270102.65
«Промышленное и гражданское строительство»
Контрольная работа
по дисциплине: «Механика грунтов»
Вариант 9
Выполнил студент группы: 7510с Халиков Н.К.
Проверил ст. преподаватель Четырчинский А.В.
Чистополь
Содержание
Введение
. Геологическое строение оснований
. Определение напряжений в массивах грунтов
. Практические методы расчета конечных деформаций оснований фундаментов
Заключение
Литература
Введение
Механика грунтов, основания и фундаменты вместе с инженерной геологией и охраной природной среды составляют особый цикл строительных дисциплин. Предметом его изучения являются материалы, как правило, природного происхождения - грунты и их взаимодействие с сооружениями. Если конструкционные материалы приготавливаются технологами так, чтобы они обладали заданными строительными свойствами, то грунты каждой строительной площадки имеют самостоятельную историю образования. Состав, строение и свойства грунтов разных строительных площадок определены природой и могут существенно различаться, требуя каждый раз специального изучения.
Поведение грунтов под нагрузками сопровождается сложными процессами, во многом отличающимися от поведения конструкционных материалов. Это потребовало разработки специальных экспериментальных методов и теоретического аппарата механики грунтов для описания процессов их деформирования и разрушения.
Нормальная эксплуатация здания или сооружения во многом зависит от того, насколько правильно запроектировано и осуществлено его взаимодействие с основанием. Это же в значительной мере влияет на стоимость и сроки строительства.
Поэтому цель настоящего курса - научить будущих инженеров-строителей обоснованию и принятию оптимальных решений по устройству оснований и фундаментов зданий и сооружений промышленного и гражданского назначения в различных инженерно-геологических условиях.
1. Геологическое строение оснований
Сооружение редко располагается на каком-либо одном грунте. Обычно в основании оказывается несколько типов грунтов. Тогда кроме оценки свойств каждого грунта возникает не менее важная задача - схематизация геологического строения основания, т.е. выделение внутренне однородных объемов разных грунтов и проведение границ между ними.
По предложению Н. В. Коломенского однородные части в геологической среде называют инженерно - геологическими элементами. Однородность элемента рассматривается как статистическое понятие, т.е. принимается, что характеристики грунта в его границах изменяются случайно, причем величина изменения этих характеристик не должна превышать определенных пределов. Обычно, выделение инженерно-геологических элементов основания производится по данным анализа характеристик физико-механических свойств грунтов. Тогда приведенные выше понятия нормативных и расчетных характеристик в среднем определяют свойства грунта в границах выделенного инженерно-геологического элемента.
Практически при проведении границ между инженерно-геологическими элементами сначала строят геологическую гипотезу о расчленении грунтовой толщи. При этом, во-первых, проводят границы между грунтами разного происхождении. Во-вторых, между грунтами различного наименования внутри каждого возрастного комплекса и, в-третьих, между грунтами различного состояния. Схематизация геологического строения основания является сложной геологической задачей, от правильного решения которой во многом зависит достоверность последующих расчетов, а следовательно, и судьба сооружения.
Форма и размеры геологических тел в основании сооружений. Инженерно-геологические элементы формируют в массиве грунтов геологические тела. Самой распространенной формой залегания осадочных горных пород, т.е. всех нескальных и скальных грунтов, является слой. Слоем называют внутренне однородное геологическое тело, ограниченное в пределах рассматриваемой области двумя непересекающимися поверхностями: подошвой и кровлей. Расстояние между этими поверхностями называют мощностью слоя. Внутри слоя залегает грунт одного наименования, но не обязательно одного строения. Например, часть слоя суглинка может находиться в мерзлом, часть- в талом или маловлажном состоянии и т.п. Положение границы между грунтами различного состояния может меняться со временем в естественных условиях и тем более после освоения территории. Границы же слоев значительно более устойчивы. Хотя выветривание и некоторые техногенные воздействия на грунты способны изменить их состав настолько, что с течением времени изменяется наименование грунта, а с ним и положение границы слоя.
Слой скальных грунтов, подстилающий толщу нескальных в строительной практике часто называют коренной породой.
Л и н з о й называют внутренне однородное геологическое тело, ограниченное в пределах рассматриваемой области замкнутой поверхностью.
В определениях слоя и линзы использовалось понятие «рассматриваемой области». Можно следующим образом определить это понятие. Если известно пятно застройки сооружения, то рассматриваемой областью будет, по существу, основание этого сооружения, т.е. та часть массива, в которой под влиянием нагрузок от сооружения происходят деформации грунта. Поскольку инженерно-геологическая модель массива грунта часто строится до выбора конкретного места для сооружения, рассматриваемой областью будет являться вся часть слоистой толщи или массива, попадающая на геологический разрез. Тогда слоем будет геологическое тело, границы которого пересекают вертикальные границы разреза; линзой - геологическое тело, замкнутое внутри разреза.
