|
|
Раздел 1. Классификация и свойства слабых грунтовСтр 1 из 9Следующая ⇒ Характеристики прочности слабых грунтов Основной особенностью работы слабого грунта на сдвиг в основании насыпи является их работа в течение длительного времени в условиях незавершившейся консолидации. Тестированные методы испытаний на сдвиг предполагают, что для учета неконсолидированного состояния при расчетах будет известна величина порового давления. Наличие у слабых грунтов различных участков кривой консолидации и трудности с определением и контролем порового давления в натуре свидетельствует о том, что для целей проектирования земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах тестированные методы сдвиговых испытаний не дают возможности прогнозировать сопротивляемость сдвигу на всех участках. Поэтому рекомендуется использовать метод «плотности-влажности». Метод позволяет определять сдвиговые характеристики как при исходной (или заданной) структуре и исходной (или заданной) плотности-влажности, так и на любой стадии консолидации. Основное уравнение сопротивляемости грунта сдвигу в этом методе имеет вид трёхчлена: где jw - угол внутреннего трения грунта при влажности W в момент сдвига; сc - структурно не восстанавливающаяся часть общего сцепления; р - нормальное напряжение при сдвиге. Для практических целей при любых значениях cc используют уравнение в виде двучлена: где сw - общая (полная) величина структурного сцепления грунта при влажности грунта W. Методика проведения сдвиговых испытаний слабых грунтов по методу «плотности-влажности» на приборах прямого сдвига изложена в приложении 2 (Б). Оценка устойчивости и прогноз осадки насыпи на слабом основании Анализ условий залегания и работы слабых грунтов в основании насыпи На основе данных инженерно-геологических изысканий в толще предварительно выделяют расчетные слои с учётом предварительно выделенных литологически однородных слоев по показателям их состояния и свойств, установленных по результатам полевых испытаний или по классификационным таблицам. При этом за однородный принимается такой слой, в пределах которого значения основных классификационных показателей для той или иной разновидности грунта не выходят за пределы диапазона их величин в соответствующих таблицах и не менее 90 % их значений укладывается в этом диапазоне. Выделение однородного слоя удобно проводить с помощью графика рассеяния значений показателей состава, состояния или свойств грунта. Методика выделения расчетных слоев изложена в приложении 3 (В). Определяется высота насыпи (на участках залегания слабых грунтов), руководствуясь отметками продольного профиля. Назначают способ определения показателей механических свойств слабых грунтов в зависимости от категории дороги, сроков строительства, стадии проектирования. При этом используют: - табличные и справочные данные на 1-м этапе изысканий; - данные полевых испытаний на 2-м этапе изысканий; - данные лабораторных испытаний на 3-м этапе изысканий. С учетом установленных однородных слоев, анализа состава, состояния и свойств слабых грунтов, высоты насыпи выделяются наиболее характерные расчётные участки по трассе дороги и расчётные поперечники на них с наихудшими условиями работы слабых грунтов (максимальная высота насыпи, максимальная мощность слабого основания, наиболее слабые грунты, максимальное удаление от водопроницаемых слоев и др.).
Раздел 2. Напряженно-деформированные состояния слабых грунтов основания автомобильных дорог Тема 1. Оценка напряженно-деформированного состояния грунтов в основании Лекция 1. Оценка напряженно-деформированного состояния грунтов в основании Вопрос 1. Построение расчетное модели насыпи на слабом основании При прогнозе устойчивости и осадки слабого грунта в основании насыпи необходимо определять напряжения, которые будут возникать в грунте под нагрузкой от веса насыпи, собственного веса грунта (статические нагрузки) и от подвижного состава (динамические нагрузки). Для определения напряженного состояния основания насыпи используются решения плоской задачи теории линейно-деформированного однородного полупространства, загруженного с поверхности нагрузкой, распределенной по тому или иному закону. В качестве базовой схемы используется трапециевидная нагрузка. Для прогноза конечной величины и хода осадки во времени используют схему одномерного компрессионного сжатия. Напряжение от собственного веса грунта при его горизонтальной поверхности в однородной толще рассчитывается по формуле Z = X = Y = гр ∙ Zi, (6) где Z, X, Y - компоненты нормального напряжения; гр - удельный вес грунта основания; Zi - расчетный горизонт. В неоднородной толще нормальные напряжения от собственного веса грунта определяют по формуле где гр, и ht - удельный вес и мощность слоя грунта i -го слоя. Для грунтов, находящихся ниже уровня грунтовых вод, следует учитывать силы взвешивания используя формулу где в - удельный вес воды, равный 10 кН/м3.
Вопрос 2. Определение компонентов напряжений в толще слабых грунтов от веса насыпи Компоненты напряжений в точках основания от трапецеидальной нагрузки насыпи рассчитываются в соответствии со схемой (рис. 3.1).
