Файл: Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей очной и заочной форм обучения Составитель се. Власова Самара 2014 3508 2.pdf

1 Министерство транспорта Российской Федерации
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ Кафедра строительных конструкций и материалов АНАЛИЗ И ОЦЕНКА СТРОИТЕЛЬНЫХ СВОЙСТВ
ГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине Механика грунтов для студентов специальности
271501.65 Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей очной и заочной форм обучения
Составитель: СЕ. Власова Самара
2014
3508

2
УДК 624.131.53 Анализ и оценка строительных свойств грунтового основания : методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине Механика грунтов для студентов специальности 271501.65 Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей очной и заочной форм обучения / составитель : СЕ. Власова. – Самара : СамГУПС, 2014. – 38 с. Методические указания составлены в соответствии с программой курса Механика грунтов и предназначены для студентов специальности 271501.65 Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей. Утверждены на заседании кафедры Строительные конструкции и материалы
5 декабря 2014 г, протокол № 3. Печатаются по решению редакционно-издательского совета университета.
Составитель: Власова Светлана Евгеньевна Рецензенты кандидат техн. наук, ректор НОУ Институт строительства и архитектуры В.В. Репекто; доктор техн. наук, профессор СамГУПС А.А. Прокопович Под редакцией составителя Подписано в печать 08.04.2014. Формат х 1/16. Усл. печ. л. 2,38. Тираж 100 экз. Заказ 55.

Самарский государственный университет путей сообщения, 2014

3
ВВЕДЕНИЕ
Настоящие методические указания предназначены для использования при выполнении курсовой работы по дисциплине Механика грунтов, которая наряду с дисциплинами Основания и фундаменты и Инженерная геология изучает взаимодействие грунтов с сооружениями. Поэтому при разработке курсовой работы анализируются инженерно-геологические условия строительной площадки, недооценка которых является причиной недопустимых деформаций оснований и конструкций сооружений. Правильная оценка инженерно-геологических условий позволяет оценить целесообразность размещения сооружений в определённых инженерно-геологических условиях, а также влияет на методы и сроки строительства. Проектирование оснований без соответствующего инженерно-геологического обоснования не допускается. Цель курсовой работы – научить студентов определять строительные свойства естественных грунтовых оснований, неразрывно связанные сих физико-механическими характеристиками, определяемыми действующими нормами и стандартами обосновывать и принимать оптимальные решения по устройству оснований с учётом инженерно-геологических условий участка строительства.
1. ЗАДАНИЕ, СОДЕРЖАНИЕ И ОФОРМЛЕНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ Задание на курсовую работу заключается в проведении анализа и оценки строительных свойств каждого слоя грунтового основания, вскрытого на участке строительства по двум скважинам на расстоянии 50 мс учётом инженерно- геологических условий. Работа выполняется в соответствии с индивидуальным заданием, в которое входит
– расчёт физико-механических характеристик грунтов и определение их состояния
– построение геологического разреза по результатам бурения двух скважин
– оформление инженерно-геологической колонки по скважине №2;
– построение эпюры напряжения от собственного веса грунта по скважине №2;
– описание инженерно-геологических условий участка строительства
– определение и построение эпюры условного сопротивления грунтов
– подробное пояснение и схемы, обосновывающие возможность использования грунтов в качестве основания.
Расчётно-пояснительная записка курсовой работы должна быть оформлена на белых листах бумаги формата Ас полями. Титульный лист выполняется в соответствии с общими требованиями СамГУПС. Страницы курсовой работы должны быть пронумерованы, на титульном листе номер страницы не ставится. Таблицы нумеруются в пределах раздела. В итоге на защиту курсовой работы представляется расчётно- пояснительная записка объёмом примерно 15–20 страниц рукописного текста. Геологический разрез, инженерно-геологическая колонка, а также эпюры напряжений

