4 Розрахунок стійкості насипу графоаналітичним методом

При розрахунку графоаналітичним методом враховується тимчасове гусеничне навантаження типу НГ – 60 та постійне навантаження від власної ваги ґрунту насипу.

4.1 Вихідні дані:

Потрібна щільність ґрунту робочого шару	рпотрW=2,02гт/м3
Потрібна щільність ґрунту непідтопляємого шару	 нпотрW=1,87гт/м3
Потрібна щільність ґрунту підтопляємого шару	ппотW=1,93гт/м3
Щільність зчеплення частинок ґрунту робочого шару	Ср=2,1тс/м2
Щільність зчеплення частинок ґрунту непідтопляємого шару	Ср=3,0тс/м2
Щільність зчеплення частинок ґрунту підтопляємого шару	Ср=3,1тс/м2
Кут внутрішнього тертя ґрунту робочого шару	р=30
Кут внутрішнього тертя ґрунту непідтопляємого шару	р=24
Кут внутрішнього тертя ґрунту підтопляємого шару	р=24

4.2 Виконуємо розрахунок по заміні тимчасового навантаження від гусеничних машин на еквівалентне навантаження ґрунтового стовпа висотою h₀ , яка визначається за формулою:

(4.1)

де: – тиск на одну гусеницю

– кількість гусениць, встановлених на земляне полотно по ширині В₀

– кількість встановлених гусеничних машин по ширині земляного полотна

– ширина бази гусеничної машини по наружим розмірам, яка дорівнює 3,3м

– кількість зазорів між гусеничними машинами

– розмір зазору, який приймається між гусеничними машинами

4.3 Креслимо схему поперечного профілю насипу, на якому виконуємо встановлення гусеничних машин по ширині земляного полотна, сивідносно осі насипу так, щоб гусениці на бровках земляного полотна не звисали.

4.4 Визначаємо ширину основи насипу:

(4.2)

Виконуємо графічну побудову лінії АВ, на якій знаходиться радіус кривої сповзання.

Для визначення положення точки А ломану лінію відкосу заміняємо прямою, з’єднуючи бровку насипу земляного полотна з кромкою підошви.

З країв спрямленого відкосу проводять лінії до їх перетину під кутами і , які приймаємо в залежності від закладення відкосу, кут якого обчислюють за формулою:

(4.3)

_{Приймаємо значення кутів для}

4.5 Для визначення точки В на кресленні відкладаємо від лівої кромки підошви насипу вниз розмір, який дорівнює висоті насипу , а потім по горизонталі в сторону насипу відкладаємо розмір і наносимо точку В.

З’єднуємо прямою лінією точки А і В та отримуємо лінію, на якій лежить центр радіусу кривої сповзання О.

4.6 На прямій АВ графопобудовою знаходять центр радіусу кривої сповзання О.

Спочатку намічена в верхній частині насипу точка кривої сповзання з’єднується прямою лінією з лівою кромкою підошви насипу.

Потім з середини цієї лінії проводимо перпендикуляр до перетину з прямою АВ і на перетині отримуємо центр радіуса кривої сповзання.

4.7 З центра О проводимо криву, радіус якої визначаємо графічно.

4.8 В межах кривої сковзання розбиваємо тіло насипу включаючи і шар ґрунту еквівалентного навантаження, на рівні вертикальні відсіки.

4.9 На кривій сковзання всередині кожного відсіку наносимо точки з цифровим позначенням і для кожної точки в межах відсіку находимо кути нахилу відрізків кривих сковзання до вертикалі за формулою:

(4.4)

де: Х_і – відстань від і-ї точки до вертикальної прямої, проведеної через цент радіуса кривої сповзання

R_i – радіус і-й кривої сповзання, який вимірюється по кресленню

4.10 По розрахованим визначаємо кути та та представляємо в формі таблиці:

Таблиця 4.1 – Розрахунок , ,

Номер точки	Хі		і
1	42,5	0,9556	’	0.2448
2	37,8	0,8444	56о36’	0.5356
3	32,8	0,7289	46о47’	0.6846
4	27,8	0,6178	38о9’	0.7863
5	23,8	0,5289	31о55’	0.8487
6	17,8	0,3956	23о18’	0.9184
7	12,8	0,2844	16о31’	0.9587
8	7,8	0,1730	9о57’	0.9849
9	2,8	0,0620	3о33’	0.9981
10	-2,2	-0,0489	-2о48’	0.9988
11	-7,2	-0,1600	-9о12’	0.9870
12	-12,2	-0,2710	-15о43’	0.9626
13	-17,2	-0,3820	-22о27’	0.9242
14	-22,2	-0,4880	-29о32’	0.8700
15	-25,2	-0,5600	-34о3’	0.8285

4.11 Графічним вимірюванням визначаємо площі кожного відсіку, причому, різні шари ґрунтів з різною потрібною щільністю обчислюємо окремо, так як подальше визначення ваги ґрунту у відсіках буде залежати від потрібної щільності ґрунту.