Рис. 3.1. Схема для расчетов компонентов напряжений в основании при трапецеидальной эпюре нагрузки
Главные нормальные и касательные напряжения рассчитываются по формулам теории упругости (для механики грунтов) где Для практических расчетов компонент напряжений в любой точке грунтового массива под нагрузкой, распределенной по тому или иному закону, могут быть использованы программы, таблицы и графики, составленные на основе этих зависимостей. 3.10. Для низких насыпей, а также при расчёте пригрузочных берм допускается расчёт напряжений от равномерно распределённой полосовой нагрузки по формуле z = К1 ∙ р, где К1 - коэффициент, определяемый по табл. 3.1.
Если максимальное время достижения допустимой интенсивности осадки для наиболее невыгодных слоев основания на расчётных поперечниках превышает заданный срок строительства и возможный технологический перерыв между окончанием возведения насыпи и началом устройства дорожной одежды, то для участков трассы с такими поперечниками следует запроектировать мероприятия для ускорения осадки насыпи (временная пригрузка, вертикальные дрены, частичная замена слабого грунта, сваи-дрены и др.). Рис. 4.4. График для определения консолидации грунта основания с дренажными прорезями
Вопрос 3. Частичное удаление слабого грунта Рис. 4.8.
Рис. 4.9.
Рис. 4.10. Приближённо максимальную требуемую прочность свай, независимо от наличия ростверка и высоты насыпи, можно оценивать по формуле 4.57. Величину средней осадки слабой толщи в межсвайном пространстве при высоте насыпи более где H т - мощность сжимаемой толщи; Ео - компрессионный модуль деформации слабой толщи. 4.58. За допустимую осадку в межсвайном пространстве в зависимости от конкретных условий (категории дороги, сложности инженерно-геологической обстановки и т.п.) следует принимать: - для наиболее ответственных сооружений доп. = 10 см; - для прочих случаев доп. = 0,05 H т. 4.59. Если вычисленная осадка м.с. будет больше доп, следует предусмотреть устройство гибкого ростверка. Ростверк устраивается из 1 - 3-х слоев геосинтетических полотен или решетки, обладающей параметрами механических свойств - жесткости (G, т/м) и прочности (Ro,т/м). Расчетная схема деформации гибкого ростверка представлена на рис. 4.11.
Рис. 4.11. Схема деформации гибкого ростверка: Приложение 1 (А) III - переходных покрытий
Рис. А.2. Номограмма для определения модуля упругости торфяного основания К1 = hн / hт; К2 = ρт / ρн. Здесь hн - общая толщина насыпного слоя, см, (рис. А.3), hм - толщина слоя торфа под насыпью, см, (рис. А.3); ρт и ρн - соответственно средние плотности грунта торфа и насыпи, г/см3; η - коэффициент, определяемый по графику (см. рис. А.4, б); Pрасч - расчетная нагрузка на основание, кг/см2; a0 - коэффициент М. И. Горбунова-Посадова, определяемый в зависимости от отношения 2hт / D по табл. А.1.
Рис. А.3. Расчётная схема Таблица А.1 Коэффициент a0
Общая толщина насыпного слоя (см. рис. А.3) Упругий прогиб торфяного основания вычисляют по формуле hн = h + Sобщ = Hод + h'н. (А.7) где ρ и D - параметры расчетной нагрузки; К - комплексный коэффициент, учитывающий конечные размеры слоя торфа и распределяющую способность насыпи. Коэффициент (К) определяют по графику (рис. А.4, а) в зависимости от отношений h'н / D и h т / D (h т = Н - Sобщ, где H - глубина болота). η - коэффициент изменения контактного напряжения в слоях различных жесткостей, зависящий, главным образом, от отношения жесткостей, выражаемых модулями упругости. Численные значения коэффициента η как функции отношения Ен / Е т для h'н ≥ 2D определяют по графику (рис. А.4, б); n - коэффициент, значения которого принимают по табл. А.2. Таблица А.2 Коэффициент n
Динамический коэффициент (Кдин), равный отношению максимального динамического прогиба торфяного основания, вызываемого движущимся автомобилем, к величине статического прогиба, определяют по графику (рис. А.5) в зависимости от коэффициента демпфирования (Ψ). Для 1-го расчетного случая он равен 8,6 / ω; для 2-го - 0,33 / E т (Ет в МПа). Мероприятия по снижению ускорений колебаний земляного полотна В случаях, когда не выполняется требование формулы (А.4), обеспечивающее допустимые колебания насыпи на торфе, находящейся под действием динамической нагрузки, необходимо наметить мероприятия по снижению колебаний.