Если геологическое тело входит с одной стороны в разрез и заканчивается в нем, говорят, что имеет место в ы к л и в а н и е с л о я.
Мощности слоев и линз могут быть невелики (несколько дециметров), но могут быть и значительны. Обычно мощность слоев и линз изменяется в пределах метров, но иногда достигает 10 и даже 30 м. Однородные слои мощностью более указанных значений встречаются крайне редко. Мощность слоя в таких случаях на разрезе может быть показана лишь частично. В расчетной схеме такой мощный слой обычно рассматривается как полупространство.
Слои мощность менее 0,5 м, как правило, не выделяются. Их необходимо выделять только в тех случаях, когда такой маломощный слой сложен породой с резко отличными инженерно-геологическими свойствами. Например, выделяется песчаный водопроводящий слой суглинка или слой слабого глинистого грунта среди водонасыщенных песков и т.п. В подобных случаях в инженерно-геологической модели показывают даже совсем тонкие слои, которые не могут быть изображены в масштабе разреза.
Очень тонкое однородное геологическое тело, ограниченное двумя непересекающимися поверхностями, называют п р о с л о е м.
В расчетной схеме прослой часто моделируют поверхностью, в простейшем случае - плоскостью. Правильное изображение прослоев имеет исключительно большое значение. Например, при прогнозе устойчивости склонов и при расчете фильтрации.
Жила - это внутренне однородное геологическое тело, протяженное и пересекающее слои.
З о н о й называют часть массива или толщи. Где происходят закономерные постепенные изменения свойств грунтов с глубиной или же в каком-либо другом определенном направлении. Например, по нормали к крупной наклонной трещине. Зона - это область перехода от грунтов с одними свойствами к грунтам с другими свойствами.
Зоны выделяются обычно в тех случаях, когда закономерны изменения прослеживаются в пределах нескольких метров по разрезу.
Проведение изысканий регламентируется нормативными документами и действующими инструкциями. Инженерно-геологические изыскания должны производиться. Как правило, территориальными изыскательскими, а также специализированными изыскательскими и проектно-изыскательскими организациями.
Повышение качества инженерных изысканий позволяет при проектировании фундаментов резко повысить технико-экономические показатели. Так, опыт ряда проектных институтов свидетельствуют о том, что увеличение затрат на изыскания на 5…10% дает возможность снизить стоимость фундаментов на 20…30%.
. Определение напряжений в массивах грунтов
Напряжения в массивах грунтов, служащих основанием, средой или материалом для сооружения, возникают под воздействием внешних нагрузок и собственного веса грунта. Знание напряжений необходимо для расчетов деформаций грунтов, обусловливающих осадки и перемещения сооружений, для оценки прочности, устойчивости грунтов и давления на ограждения. Кроме того, для расчетов конструкций фундаментов сооружений необходимо знать реактивные напряжения, возникающие в контакте между фундаментом и основанием.
Распределение напряжений в грунтовой толще зависит от многих факторов. Прежде всего к ним относятся характер и режим нагружения массива, инженерно-геологические и гидрогеологические особенности площадки строительства, состав и физико-механические свойства грунтов. Формирование напряжений в грунтовой толще происходит не мгновенно при приложении нагрузки, а может развиваться весьма длительное время. Это связано со скоростью протекания деформаций и особенно сильно проявляется в пылевато-глинистых грунтах, где процессы фильтрационной консолидации и ползучести развиваются очень медленно.
Под действием собственного веса в массивах грунтов всегда формируется начальное напряженное состояние, иногда осложняемое различными геодинамическими процессами. Поэтому напряжения, возникающие в массивах грунтов от действия сооружения, накладываются на уже имеющиеся в нем собственные напряжения.
Это приводит к формированию сложного поля напряжений в грунтовой толще. Таким образом, определение напряжений в массиве грунтов представляет собой сложную задачу. Во многих случаях при инженерных расчетах решение этой задачи основывается на ряде упрощающих допущений, которые были рассмотрены.
Напомним, что к ним относятся предположения об однородности строения массива, изотропии механических свойств грунтов и их линейной деформируемости. Это позволяет для расчетов напряжений в грунтах использовать хорошо разработанный аппарат линейной теории упругости.
Определенное с помощью теории упругости поле напряжений соответствует конечному, стабилизированному, состоянию грунтов, т. е. тому моменту времени, когда все деформации, вызванные приложением нагрузок, уже завершились. В особых случаях, при проектировании наиболее ответственных -сооружений, а также при строительстве в сложных грунтовых условиях, применяются и более сложные модели, позволяющие определять изменение поля напряжений в процессе деформирования грунтов.
