Проверка устойчивости дорожной насыпи

Целью курсовой работы является приобретение студентом практических навыков по дисциплине «Механика грунтов». B курсовой работе необходимо выполнить проверку устойчивости дорожной насыпи на прочном (задача 1) и слабом грунтовых основаниях (задача 2), запроектировать мероприятия по ее обеспечению.

Работа состоит из пояснительной записки, оформленной в соответствии c требованиями ГОСТа. Расчетные схемы следует выполнять на миллиметровой бумаге формата A4 c соблюдением масштаба.

После названия каждого раздела работы указан его объем (в процентах от общего объема курсовой работы), который учитывается преподавателем при аттестации студента в контрольные недели. При этом учитываются только полностью решенные и оформленные задачи.

1. Подготовка исходных данных

Рисунок 1.1 Расчётная схема насыпи и её основания

Таблица 1.1. Отметки геологического разреза основания насыпи

Таблица 1.2. Физические характеристики грунтов основания

Таблица 1.3. Механические характеристики грунтов основания

Таблица 1.4. Характеристики насыпи

Вычисляем физические характеристики грунта слоёв основания и определяем консистенцию глинистого грунта:

1-й слой основания — супесь:

* Удельный вес грунта по группам предельных состояний

(1.1)

где g-ускорение свободного падения (g=9,81м/с)

* Плотность грунта во взвешенном состоянии

т/м (1.2)

гдеплотность воды (=1,0 т/м)

т/м

* Удельный вес грунта во взвешенном состоянии

кН/м (1.3)

кН/м

* Для глинистого грунта каждого слоя дополнительно определяют:

число пластичности

(1.4),, (1.5)

Вывод. Согласно прил. 2,1-й слой основания сложен супесью пластичной.

2-й слой основания — суглинок:

* Удельный вес грунта по группам предельных состояний

(1.6)

где g-ускорение свободного падения (g=9,81м/с)

* Плотность грунта во взвешенном состоянии

т/м (1.7)

гдеплотность воды (=1,0 т/м)

т/м

* Удельный вес грунта во взвешенном состоянии

кН/м (1.8)

кН/м

* Для глинистого грунта каждого слоя дополнительно определяют:

число пластичности

(1.4)

(1.5)

Вывод. Согласно прил. 2, 2-й слой основания сложен суглинком мягкопластичным.

3-й слой основания — глина:

* Удельный вес грунта по группам предельных состояний

(1.9)

где g-ускорение свободного падения (g=9,81м/с)

* Плотность грунта во взвешенном состоянии

т/м (2.0)

гдеплотность воды (=1,0 т/м)

т/м

* Удельный вес грунта во взвешенном состоянии

кН/м (2.1)

кН/м

* Для глинистого грунта каждого слоя дополнительно определяют:

число пластичности

(2.2)

(2.3)

Вывод: Согласно прил. 2, 3-й слой основания сложен глинами полутвёрдыми.

* Вычисляем удельный вес грунта насыпи:

дорожная насыпь усадка устойчивость

2. Обеспечение общей устойчивости откосной части насыпи

2.1 Проверка общей устойчивости откосной части насыпи

Таблица 2.1. Значение углов и

(2.1)

где — вес грунтовой призмы, кН; - тангенс угла внутреннего трения грунта насыпи по первой группе предельных состояний; - угол наклона поверхности скольжения к горизонтали в пределах выделенной призмы, град; -удельное сцепление грунта насыпи по первой группе предельных состояний, кПа; R-радиус образующей поверхности скольжения, м; -абсцисса и ордината проекции центра тяжести грунтовой призмы на поверхность скольжения, м; b=1,0 м; -угол раскрытия дуги, ограничивающей оползающий массив.

Коэффициент устойчивости определяется по формуле

(2.2)

где — коэффициент надёжности по назначению сооружения; -коэффициент сочетания нагрузок (=0,9); -коэффициент перегрузки (=1,2); коэффициент условия работы ()

Таблица 2.2

Значение коэффициента надёжности по назначению сооружения

При R=11,8 м (центр кривой совпадает с точкой О) длина дуги КЦПС Таблица 2.3

Вывод. Так как <=1,46, откосная часть насыпи не устойчива При R=12,6 м длина дуги КЦПС Таблица 2.4

Вывод. Так как <=1,46, откосная часть насыпи не устойчива.

При R=13,4 м длина дуги КЦПС Таблица 2.5

Вывод. Так как <=1,46, откосная часть насыпи не устойчива.

При R=14,4 м длина дуги КЦПС Таблица 2.6

Вывод. Так как <=1,46, откосная часть насыпи не устойчива.

При R=16,0 м длина дуги КЦПС

Таблица 2.6

Вывод. Так как <=1,46, откосная часть насыпи не устойчива. Наименьший коэффициент устойчивости откосной части насыпи получен при радиусе R=14,4 м. Эта КЦПС соответственно считается наиболее опасной. Так как устойчивость откосной части насыпи не обеспечена, принимается решение об армировании откосной части насыпи.

2.2 Расчёт параметров армирования откосной части насыпи геотекстильным материалом

Предельное значение растягивающих напряжений в грунте определяется по формуле

(2.3)

где — коэффициент, принимаемый по табл.2.7.

Таблица 2.7

Значение коэффициента

где значение найдено по таблице 2.7 методом интерполяции при =18составляет 0,91

Значение допустимого растягивающего напряжения для прослойки ГМ определяется по формуле

(2.4)

гдепрочность ГМ на растяжения (=70 Н/см); Т — нормативный срок службы насыпи (Т=50лет) -толщина прослойки ГМ (=4мм) принимаем

Расчёт момента сдвигающих сил приведён в таблице 2.8.

