Лабораторный практикум 1.Крупина.Основания и фундаменты

Плотность песчаных грунтов можно определить и по степени плотности:

где emax , emin – соответственно max и min коэффициенты порис-

тости грунта в наиболее рыхлом и плотном состоянии; е – коэффициент пористости при заданном состоянии.

По степени плотности ID пески подразделяют согласно табл. 3.

1.5 Физико-механические свойства грунтов

Связность грунтов – способность сопротивляться внешнему усилию (нагрузкам), стремящемуся разъединить частицы грунта. Связность грунтов – это способность тонкодисперсных грунтов образовывать после смачивания их водой и последующего высушивания компактную массу, не распадающуюся на отдельные элементарные частицы. По этому признаку грунты разделяют на связные (глины, суглинки, супеси) и несвязные (пески, крупнообломочные грунты).

Липкость грунтов – способность прилипать к поверхности различных предметов, приходящих с ними в соприкосновение при определенном содержании влаги, она измеряется в паскалях. Начинает проявляться лишь при влажности, несколько большей влажности на границе раскатывания и достигает максимума при влажности, несколько меньшей границы текучести.

Набухаемость грунтов – способность грунтов увеличивать свой объем в процессе смачивания водой или другими жидкостя-

10

ми. Характеризуется числом набухания – приращение объема набухшего грунта в процентах от объема сухого.

Усадка грунтов – способность влажных грунтов уменьшать свой объем при высыхании. Обладают ей только связные грунты, при этом уменьшение объема до известного предела равно количеству испарившейся воды. При определенной влажности, называемой пределом усадки, объем образца перестает уменьшаться, но испарение воды продолжается и, следовательно, масса образца убывает. В результате грунт становится плотнее, что увеличивает его сопротивление деформациям. Усадка характеризуется уменьшением размеров или объема.

1.6 Схемы одно-, двух- и трехфазных грунтов

Поры грунта могут быть заполнены влагой и воздухом (или газом), объемы которых находятся в обратной зависимости друг от друга. В большинстве случаев грунт представляет собой тело, состоящее из трех фаз: твердой, жидкой и газообразной (воздушной). Однако онможетбытьивсостоянии двухили однофазной системы.

Твердая фаза состоит из частиц различных минералов или обломков горных пород, реже из слабо разложившихся растительных остатков(торфяные массивы – болота).

Жидкая фаза представлена различными формами воды. Свободная вода обычно представляет собой водный раствор, который содержит в себе различные растворенные вещества в большем или меньшемколичестве.

Газообразная фаза – это воздух, заполняющий поры (частично или полностью в зависимости от содержания в порах жидкой фазы). По своему составу он всегда отличается от атмосферного. Твердая, жидкая, газообразная фазы грунта обладают различной подвижностью и сжимаемостью при передаче на грунт механических нагрузок. Учет особенностей поведения и свойства грунтов в связи с соотношениемтвердых, жидких игазообразных фазвесьма сложен.

1.7 Механические свойства грунтов

Врыхлых горных породах при действии внешней нагрузки возникают как общие деформации (присущие всем твердым телам), так и деформации, вызванные взаимными перемещениями твердых минеральных частиц. Если при действии внешних сил структурные

11

связи между минеральными частицами не нарушаются, то грунты деформируются как сплошное тело. При нарушении структурных связей грунта деформации будут обусловлены главным образом взаимными перемещениями его частиц. Поэтому кроме общих закономерностей, которым подчиняются деформации сплошных тел, грунты обладают рядом особенностей изакономерностей, обусловленных природой рыхлых горных пород как минерально-дисперсных образований. Эти закономерности носят название основные закономерности механики грунтов. К ним относятся: сжимаемость грунтов, обусловленная изменением пористости и, следовательно, общего их объема; водопроницаемость, изменяющаяся в процессе уплотнения; контактная сопротивляемость сдвигу; деформируемость. При статической нагрузке, большей прочности структурных связей в грунте возникают упругие (восстанавливающиеся) и остаточные деформации.