4.12 При ширинi смуги насипу по довжинi земляного полотна в 1 м, визначаемо вагу грунту кожного вiдсiку для всiх кривих ковзання з урахуванням рiзноi площi шарiв iпотрiбноi щiльностi по формулi:

(4.5)

4.13 Результати розрахункiв всiх площi вага грунту у вiдсiках представляються у формi табл. 4.2.

Таблиця 4.2 – Розрахунок площ та ваги ґрунту у відсіках

Номер відсіку	Щільність грунтуρі, г/см3	Площа відсіку ωі,м2	Вага грунту по шарам відсіку Qі,т/м	Сумарна вага грунту у відсіку Q,т/м	N,т/м	T,т/м
1	2	3	4	5	6	7
1	2,02	7,52	15,19	82,47	20,19	78,8
	1,87	35,98	67,28
2	2.02	8	16,16	182,95	97,99	154,48
	1.87	88,57	165,63
	1.93	0,6	1,158
3	2.02	8	16,16	224,52	153,71	163,65
	1.87	91,15	170,45
	1.93	18,64	37,91
4	2.02	8	16,16	260,92	205,16	161,2
	1.87	91,15	170,45
	1.93	38,5	74,31
5	2.02	8	16,16	288,90	245,19	152,8
	1.87	91,15	170,45
	1.93	53	102,29
1	2	3	4	5	6	7
6	2.02	7	14,14	307,15	282,09	121,51
	1.87	91,15	170,45
	1.93	63,5	122,56
7	2.02	0,36	0,73	299,32	286,96	85,13
	1.87	86,91	162,52
	1.93	70,5	136,07
8	1.87	67,5	126,23	269,05	264,99	46,55
	1.93	74	142,82
9	1.87	55	102,85	247,6	247,13	15,35
	1.93	75	144,75
10	1.87	42,5	79,48	220,37	220,11	-10,78
	1.93	73	140,89
11	1.87	30	56,1	185,41	183	-29,67
	1.93	67	129,31
12	1.87	17,31	32,37	145,64	140,19	-39,47
	1.93	58,5	112,91
13	1.87	5,06	9,46	97,26	89,89	-37,15
	1.93	45,49	87,8
14	1.93	22,5	43,43	43,43	37,78	-21,19
15	1.93	0,492	0,95	0,95	0,787	-0,532

4.14 Визначаємо нормальні та дотичні сили у всіх точках на кривій сповзання за формулами:

(4.6)

(4.7)

4.15 Креслимо остаточну схему розрахунку стійкості насипу, яка показана на рисунку 4.1.

4.16 Виконується розрахунок коефіцієнта стійкості за формулою:

(4.8)

де: – розглядаємо як суму, яка складається по шарам, приймаеться по СНИп

– довжина кривої сповзання по кресленні

– сумарна величина дотичних сил з урахуванням знаків "+" та "-"

=1,35

4.17Визначаємо допустимий коефіцієнт стійкості з умови:

де: – коефіцієнт, який ураховує надійність даних про характеристиці грунтів, які залежать від кількості випробуваних зразків, приймається в межах 1,0-1,1

– коефіцієнт, який враховує категорію дороги

– коефіцієнт, який враховує ступінь шкоди для народного господарства в разі аварії спорудження

– коефіцієнт, який враховує відповідність розрахункової схеми природнім інженерно-геологічним умовам.

– коефіцієнт, який враховує вид ґрунту та його роботу в спорудженні

Таблиця 4.3 – Розрахункові значення параметрів.

