Механика грунтов

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

Инженерно - строительный институт

институт

 

Автомобильных дорог и городских сооружений

кафедра

 

 

 

 

 

Механика грунтов

наименование дисциплины

 Контрольная работа

 

          

 

 

 

 

 

 

Преподаватель                         __________  О. М. Преснов

ученая степень       подпись  инициалы, фамилия

 

 

        Студент    ЗСФ10-21К   411107847                               Т.В. Юрченко

номер группы номер зачетной книжки   подпись, дата  инициалы, фамилия

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Красноярск, 2015

 

Контрольная работа №1

 

Задача 1.1

 

Определение классификационных характеристик глинистых и песчаных грунтов.

Вариант № 15

 

Вид грунта	Плотность скелета грунта pd, т/м3	Влажность			Число пластичности JP	Показатель текучести JL	Коэффициент пористости е	Коэффициент водонасыщения Sr
		W	WL	WP
Песок d>0.1мм˂75%	1.63	0.09	-	-	-	-	0,632	0,379
Глинистый грунт	1.30	0,153	0.20	0.14	6	0,22	1,09	0.38

 

Песок:

 

Согласно данным, песок с размером частиц d>0.1мм, присутствие в грунте которых менее 75%, является песком пылеватым.

Определяем коэффициенты:

 

е = = = 0.632;

 

Sr = = = 0.379.

 

По выведенным данным коэффициентов в соответствии с табличными данными устанавливаем, что песок средней плотности по сложению и малой степени водонасыщения.

Полное наименование грунта: Песок пылеватый, средней плотности, малой степени водонасыщения.

 

Глинистый грунт:

 

Определяем вид грунта по числу пластичности:

 

Jp = (WL – WP)*100% = (0.20-0.14)*100 = 6.

 

В соответствии с выведенными данными определяем, что грунт является супесью.

Определяем разновидность супеси:

 

JL = ; W = ;

 

е = = 1,09;

 

 W = = 0,153;

 

JL = = 0,22.

Согласно данным определяем, что супесь является пластичной так как 0<JL<1.

Полное наименование: супесь пластичная.

 

Задача 1.2

 

Определение гранулометрического зернового (состава) сыпучего грунта.

По данным результатам зернового анализа сыпучего грунта построить кривую зернового состава, определить степень неоднородности и дать наименование грунта по этим показателям. Вариант №15.

 

Зерновой состав грунта по массе, %, при размере частиц									Степень окатанности частиц
100-50	50-10	10-5	5-2	2-1	1-0,5	0,5-0,25	0,25-0,1	Менее 0,1
40	10	15	14	3	3	3	10	2	Н

 

По данным определим, что грунт гравийный, но так как преобладают неокатанные частицы, грунт – дресвяный, содержание частиц крупнее 2мм более 50%, (51%).

Степень неоднородности гранулометрического состава:

 

Cu = = = 263

 

Данный грунт является не однородным, так как Cu >3

Рисунок 1 – Кривая зернового состава грунта (Cu=263)

 

Задача 1.3

 

Письменный ответ на вопросы по разделам дисциплины, вариант№15.

 

1. В каких случаях применяется метод угловых точек при расчете осадки фундамента?

Метод угловых точек является разновидностью метода послойного суммирования для вычисления осадок в произвольной точке поверхности грунтового массива, в том числе за границами загруженной поверхности.

Метод угловых точек для определения сжимающих напряжений σzр применяют в случае, когда грузовая площадь может быть разбита на такие прямоугольники, чтобы рассматриваемая точка оказалась угловой. Тогда сжимающее напряжение в этой точке на любой глубине будет равно алгебраической сумме напряжений от прямоугольных площадей загрузки, для которых эта точка является угловой.

2. Какие характеристики определяют с помощью дилатометра? Изобразите его принципиальную схему.

Определяют деформативные свойства грунтов.