4 строятся на миллиметровой бумаге. После сводной таблицы физико-механических свойств грунтов оформить лист расчётов, на котором должны быть приведены формулы с пояснением символов и подстановкой их численных значений, а также приведён результат расчёта. Вначале расчётно-пояснительной записки необходимо оформить содержание курсовой работы с указанием страниц раздела. СОДЕРЖАНИЕ
1. ЗАДАНИЕ. Исходные данные по грунтам.
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГРУНТОВ.
3. ПОСТРОЕНИЕ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО РАЗРЕЗА.
4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЯ.
5. ПОСТРОЕНИЕ ЭПЮРЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ОТ СОБСТВЕННОГО ВЕСА ГРУНТА.
6. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ КОЛОНКА СКВАЖИНЫ.
7. АНАЛИЗ И ОЦЕНКА ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ УЧАСТКА СТРОИТЕЛЬСТВА.
8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ГРУНТА.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ Для защиты курсовой работы студент должен подготовить краткий устный доклад, содержащий задачу курсовой работы, выводы и рекомендации по каждому разделу курсовой работы. На основании номера варианта, соответствующего шифру зачётной книжки и табл. 1.1, определяют номера грунтов и номер геологического разреза. Исходные данные по грунтам (табл. 1.3 – табл. 1.7) используют для анализа и расчёта показателей физико- механических свойств каждого слоя грунтов основания. В табл. 1.1 приведён пример определения варианта курсовой работы студента, имеющего зачётную книжку
1110-СЖД-065.

5 Таблица 1.1 Исходные данные по грунтам Порядковый номер цифр шифра
Номер шифра зачётной книжки
Порядок определения вида грунтов
0 Номер пылевато-глинистого грунта №1 по табл. 1.6 по первой цифре шифра
6 Номер пылевато-глинистого грунта №2 по табл. 1.6 по второй цифре шифра
5 Номер песчаного грунта по табл. 1.5, обнаруженного по результатам бурения скважин
Порядок определения номера геологического разреза, места строительства и дополнительного грунта, обнаруженного в скважине №2 (по табл.1.7)
Первая буква фамилии
Номер геологического разреза (по табл. 1.3) и дополнительного грунта (по табл. Область строительства Первая буква фамилии
Номер геологического разреза (по табл. 1.3) и дополнительного грунта (по табл. Область строительства
А, Б
0 Астраханская ОП, Р
5 Саратовская В, Г
1 Оренбургская СТ Пензенская ДЕ, Ж
2 Орловская УФ, Х
7 Самарская З, ИК Ульяновская Ц, Ч, Ш
8 Челябинская Л, МН Ростовская Э, Ю, Я
9
Башкортостан

6

7

8

9

10

11

12

13
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГРУНТОВ Характеристики физико-механических свойств, полученные в результате лабораторных и полевых исследований грунтов по образцам из горных выработок, широко используются в инженерно-геологических расчётах. Они входят вряд формул как расчётные или применяются для классификации грунтов. Знание характеристик физико-механических свойств грунтов необходимо для проектирования оснований зданий и сооружений. Их используют для расчёта несущей способности (прочности, деформаций и устойчивости оснований, для определения расчётного давления на основание. Знание вида песчаного грунта (гранулометрического состава, плотности, степени влажности, а для пылевато-глинистых грунтов состояния по консистенции необходимо для назначения глубины заложения фундаментов зданий и сооружений. Наименование и состояние песчаных грунтов определяют по гранулометрическому составу, коэффициенту пористости е и коэффициенту водонасыщенности S
r приложение
1, табл. 1, табл. 2). Наименование и состояние глинистого грунта определяется по числу пластичности I
p
и показателю текучести I
L приложение 1, табл. 3, табл. Результаты расчётов всех характеристик физико-механических свойств грунтов студент приводит в сводной табл. 2.2, где даны все необходимые для этого формулы. Определение водопроницаемости, просадочности,
пучинистости и набухания грунтов основания Элювиальные глинистые грунты с высокой природной влажностью (S
r
> 0,8) не обладают просадочными свойствами, т. кони богаты содержанием коллоидов и гидрофильны. По предварительной оценке к просадочным грунтам относятся чаще всего лёссы, лёссовидные супеси, суглинки, глины, покровные пылевато-глинистые грунты со степенью влажности S
r

0,8, для которых величина вычисленного показателя просадочности и набухания меньше приведённых в табл. 2.1, а к набухающим пылевато-глинистым грунтам от замачивания водой относятся грунты, которые набухают под давлением, с показателем ε
sw
(
приложение 1, табл. 8). Таблица 2.1 Число пластичности I
p
0,01

