3508

11

12

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГРУНТОВ

Характеристики физико-механических свойств, полученные в результате лабораторных и полевых исследований грунтов по образцам из горных выработок, широко используются в инженерно-геологических расчётах. Они входят в ряд формул как расчётные или применяются для классификации грунтов. Знание характеристик физико-механических свойств грунтов необходимо для проектирования оснований зданий и сооружений. Их используют для расчёта несущей способности (прочности),

деформаций и устойчивости оснований, для определения расчётного давления на основание. Знание вида песчаного грунта (гранулометрического состава, плотности, степени влажности), а для пылевато-глинистых грунтов состояния по консистенции необходимо для назначения глубины заложения фундаментов зданий и сооружений.

Наименование и состояние песчаных грунтов определяют по гранулометрическому составу, коэффициенту пористости е и коэффициенту водонасыщенности Sr (приложение 1, табл. 1, табл. 2). Наименование и состояние глинистого грунта определяется по числу пластичности Ip и показателю текучести IL (приложение 1, табл. 3, табл. 4).

Результаты расчётов всех характеристик физико-механических свойств грунтов студент приводит в сводной табл. 2.2, где даны все необходимые для этого формулы.

Определение водопроницаемости, просадочности, пучинистости и набухания грунтов основания

Элювиальные глинистые грунты с высокой природной влажностью (Sr > 0,8) не обладают просадочными свойствами, т. к. они богаты содержанием коллоидов и гидрофильны. По предварительной оценке к просадочным грунтам относятся чаще всего лёссы, лёссовидные супеси, суглинки, глины, покровные пылевато-глинистые грунты со степенью влажности Sr 0,8, для которых величина вычисленного

показателя просадочности и набухания Iss меньше приведённых в табл. 2.1, а к

набухающим пылевато-глинистым грунтам от замачивания водой относятся грунты, которые набухают под давлением, с показателем εsw ( приложение 1, табл. 8).

				Таблица 2.1
Число пластичности Ip	0,01 Ip 0,1	0,1 Ip 0,14	0,14	Ip 0,22
Показатель Is s	0,1	0,17	0,24

К просадочным песчаным грунтам относят пески, имеющие рыхлую плотность сложения. Песчаные грунты не набухают. Пески гравелистые, крупные являются

13

сильноводопроницаемыми; средней крупности – хорошоводопроницаемыми; мелкие и пылеватые – водопроницаемыми К водопроницаемым пылевато-глинистым грунтам относят суглинки и супесь с показателем текучести IL > 0,25 и глины с IL > 0,5. К водонепроницаемым грунтам относят суглинки и глины при IL ≤ 0,25.

Степень пучинистости, отражающая способность грунта к морозному пучению, определяется относительной деформацией морозного пучения εfh по ГОСТ [8] (приложение 1, табл. 9), зависит от типа грунта (глинистый или песчаный), гранулометрического состава и влажности грунта.

Таблица 2.2

Сводная таблица физико-механических характеристик грунтов

Показатели

Обозначения

Номер геологических слоёв

Формула для расчёта

1

2

3

4

Удельный вес твёрдых частиц

s , кН/м3

Из задания

грунта

Удельный вес грунта

, кН/м3

Из задания

Влажность грунта

w , д.ед.

Из задания

Удельный вес скелета грунта

d, кН/м3

в

1

Коэффициент пористости

е, д.ед.

е

s

1

d

Коэффициент пористости на

еL , д.ед.

eL

s

L

границе текучести

Удельный вес во взвешенном

3

sb

s

состоянии

sb, кН/м

1

e

Коэффициент

Sr , д.ед.

Sr

γs

ω

водонасыщенности

e

γω

Граница текучести

w L , д.ед.

Из задания

Граница раскатывания

w p , д.ед.

Из задания

Число пластичности

Ip , д.ед.

Ip= L – p

Показатель текучести

IL , , д.ед.

I L

ω ωp

I p

Показатель просадочности и

Iss , д.ед.

I

eL

e

набухания

ss

1

e

Относительная деформация

fh , д. ед.

Из задания

пучения

Относительная деформация

sw , д. ед.

