Основания и фундаменты

1. Физические характеристики грунтов, определяемые экспериментально: плотность, влажность, плотность твердых частиц.

Плотность грунта ρ=m/V (г/см3 или т/м3). ρ в природе =от 1,1 (ил, торф) до 2,4 (морена). Чем больше плотность, тем грунт лучше. ρm- среднее значение плотности (супеси, суглинки, глины).

ρm= от 1,6 до 2,1. Удельный вес грунта γ=ρ*g (где g – ускорение свободного падения = 9,81 м/сек2).

Плотность твердых частиц ρs=m1/V1 (m1 и V1 – масса и объем твердых частиц). Обычно

принимается по таблицам. (ρs=2,66 – песок, 2,7 – супесь, 2,72 – суглинок, 2,74 – глины). Удельный

вес твердых частиц γs=ρs*g.

Влажность грунта w=m2/m1 (m2 – масса воды). Влажность грунта – это отношение массы

воды к массе грунта, высушенного при t=100°С(±1°С) до постоянной массы. Почему именно такая температура – так как связанная вода испаряется при t>100°С, а при более высокой температуре сгорает органика и теряется масса твердых частиц. w=m2/m1*100%. w=0-200%. 0%-абсолютно сухой грунт. 200%-водонасыщенный грунт. Чем больше влажность, тем грунт слабее. wm=5-25%-

пески, 15-45%-глины. (Измерение: д.е. – доли единицы и %, если умножить на 100).

2. Вычисляемые физические характеристики грунтов: плотность грунта в сухом состоянии, удельный вес грунта в сухом состоянии, пористость, коэффициент пористости, коэффициент водонасыщения, плотность грунта с учетом взвешивающего действия воды, удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды.

Плотность грунта в сухом состоянии (плотность скелета грунта) ρd=ρ/(1+w) (г/см3 или т/м3). ρd=от 1 до 2,1. Чем больше ρd, тем грунт лучше. Если ρd<1,65 т/м3, то грунт – слабый и на нем без

особых мероприятий строить не рекомендуется.

Удельный вес скелета грунта (грунта в сухом состоянии удельный вес) γd=ρd*g (кН/м3),

также γd=γ/(1+w).

Пористость грунта n=Vпор/Vобразца, также n=(ρs-ρd)/ρs=(γs-γd)/γs. Измерение: д.е. или %. n=20-

85%. Чем больше пористость, тем грунт слабее. nm=40-65%.

Коэффициент пористости е=Vпор/V1 , а также е=(ρs-ρd)/ρd=γs-γs)/γd. Измеряется в д.е. Чем

больше коэффициент пористости, тем грунт слабее. Если е>1, такой слабый грунт укрепляют, либо на нем не строят. е=0,2-12 д.е. Чем больше е, тем грунт слабее. Существует классификация грунтов по коэффициенту пористости по ГОСТ 25100-95 «Грунты, классификация».

Коэффициент водонасыщения Sr=w/wsat. (здесь w- естественная влажность) Характеризует

степень заполнения пор водой. wsat – полная влагоемкость (влажность грунта, при которой все

поры грунта заполнены водой). wsat = (e+ρw)/ρs (ρw-плотность воды 1т/м3). Также wsat =(e*γw)/γs, (γw

–удельный вес воды 9,81 или≈10кН/м3).

Sr=(w*ρs)/(e*ρw)=(w*γs)/(e*γw). Измеряется в д.е.

Sr=0-1д.е. 0-абсолютно сухой грунт (в порах только воздух), 1-водонасыщенный грунт (в

порах только вода).

Чем выше коэффициент водонасыщения, тем грунт слабее. По коэффициенту водонасыщения грунты классифицируются по ГОСТ 25100-95

Плотность грунта с учетом взвешивающего действия воды ρsb=(ρs-ρw)/(1+e) (г/см3 или т/м3).

Определяется для водопроницаемых грунтов, залегающих ниже уровня грунтовых вод. Ниже УГВ на твердые частицы действует сила Архимеда и плотность грунта уменьшается.

Удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды γsb=(ρsb*g)=(γs-γw)/(1+e). Измеряется в кН/м3.

3. Физические характеристики глинистых грунтов: влажность на границе пластичности, влажность на границе текучести, число пластичности, показатель текучести.

