Geum.ru

Исследование прочности и устойчивости грунтовых массивов 05. 23. 02 Основания и фундаменты, подземные сооружения

Вид материалаИсследование

Содержание


В пятой главе
В шестой главе
В седьмой главе
Подобный материал:
1   2   3

В пятой главе приведены практические рекомендации по расчету устойчивости откосов, претерпевших начальные деформации в разных геологических условиях.

Рисунок 14. Схема к оценке степени устойчивости откоса круглоциллиндрическим методом.

Обычная методика расчета состоит в следующем. После вы­бора поверхности скольжения грунт, расположенный выше нее, разбивается в плоскости чертежа на ряд блоков, как показано на рис.5.1. После этого вычисляется эффективный полный вес G каждого блока. Произведения веса G каждого из блоков на соответствующее им плечо r от линии его действия до вертикальной оси, проходящей через центр вращения 0, определяют собой величину вращающего момента Мсдв, причем силы, расположенные правее этих линий, увеличива­ют его, а расположенные левее — уменьшают. Таким образом, исходя из рис. 1:

(2)

Момент сопротивления Муд зависит от суммы сил сцепления и трения, действующих вдоль поверхности скольжения. Однако в пределах поверхности скольжения в блоке 9 и скорее всего 8 уже произошли деформации вследствие развития трещины. Это повлекло за собой изменение вели­чин с и φ, характеризующих свойства грунта в слоях по низу каждого блока в пределах всей длины плоскости скольжения. Однако значения этих величин существенно различаются как для недеформированных, так и для деформированных отсеков.

С учетом известных представлений о пиковой и остаточной прочности в грунтах это выражение можно представить в виде:

(3)

Где: - сприв и φприв – приведенные значения параметров прочности, определяемые по значениям пиковой и остаточной прочности грунтов, для для деформированных и недеформированных отсеков соответственно по следующему уравнению:



- спик и φпик – параметры прочности, соответствующие пиковой прочности грунтов в пределах устойчивого недеформированного участка;

- сост и φост – параметры прочности, соответствующие остаточной прочности грунтов в пределах деформированного участка.

Затем из выражения

(4)

определяют коэффициент запаса kst на устойчивость откоса по от­ношению к скольжению с учетом фактической сопротивляемости сдвигу грунтов по площадке.

Как отсюда следует, что в предлагаемом методе расчета устойчивости предполагается, что в предельное состояние грунта наступает по сформировавшейся площадке сдвига в верхней части откоса. При этом смещение склона происходит не по всей длине плоскости сдвига, а на участке равном 1/3-1/5 высоты всей сдвигаемой зоны, где интенсивно формируются растягивающие напряжения. Это отмечается по результатам полевого анализа деформированных склонов.

Аналогичный подход рекомендуется для расчета и определения оползневого давления в методе прислоненного откоса.

Сейсмическое воздействие учитывается введением в расчет в пределах рассматриваемого откоса грунтового массива дополнительных горизонтальных сил, которые определяются умножением веса грунта на коэффициент . Значения коэффициента , учитывающего сейсмическое воздействие на сдвигающийся отсек грунтового массива, в соответствии с [38] принимается равным 0,05; 0,075 и 0,15 соответственно для расчетной сейсмичности 7, 8 и 9 баллов.

Расчет устойчивости склона выполняется при интенсивности горизонтального давления грунта от собственного веса и от равномерно распределенной нагрузки на поверхности призмы обрушения определяемого от произведения АК1 (А – коэффициент сейсмичности; К1-коэффициент учитывающий степень повреждения).

Поскольку большая часть территории прилавковой зоны Алматы и области расположено в районах с расчетной сейсмичностью 10 баллов, то произведение АК1 рекомендуется принимать равным АК1=0,32.

Равнодействующая сила веса грунта и горизонтальной силы сейсмического воздействия определяется по формуле

(5)

Определение сдвигающих и удерживающих сил, действующих в пределах выделенного отсека, рисунок 5.3, следует выполнять с использованием следующих выражений:

; (6)

; (7)

Используя формулы (5.5), (5.8), (5.9), (5.11) и (5.12) и определив величину оползневого давления для отдельных от­секов оползня, по полученным данным можно построить эпюру оползне­вых давлений, необходимую для выбора по длине оползня места заложения подпорного сооружения, которое ра­ционально расположить в сечении с минимумом . Умножив величину оползневого давления на коэффициент запаса , можно по­лучить расчетное давление на поддерживающее сооружение.