Из задания

набухания без нагрузки

Модуль деформации

Ео ,

МПа

Из задания

Угол внутреннего трения

, град

Из задания

Удельное сцепление

с, кПа

Из задания

Условное сопротивление

Ro, кПа

По табл. 6, 7

приложения 1

Примечания: 1. Нормативные и расчётные значения характеристик устанавливаются на

основе статистической обработки

результатов

испытаний

по

методике ГОСТ

20522-75;

2. Удельный вес воды = 9,81≈10 кН/м3 .

14

После выполнения расчётов и анализа физико-механических характеристик грунтов даётся полное описание свойств и особенностей грунтов в табл. 2.3 по следующим схемам:

–для песчаных грунтов: название грунта, гранулометрический состав, визуальные признаки (примеч. к табл. 1.3), плотность сложения, степень влажности, степень пучинистости, просадочность, водопроницаемость, степень сжимаемости, прочность;

–для пылевато-глинистых грунтов: название грунта, визуальные признаки (примеч. к табл. 1.3), консистенция, степень набухания и пучинистости, просадочность, водопроницаемость, степень сжимаемости, прочность.

Таблица 2.3

Номер геологического слоя Полное наименование и характеристика грунтов по двум скважинам

№1

№2

№3

Дополнительный грунт по скв. №2

3.ПОСТРОЕНИЕ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО РАЗРЕЗА

Вданном разделе строят геологический разрез, от которого в дальнейшем зависит достоверность последующих расчётов и, следовательно, судьба сооружений.

Построение разреза выполняют для большей наглядности [8] в соотношении масштаба 1:5 в следующей последовательности (образец на рис. 3.1):

– вычерчивают шкалу абсолютных отметок по оси Y с учётом вертикального масштаба, рекомендуемый масштаб 1:100;

– наносят засечками расположение центров скважин на ось Х в горизонтальном масштабе, рекомендуемый масштаб 1:500;

– отмечают абсолютные отметки устьев скважин на вертикальных линиях, проведённых из скважин;

– вычерчивают топографический профиль поверхности земли по заданному направлению плавной линией;

– на осевых линиях скважин засечками наносят абсолютные отметки кровли и подошвы каждого слоя грунта и соединяют плавными линиями с учётом последовательности и характера залегания слоёв между скважинами;

– изображают литологический состав пород при помощи штриховых условных обозначений, которые дают на фоне соответствующего цвета и выполняют чёрной ручкой (приложение 2, табл. 1);

– соединяют отметки подземных вод синей пунктирной линией, справа от оси скважины подписывают уровень грунтовых вод (УГВ), слева – глубину залегания грунтовых вод в скважине;

– вычерчивают таблицу на всю длину разреза, где указывают номера скважин, расстояние между скважинами, абсолютные отметки устьев скважин;

– выполняют зарамочное оформление: название разреза, масштаб.

15

16

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЯ

Значения условного сопротивления грунтов основания Rо, МПа необходимы для ориентировочной оценки строительных свойств грунтового основания и предварительного определения размеров фундамента. Значения Rо относятся к стандартным условным фундаментам, имеющим ширину во= 1 м и глубину заложения do= 2 м при согласном напластовании грунтов основания.

Для крупнообломочных, крупных и средней крупности песчаных грунтов условное сопротивление Rо определяется в зависимости от вида грунта, его плотности сложения, а для мелких и пылеватых песков дополнительно и степени влажности Sr. Для глинистых грунтов условное сопротивление Rо определяется в зависимости от коэффициента пористости е и показателя консистенции IL.

В данном разделе необходимо определить условное сопротивление каждого слоя грунта основания по табл. 6, 7 приложения 1 методических указаний. Для промежуточных значений пылевато-глинистых грунтов е и IL применить методы интерполяции, привести подробные расчёты условного сопротивления грунтов.

Расчётное сопротивление каждого слоя грунта заносят в сводную табл. 2.2. Эпюру условного сопротивления Rо, кПа грунтов основания, построенную в масштабе по горизонтали 1 см : 100 кПа, привязать справа к геологическому разрезу, как показано на рис. 3.1.

5. ПОСТРОЕНИЕ ЭПЮРЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ОТ СОБСТВЕННОГО ВЕСА ГРУНТА

Под действием собственного веса в массиве грунтов формируется начальное напряжённое состояние, иногда осложняемое геодинамическими процессами. Поэтому напряжения, возникающие в массиве грунтов от действия сооружения, накладываются на уже имеющиеся в нём собственные напряжения, что приводит к формированию сложного поля напряжений в грунтовой толще.

В данном разделе построить эпюру распределения напряжения от собственного веса грунта в масштабе геологического разреза для скважины №2 по одной из 3-х расчётных схем (рис. 5.1), соответствующей индивидуальному заданию.

17

18

				Таблица 5.1
		Характеристика инженерно-геологических элементов (рис. 5.2)
	№	Наименование грунта	Показатель	Характеристика грунта
	ИГЭ		текучести, д.ед.
	1	Почвенно-растительный грунт	–	мощность 1,0 м
	2	Песок мелкий, средней плотности	–	водопроницаемый, мощность 4,0 м
	3	Песок мелкий, средней плотности,	–	водопроницаемый, мощность
		насыщенный водой		водоносного горизонта 2,4 м
	4	Глина мягкопластичная	0,54	водопроницаемая, мощность
				водоносного горизонта 4,5 м
	5	Глина полутвёрдая	0,25	водонепроницаемая, водоупор
				мощностью 5,0 м

Грунтовое основание разделить на инженерно-геологические элементы (ИГЭ) и дать им характеристику как водопроницаемым или водонепроницаемым грунтам – водоупорам (см. п. 2.1), а также указать мощность водоносного горизонта в табл. 5.1. Обычно выделение инженерно-геологических элементов (ИГЭ) производят по данным анализа характеристик физико-механических свойств грунтов, когда нормативные и расчётные характеристики в среднем определяют свойства грунтов в пределах выделенного ИГЭ. За ИГЭ принимают некоторый объём грунта одного и того же происхождения и вида при условии, что значения характеристик грунта изменяются в пределах элемента случайно (незакономерно), либо наблюдающаяся закономерность такова, что ею можно пренебречь.

В данном примере (табл. 5.1, рис. 5.2): уровень подземных вод попадает в толщу 1-го слоя, который разбит на два слоя 1а и 1б (песок, насыщенный водой является водоносным горизонтом мощностью 2,4 м); 2-й слой – водопроницаемая глина, также является водоносным горизонтом, мощность 4,5 м; 3-й слой – водоупор. Общая мощность водоносного комплекса составляет 6,9 м.

На рис. 5.2 приведен образец эпюры распределения напряжения от собственного веса грунта в простых инженерно-геологических условиях для данного примера. Для всех лежащих ниже уровня подземных вод слоёв водопроницаемых грунтов учитывается удельный вес грунта во взвешенном состоянии γsb.

Пример расчёта напряжения от собственного веса грунтов основания

№ ИГЭ-1:

– выше УГВ:

σzg1 = γ1 · h1а = 19,4 · 4,0 = 77,6 кПа;

– ниже УГВ:

σzg1 = γ1sb · h1б = 9,65 · 2,4 = 23,16 кПа.

19

Напряжение от собственного веса первого слоя

σzg1 = γ1 · h1

а

+ γ1sb

· h1

б

= 77,6 + 23,16 = 100,76 кПа.

№ ИГЭ-2:

σzg2 = γ1 · h1

а

+ γ1sb · h1

б

+ γ2sb · h2

= 77,6 + 23,16 + 9,77 · 4,5 = 100,76 + 43,97 = 144,73 кПа.

h1

а

= 4,0 м

γ1

γω(h1б + h2)

77,60

УГВ 130.0

h1

б

= 2,4 м

γ1sb

100,76

h2 = 4,5 м

γ2sb

144,73

69,0

h3 = 5,0 м

γ3

213,73

100,0

σzg = 313,73 кПа

σzg= γ1 · h1а + γ1sb · h1б + γ2sb · h2 + γω(h1б + h2) + γ3 · h3

Рис. 5.2. Эпюра распределения напряжения от собственного веса грунта по скважине №2 инженерно-геологического разреза (рис. 3.1)

20