Последовательность работы: наконечник погружается в грунт, ширина наконечника это и есть перемещение задаваемое грунту, на наконечнике расположен датчик давления, которое мы и замеряем.

Недостаток дилатометра в том, что он не используется в грунтах с включениями более 2 мм. Продолжительность испытания около 2-х часов.

Дилатометр можно быстро погрузить на любую глубину практически в любых грунтах. Модуль деформации грунта может быть определён через каждые 20 см.

Метод испытания плоским дилатометром

 

Сущность метода

Испытание грунта плоским дилатометром проводят для определения модуля деформации Е песков, глинистых, органоминеральных и органических грунтов.

Модуль деформации определяют по результатам нагружения грунта горизонтальной нагрузкой в скважине с помощью плоского дилатометра.

Результаты испытания оформляют в виде графика зависимости перемещения штампа дилатометра от нагрузки.

При проходке опытной скважины следует соблюдать требования 4.4 ГОСТ 20276-99.

Диаметр скважины должен быть не менее ширины лопатки дилатометра.

Глубина погружения дилатометра от забоя скважины или от поверхности грунта до центра штампа должна быть не менее пяти диаметров штампа.

Оборудование и приборы

В состав установки для испытания грунта плоским дилатометром должны входить:

- плоская лопатка дилатометра  с выдвигающимся плоским круглым  штампом;

- устройство для создания  и измерения давления на штамп  дилатометра;

- устройство для измерения  перемещения штампа дилатометра.

Конструкция установки должна обеспечивать:

- возможность создания  непрерывно возрастающего с постоянной  скоростью давления на грунт;

- возможность тарировки  лопатки дилатометра с плоским  штампом.

Угол заострения лопатки дилатометра должен составлять не более 60°. Диаметр выдвигающегося штампа должен составлять 70 мм и не превышать 2/3 ширины лопатки.

Устройство для измерения давления на штамп дилатометра должно обеспечивать измерение давления с погрешностью не более 0,01 МПа.

Устройство для измерения перемещения штампа дилатометра в горизонтальном направлении должно обеспечивать измерение деформаций грунта с погрешностью не более 0,01 мм в пределах не менее 3 мм.

Подготовка к испытанию

 

Погружение лопатки дилатометра производят путем вдавливания с забоя скважины или с поверхности грунта таким образом, чтобы центр штампа был расположен на отметке испытания.

Устройство для создания и измерения давления на штамп дилатометра и измерения перемещения штампа дилатометра монтируют перед погружением лопатки дилатометра в грунт.

Проведение испытания

Давление на штамп дилатометра передают непрерывно со скоростью 0,02 МПа/мин при испытаниях глинистых грунтов и 0,05 МПа/мин при испытаниях песков.

Отсчеты по приборам для измерения перемещений штампа дилатометра производят через каждые 10 с при скорости нагружения 0,05 МПа/мин и через каждые 30 с - при скорости 0,02 МПа/мин.

В процессе испытания ведут журнал, форма которого приведена в приложении Б.

Обработка результатов

По данным испытаний строят график зависимости перемещения штампа плоского дилатометра от давления U = f(p). На графике проводят осредняющую прямую. За начальные значения р0 и U0 (первая точка, включаемая в осреднение) принимают значения р и U, соответствующие началу линейного участка графика. При этом p0 не должно быть меньше напряжения szg,0 на отметке испытания. За конечные значения pn и Un (предел пропорциональности) принимают значения р и U, соответствующие точке, ограничивающей линейный участок графика.

Модуль деформации Е, МПа, вычисляют для линейного участка графика U = f(p) по формуле

 

Е= w1 Kd(1- v2) D* Δp/ ΔU

где w1 - коэффициент, принимаемый в зависимости от формы штампа (для круглого жесткого штампа (w1 = 0,79);

Kd - корректирующий коэффициент;

v - коэффициент Пуассона;

D - диаметр штампа дилатометра, см;

Δp - приращение давления на штамп дилатометра между двумя точками, взятыми на осредняющей прямой, МПа;

ΔU - приращение перемещения штампа-лопасти, соответствующее Dp, см.