Таблица 2.8

Определяем число необходимых прослоек ГМ при требуемой величине коэффициента устойчивости откоса =1,46

(2.5)

где; -предельное значение растягивающих напряжений в грунте, кПа; - допустимое значение растягивающего напряжения для прослойки ГМ, кПа; -толщина прослойки ГМ (=4мм).

— требуемый коэффициент устойчивости откоса, рассчитывается по формуле (2.2)

Принимаем 7 прослоек Длину заделки ГМ в тело насыпи определяем по формуле

(2.6)

где и удельный вес и толщина слоя грунта над верхней прослойкой (в данном случае = ;); и — прочностные характеристики по контакту «прослойка ГМ — грунт» (=; =0,1)

Согласно выполненным расчётам располагаем армирующие прослойки в теле насыпи

3. Обеспечение устойчивости основания насыпи

3.1

Находим ширину насыпи по средней линии:

(3.1)

Так как мощность слабого грунта H=2,5 м меньше, чем ширина насыпи по средней линии, прогноз длительности осадки может быть осуществлён по схеме одномерного сжатия

Время достижения заданной величины относительной деформации определяется по формуле (3.2), а результаты расчёта приводим в виде табл. 3.2.

(3.2)

где — коэффициент, величина которого зависит от величины относительной осадки; - величина осадки на какой-либо момент времени, м; - конечная осадка насыпи, м — расчётный путь фильтрации воды, отжимаемой из слоя, принимаемый равным мощности слоя слабого грунта, см; - коэффициент консолидации, определяемый путём консолидации, определяемый путём консолидационных испытаний (принимаем).

Таблица 3.1

Значение коэффициента

Таблица 3.2

Вывод. Капитальное покрытие на данной насыпи можно устраивать не ранее чем через 615 суток после отсыпки. Устройство облегчённого покрытия возможно через 500 суток со времени отсыпки насыпи.

3.2 Проверка устойчивости слабого основания насыпи

Находим удельный вес грунта насыпи, (плотность грунта принимается по первой группе предельных состояний):

Расчёт конечной осадки насыпи выполняем по II группе предельных состояний в табличной форме табл. 3.3

Таблица 3.3

Напряжение от давления, создаваемого насыпью в центре её подошвы на глубину z, вычисляют по формуле

(3.3)

гдекоэффициент, учитывающий изменение напряжений по глубине z принимаем по приложению в зависимости от и; a-длина горизонтальной проекции откоса, м; - нормальное напряжение по подошве насыпи, кПа

(3.4)

Суммарную осадку насыпи определяют путём суммирования осадок отдельных слоёв сжимаемой толщи по формуле

(3.5)

где — среднее вертикальное напряжение вом слое грунта от веса насыпи, кПа; -толщинаго слоя грунта, м; -модуль деформации грунтаго слоя, кПа Расчётная высота насыпи определяется по формуле

(3.6)

гдеудельная нагрузка на поверхности проезжей части от колеса расчётного автомобиля, кН (=100 кН); - коэффициент приведения подвижной нагрузки к эквивалентной статической при расчёте устойчивости.

Величина коэффициента приведения устанавливается по формуле т.к. H>B/4 (4,2>15/4=3,7м)

(3.7)

где Н-мощность слабой толщи, м D-диаметр отпечатка расчётного колеса, м (D=0,37м) Максимальное напряжение на поверхности основания находим по формуле

(3.8)

где удельный вес грунта насыпи,; расчётная высота насыпи, м; конечная осадка основания насыпи, м Так как (0,11 м < 1,0 м), то принимаем

Безопасная нагрузка определяется по формулам при расчёте на быструю отсыпку

(3.9)

где — начальное приведённое сцепление, т. е. то которое грунт имеет до приложения расчётной нагрузки, кПа

(3.10)

при расчёте на медленную отсыпку

(3.11)

где конечное приведённое сцепление, т. е. то, которое грунт будет иметь после завершения процесса уплотнения под расчётной нагрузкой, кПа.

В формулах (3.10) и (3.12) и — соответственно начальное и конечное удельное сцепление грунта; исоответственно начальный и конечный угол внутреннего трения грунта. В данной курсовой работе допускается принимать, что =, , и (см табл.1.3).

(3.12)

Степень устойчивости устанавливается по величине коэффициента безопасности:

(3.13),

(3.14),

Вывод. Так как, то в соответствии с табл. 3.3 тип основания III. Таким образом, необходимо удаление слабого грунта либо изменение конструкции насыпи.

Библиографический список

1. Бабков В. Ф., Безрук В. М. Основы грунтоведения и механики грунтов. — М.: Высшая школа, 1986. — 239 c.

2. ВСН 49−86. Указания по повышению несущей способности земляного полотна и дорожных одежд c применением синтетических материалов. — М.: Транспорт, 1988. — 64 c.

3. Костергин Э. В. Основания и фундаменты. — М.: Высшая школа, 1990. — 431 c.

4. ГОСТ 25 100–95. Грунты. Классификация. — М.: Госстрой России, 1996. — 18 c.

5. СНиП 2.05.02−85. Автомобильные дороги. — М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. — 56 c.

6. Пособие по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах (к СНиП 2.05.02−85) / Союздорнии Минтрансстроя СССР. — М.: Стройиздат, 1989. — 192 c.