Влажность на границе пластичности (на границе раскатывания) wp- это влажность, при

которой грунт перестает раскатываться в жгут Ø 3мм, при этом он покрывается сетью трещин и распадается на кусочки длиной 3-8мм. wp=m2/m1. (m2 – масса воды, m1 – масса твердых частиц). Измеряется в % и д.е. Зависит от содержания глинистых частиц в грунте, чем их больше, тем wp

больше.

Влажность на границе текучести wL- это влажность, при которой стандартный конус

Васильева погружается в грунт на 10мм. wL=m2/m1. Измеряется в % и д.е. Зависит от содержания

глинистых частиц в грунте, чем их больше, тем wL больше.

Число пластичности Ip=wL-wp. Измеряется в % и д.е. Существует классификация грунтов по

числу пластичности по ГОСТ 25100-95. По Ip устанавливается название глинистого грунта.

Ip=1-7 – супесь, 7-17 – суглинок, >17глина.

Показатель текучести IL=(w-wp)/(wL-wp)= (w-wp)/Ip. . По числу пластичности грунты классифицируются по ГОСТ 25100-95. По IL определяется состояние глинистого грунта, чем

больше показатель текучести, тем грунт слабее.

4. Классификация песчаных грунтов по гранулометрическому составу, коэффициенту пористости и коэффициенту водонасыщения.

- по гранулометрическому составу:

Пески:

Размер

Содержание частиц в % по

частиц, мм

массе

— гравелистый

>2

>25

— крупный

>0,50

>50

— средней крупности

>0,25

>50

— мелкий

>0,10

75

— пылеватый

>0,10

<75

- по коэффициенту пористости е=(ρs-ρd)/ρd:

(ρs – плотность твердых частиц (г/см3); ρd – плотность скелета грунта (г/см3));

Коэффициент пористости е (д.е.)

Пески

Пески

Пески

Разновидность

гравелистые,

мелкие

пылеватые

песков

крупные и

средней

крупности

Плотный

<0,55

<0,60

<0,60

Средней плотности

0,55—0,70

0,60 0,75

0,60 0,80

Рыхлый

>0,70

>0,75

>0,80

- по коэффициенту водонасыщения Sr=(w*ρs)/(e*ρw):

(w – влажность грунта (д.е.); ρw – плотность воды (г/

см3))

Коэффициент

Разновидность грунтов

водонасыщения Sr, д.е.

Малой степени водонасыщения

0—0,50

Средней степени водонасыщения

0,50—0,80

Насыщенные водой

0,80—1,00

5. Классификация крупнообломочных грунтов по гранулометрическому составу и коэффициенту водонасыщения.

- по гранулометрическому составу:

Размер

Содержание частиц

Разновидность грунтов

частиц, мм

% по массе

— валунный

(преобладают окатанные

частицы)

>200

>50

или глыбовый

(преобладают угловатые

частицы)

— галечниковый

(преобладают окатанные

частицы) или щебенистый

>10

>50

(преобладают угловатые

частицы)

— гравийный

(преобладают окатанные

частицы)

>2

>50

или дресвяный

(преобладают угловатые

частицы)

- по коэффициенту водонасыщения (подразделяют также как и пески) Sr=(w*ρs)/(e*ρw): (ρs – плотность твердых частиц (г/см3); е – коэффициент пористости (д.е.);

w – влажность грунта (д.е.); ρw – плотность воды (г/см3))

Коэффициент

Разновидность грунтов

водонасыщения Sr, д.е.

Малой степени водонасыщения

0—0,50

Средней степени

0,50—0,80

водонасыщения

Насыщенные водой

0,80—1,00

6.Классификация глинистых грунтов по числу пластичности и показателю текучести.

-по числу пластичности Ip=wL-wp:

(wL – влажность на границе текучести (%); wp – влажность на границе раскатывания(%)).

Разновидность глинистых грунтов

Число

пластичности Ip, %

Супесь

1—7

Суглинок

7—17

Глина

>17

- по показателю текучести IL=(w-wp)/(wL-wp):

(w – влажность грунта (%))

Разновидность глинистых грунтов

Показатель текучести IL

Супесь:

— твердая

<0

— пластичная

0–1

—текучая

>1

Суглинки и глины:

— твердые

<0

— полутвердые

0–0,25

— тугопластичные

0,25–0,50

— мягкопластичные

0,50–0,75

— текучепластичные

0,75–1,00

— текучие

> 1,00

7. Фазы напряженного состояния грунта.

При увеличении нагрузки осадка будет развиваться в соответствии с графиком. Р - давление на грунт. Рstr-структурная прочность грунта.