При неустойчивом состоянии склона на сейсмические воздействия следует предусмотреть инженерные мероприятия по обеспечению устойчивости склона, в частности закрепление грунта и устройство подпорных стенок на локальных участках. В конструктивном отношении подпорные стенки могут быть в виде классических подпорных стенок и ленточных фундаментов или на свайных фундаментах, а также могут быть запроектированы стенки из буронабивных свай, расположенных «друг к другу» или в виде «секущихся свай».

Практический пример использования приведенной выше методики, показан на примере обеспечения устойчивости склона г. Кок Тюбе г. Алматы.

В шестой главе приводятся результаты испытаний крупнообломочных грунтов.

Крупнообломочные грунты в регионе имеют повсеместное распространение, как по площа­ди, так и в разрезе и представлены гравийно-галечниковыми грунтами верхнечетвертичного (apQIII) и современного аллювиально-пролювиального (apQIV) возраста. Обломочный материал пред­ставлен грубообломочным, хорошо отсортированным материалом, лишенным слоистости с включением валунов размером до 1,5-2,5 м в поперечнике. Гранулометрический состав грунта: глинистых частиц – до 1,2%, пылеватых - 2,9%, песчаных – 26-39%, гравийных - 56,9-70,1%. Плотность грунта при минимальном уплотнении - 1,65 г/см3, при максимальном - 1,8 г/см3. Угол естественного откоса сухого грунта -32-350, под водой – 24-250. Заполнителем является песок, суглинок, супесь.

По данным инженерно-геологических изысканий КазГИИЗ для этих грунтов определены следующие физико-механические свойства: ρ=2,25-2,28, т/м3; φ=34-38°; С=2-36кПа. При этом в отчетах постоянно указывается, что характеристики крупнообломочных грунтов приведены по результатам обобщения полевых геотехнических работ выполненных ранее [19]. Это не удивительно, потому что на сегодня определение сопротивления сдвигу и сжимаемости грубообломочных грунтов с различным количеством заполнителя в лабораторных и полевых условиях по ряду методических и технических причин пред­ставляет значительные трудности.

Данная проблема не является новой. Общеизвестно, что при проектировании многих грунтовых сооружений, в том числе и гидротехнических используются параметры прочности, соответствующие преимущественно для мелкообломочных грунтов. Эти параметры не учитывают в достаточной мере свойств крупнообломочных грунтов и особенностей их работы в сооружении. Известны исследования [20, 21, 22, 23, 24], в которых предпринимаются попытки установить влияние содер­жания крупных фракций мелкозема на прочность и сжи­маемость грунтов.

О влиянии крупности крупнообломочных грунтов существуют противоречивые мнения. Например Л.Н.Рассказов считает, что с ростом крупности прочность увеличивается. Ю.Е.Залежнев наоборот, считает что прочность грунтов уменьшается с увеличением крупности. Некоторые исследователи придерживаются мнения о независимости прочности от крупности грунтов.

Для расширения представлений о сопротивлении сдвигу песчаных грунтов при статической и динамической нагрузки проведены испытания по определению механических характеристик грунта (угла внутреннего трения, удельного сцепления) песчаного грунта крупных фракций, отобранных в в теле откоса котлована строящегося многофункционального общественного центра «Алмалы» на территории Площади Республики.

Практический интерес представляют специальные исследования, выполненные в режиме кинематического нагружения образцов грунта горизонтальной нагрузкой и периодически изменяющейся вертикальной нагрузки статика-динамика, рисунок 6.12. В данном опыте сдвиг начинается при статически действующей вертикальной нагрузке. Через 2 мм горизонтальной деформации включался вибратор, и на образец грунта прикладывалась динамическая нагрузка. При этом наблюдается понижение сдвигающей нагрузки. Продолжительность действия динамической нагрузки продолжается на протяжении деформации в 3 мм. Затем динамическая нагрузка прекращается и действует только статика. Сдвигающее усилие возрастает до определенного уровня. Контроль касательных напряжений выполняется в постоянном следящем режиме. После того как деформации достигли 2 мм, опять включают динамику. Для подтверждения результата опыт повторили, сдвинув обоймы прибора в исходное положение.

Результаты опытов показывают, что для песчаных грунтов динамическая нагрузка приводит к существенному понижению сопротивления сдвигу. Однако так можно судить только в случае, когда действующее нормальное напряжение определяется средним за период действия нагрузки значением. Если же учитывать значение нормальной нагрузки с учетом динамического изменения , то понижение не так существенно.




Рисунок 15 - Диаграмма сопротивления сдвигу

по схеме загружения статика-динамика


.

