседних фундаментов на осадку рассматриваемого фундамента можно производить методом эквивалентного модуля.

Дополнительная осадка рассматриваемого фундамента от влияния соседнего фундамента определяется по формуле:

?S=?0P0c(1-?2)/Eэкв

где ?0 – коэффициент, определяемый с учетом расстояния от центра нагруженной квадратной площадки со стороной “с” до центра фундамента, на которой эта площадка влияет. Если соседний фундамент имеет форму квадрата, равновеликому этому треугольнику по формуле: с=[pic]lb где l и b – стороны подошвы прямоугольного фундамента. В таблице коэффициентов ?0 выбирается значение коэффициента ?0 в зависимости от отношения x/c.

Эпюры природных и дополнительных давлений, масштаб 1:100

Р0 - дополнительное давление под подошвой соседнего фундамента;

? - коэффициент Пуассона, в расчетах можно принять ?’0,3;

Еэкв – эквивалентный модуль деформации грунта, при определении которого необходимо учитывать, что линия влияния сжимаемости грунтов имеет max не у подошвы рассматриваемого фундамента, а заглубляется от подошвы тем больше, чем дальше расположен влияющий фундамент.

В результате расчетов делается сопоставление осадки фундамента и предельной деформации основания. Производится проверка соблюдения условия:

S+??Si[pic]Sus

Где Sus=1,5[pic]L

Где L – длина меньшего из двух примыкающих к промежуточной опоре путепровода пролетных строений в метрах.

2.3. Расчет подпорной стенки, ограждающей выемку в грунте.

Исходные данные для расчета заданы в задании на проектирование.

За подпорной стенкой залегают грунты ненарушенной структуры. На поверхности грунта имеется пригрузка интенсивностью g. Перед расчетом необходимо уточнить расположение слоев грунта на участке действия активного давления от поверхности грунта до глубины H и на участке действия пассивного давления – от дна выемки до глубины h0.

В расчете подпорной стенки учитываются расчетные характеристики грунта
?I, СI.

Если в пределах подпорной стенки до глубины H залегают несколько слоев глинистых грунтов или несколько слоев песчаных грунтов, то их осредненные прочностные характеристики следует определить по формулам:

?I=(?I1h1+?I2+…)/H

CI=(CI1+h1+CI2h2+…)/H

Так же осредняются и удельные веса слоев грунта, залегающих за подпорной стенкой. Если же за подпорной стенкой от поверхности грунта до глубины Н1 залегает глинистый грунт, а ниже на участке Н2=Н-Н1 песчаный грунт, или наоборот, вначале песчаный, а затем глинистый грунт, то осреднение прочностных характеристик следует вести раздельно для слоя Н1 и для слоя Н2. Таким же образом при необходимости можно осреднить характеристики прочности в пределах слоя h0 для расчета пассивного давления.

По расчетам за подпорной стенкой от поверхности грунта до глубины:

H = 5,8 м ? = 15,46 0

? = 18,9 кН/м CI = 18,13 кПа

2.3.1. Воздействие активного давления грунта на подпорную стенку.

Интенсивность распределения активного давления за подпорной стенкой с учетом пригрузки за подпорной стенкой определяется по формуле:

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

Для построения эпюры активного давления на подпорную стенку достаточно определить величину интенсивности активного давления у подошвы подпорной стенки или на нижней границе рассматриваемого слоя Н1. Таким образом, при z=H или при z=H1:

Paz=Pah+Pag-Pac

Где Pah=?IHtg2(450-?I/2)

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

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

При Рag-Pac>0 эпюра активного давления имеет вид трапеции. При Рag-
Pac=0 – вид треугольника. При Рag-Pac