1.8Расчет осадок сооружений

Всвязи с расчетом оснований сооружений по предельным деформациям определение деформации грунтов под действием внешних сил имеет большое практическое значение. Расчет оснований фундаментов производят с целью ограничения абсолютных или относительных перемещений фундаментов, чтобы обеспечить нормальную эксплуатацию зданий и сооружений, долговечность которых не снижается вследствие возникновения недопустимых осадок, кренов, подъемов и т.д.

Вседеформацииоснованияможноразделитьнанескольковидов:

1)осадки – деформации, которые не вызывают коренного изменения структуры грунта и происходят вследствие уплотнения грунта под влиянием внешних нагрузок или (в отдельных случаях) собственного веса грунта;

2)просадки – деформации в результате коренного изменения структуры грунта под воздействием внешних нагрузок, собственного веса грунта и влиянием дополнительных факторов (замачивание просадочного грунта, оттаивание ледовых прослоек

вгрунте и т.д.);

3)подъемы и осадки – деформации, обусловленные изменением объемов некоторых грунтов при изменении их влажности или воздействии химических веществ (набухание и усадка), замер-

12

зании воды и оттаивании льда в порах грунта (морозное пучение

и оттаивание грунта);

4)оседание – деформации поверхности грунта в результате разработкиполезныхископаемых, пониженияуровнягрунтовыхводит.д.;

5)горизонтальные перемещения – деформации в результате воздействия горизонтальных нагрузок на основание (подпорные стены) или, как следствие, значительных вертикальных перемещений поверхностей грунта при оседаниях, просадках грунта от собственного веса и т.п.

Расчет оснований фундаментов по деформациям производят

где S – совместная деформация основания и сооружения; Sпр – предельное значение совместной деформации основания и сооружения. (учитывая, что a0 = ѓА/ E0 ).

1.8.1 Расчетосадкифундаментаметодомпослойного суммирования

Для расчета необходимо иметьследующиеданные:

-инженерно-геологические условия строительной площадки с указанием мощностислоевгрунта(литологический разрез);

-физико-механические свойства грунтов основания в пределах активнойзоныиуровеньгрунтовых вод;

-размер и форму фундаментов, чувствительность здания к неравномернымосадкам;

-данные о глубине заложения фундаментов и нагрузке на грунт отнадфундаментных конструкций.

Расчет осадок методом послойного суммирования заключается

втом, что осадку грунта под действием сооружения определяют как сумму осадок элементарных слоев грунта такой толщины, для которой можно принимать без особых погрешностей средние значения действующих напряжений ихарактеристик грунтов.

13

В соответствии со СНиП 2.02.01-83 расчет осадок отдельно стоящих фундаментов методом послойной суммирования производится с использованием расчетной схемы основания в виде однородного линейно-деформируемого полупространства с условным ограничением глубинысжимаемой толщи(рис. 3).

Рис. 3 – Схема для определения нижней границы сжимаемой толщи

14

Рекомендуется следующий порядок расчета:

1)толщу грунта под фундаментом разбивают на полоски толщиной hi ≤ 0,4b, до глубины, равной примерно 5b;

2)вычисляют природное давление на уровне подошвы фундамента и на границах полосок и строят эпюру природных давлений (рис. 3, слева);

3)определяют природные давления в серединах полосок как полусумму граничных значений в следующем порядке (табл. 4):

1)вычисляют дополнительное давление на грунт от сооружения в уровне подошвы фундамента по формуле σzpo = P −σzq0 ,

если b < 10 м; если b ≥ 10 м, то принимают σzpo = P , где P = ebN – среднее расчетное давление по подошве фундамента;

2)определяют расстояния Zi от подошвы фундамента до границ полосок hi;

3)определяют параметры η = bl ;ξ = 2bz и затем по таблице 1

СНиП2.02.01-83 стр. 30 находят значение коэффициентов αi ;

4)Вычисляют дополнительные давления на границах полосок и находят их значения в серединах полос (табл.5):

15

5)строятэпюрудополнительных напряжений (рис. 3, справа);

6)путем сопоставления σzqi и σzpi находят ту глубину, где

существует соотношение σzpi ≤ 0,2σzqi , это и есть нижняя

граница сжимаемой толщи – граница основания, если найденная нижняя граница сжимаемой толщи заканчивается в слое грунта с модулем общей деформации Е < 5 МПа или слой залегает непосредственно ниже этой границы, то он включается в ее состав и

при этом определяется соотношением σzp = 0,1σzq . 5) определяют осадку фундамента по формуле:

где n – число слоев, на которые разделена по глубине сжимаемая толща основания; hi – толщина i-го слоя грунта; Ei – модуль де-

формации i-го слоя грунта;σzpi – среднее дополнительное верти-

кальное напряжение в i-м слое грунта; β – безразмерный коэффициент, равный 0,8.

