WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 |
Федеральное агентство по образованию Тверской государственный технический университет Кафедра «Автомобильные дороги, основания и фундаменты» Определение физико-механических свойств грунтов при проектировании оснований зданий и сооружений.

Пособие к лабораторным работам для студентов специальностей ПГС, ГСХ, АДА, ПОТ Тверь 2006 - 2 - УДК 624.131 (076.5) ББК 38.58 Пособие к лабораторным работам по курсу «Основания и фундаменты» соответствует программам по специальностям 290300 «Промышленное и гражданское строительство» дневной и заочной форм обучения, 290500 «Городское строительство и хозяйство», 291000 «Автомобильные дороги и аэродромы», 320800 «Природное обустройство территорий».

В пособии представлено теоретическое обоснование необходимости получения расчетных характеристик грунтов, даны методы и приборы для их оценок, приведена методика статистической обработки результатов испытаний.

Пособие «Определение физико-механических свойств грунтов при проектировании оснований зданий и сооружений обсуждено на заседании кафедры «Автомобильные дороги, основания и фундаменты» и рекомендовано к печати (протокол №4 от 6.02.2006г.).

Составители: В.А. Миронов, Н.Н. Галкин.

© Тверской государственный технический университет, 2006 - 3 - Предисловие Надежность оснований и фундаментов зависит от правильной оценки инженерно-геологических условий площадки строительства, физикомеханических свойств грунтов в основаниях сооружений и достоверности полученных характеристик по результатам опытов.

В пособии представлены как лабораторные, так и полевые методы оценки физико-механических характеристик грунтов.

Использование полевых методов исследования строительных свойств грунтов для оценки несущей способности грунтов и их устойчивости приобрело в последние годы все более широкое распространение. Это объясняется тем, что полевые методы исследования дают возможность: исследовать свойства таких грунтов, образцы которых невозможно отобрать для испытания в лаборатории; более полно оценить строительные свойства грунтов, образцы которых испытаны в лаборатории. Отметим, что лабораторные методы оценки физикомеханических свойств грунтов носят «точечный» характер, в то время как при полевом методе исследований определяются их свойства во всем массиве грунта.

Пособие составлено на основе требований СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений», СНиП 11-105-96 «Инженерные изыскания для строительства. Основные положения».

При составлении пособия, описании конструкций приборов, методики проведения испытаний, обработке полученных результатов использованы нормативные документы: СП 11-105-97 «Инженерные изыскания для строительства», ГОСТ 30416-96 «Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения», ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация», ГОСТ 23001-90 «Грунты. Методы лабораторного определения плотности и влажности», ГОСТ 5180-84 «Грунты методы лабораторного определения физических характеристик», ГОСТ 2006981 «Грунты. Методы полевого испытания статическим зондированием», ГОСТ 21719-80 «Грунты. Методы полевых испытаний на срез в скважинах и массивах». ГОСТ 23741-79 «Грунты. Методы полевых испытаний на срез в горных выработках», ГОСТ 20522-96 «Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний», ГОСТ 22733-2002 «Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности».

При составлении пособия особое внимание уделялось требованиям ГОСТ 8.326-78 «ГСИ. Метрологическое обеспечение разработки, изготовления и эксплуатации нестандартных средств измерения. Основные положения».

Пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности «Промышленное и гражданское строительство», а также представляет интерес для специалистов, занимающихся вопросами оценки несущей способности оснований и проектированием фундаментов промышленных и гражданских зданий и сооружений.

- 4 - Работа 1.

Определение сопротивления на сдвиг методом вращательного среза.

1. Теоретическая часть Лабораторные методы исследования свойств грунтов не учитывают особенности макроструктуры, специфику его естественного строения и залегания, а также характер распределения в нем неоднородностей и включений.

Для глинистых грунтов текучей и мягкопластичной консистенции, торфяных и сапропелевых отложений, рыхлых песков из-за сложности, а в некоторых случаях невозможности отбора образцов ненарушенного сложения при бурении скважин испытания на сдвиг лопастными приборами являются практически единственным достоверным методом определения их прочностных свойств.

Погрешности лабораторных испытаний в значительной мере обусловлены нарушением естественной структуры и напряженного состояния образца при его извлечении из природной толщи грунта.