Одним из важнейших следствий применения теории упругости к расчетам напряжений в грунтах является постулирование принципа суперпозиции, т- е. независимости действия сил. Это позволяет рассчитывать напряжения в массиве от действия собственного веса грунта и нагрузок, вызываемых сооружением, независимо друг от друга и, суммируя полученный результат, определять общее поле напряжений. Основной целью полевых испытаний следует считать повышение информативности инженерно-геологических изысканий и надежности определения прочности, деформативных и фильтрационных свойств грунтов в массивах, включая и массивы техногенного происхождения(земляные сооружения, подсыпки при планировках и заменах, отвалы и др.).
В число специфических задач испытаний входят:
изучение состояния и свойств грунтов, монолитные образцы и керны которых для лабораторных испытаний отобрать невозможно(крупнообломочных грунтов, водоносных и сыпучих песков, глинистых грунтов агрегатного сложения, некоторых илов, подверженным тиксотропным превращениям и при малейших воздействиях разжижающихся, и др.);
учет масштабного эффекта, являющегося следствием макронеоднородности массива при относительной однородности состава, сложения, состояния и свойств грунта в монолитном образце (керне);
непосредственное определение максимальной и структурной прочности грунтов в массиве;
моделирование в массиве напряжений, возникающих при техногенных воздействиях на грунты-основания и среду проектируемых сооружений и зданий (бытовом плюс проектном давлениях, разгрузке массива вскрытием в нем строительных выработок, подтоплении и дренаже и др.);
моделирование поведения грунтов в замачиваемых, оттаивающих, промораживаемых, набухающих, проседающих массивах, при явлениях тиксотропии и др.;
моделирование взаимодействия грунтов и свай в массиве.
В гидроэнергетическом и некоторых других видах строительства в полевых испытаниях устанавливают также естественное напряженное состояние грунта в массиве на заданной глубине (бытовое и поровое давления, диагенетические и постгенетические напряжения и др.).
. Практические методы расчета конечных деформаций оснований фундаментов
Расчет осадок методом послойного суммирования.
Вначале производится привязка фундамента к инженерно-геологической ситуации основания, т. е. совмещение его оси. При известных нагрузках от сооружения определяется среднее давление на основание по подошве фундамента р. Затем по правилам, приведенным в § 5.4, начиная от поверхности природного рельефа строится эпюра природного давления по оси фундамента. Зная природное давление в уровне подошвы фундамента, определяют дополнительное вертикальное напряжение в плоскости подошвы фундамента. В соответствии с изложенным в том же масштабе строят эпюру дополнительных напряжений по оси фундамента.
Построив эпюры природного давления и дополнительного напряжения, находят нижнюю границу сжимаемой толщи. Эту операцию удобно выполнять графически, для чего эпюру природного давления, уменьшенную в 5 или 10 раз (в зависимости от условия ограничения сжимаемой толщи), совмещают с эпюрой дополнительных напряжений. Точка пересечения линий, ограничивающих эти эпюры, и определит положение нижней границы сжимаемой толщи.
Сжимаемую толщу основания разбивают на элементарные слои так, чтобы в пределах каждого слоя грунт был однородным. Обычно толщину каждого элементарного слоя принимают не более 0.5. Зная дополнительное напряжение в середине каждого элементарного слоя, определяют сжатие этого слоя. Нормы допускают принимать значения безразмерного коэффициента р равным 0,8.
Заключение
В зависимости от типа, назначения, конструктивных и технологических особенностей сооружения - с одной стороны, от особенностей геологического строения основания, физико-механических свойств грунтов и возможных их изменений в результате строительства и эксплуатации сооружения - с другой, сложность устройства оснований и фундаментов может быть различна. Этому соответствует широкая номенклатура типов фундаментов и способов улучшения строительных свойств грунтов оснований, обеспечивающая возможность строительства и нормальной эксплуатации любых сооружений в самых сложных инженерно геологических условиях.
Однако стоимость, трудоемкость и длительность работ, связанных с устройством оснований и возведением фундаментов в сложных инженерно-геологических условиях, может составлять весьма значительную часть общих расходов на строительство сооружения. Поэтому всегда важно оценить технико-экономическую целесообразность размещения тех или иных сооружений в определенных инженерно-геологических условиях.
Очень важной составляющей всего комплекса являются инженерно - геологические и геотехнические изыскания на площадке предполагаемого строительства. Необходимо всегда помнить, что изыскания проводятся для проектирования и строительства определенного сооружения или комплекса сооружений. Поэтому программа изысканий должна учитывать специфические особенности проектируемых зданий и сооружений.
А рекомендации изыскателей содержать конкретную информацию, необходимую для проектирования и строительства именно этих зданий и сооружений. Целесообразна, особенно в сложных инженерно-геологических условиях, тесная взаимосвязь между проектировщиками и изыскателями, что позволит своевременно вносить необходимые коррективы в программу изысканий, а в случае необходимости - и в проект сооружения
Литература
1.С.Б.Ухов, В.В.Семенов, В.В.Знаменский, З.Г. Тер-Мартиросян, С.Н. Чернышев. Механика грунтов, основания и фундаменты / Учебное пособие: - М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2005 г. - 528с.