16

2ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

2.1ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА

ПЕСЧАНОГО ГРУНТА СИТОВЫМ МЕТОДОМ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Определение гранулометрического (зернового) состава грунта, вычисление коэффициента неоднородности. Построение кривой гранулометрического состава.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ

Весовое содержание в грунте частиц различной крупности, выраженное в процентах от веса грунта, взятого для анализа, называется гранулометрическим составом грунта.

Совокупность частиц грунта с приблизительно одинаковыми размерами называется фракцией.

Песчаные грунты разделяются на: гравелистые – 25 % частиц крупнее 2 мм; крупные – 50 % частиц крупнее 0,5 мм; средней крупности – 50 % частиц крупнее 0,25 мм; мелкие – 75 % и более частиц крупнее 0,1 мм; пылеватые – менее 75 % частиц крупнее

0,1 мм.

Существуют различные методы определения гранулометрического состава грунта [4]:

1)ситовый;

2)ареометрический;

3)полевой метод Рутковского;

4)пипеточный;

5)отмучивания и набухания.

Результаты гранулометрического анализа могут быть представленыввидетаблицыиизображенывграфическом виде

По кривой гранулометрического состава (кумулятивной кривой) определяют два цифровых показателя: эффективный диаметр частиц и коэффициент неоднородности (рис. 4).

Диаметр частиц, процентное содержание которых в грунте менее 10, называется эффективным диаметром (d10).

17

Рис. 4 – Кривая гранулометрического состава

Под коэффициентом неоднородности грунта принято понимать отношение диаметра частиц, процентное содержание которых в грунтеменее60, кэффективномудиаметру

Если коэффициент неоднородности Сн > 3, то грунт считают неоднородным.

Характер кумулятивной кривой показывает степень однородности частиц, составляющих грунт. Если кривая крутая, то грунт однородный, если пологая – неоднородный.

Данные зернового состава используют для установления вида грунта, оценки пригодности грунта для отсыпки насыпей, дамб, плотин, оценки грунта как материала для покрытия дорог и в качестве заполнителя бетона и асфальтобетона.

Гранулометрический состав грунта может быть определен в лаборатории ситовым методом (просеивание грунта черезнаборсит).

ПРИБОРЫ И ИНСТРУМЕНТЫ

Весы лабораторные, набор стандартных сит, нож, стаканчики, песчаный грунт, совок.

18

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Методом квартования (разделение ножом на 4 приблизительно равные части) определить среднюю пробу грунта. Масса средней пробы должна составлять 250–500 г.

2.Стандартные сита монтируют в колонку, перемещая их от поддона в порядке увеличения размера отверстий. На верхнее сито надеть крышку.

3.Среднюю пробу грунта взвесить на лабораторных весах.

4.Взвешенную пробу просеять через набор сит с поддоном.

5.Фракции грунта, задержавшиеся после просеивания на каждом сите и прошедшие в поддон, следует пересыпать в заранее взвешенные стаканчики и взвесить.

6.Сложить веса всех фракций. Если полученная сумма превышает вес взятой для анализа пробы более чем на 1 %, то анализ следует повторить.

7.Определить процентное содержание каждой фракции грунта и занести в табл. 6, в порядке накопления, начиная с наименьшей.

8.По данным таблицы построить кривую гранулометрического состава, в порядке накопления (кумуляции).

9.Проведя горизонтали на 60 % и 10 % до пересечения с кривой и опустив перпендикуляры, определить коэффициент неоднородности.

10.Определить вид песчаного грунта (см. теоретические положения по процентному содержанию различных частиц).

19