Поэтому результаты испытаний грунта могут быть использованы для прогнозирования несущей способности или осадки грунтовых оснований с определенным приближением.

В отличие от лабораторных, полевые методы изучения механический свойств грунтов дают более объективную информацию и создают необходимые предпосылки для вероятностной оценки исследуемых процессов и явлений.

Наиболее важными параметрами грунтов, определяемыми на месте, являются: угол внутреннего трения, сцепление и модуль деформации, которые позволяют дать полную инженерную оценку основанию с учетом его физических свойств.

Из применяемых в настоящее время в практике России и зарубежных стран методов оценки прочностных свойств грунтов наибольшее распространение получил вращательный срез. Впервые данный метод был предложен в Швеции под названием «Vane test» (лопастные испытания).



В практике инженерно-геологических исследований слабых грунтов в нашей стране широкое применение получили полевые сдвигомеры - крыльчатки СК-8 и СК-10 конструкции Л.С. Амаряна. Сдвигомер-крыльчатка служит для определения удельного сцепления С и сопротивления сдвигу слабых грунтов в естественном залегании путем установления максимального крутящего момента при вращении четырехлопастной крыльчатки, погруженной в массив грунта.

Сущность метода заключается в том, что в толщу грунта задавливается, а затем поворачивается четырехлопастная крыльчатка.

Сопротивление сдвигу грунта оценивается по величине крутящего момента и константы крыльчатки.

Крыльчатка СК-10 дает общее напряжение сдвигу без разделения на сцепление и внутреннее трение.

Для слабых грунтов в условиях естественного залегания внешнее давление, равное природному бытовому давлению, с достаточной для практических целей точностью может быть принято равным нулю, т. е. tg = 0, следовательно, в этом случае зависимость Кулона примет вид С.

- 5 - Цель работы - определение сопротивления сдвигу (удельного сцепления) грунтов в условиях естественного залегания.

2. Методика проведения работы:

2.1. Описание сдвигомера - крыльчатки СК-10.

Сдвигомер - крыльчатка СК-10 (рис 1.1.) состоит из четырехлопастной крыльчатки 1, которая крепится через переходник с зубчатым зацеплением 2 к наращиваемым штангам 3. Для измерения крутящего момента динамическая рукоятка 5 свободно насажена на бронзовую втулку 4, которая прикреплена к упору 6. Втулка 4 с упором 6 крепится к штангам вилкой 8. Упругая пластина вставлена в пазы упора 6 на цилиндрический штифт. Деформация пластины при повороте рукоятки с призмой 9 фиксируется индикатором часового типа 10, который неподвижен по отношению к упору 6.

7 Рис. 1.1. Сдвигомер-крыльчатка СК-10.

2.2. Тарировка прибора.

Перед полевыми исследованиями проводится тарировка упругой пластины 7 измерительной головки различными ступенями нагрузок. Строят тарировочный график зависимости деформации lср пластины от величины момента М (рис.1.2.).

lср М, Нм Рис 1.2. График зависимости М от lср.

Тарировку прибора СК-10 (сдвигомер-крыльчатка) проводят в следующей последовательности. Прибор СК-10 в собранном состоянии закрепляется в тис - 6 - ках (закрепление через зажим штанги 3 в тисках) в горизонтальном положении так, чтобы призма 9 опиралась на пластину 7. К отверстию в ручке головки крепится подвеска для грузов. Последовательно изменяя нагрузку на подвеске фиксируют показания индикатора 10 (деформацию упругой пружины). Последовательно увеличивая нагрузку на подвеске, получают данные для построения тарировочного графика зависимости деформации упругой пластины l от величины крутящего момента М. Величина момента определяется произведением величины приложенной нагрузки Р на плечо L (расстояние от оси крутящей головки до места приложения нагрузки – М=Р L ). Расстояние от отверстия для подвески груза до центра вращения L составляет 0,2м. Данные тарировки заносят в табл.1.1.

Таблица 1.1. Тарировка прибора СК-Показания индикатора Величина момента М, Нм l3 lср l1 l10 30 29 28 20 63 59 61 30 94 92 90 40 119 121 115 50 147 149 151 Выполняют не менее трех испытаний и определяют среднее значение показания индикатора lср. Во всех случаях построение связи между крутящим моментом М и lср приводит к линейной зависимости.