Номер кривоiковзання	Шари ґрунтів насипу для кривої сповзання h, м	Радіус кривої сповзання R, м	Потрібна щільність з урахуванням вологості для кожного шару ґрунту потр.W, т/м3	Niдля кожного шару, тс/м2	Ті для всієї кривої сповзання, тс/м	tgni для кожного шару	Спі для кожного шару	L довжина кривої сповзання, м	Коефіцієнт стійкості Кст.	Коефіцієнт стійкості допустимийКдоп.
1	2,1	52,2	2,05	1,66	417,8	0,9325	0,2	2,7	1,35	1,21
2	6,0		2,05	25,28		0,4040	0,2	7,5
3	5,1		1,85	61,28		0,4040	2,8	6,6
4	3,9		1,89	91,12		0,3939	2,8	6,0
5	4,8		1,79	101,72		0,3939	2,6	5,4
6	3,9		1,79	107,14		0,3939	2,6	5,1
7	3,0		1,89	102,64		0,4040	2,8	4,8
8	2,7			102,74				4,8
9	2,1	52,2		98,55	417,8	0,4040		4,65	1,35	1,21
10	1,5			85,5				4,5
11	0,3			76,18				4,5
12	0,6			56,68				4,5
13	1,2			31,57				4,5
14	1,2			6,66				3,3
15

Висновок: Розрахункові параметри четвертого розділу зведені в таблиці 4.3

при яких забезпечується стійкість насипу земляного полотна, так

як К_ст>К_доп,1,35> 1,21 ,тому можна зробити висновок ,що насип

стійкий.

5. РОЗРАХУНОК ОСІДАННЯ ПРИРОДНЬОЇ ГРУНТОВОЇ ОСНОВИ ПІД ВИСОКИМ НАСИПОМ

Осаду ґрунтової основи під високим насипом і її зміна негативна впливають на рівність дороги..

Згідно СНиП 2.02.01-83 «Основи будівель і споруд» розрахунок повного осідання ґрунтової основи виконується по стискаючих напругах для точок, розташованих уздовж осі Z по формулі теорії пружності:

(5.1)

де – безрозмірний коефіцієнт, який приймається по СНиП

– товщина і-го шару ґрунту основи

– модуль деформації і-го шару ґрунту основи, який приймається по СНиП 2.02.01-81 в залежності від розрахункових показників консистенції та пористості ґрунтів

– число шарів, на які розбивається товща основи, яка стискається

– середнє значення додаткових вертикальних нормативних напружень в і-м шарі ґрунту основи:

1. Вихідні дані

Висота еквівалентного шару насипу:	h0=1,63м
Границя текучості ґрунту тіла насипу:	WT=31,4%
Число пластичності ґрунту тіла насипу:	Jp=13%
Висота першого шару основи:	h=2,8м
Границя текучості першого шару основи:	WT=32,8%
Число пластичності першого шару основи:	Jp=14,0%
Щільність частинок ґрунту першого шару основи:	s=2,71г/см3
Висота другого шару основи:	H= 3м
Границя текучості другого шару основи:	WT=34,1%
Число пластичності другого шару основи:	Jp=15%
Щільність частинок ґрунту другого шару основи:	s=2,72г/см3

2. Визначаємо ширину підошви насипу:

(5.2)

3. Визначаємо товщину еквівалентного шару ґрунту:

4. Назначаємо товщину шарів грунтів:

Н=2м

5. Визначаємо показник консистенції грунтів

(5.3)

%

%

(5.4)

5.6 Визначаємо щільність сухого ґрунту для кожного шару основи:

(5.5)

5.7 Визначаємо коефіцієнт пористості для всіх ґрунтів основи:

(5.6)

5.8 Визначаємо модуль деформації для кожного шару ґрунтів згiдно основи (беремо значення в дужках) з переводом із кгс/см² в тс/м²(множимо на 10)

Е₁=1400тс/м²

Е₂=1400тс/м²

5.9 Визначаємо щільність ґрунту з урахуванням природної вологості:

(5.7)

5.10 Визначаємо напруження від власної ваги ґрунту основи на глибині і-й границі шару:

(5.8)

_zg10 =1.83 30 = 54.9

5.11 Визначаємо середні напруження від власної ваги ґрунту основи в i-м шарі:

(5.9)

5.12 Визначаємо відносні глибини основи

(5.10)

5.13 Приймаємо по СНиП 2.02.01-83 методом інтерполяції значення коефіцієнтів , який залежить від відносної глибини основи та виду фундаменту. В нашому випадку приймаємо стрічковий фундамент.

