практикум по дорогам

61

2.10. Определяют среднее удельное давление блока (ст. 12) по формуле

где Pi - вес блока, кН;

/, - длина плоскости скольжения в пределах блока, м;

'у

Р0 - удельное давление (кН/м ). Этот показатель рассчитывают на толщину блока, равную 1 м.

2.11.Значение сцепления грунта записывают (ст. 13) в соответствии с результатами варьирования (п. 1.9.2).

2.12.Определяют угол сдвига

С

ЧУPi = tgcpw + - ^ - ,

где <pw - угол внутреннего трения; С - сцепление, кН/м ; Ро - удельное давление, кН/м .

Для расчета вышеприведенного выражения в табличной форме последовательно определяют составные части.

2.12.1.Рассчитывают частное от деления сцепления грунта на удельное давление —С 1-. Результат вычисления записывают в столбец 14.

2.12.2.Значение утла внутреннего трения грунта записывают (ст. 15) в соответствии с результатами варьирования (п. 1.9.3).

2.12.3.Рассчитывают тангенс угла внутреннего трения грунта и записывают в столбец 16.

2.12.4.Подставляя полученные значения, вычисляют тангенс угла сдвига

(ст. 17).

2.12.5.Определяют угол сдвига, рассчитав значения arctg(cT. 18).

2.13.Определяют разность между углом наклона поверхности скольжения

иуглом сдвига

a i-\\ipi.

Результат вычисления записывают в столбец 19. 2.14. Рассчитывают выражение (ст. 20)

62

2.15. Рассчитывают выражение (ст. 21)

jtgocг- - tg(az- - \|/pi)]. 2.16. Рассчитывают выражение (ст. 22)

~tg(a/ - у ^ ) ] .

2.17. Рассчитывают выражение (ст. 23)

Pi - tga,-.

2.18.Определяют длину средней линии блока, в котором имеет место фильтрационное давление. Измеряют линейкой расстояние от уровня ГВ до кривой депрессии. Ниже уровня ГВ и выше кривой депрессии отрезки средней линии в расчет не принимаются (ст. 24).

2.19.Для удобства расчета переносят ширину блока из столбика 2 в столбик 25, но только тех блоков, в которых кривая депрессии пересекает среднюю линию.

2.20.Определяют объем блока фильтрации (ст. 26).

2.21.Определяют угол (Зф. С помощью линейки и транспортира измеряют угол наклона кривой депрессии в пределах блока (ст. 27).

Направление линии действия фильтрационной силы в пределах каждого блока принимают параллельным кривой депрессии в данном блоке. Таким образом, можно определить угол Рф, который образует линия действия фильтрационной силы с горизонтом.

Если средняя линия блока лежит выше кривой депрессии, то грунт данного блока сухой, фильтрации воды в нем нет. В таких блоках в столбцах 24, 25 и 26 проставляют нули или прочерки.

2.22.Рассчитывают косинус утла |3ф(ст. 28).

2.23.Градиент гидравлического напора принимают в соответствии с видом грунта (п. 1.6) и записывают в столбец 29. Значение градиента ставят только в блоки, в которых кривая депрессии пересекает среднюю линию. Если блок лежит выше или ниже кривой депрессии, то в таких блоках градиент не ставят.

2.24.Определяют величину фильтрационного давления (ст. 30) по формуле К. Терцаги

о

где ув - удельный вес воды, равный 10 кН/м ; J— гидравлический градиент;

F - объем блока фильтрации, м .

63

2.25. Определяют горизонтальную фильтрационную силу, воздействующую на вертикальную стенку грунта в пределах фильтрационного блока, по формуле (ст. 31)

Яф.гор=Иф C0S P-

2.26. Определяют коэффициент устойчивости откоса с учетом фильтрационного давления

где числитель - суммарное значение 22-го столбца; знаменатель - сумма 23-го и 26-го столбцов.

Если коэффициент устойчивости .откоса равен или больше 1,3, откос считается устойчивым.

Заключение

Построена расчетная схема для метода плоских поверхностей скольжения с нанесением кривой депрессии и разбивкой средних линий блоков на отрезки, характеризующие сухой и водонасыщенный грунт.

Выполнен расчет определения коэффициента запаса устойчивости по методу ППС с учетом фильтрационного давления.

П р а к т и ч е с к а я р а б о т а № 9

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОПРОТИВЛЯЕМОСТИ СДВИГУ СКРЫТОПЛАСТИЧНЫХ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ

Введение

В зоне контакта двух минеральных частиц действует система напряжений, которая в плоской задаче включает нормальные, действующие перпендикулярно плоскости контакта, и касательные, действующие в плоскости контакта. При наличии двух напряжений можно получить результирующее напряжение, которое является диагональю параллелограмма. Эта диагональ отклонена от нормали под углом в. Если угол О больше угла внутреннего трения <р, то в грунте возникают сдвиговые деформации.

Сопротивление возникновению сдвиговых деформаций может быть вызвано сцеплением, появившимся между частицами за счет наличия пленки воды и пыле- вато-глинистых частиц, либо силами внутреннего трения между частицами.

64

Любой массив грунта считается устойчивым, пока сдвигающие напряжения не вызовут в нем смещения частиц, т.е. должно выполняться условие

т < / ( а ) .

Сопротивление грунтов сдвигу выражается зависимостью Закона Кулона

т = a tg(p + С, МПа,

где х - сдвигающее напряжение, МПа;

Ф- угол внутреннего трения, град;

о- нормальное напряжение, МПа;

tg ф - коэффициент внутреннего трения.