I
p

0,1 0,1

I
p

0,14 0,14

I
p

0,22 Показатель I
s s
0,1 0,17 0,24 К просадочным песчаным грунтам относят пески, имеющие рыхлую плотность сложения. Песчаные грунты не набухают. Пески гравелистые, крупные являются

14
сильноводопроницаемыми; средней крупности – хорошоводопроницаемыми; мелкие и пылеватые – водопроницаемыми К водопроницаемым пылевато-глинистым грунтам относят суглинки и супесь с показателем текучести > 0,25 и глины с I
L
> 0,5. К водонепроницаемым грунтам относят суглинки и глины при I
L
≤ Степень пучинистости, отражающая способность грунта к морозному пучению, определяется относительной деформацией морозного пучения ε
fh
по ГОСТ [8] приложение 1, табл. 9), зависит от типа грунта (глинистый или песчаный, гранулометрического состава и влажности грунта. Таблица 2.2 Сводная таблица физико-механических характеристик грунтов Показатели
Обозначения
Номер геологических слоёв Формула для расчёта
1 2
3 4 Удельный вес твёрдых частиц грунта

s
, кН/м
3
Из задания Удельный вес грунта

, кН/м
3 Из задания Влажность грунта
w , д.ед.
Из задания Удельный вес скелета грунта

d
, кН/м
3





1
в
Коэффициент пористости е, дед.
1


d
s
е


Коэффициент пористости на границе текучести е ,
дед. Удельный вес во взвешенном состоянии

sb
, кН/м
3
e
s
sb



1




Коэффициент водонасыщенности
S
r
, дед. Граница текучести
w
L
, дед. Из задания Граница раскатывания
w
p
, дед. Из задания Число пластичности
I
p
, дед

L
– Показатель текучести
I
L ,
, дед. Показатель просадочности и набухания
I
ss
, д.ед.
e
e
e
I
L
ss



1
Относительная деформация пучения

fh
, д. ед.
Из задания Относительная деформация набухания без нагрузки

sw
, д. ед.
Из задания Модуль деформации
Е
о
, МПа Из задания Угол внутреннего трения

, град Из задания Удельное сцепление с, кПа
Из задания Условное сопротивление
R
o
, кПа
По табл. 6, 7 приложения 1 Примечания 1. Нормативные и расчётные значения характеристик устанавливаются на основе статистической обработки результатов испытаний по методике ГОСТ 20522-75;
2. Удельный вес воды


= 9,81≈10кН/м
3

15 После выполнения расчётов и анализа физико-механических характеристик грунтов даётся полное описание свойств и особенностей грунтов в табл. 2.3 последующим схемам
– для песчаных грунтов:название грунта, гранулометрический состав, визуальные признаки (примеч. к табл. 1.3), плотность сложения, степень влажности, степень пучинистости, просадочность, водопроницаемость, степень сжимаемости, прочность
– для пылевато-глинистых грунтов название грунта, визуальные признаки примеч. к табл. 1.3), консистенция, степень набухания и пучинистости, просадочность, водопроницаемость, степень сжимаемости, прочность.
Таблица 2.3 Номер геологического слоя Полное наименование и характеристика грунтов по двум скважинам
№1
№2
№3 Дополнительный грунт по скв. №2
3. ПОСТРОЕНИЕ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО РАЗРЕЗАВ данном разделе строят геологический разрез, от которого в дальнейшем зависит достоверность последующих расчётов и, следовательно, судьба сооружений. Построение разреза выполняют для большей наглядности [8] в соотношении масштаба 1:5 в следующей последовательности (образец на рис. 3.1):
– вычерчивают шкалу абсолютных отметок по оси Y с учётом вертикального масштаба, рекомендуемый масштаб 1:100;
– наносят засечками расположение центров скважин на ось Х в горизонтальном масштабе, рекомендуемый масштаб 1:500;
– отмечают абсолютные отметки устьев скважин на вертикальных линиях, проведённых из скважин
– вычерчивают топографический профиль поверхности земли по заданному направлению плавной линией
– на осевых линиях скважин засечками наносят абсолютные отметки кровли и подошвы каждого слоя грунта и соединяют плавными линиями с учётом последовательности и характера залегания слоёв между скважинами
– изображают литологический состав пород при помощи штриховых условных обозначений, которые дают на фоне соответствующего цвета и выполняют чёрной ручкой (приложение 2, табл. 1);
– соединяют отметки подземных вод синей пунктирной линией, справа от оси скважины подписывают уровень грунтовых вод (УГВ), слева глубину залегания грунтовых вод в скважине
– вычерчивают таблицу на всю длину разреза, где указывают номера скважин, расстояние между скважинами, абсолютные отметки устьев скважин
– выполняют зарамочное оформление название разреза, масштаб.

