7159
.pdfМИНОБРНАУКИРОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
К.П. Жегалова
Определение напряженно-деформированного состояния грунтового массива
Учебно-методическое пособие
по выполнению курсовой работы
для обучающихся по дисциплине Геотехника
направлению подготовки / специальности 08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений
направленность (профиль) / специализация Строительство гидротехнических сооружений повышенной готовности
Нижний Новгород
2022
МИНОБРНАУКИРОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
К.П. Жегалова
Определение напряженно-деформированного состояния грунтового массива
Учебно-методическое пособие
по выполнению курсовой работы для обучающихсяпо дисциплине Геотехника
направлению подготовки / специальности 08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений
направленность (профиль) / специализация Строительство гидротехнических сооружений повышенной готовности
Нижний Новгород ННГАСУ
2022
2
УДК 624.15(075)
К.П. Жегалова. Определение напряженно-деформированного состояния грунтового массива: учебно-
методическое пособие / К.П. Жегалова; Нижегородский государственный архитектурностроительный университет. – Нижний Новгород: ННГАСУ, 2022. – __с. – Текст: электронный.
В пособии приведены указания по выполнению курсовой работы по дисциплине Геотехника, рассмотрены вопросы расчёта напряженно-деформированного состояния грунтового массива.
Предназначено обучающимся в ННГАСУ для выполнения курсовой работы по направлению подготовки 08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений, направленность (профиль) Строительство гидротехническихсооружений повышенной готовности
© К.П.Жегалова, 2022
© ННГАСУ, 2022
3
|
Оглавление |
|
Определение напряжений в грунтовых массивах........................................................................................ |
5 |
|
Напряжение в грунтовых массивах от внешних нагрузок. ......................................................................... |
5 |
|
1. |
Определение напряжений в массиве грунта от сосредоточенной силы. (задача Буссинеска)......... |
5 |
2. |
Определение сжимающих напряжений методом угловых точек........................................................ |
5 |
3. |
Определение сжимающих напряжений от равномерно распределенной .......................................... |
6 |
4. |
Определение напряжений от действия собственного веса грунта...................................................... |
6 |
5. Оценка прочности и устойчивости грунтового основания. .................................................................... |
7 |
|
Приложения. .................................................................................................................................................. |
11 |
|
Список литературы..................................................................................................................................... |
18 |
4
Определение напряжений в грунтовых массивах.
Напряжения в грунтовых массивах возникают:
-от собственного веса грунта
-от внешних нагрузок.
Под внешними нагрузками понимаются нагрузки, возникающие от веса зданий и сооружений для которых грунтовый массив, служит основанием.
Характер распределения напряжений в грунтовых массивах зависит от: - инженерно-геологических гидрогеологических условий участка
застройки
-физико-механических свойств грунтов, слагающих основание
-конструктивных особенностей сооружений
-скорости строительства
-режима эксплуатации здания.
Напряжение в грунтовых массивах от внешних нагрузок.
1. Определение напряжений в массиве грунта от сосредоточенной силы. (задача Буссинеска)
Если на поверхности массива грунта приложена сосредоточенная сила Р, то вертикальное сжимающее напряжения σZ, определяется по формуле:
=
где: k=f(r/z), определяется по табл.1
r – расстояние по горизонтальной оси от рассматриваемой точки до оси z, проходящей через точку приложения сосредоточенной силы P;
z – глубина рассматриваемой точки от плоскости приложения сосредоточенной силы P.
2. Определение сжимающих напряжений методом угловых точек. Пространственная задача.
Вертикальные сжимающие напряжения σz в любой точке массива грунта, от действия равномерно распределенной нагрузки в пределах или за пределами площадок нагружения определяется методом угловых точек по формуле:
=
k– коэффициент, определяемый табл.2
для точек, расположенных под центром загруженной площади k0 =f ( ;ℓ)
5
ℓ – длинная сторона загружаемой площади, b – короткая, независимо от направления сторон
z– глубина, на которой определяется напряжение σz;
для точек, расположенных под углом или за пределами загруженной площади kc = 0,25f ( ;ℓ)
p – интенсивность равномерно распределенной нагрузки.
3. Определение сжимающих напряжений от равномерно распределенной полосообразной нагрузки (плоская задача).
Условия плоской задачи будут иметь место тогда, когда напряжения распределяются в одной плоскости, в направлении же перпендикулярном они или будут равны нулю, или постоянны. Это условие имеет место для очень вытянутых в плане сооружений, например, ленточных и стеновых фундаментов, оснований подпорных стенок, насыпей, дамб и подобных сооружений.
В условиях плоской задачи определяются три составляющие напряжений:
=
=
=
где: kz, ky, kyz – коэффициенты влияния соответствующих напряжений, значения которых приведены в табл.3, в зависимости от величины относительных координат z/b и y/b;
р– интенсивность равномерно распределенной полосовой нагрузки, кПа.
4.Определение напряжений от действия собственного веса грунта.
Напряжением от собственного веса грунта (природным) называют напряжение от веса лежащих выше грунтов в естественных условиях.