4 участка – 4 фазы напряженного состояния.

0-1 – фаза упругих деформаций.

P Pstr, не превышает структурной прочности, т.е. связи не нарушаются. Поэтому на данном

участке развиваются только упругие деформации. Зависимость между напряжением и деформациями – линейная. 0-1 – прямая, можно применить теорию упругости.

1-2 – фаза уплотнения и местных сдвигов. P > Pstr, т.е. связи нарушаются, выдавливается

вода. Поэтому на этом участке развиваются остаточные деформации – деформации уплотнения и деформации сдвига.

Уплотнение – перемещение грунта по вертикали (развивается под действием нормальных напряжений). Одновременно с деформациями уплотнения по краям штампа, где возникает концентрация напряжения, будут развиваться пластические деформации – деформации сдвига.

2-3 – фаза развития интенсивных деформаций уплотнения и сдвига. При увеличении нагрузки деформации уплотнения будут увеличиваться, а зоны сдвигов расти.

3-4 – фаза выпора.

При давлении Pcr2 произойдет резкая осадка штампа с выпором грунта в стороны и вверх.

Появятся непрерывные поверхности скольжения и грунт потеряет устойчивость. Поверхности скольжения – траектории перемещения частиц грунта. Отрезок 3-4 – вертикальная прямая – осадки увеличиваются без дальнейшего увеличения нагрузки.

8. Определение напряжений в массиве грунта от действия вертикальной сосредоточенной силы, нескольких сосредоточенных сил, любой распределенной нагрузки, равномерно распределенного давления.

- от действия вертикальной сосредоточенной силы:

σz=k*(N/z2)

r – расстояние от оси приложения силы N до точки М. z – глубина залегания точки М.

k – коэффициент, принимаемый по таблицам справочников в зависимости от отношения r/z.

- от действия нескольких сосредоточенных сил:

σz=k1*(N1/z2)+k2*(N2/z2)+…+ki*(Ni/z2)

ki – коэффициент, принимаемый по таблицам справочников в зависимости от отношения ri/z.

ri – расстояние от оси приложения силы N до точки М.

- от действия любой распределенной нагрузки:

Р – нагрузка на грунт (м/б насыпь).

σz=Σki*(Ni/z2)

Площадь загружения делиться на прямоугольники размером bi×li. В каждом прямоугольнике

определяется равнодействующая Ni. Чем больше прямоугольников, тем больше точность

определения напряжений.

ri – расстояние от оси приложения равнодействующей Ni до точки М.

ki – коэффициент, принимаемый по таблицам справочников в зависимости от отношения ri/z.

- от равномерно распределенного давления:

b и l – ширина и длина (напр. подошвы фундамента).

а) точка М под центром площади загружения - σzр=α*Р;

α– коэффициент, принимаемый по табл.1, прил.2 по СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений» в зависимости от отношения ζ=2z/b и формы фундамента (коэффициента η=l/b).

Р – равномерно распределенная нагрузка на грунт. б) точка М угловая - σzр=0,25*α*Р

α– коэффициент, принимаемый по табл.1, прил.2 по СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений» в зависимости от отношения ζ=z/b и формы фундамента (коэффициента η=l/b).

9. Определение напряжений от собственного веса грунта.

σzр – напряжения от внешней нагрузки.

σzg – напряжения от собственного веса грунта.

1) основание однородное:

NL – отметка природного рельефа;

σzg=γ*z

γ– удельный вес грунта (кН/м3), γ=ρ*g, ρ-плотность грунта, g-ускорение свободного падения

=9,81 м/сек2.

2) основание слоистое (неоднородное):

σzg =Σγi*hi=γ1*h1+γ2*h2+γ3*(z-h1-h2)

3) основание однородное, грунт водопроницаемый, есть УГВ.

σzg=Σγi*hi=γ*dw+γsb*(z-dw)

γsb – удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды (определяется для

водопроницаемых грунтов, залегающих ниже УГВ).

γsb=(ρsb*g)=(γs-γw)/(1+e).

γs – удельный вес твердых частиц; γw – удельный вес воды = 10 кН/м3. е – коэффициент

пористости. γ – удельный вес грунта, определяется для всех грунтов, залегающих выше УГВ, для водонепроницаемых грунтов, залегающих ниже УГВ (глина).

4) основание однородное, грунт водонепроницаемый, есть УГВ:

σzg=γ*z

5) основание неоднородное: