Расчет напряженно-деформированного состояния оснований фундаментов сооружений и их устойчивости

Расчетное задание По дисциплине: «Механика грунтов»

Тема Расчет напряженно-деформированного состояния оснований фундаментов сооружений и их устойчивости

2009 г.

Исходные данные

Схемы сооружений

Раздел I.

1. Характеристики сооружений и действующих нагрузок

2. Характеристика грунтов

Раздел II.

1. Характеристика действующих нагрузок

2. Характеристика грунтов

Раздел I

1.1 Определение вертикальных нормальных напряжений в плоскости подошвы фундамента сооружения

Характеристики сооружений и действующих нагрузок

Напряжение по подошве сооружения от сил и определяются по формулам внецентренного сжатия для случая плоской деформации.

где

Эпюра в виде реакции основания по подошве сооружения показана на рис. 5.

1.2 Расчет осадки сооружения

1. Характеристики сооружений и действующих нагрузок

2. Характеристика грунтов

Расчет осадки сооружения выполняем методом послойного суммирования, который заключается в делении сжимаемой толщи на расчетные слои и суммировании деформаций этих отдельных слоев.

Полная осадка сооружения равна сумме осадки погашения разбухания, вызванного снятием нагрузки при отрытии котлована, и собственно осадки от части веса сооружения

()

В данном расчете величину разбухания не учитываем.

Определение осадки сооружения от нагрузки .

Начальное напряжение в основании сооружения до приложения нагрузки равно напряжению, существовавшему до отрытия котлована:

После приложения нагрузки напряжение увеличилось до:

,

где — напряжение от внешней нагрузки

.

Среднее значение распределенной нагрузки

;

тогда среднее значение

.

Строим эпюры напряжений от собственного веса грунта и приложенной нагрузки:

- от собственного веса грунта

() :

() :

- от приложенной нагрузки:

где принимаем из табл. 1.2.1.

Таблица 1.2.1

Результаты представим в табл. 1.2.2

Таблица 1.2.2

По результатам расчетов находим активную глубину сжатия, в пределах которой учитываются деформации, исходя из условия

1) 3,54*0,2=0,71

2) 55,44*0,2=11,09

Таблица 1.2.3

Активная глубина сжатия

Осадка находится по зависимости

Результаты расчета представлены в табл. 1.2.4.

Таблица 1.2.4

и находим по рис. 7 в середине слоя.

— коэффициент пористости, соответствующий напряженному состоянию до приложения нагрузки;

— коэффициент пористости, соответствующий напряженному состоянию после приложения нагрузки;

Коэффициенты пористости определяем по компрессионной кривой (рис.2).

1.3 Проверка устойчивости сооружения по круглоцилиндрической поверхности скольжения

1. Характеристики сооружений и действующих нагрузок

2. Характеристика грунтов

При поверке устойчивости для ряда возможных кривых скольжения определяем коэффициент запаса и находим наиболее опасную кривую скольжения с наименьшим коэффициентом запаса .

Коэффициент запаса для произвольной круглоцилиндрической поверхности скольжения определяем по формуле

где радиус дуги окружности поверхности скольжения;

ширина полосы, на которые разбивается сдвигаемый элемент основания;

номер полосы (= 1, 2, 3, …, n);

давление на верх полосы;

давление от веса грунта столбика на основание полоски;

угол между вертикалью и радиус-вектором проведенным из центра вращения в середину подошвы полоски;

характеристики прочности грунта под подошвой полоски;

давление в поровой воде в центре подошвы полоски, .

Давление на верх полосок с номерами 1, 2, 3, 4 будет равно и определяется графически.

тс/м²;

тс/м²;

тс/м²;

тс/м².

Давление на верх полосок с номерами 5, 6, 7, 8, 9 будет равно .

Определяем давление от веса грунта столбика на основание полоски по следующей зависимости

для полосок с = 1, 2, 3, 4

где высота середины слоя столбика единичной ширины.

для полосок с = 5, 6, 7, 8, 9

Для 1 грунта, тс/м².

Для 2 грунта, тс/м².

момент активных сил.

тогда

.

1. Проводим кривую скольжения радиусом м. Все вычисления сводим в таблицу 1.3.1, все построения на рис. 8. Получаем .

2. Проводим кривую скольжения радиусом м. Все вычисления сводим в таблицу 1.3.2, все построения на рис. 9. Получаем .

3. Проводим кривую скольжения радиусом м. Все вычисления сводим в таблицу 1.3.3, все построения на рис. 10. Получаем .

По найденным строим график (рис. 11).

Получаем .

Проверка устойчивости сооружения по круглоцилиндрической поверхности скольжения.

Таблица 1.3.1

Проверка устойчивости сооружения по круглоцилиндрической поверхности скольжения.

Таблица 1.3.2.

Проверка устойчивости сооружения по круглоцилиндрической поверхности скольжения.

Таблица 1.3.3

Раздел II

Определение активного давления на подпорную стену.

1. Характеристика действующих нагрузок

2. Характеристика грунтов

Определение активного давления грунта на подпорную стену заключается в расчете и построении эпюры активного давления на стенку от действия собственно веса грунта и внешних нагрузок. Для решения этой задачи устанавливаем характерные точки по высоте стенки:

1) на уровне поверхности грунта;

2) на границе грунтов;

3) на уровне горизонта грунтовых вод;

4) на уровне нижней отметки стенки

Определение выполняется по формуле:

Расчет активного давления.

1. Определение интенсивности активного давления от собственного веса грунта.

Точка a

;

;

;

тс/м².

Точка b

тс/м²

тс/м²

Точка d:

Т.к. точка d находится на границе грунтов, то выделим точки и, находящиеся бесконечно близко к границе раздела грунтов.

Где удельный вес грунта во взвешенном состоянии, которое определяется по зависимости:, удельный вес скелета грунта.

тс/м²;

пористость

тс/м²

Тогда

тс/м²

тс/м²

тс/м²

Давление в точке определяется по зависимости

тс/м²

тс/м².

Точка e

тс/м²;

тс/м²;

Тогда

тс/м²;

тс/м²;

тс/м²

По найденным значениям строим эпюру активного давления (рис. 13).

2. Определение активного давления от нагрузки .

.

.

По найденным значениям строим эпюру активного давления (рис. 14).

3. Определение активного давления от нагрузки .

.

.

По найденным значениям строим эпюру активного давления (рис. 15).

4. Построение суммарной эпюры давления от всех нагрузок.

Для построения суммарной эпюры давления суммируем значения по всем эпюрам в характерных точках (рис. 16).

Использованная литература

1. Иванов П. Л. «Грунты и основания гидротехнических сооружений»

М., «Высшая школа», 1991 г.

2. Методические указания по оформлению пояснительных записок к курсовым и дипломным проектам — Л., ЛПИ, 1985 г.