Величины ф и С являются основными характеристиками прочности грунта на сдвиг. В зависимости от содержания воды в связном грунте, он может приобретать различную консистенцию (табл. 9.1).

Таблица 9.1

Значение угла внутреннего трения ф, град, и сцепление С МПа, для связных грунтов в условиях естественного залегания

Сопротивление грунтов срезу экспериментальным путем может быть определено двумя методами:

-консолидированного среза;

-неконсолидированного среза.

Метод консолидированного среза - это испытание на срез грунта, предварительно уплотненного вертикальной нагрузкой, проводимое в условиях дренирования путем повышения срезающей нагрузки с такой скоростью, при которой обеспечивается полная консолидация грунта.

Метод неконсолидированного среза - испытание на срез грунта без предварительного уплотнения, проводимое в условиях отсутствия дренирования

65

путем приложения вертикальной и срезающей нагрузок с такой скоростью, при которой обеспечивается практическая неизменность начальных значений плотности и влажности грунта.

Уплотнения грунта во времени под действием постоянной нагрузкой до полного окончания процесса деформации называется консолидацией.

Если учитывать, что сцепление грунта возникает с учетом жестких связей между частицами, которые характеризуются жестким структурным сцеплением Сс и связности Cw, имеющей водно-коллоидную природу, то глинистые грунта подразделяются на: жесткие, скрытопластичные и пластичные.

Для скрытопластичных глинистых грунтов характерно наличие сил внутреннего трения и сцепления, которые в значительной степени влияют на их свойства. Что касается структурного сцепления, то оно в меньшей степени влияет на прочность глинистого грунта. Скрытопластичные глинистые грунты характеризуются сопротивляемостью сдвигу, которая определяется по формуле Н.Н. Маслова:

Sp = a tg<p + Cc + Cw.

Сопротивляемость сдвигу скрытопластичных глинистых грунтов происходит по методу незавершенной консолидации как от вертикальной, так и от горизонтальной нагрузки.

Задание

1. Построить график зависимости касательного напряжения от влажности при постоянном нормальном напряжении.

2.Построить график зависимости касательного напряжения от нормального напряжения при постоянной влажности глинистого грунта.

3.Построить график зависимости угла внутреннего трения и сцепления от влажности.

4.Определить прочностные характеристики грунта методом неконсолидированного сдвига.

Для расчета используются исходные данные, представленные в табл. П9.

2. Нормальное давление, сопротивляемость грунта сдвигу, влажность грунта представлены в табл. 9.2.

66

1. Строят график зависимости касательного напряжения от влажности при постоянном нормальном напряжении (рис. 9.1).

1.1. На отдельном листе формата А-4 строят графики. Ориентируют страницу вдоль большего размера и разбивают на три равные части по длине. В каждом из полученных прямоугольников строят три графика зависимости:

1) касательного напряжения от влажности при постоянных значениях нормального напряжения

т - f ( w ) при Р - const;

2) касательного напряжения от нормального напряжения при постоянных значениях влажности

т = f(P) при W = const;

3) угла внутреннего трения и сцепления от влажности

C = f(w) и Ф = f(w).

Первые два графика имеют одинаковую вертикальную ось с общими значениями касательного напряжения.

1.2. В первом квадрате проводят прямоугольную систему координат в следующем масштабе:

по вертикали - т - 0,01 МПа - 5 мм;

по горизонтали - W - 1 % - 5 мм (наименьшее значение влажности помещают в начало координат).

67

1.3. На координатных осях в соответствии с исходными данными строят три зависимости касательного напряжения от влажности при Р = ОД МПа, Р = 0,2 МПа, Р = 0,3 МПа.

Графики имеют убывающую тенденцию касательного напряжения при увеличении влажности грунта.

2.Строят график зависимости касательного напряжения от нормального напряжения при постоянных значениях влажности.

2.1.На основании графика а (или по исходным данным) снимают значения касательного напряжения при влажности W— 22 %, W= 30 %, W = 34 %. Получают прямолинейные зависимости, которые соответствуют закону Кулона для связных грунтов. Эти прямые характеризуются углом наклона к горизонтальной проекции и отрезком, отсекаемым от оси ординат.

3.Строят график, который имеет две вертикальные оси:

-ось угла внутреннего трения ср;

-ось сцепления С.

3.1.Ось угла внутреннего трения проводят в масштабе 1° = 5 мм.

Ось сцепления проводят в масштабе 0,01 МПа =10 мм.

Горизонтальная ось выполняется в том же масштабе, что и график а: 1 % W— 5 мм.

3.2. Строят кривую зависимости угла внутреннего трения от влажности. Транспортиром измеряют углы наклона кривых на втором графике: для

влажности W— 22 %; W= 30 %, W= 34 %. Кривая характеризуется уменьшением угла внутреннего трения при возрастании влажности грунта.

3.3. Строят кривую зависимость сцепления от влажности.

Измеряют отрезки на втором графике, отсекаемые прямыми линиями от оси ординат, и переносят эти значения на третий график. Кривая характеризуется уменьшением сцепления при возрастании влажности грунта.

3.4. Из табл. 9.1. делаем вывод, что консистенция глинистого грунта изменяется от полутвердой до тугопластичной.

Заключение

Построен график зависимости касательного напряжения от влажности при постоянном нормальном напряжении. На основании этого графика построен график зависимости касательного напряжения от нормального давления, на котором измерены углы внутреннего трения грунта и сцепления. По полученным значениям построен график изменения угла внутреннего трения и сцепления в зависимости от влажности.

69