Тангенс угла наклона прямой абсцисс, т.е. n=tg= l/M дает искомое значение постоянной упругой пластины n для данного прибора СК-10.

n=tg= l/M=146/50 3,0 дел/Н; (1.1) Тогда формула для расчета сопротивления грунта сдвигу будет иметь вид:

= M / K = l / K n, Па (Н/м ), (1.2) где l - показания индикатора, дел.индик.; n-постоянная упругой пластины; К- постоянная крыльчатки, м Рекомендуется использовать крыльчатки диаметром d, равным 0,054 и 0,075м, высотой 0,10м.

Постоянную крыльчатки К определяют из выражения:

d d 3,140,0542 0,K = ( + h) = ( + 0,10) 0,000499м3 = 0,0005м3, (1.3) 2 a 2 где а- постоянный параметр, принимаемый равным 3 при сдвиге на дне скважины или поверхности грунта и 6 в его толщине; h=0,10м - высота крыльчатки;

d=0,054м - диаметр крыльчатки.

2.3 Учет трения грунта о штанги.

При вращении прибора СК-10 происходит трение штанг по грунту, которое вносит погрешности в результаты испытания.

Влияние трения учитывается следующим образом. При задавливании крыльчатки до заданной глубины и после проведения вращательного среза при помощи рукояток прибор приподнимается вверх до щелчка. При этом происхо - 7 - дит разъединение четырехлопастной крыльчатки и штанга в переходнике. В таком состоянии прибор снова поворачивают на полный оборот и снимают отсчет lср для учета трения.

Истинное значение с учетом трения определяют по формуле:

l - lтр =, Па (1.4) K n 3. Порядок проведения испытания.

Прибор погружают на заданную глубину и поворачивают по часовой стрелке, записывая максимальный отсчет по индикатору 10 в табл.1.2. Делают не менее 9 параллельных измерений согласно ГОСТ 20522-96 «Грунты. Метод статистической обработки результатов испытаний». Подсчитывают значение сопротивления сдвигу (18 результатов) и заносят в табл.1.3.

Таблица 1.2. Отсчеты по индикатору при различной глубине погружения.

l1-3 l4-6 l7-9 l10-12 l13-15 l16-Глубина погружения h, м 77 51 74 65 58 0.20 52 66 71 66 63 48 56 58 51 60 Таблица 1.3. Значения сопротивления грунта сдвигу на глубине.

i Глубина погру- Сопротивление грунта сдвигу,, кПа жения h, м 1-3 4-6 7-9 10-12 13-15 16-51,436 34,068 49,432 43,420 38,744 45,0,20 34,736 44,088 47,428 44,088 42,084 44,32,064 37,408 38,744 34,068 40,080 36,Проводят статистическую обработку результатов измерений.





4. Статистическая обработка результатов испытаний.

Грунт по своей природе – тело неоднородное. Определение какой-либо характеристики по одному образцу дает только частное его значение, поэтому требуется многократное определение данной характеристики и статическая обработка результатов экспериментов. Методами математической статистики обрабатываются данные, полученные для каждого инженерно-геологического элемента (слоя), выделенного по цвету, виду и состоянию грунта или визуально.

Статистическая обработка проводится в соответствии с ГОСТ 20522-«Грунты. Метод статистической обработки результатов испытаний»:

а) Статистическую обработку опытных данных начинают с проверки на исключение грубых ошибок. Исключают максимальное или минимальное значение, для которого выполняется условие;

i -i > v Sdis (1.4) где - среднеарифметическое значение; -статистический критерий, величина которого зависит от количества определений n. Значение принимают по табл.1. приложения.

Вычисляют значения -i и заносят в табл.1.4.

- 8 - Таблица 1.4. Определение значений -i и ( - )i 1 2 3 4 5 6 7 8 -i 10,4 6,3 8,9 6,9 3,1 3,6 8,4 6,4 2,( - )2 108,16 39,69 79,21 47,61 9,61 12,96 70,56 40,96 5,i 10 11 12 13 14 15 16 17 -i 2,4 3,1 6,9 2,3 1,1 0,9 4,4 3,8 4,( - )2 5,76 9,61 47,61 5,29 1,21 0,81 19,36 14,14 18,i S - смещенная оценка среднеквадратического отклонения dis n 1 536,S = ( -i) = = 5,459 кПа; (1.5) dis n i= =2,73 при n=18. Тогда S =14,90, то есть грубых ошибок, исходя их dis условия (1.4), нет.