16

17
4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЯ Значения условного сопротивления грунтов основания о МПа необходимы для ориентировочной оценки строительных свойств грунтового основания и предварительного определения размеров фундамента. Значения о относятся к стандартным условным фундаментам, имеющим ширину во 1 ми глубину заложения
d
o
= 2мпри согласном напластовании грунтов основания. Для крупнообломочных, крупных и средней крупности песчаных грунтов условное сопротивление R
о
определяется в зависимости от вида грунта, его плотности сложения, а для мелких и пылеватых песков дополнительно и степени влажности S
r
. Для глинистых грунтов условное сопротивление о определяется в зависимости от коэффициента пористости е и показателя консистенции В данном разделе необходимо определить условное сопротивление каждого слоя грунта основания по табл. 6, 7 приложения 1 методических указаний. Для промежуточных значений пылевато-глинистых грунтов е и I
L применить методы интерполяции, привести подробные расчёты условного сопротивления грунтов.
Расчётное сопротивление каждого слоя грунта заносят в сводную табл. 2.2. Эпюру условного сопротивления о, кПа грунтов основания, построенную в масштабе по горизонтали 1 см : 100 кПа, привязать справа к геологическому разрезу, как показано на рис. 3.1.
5. ПОСТРОЕНИЕ ЭПЮРЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ОТ СОБСТВЕННОГО ВЕСА ГРУНТА Под действием собственного веса в массиве грунтов формируется начальное напряжённое состояние, иногда осложняемое геодинамическими процессами. Поэтому напряжения, возникающие в массиве грунтов от действия сооружения, накладываются на уже имеющиеся в нём собственные напряжения, что приводит к формированию сложного поля напряжений в грунтовой толще. В данном разделе построить эпюру распределения напряжения от собственного веса грунта в масштабе геологического разреза для скважины №2 по одной из х расчётных схем (рис. 5.1), соответствующей индивидуальному заданию

18

19
Таблица 5.1 Характеристика инженерно-геологических элементов (рис. 5.2)
№
ИГЭ
Наименование грунта
Показатель текучести, д.ед.
Характеристика грунта
Почвенно-растительный грунт мощность 1,0 м Песок мелкий, средней плотности
– водопроницаемый, мощность 4,0 м Песок мелкий, средней плотности, насыщенный водой водопроницаемый, мощность водоносного горизонтам Глина мягкопластичная
0,54 водопроницаемая, мощность водоносного горизонтам Глина полутвёрдая
0,25 водонепроницаемая, водоупор
мощностью 5,0 м
Грунтовое основание разделить на инженерно-геологические элементы (ИГЭ) и дать им характеристику как водопроницаемым или водонепроницаемым грунтам – водоупорам (см. па также указать мощность водоносного горизонта в табл. 5.1. Обычно выделение инженерно-геологических элементов (ИГЭ) производят поданным анализа характеристик физико-механических свойств грунтов, когда нормативные и расчётные характеристики в среднем определяют свойства грунтов в пределах выделенного ИГЭ. За ИГЭ принимают некоторый объём грунта одного итого же происхождения и вида при условии, что значения характеристик грунта изменяются в пределах элемента случайно (незакономерно, либо наблюдающаяся закономерность такова, что ею можно пренебречь. В данном примере (табл. 5.1, рис. 5.2): уровень подземных вод попадает в толщу го слоя, который разбит на два слоя аи б (песок, насыщенный водой является водоносным горизонтом мощностью 2,4 м й слой – водопроницаемая глина, также является водоносным горизонтом, мощность 4,5 м й слой – водоупор. Общая мощность водоносного комплекса составляет 6,9 м. На рис. 5.2 приведен образец эпюры распределения напряжения от собственного веса грунта в простых инженерно-геологических условиях для данного примера. Для всех лежащих ниже уровня подземных вод слоёв водопроницаемых грунтов учитывается удельный вес грунта во взвешенном состоянии