Напряжение от собственного веса грунта при однородном напластовании грунтов рис.1:
σzg =γ·z
Напряжение от собственного веса грунта при многослойном основании
рис.2:
σzg1=γ1h1 σzg2= σzg1+γ2h2
6
σzg3= σzg2+γ3h3
Напряжение от собственного веса грунта для водопроницаемых грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод:
σzgi= γsbi ·hi
Если на некоторой глубине ниже уровня подземных вод залегает водоупорный слой рис.3 (плотные глины или суглинки), то на его кровле необходимо учитывать также и давление от столба вышележащей воды.
σzg1=γ1h1
σzg2= σzg1+γsb2h2 σzg3= σzg2+γwh2 σzg4= σzg3+γ3h3
γsb2 – удельный вес грунта во взвешенном водой
состоянии γsb2=(γs-γw)(1-n)
γw – уд.вес воды
γs – уд.вес частиц грунта n– пористость грунта.
рис.1 |
рис.2 |
рис.3 |
5. Оценка прочности и устойчивости грунтового основания.
Предельным называют состояние, при котором малейшее увеличение нагрузки или малейшее ухудшение прочностных свойств грунтового основания приводит к нарушению равновесия и потери устойчивости грунтовых массивов.
Потеря устойчивости грунтового основания может проявляться следующим образом:
1.в виде увеличения осадки основания с увеличивающейся скоростью, сопровождающимся выпиранием грунта из-под подошвы фундамента;
2.в виде оползания грунтовых массивах в откосах и склонах;
7
3. в виде перемещения конструкций, взаимодействующих с грунтом.
Решение:
1.Начальное критическое давление на грунт основания можно определить по формуле Н.П. Пузыревского:
Р = ∙( ∙ + ∙ )+ ∙
КР
+ − 2
Принимаем h=d.
Расчет ведем по первой группе предельных состояний.
2. Расчетное давление на грунт основания определяется по формуле 5.7 [2].
= ∙ ( ∙ ∙ ∙ + ∙ ∙ | + ∙ )
, – коэффициенты условий работы грунта, зависят от типа грунта и от конструктивных особенностей здания, определяются по табл.4;
- коэффициент, принимаемый равным: =1,0 если прочностные характеристики грунта определены непосредственным испытанием грунтов; =1,1если они определены по таблицам [2];
, , - коэффициенты, принимаемые по табл.5. в зависимости от угла внутреннего трения φII;
=1 при b<10м;
,| - удельный вес грунта расположенного ниже и выше подошвы
фундамента;
-глубина заложения подошвы фундамента
-ширина подошвы фундамента;
с– удельное сцепление грунта основания.
3.Для определения предельного давления под полосообразным малозаглубленным фундаментом (при h/b≤0,5) с известным приближением может быть использовано решение В.В.Соколовского
(формула 4.7 [1].).
пред.Ркр = ∙ ∙ + ∙ + ∙
8
, , - коэффициенты несущей способности грунта, определяемые по табл.6, в зависимости от угла внутреннего трения φI и угла наклона нагрузки δ;
=∙ – боковая пригрузка (заменяющая заглубление фундамента),
кПа;
c=cI – расчетное значение удельного сцепления грунта, кПа.
Найдем пред.Ркр для краевых точек фундамента:
1. |
при y=0 пред.Ркр.0= |
∙ |
+ |
∙ |
2. |
при y=b пред.Ркр.b= |
∙ |
∙ + |
∙ + ∙ |
Тогда средняя величина предельного давления на грунт (вертикальная составляющая):
пред.Ркр.=0,5*( пред.Ркр.0+ пред.Ркр.b)
4. Для определения предельного давления под жестким полосообразым малозаглубленным фундаментом (при h/b≤0,5) получено решение В.Г.Березанцева, учитывающее влияние уплотненного ядра (формула 4.7||
[1].)
пред.Ркр = П ∙ ∙ + П ∙ + П ∙
П, П, П - коэффициенты несущей способности для плоской задачи, принимаемые в зависимости от расчетного угла внутреннего трения φI по табл.7;
-полуширина полосообразной нагрузки, м;
5.Вертикальная составляющая силы предельного сопротивления Nu основания, сложенного дисперсными грунтами в стабилизированном состоянии, определяется по формуле 5.32 [2].
= /ℓ/( |
/ + |
/ + |
/ иℓ/ - приведенная ширина и длина фундамента, определяются по формуле
5.29 [2].
,, - безразмерные коэффициенты несущей способности, определяемые
по табл.5.12 [2]. в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения φI и угла наклона к вертикали δ равнодействующей внешней нагрузки на основание F в уровне подошвы фундамента.
9
,/ - расчетные значения удельного веса грунтов, находящихся в пределах
возможной призмы выпирания соответственно ниже и выше подошвы фундамента
-расчетное значение удельного сцепления грунта, кПа
-глубина заложения фундамента.
, , - коэффициенты формы фундамента, определяемые по формулам
5.33[2].
10