Нормативное (среднее арифметическое) значение определяют по n формуле:

n 1 738, = = = 41,033 кПа (1.6) n i n i=б) среднее квадратическое отклонение равно:

n 1 536,S = ( -i) = = 5,617 кПа (1.7) dis n i=в) коэффициент вариации составит:

S 5,V= = = 0,137; (1.9) 41,n г) показатель точности среднего значения коэффициента вариации равен:

V 0,a = ta =1,74 = 0,0562; (1.10) n где ta =1,74 - коэффициент, принимаемый по ГОСТ 20522-96 в зависимости от заданной вероятности =0,95 и числа степеней свободы (n-1)=17; (приложение табл.2).

д) коэффициент надежности по грунту:

1 = = =1,06; (1.11) g 1- a 1- 0,е) расчетное значение характеристики:

41,n = = = 38,71 кПа (1.12) 1,g В результате статистической обработки результатов испытаний получено расчетное значение характеристики сдвига грунта.

Вывод: в ходе лабораторной работы было определено расчетное сопротивление грунта сдвигу в условиях природного залегания: =38,71кПа.

- 9 - Вопросы для самопроверки.

1. Какие характеристики грунта определяются с помощью сдвигомера - крыльчатки 2. Как оценить величину удельного сцепления с помощью сдвигомера - крыльчатки Запишите закон Кулона для слабых грунтов.

3. Расскажите порядок и цель тарировки сдвигомера - крыльчатки СК-10.

4. Как учитывается трение грунта о штанги 5. Что такое постоянная крыльчатки и от каких параметров зависит ее величина 6. Опишите методику определения сопротивления грунта сдвигу с помощью сдвигомера - крыльчатки СК-10.

7. Обоснуйте необходимость статистической обработки характеристики прочности грунта.

8. Расскажите порядок статистической обработки опытных данных.

- 10 - Работа 2.

Метод испытания грунтов статическим зондированием.

1. Теоретическая часть.

Согласно СП 11-105-97 «Инженерные изыскания для строительства» в состав инженерно-геологических изысканий входят полевые исследования грунтов, включая статическое зондирование.

Исследование грунтов статическим зондированием распространяется на песчаные и глинистые грунты с содержанием частиц крупнее 10мм не более 25% по массе. Для исследования физико-механических свойств торфяных грунтов была создана серия портативных полевых приборов, ярким представителем которых является пенетрометр П-5.

Статическое зондирование является одним из наиболее эффективных методов исследования грунтов в условиях их естественного залегания. Этот метод начали применять в Голландии. Благодаря возможности быстрого и экономического исследования грунтов метод статического зондирования нашел широкое применение во многих странах Европы, а также Австралии, Японии и США. В России статическое зондирование применялось с начала 60-х годов, когда при развернувшемся широкомасштабном строительстве появилась необходимость в достаточно надежном методе оценки несущей способности сваи.

Отметим, что развернувшееся строительство сооружений проводилось на ранее считавшихся непригодными грунтах, отбор ненарушенных образцов некоторых практически невозможен.

Статическое зондирование пенетрометром П-5 осуществляется задавливанием конусного наконечника в массив грунта (ГОСТ 20069-81).

Сопротивление грунта погружению конуса зонда определяется по формуле:

P qc =, Па (2.1) A где Р - усилие, затраченное на погружение конуса, Н; А-площадь поперечного сечения основания конусного наконечника, м.

Прибор П-5 комплектуется 3 сменными наконечниками с площадью 10,2 и 40 см (0, 001, 0,002, 0004 м ). Это позволяет использовать пенетрометр для исследования различных по плотности торфяных и других слабых грунтов.

По данным статического зондирования достоверно определяют практически все физико-механические характеристики грунтов.

1.1. Песчаные грунты:

- зависимость коэффициента пористости e от значения qc песчаных грунтов:

Pages:     || 2 | 3 | 4 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.