Примечание - Коэффициент Кd определяют по результатам сопоставительных испытаний грунта штампом 5000 см2 и плоским дилатометром, выполняемых не менее чем с двухкратной повторяемостью для данного инженерно-геологического элемента, определяемого по ГОСТ 20522.

 

 

 

Схема испытания грунта для определения характеристик

деформируемости плоским дилатометром

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Что подразумевается под термином «релаксация напряжения»?

Это уменьшение напряжений (расслабление напряжений) при постоянстве общей деформации.

 

 

Контрольная работа №2

Задача 2.1

 

Построение эпюры вертикальных напряжений от собственного веса грунта. Построить эпюру природного давления грунта.

 

Данные для построения: 15 вариант.

 

Песок мелкий p=1,73т/м3 w=0,12 -2,0

Супесь p =1,72 w=0,15 -5,8

Песок мелкий p=1,75т/м3 w=0,14          -8,2

WL -11,0

Песок крупный е=0,65   -15,0

Скала   -17,0

 

Для нахождения вертикального напряжения от веса грунта воспользуемся формулой:

 

σzg = , где n – число слоев в пределах глубины, γi  - удельный вес грунта каждого слоя, hi – толщина i – го слоя.

 

Определим удельный вес 1 слоя γ1 = p * g = 1,73*9,81 = 16,97кН/м3.

 

Определим напряжение на глубина 2м: σzg1 =16,97*2=33,94кПа.

 

Определим удельный вес 2 слоя:

 

γ2 = 1,72*10 = 17,2кН/м3

 

σzg2 = 17,2*3,8+33,94=99,3кПа.

 

3 слой – песок мелкий.

 

  γ3 = 1,75*10 = 17,5кН/м3

 

Напряжение на глубине 8.2м составляет: σzg3 = 17,5*2,4+99,3=141,3кПа.

 

4 слой – песок мелкий водонасыщенный.

е= -1=-1=0.73

γsb = = 9,59 кН/м3.

Напряжение на глубине 11м составляет:

σzg3 = 9.59*2,8+141.3=168,15кПа.

 

5 слой – песок крупный. Так как песок не является водоупором, то скачка напряжения не возникает. Рассчитываем этот слой как водонасыщенный:

 

γsb = = 10,06 кН/м3.

 

Напряжение на глубине 15м составляет: σzg3 = 10,06*4+168.15=208,39кПа.

 

6 слой – скала. Этот слой является водоупором. На границе 5 и 6 слоя возникнет скачек напряжения (68кПа)

 

Напряжение на глубине 15м составляет: σzg3 = 208,39+68=276,39кПа

 

Рисунок 3 – Эпюра напряжений от собственного веса грунта σzg

 

 

 

Задача 2.2

Построение эпюры контактного давления.

По данным нагрузкам и размерам фундамента построить эпюру контактного давления.

 

	Нагрузки				Расстояние а, м	Размеры фундамента, м		Глубина заложения фундамента, м
	N1,кН	N2,кН	М, кНм	G,кН	а	l	b	d
15 вариант	0	3750	50	380	-	3,3	2,4	3,45

 

Исходя из данных видно, что фундамент загружен внецентренно. Для построения эпюры найдем значения Pmax и Pmin по формуле:

Pmax(min) = (1), где NII – сумма действующих вертикальных нагрузок, кН; A – площадь фундамента, м2; L – длина фундамента, м; е - эксцентриситет равнодействующей относительно центра тяжести подошвы фундамента, м, который определяется по формуле:

е = = = = 0,012

где MII – сумма действующих моментов, приведенных к подошве фундамента, кНм; М – момент, действующий на обрезе фундамента, кНм; N1 – нагрузка от стены, кН; N2 – нагрузка, передаваемая через колонну здания, кН; G – вес фундамента, кН; а – расстояние от оси колонны до оси стены, м.