5.14 Визначаємо вагу стовпа ґрунту насипу для кожного і-го шару, включаючи і еквівалентний шар ґрунту:

_(5.11)

5.15 Виконуємо розрахунок середнього тиску під підошвою насипу:

(5.12)

5.16 Визначаємо додатковий тиск на основу на і-х межах шарів, доки не з’являться від’ємний результат:

(5.13)

5.17 Визначаємо додаткові напруження від постійного та тимчасового навантаження насипу на глибині Z_і для кожної і-ї межі шарів ґрунтів основи:

(5.14)

5.18 Обчислюються середні значення додаткових напружень від постійного і тимчасового навантаження на глибині Z_i для кожного і-го шару по формулі:

(5.15)

5.19 Для визначення нижньої межі стискаємої товщі ґрунтової основи обчислюються значення на глибині Z_i на кожній і-й межі шару:

5.20 Креслимо розрахункову схему, яка показана на рисунку 5.1 і будуємо епюри напружень:

а) від власної ваги ґрунту основи ;

б) від додаткового навантаження насипу ;

в) для значень .

5.21 Розраховуємо осідання кожного і-го шару ґрунту основи в межах встановленої товщі ґрунтової основи по формулі:

(5.16)

’

5.22 Визначається сумарне осідання стискаємої товщі ґрунтів основи:

(5.17)

5.23 Визначаємо додатковий об’єм ґрунту, який необхідно досипати на 1м її довжини у зв’язку з осіданням основи:

(5.18)

Таблиця 5.1 – Розрахункові значення параметрів.

Тип грунтів основи по пластам	Номер шару	Товщина шарів H, м	Глибина границь шарів Z, м	Відносна глибина 	Коефіцієнт 	Напруження від власної ваги шару грунту основи		Напруження від додаткового навантаження насипу			0,2zg, тс/м2		Осдідання шару S, м
						zg, тс/м2	срzg, тс/м2		zp, тс/м2	срzp, тс/м2
Суглинок	1	3	3	0,053	0,997	5,49	2,76		41,45	40,02		1,1		0,069
Суглинок	2	3	6	0,11	0,994	10,98	8,24		38,59	35,8		2,2		0,123
Суглинок	3	3	9	0,16	0,991	16,47	13,73		33,01	30,24		3,29		0,156
Суглинок	4	3	12	0,21	0,988	21,96	19,22		27,47	24,72		4,39		0,17
Суглинок	5	3	15	0,27	0,984	27,45	24,71		21,96	19,22		5,49		0,165
Суглинок	6	3	18	0,32	0,982	32,94	30,2		16,47	13,76		6,59		0,143
Суглинок	7	3	21	0,37	0,979	38,43	35,69		11,05	8,35		7,69		0,1
Суглинок	8	3	24	0,42	0,972	43,92	41,18		5,64	2,95		8,78		0,04
Суглинок	9	3	27	0,48	0,967	49,91	46,67		0,26	-2,4		9,88		-0,037
Суглинок	10	3	30	0,53	0,923	54,9	52,16		-5,05			10,98

Висновок: Параметри, які розраховувались в п`ятому розділі зведені в

таблиці 5.1, при яких забезпечується стійкість високого

насипу на основі з суглинистих ґрунтів. Осідання основи під

високим насипом складає 0,929м. Для того, щоб зберегти

рівність дороги від осідання насипу, необхідно досипати

70,08 м³ ґрунту на 1м її довжини.

СПИСОК ЛIТЕРАТУРИ

1. Бабков В.Ф., Безрук В.Н. Основыгрунтоведения и механики грунтов. –М.: Высшая школа, 1986г.

2. Котов М.Ф. Механыка грунтов в примерах. –М.: Высшая школа, 1988г.

3. Автомобильные дороги. Примеры проектированияю–М.: Транспорт, 1983г.

4. Маслов Н.Н. Основы инженерной геологии и механики грунтов. –М.: Высшая школа 1982г.

5. ДБН В.2.3.-4-2000 Автомобільні дороги.-Київ,2000.

6. СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений.

7. Пособия по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП2.02.01-83). –М.: Стройиздат, 1986г.

8. Методические рекомендации по дорожному районированию УССР /Сост. В.М. Сиденко, В.А. Анфимов, М.Н. Гудзинский. – Харьков: ХАДИ, 1974

9. Методические рекомендации по назначению рассётных параметров грунтов при проектировании дорожных одежд в УССР /Сост. Сост. В.М. Сиденко, В.А. Анфимов, В.Г. Кравченко, М.Н. Гудзинский. – Харьков: ХАДИ, 1974

10. Методические указания По оформлению учебно-конструкторской документации в дипломных и курсовых проектах для студентов специальности 1211 /Сост. В.П. Кожушко, С.Н. Краснов, Н.П. Лукин. –Харьков: ХАДИ, 1986г.