Таблица 3

Сводная таблица результатов определения

характеристик прочности грунтов №1-№5

при статическом и динамическом режимах нагружения

№ грунта
Статическое нагружение
Динамическое нагружение
Приме

чание

,градус
кПа
градус
кПа

1.
35,2
132
27,3
113



2.
41
31
31,2
24



3.
43,5
44
34
53



4.
36
58
31
38



5.
34
79
27
54,7



Результаты экспериментов проведенных в КазГАСА и результаты испытаний других авторов ДальНИИСА по определению влияния заполнителя на прочность крупнообломочных грунтов приведены в таблице 6.11. Данные таблицы использованы в примерах расчетов устойчивости оснований зданий и сооружений из крупнообломочных грунтов с учетом процентного содержания заполнителя для практического использования.

Из приведенных значений в таблице 6.11 видно, что при содержании крупных фракций менее 20% свойства грунта определяются свойствами заполнителя. Влияние крупных фракций на свойства грунта наблюдается при содержании их более 20% и дальнейшее увеличение фракций приводит к повышению свойств грунта. Увеличение прочности грунта интенсивно проявляется при содержании крупных фракций в интервале от 45 до 75%.


Таблица 4

Влияние заполнителя на прочностные характеристики грунта


№

п/п
Организация
Наименование грунта и крупность фракций
Крупность фракции заполнителя или

консис-тенция

Характе-ристика грунта
Содержание крупнообломочного грунта, %

25
50
75

1
2
3
4
5
6
7
8

1
КазГАСА
Крупнообломоч-ный грунт

(фракции 10-20мм)

0,25÷2мм
с, кПа
0,97
44,76
0,97

, 
48
52
63

2
Крупнообломоч-ный грунт

(фракции 5-10мм)

0,25÷2мм
с, кПа
0,95
0,77
0,95

, 
42
42
60

3
Крупнообломоч-ный грунт

(фракции 2-5мм)

0,25÷2мм
с, кПа
2,31
20,84
33,6

, 
40,7
44
52

4
ДальНИИСА
Супесь
Пластичная

0JL≤0,75
с, кПа
11
7
4,5

, 
38
45
47,5

5
Суглинок
Полутвердый

0JL≤0,25
с, кПа
40,5
27
18,5

, 
27
39
46

6
Глина
Полутвердая

0JL≤0,25
с, кПа
49,5
34
23

, 
18
33
41


При анализе инженерно-геологических отчетов специализированных организаций по определению свойств грунта основания зданий и сооружений, было выявлено, что в них приводятся данные параметров прочности для заполнителя без учета влияния крупнообломочных грунтов.


В седьмой главе представлены практические рекомендации по расчету устойчивости бортов котлованов в районах с повышенной сейсмичностью. Подпорные стены в сейсмических районах проектируются с учетом требований следующих документов [27, 162]. Однако в них и особенно в СНиП РК 2.03-30-2006 «Строительство в сейсмических районах» особенности расчета именно грунтовых сооружений и подпорных стен не выделены.

В соответствии с [27] расчетная сейсмическая нагрузка Sik в выбранном направлении, приложенная к точке k и соответствующая i-й форме собственных колебаний сооружения, определяется по формуле:

Sik = К1 К2 КЗ Soik , (8)

где Soik - сейсмическая нагрузка для i-й формы собственных колебаний сооружения, определяемая в предположении упругого деформирования конструкций по формуле

Soik = Qk A βi К0 Кψ ηik, (9)

К1 , К2 , К3— коэффициенты следует принять по таблицам СНиП РК 2.03-30-2006; А - коэффициент сейсмичности; значение коэффициента Агор следует принять равным с учетом грунтовых условий Агор= 0,5; значение коэффициента Аверт следует принять с учетом грунтовых условий равным Аверт = 0,4;

Интенсивность горизонтального давления грунта от собственного веса Р, на глубине у в соответствии с [162] определяется по формуле

, (10)

Коэффициент горизонтального давления грунта при сейсмическом воздействии λ* следует определить по формулам:

* = cos2( -  - )cos ( + )/cos  cos2 cos( +  + )(1 + )2; (11)

z = sin ( -  - )sin( + )/cos( +  + )cos( - ), (12)

где  - угол отклонения от вертикали равнодействующей веса грунта и временной нагрузки с учетом сейсмического воздействия определяется по формуле

 = arctg (AK1). (13)

При расчете подпорных стен произведение АК1 следует принять равным для расчетной сейсмичности района 10 баллов АК1=0,32.

Пример использования данной методики в диссертации приведен на примере разработки мероприятий по обеспечению устойчивости вертикального борта котлована до 21 метра объекта «Алмалы» г. Алматы.