Рис. А.4. Графики для определения коэффициентов К и η Основным и наиболее простым способом снижения ускорения колебаний земляного полотна на торфяном основании является увеличение толщины насыпного слоя, что обеспечивает уменьшение частот и амплитуд колебаний и, в конечном счете, снижает ускорение колебаний. Если по условиям продольного профиля поднятие насыпи нежелательно, то для увеличения толщины насыпного слоя можно пользоваться методами перегрузки или частичного выторфовывания.
Рис. А.5. График для определения динамического коэффициента Приложение 2 (Б) Раздел 1. Классификация и свойства слабых грунтов Лекция 1. Классификация и свойства слабых грунтов В зависимости от состава, фациально-генетических и петрографических особенностей, а также состояния слабые грунты следует подразделять на: - группы по содержанию органических веществ; - виды по генетико-фациальным и петрографическим особенностям; - подвиды по особенностям состава; - разновидности по особенностям состояния (плотности и влажности). Схема общей отраслевой классификации слабых грунтов для целей дорожного строительства приведена в табл. 2.1. Количественные критерии для указанных классификационных показателей и единиц, их наименования приведены для основных видов слабых грунтов в указанной таблице. В пределах разновидности физико-механические свойства каждого слабого грунта изменяются в относительно узких пределах, что позволяет использовать частные классификации и табличные данные для ориентировочной оценки расчетных значений показателей механических свойств грунтов, представленные в приложении 11 (Л). Таблица 2.1 Общая классификация слабых грунтов
Примечания: 1. Для отделения болотного мергеля от органоминерального сапропеля необходимо определить содержание СаСО3. 2. Наряду с указанным в гр. 3 определяющим признаком для установления вида слабого грунта используется комплекс данных по фациально-генетическим и петрографическим особенностям, устанавливаемым в процессе изысканий. 3. П - потери при прокаливании, %; Ф - степень волокнистости, %; IР - число пластичности; W - природная влажность, %; IL - показатель текучести; W отн = W / WL -относительная влажность; WL - влажность на границе текучести, %. 4. Степень волокнистости Ф вычисляется через степень разложения Ddp', определяемую с помощью микроскопа, по формуле: Ф = 100 - Ddp',%. При определении степени разложения весовым методом степень волокнистости Ф следует устанавливать по формулам Ф = 88 - 0,42 Ddp' при Ddp' < 50 %; Ф = 118 - 0,32 Ddp', при Ddp' > 50 %. При определении Ddp' используется сито 0,25 мм.
Вопрос 2. Характеристики сжимаемости слабых грунтов Характеристики сжимаемости слабых грунтов в лабораторных условиях определяют по результатам испытаний образцов с ненарушенной структурой в компрессионных приборах (т.е. в условиях одномерного сжатия). Экспериментально определяется зависимость между приложенной нагрузкой Рi и коэффициентом пористости грунта (e), а также относительной деформацией (λ), модулем осадки (e) или деформации (Е). В расчетных методах, рекомендуемых настоящим Пособием, в качестве показателя сжимаемости используется модуль осадки (еp) и модуль деформации (Ep). Модуль общей деформации грунта связан с нагрузкой функциональной зависимостью где рi - сжимающая нагрузка; λi - относительная деформация при этой нагрузке. Относительная деформация, выраженная в промиллях, называется модулем осадки (еp) где D hi - деформация образца; h - начальная высота образца. Особенностью слабых грунтов является нелинейность зависимости модуля деформации и осадки от нагрузки. . Существенной особенностью характера сжимаемости грунтов природного сложения является наличие так называемой структурной прочности грунта на сжатие, природа которой предопределяется видом грунта, его исходным состоянием и структурой. В связи с этим для прогноза осадки слабых грунтов, кроме перечисленных выше деформационных характеристик, необходимо определять величину структурной прочности сжатия (pстр). Эта величина определяется путём построения компрессионной кривой вида ei = f (lg Pi). Точка явного перелома компрессионной кривой после начального прямолинейного участка соответствует структурной прочности грунта на сжатие. В общем случае могут быть выявлены три вида начальных участков компрессионной кривой вида ei = f (lg Pi): 1 - горизонтальный, 2 - слабо наклонный и 3 - резко наклонный к оси lg Pi В первом случае Рстр определяется по стандартной методике, изложенной в ГОСТ 12248-96. При наличии Рстр > 0 в слабом основании может быть выделена активная зона, в которой будет иметь место уплотнение грунта, и пассивная, в которой грунт не будет уплотняться. В активной зоне нагрузка, действующая на грунт, превышает Рстр,в пассивной зоне она меньше Рстр. В третьем случае структурная прочность на сжатие для данного грунта отсутствует. Во втором случае величина Рстр может быть также определена по точке перелома кривой вида e i = f (lg Pi),хотя и не так явно выраженной. В связи с последним разделение слоя слабого грунта на активную и пассивную зону следует проводить в соответствии с указаниями, изложенными в пп. 3.20 - 3.24. Основные положения методики расчёта конечной осадки слабых грунтов в основании насыпи с использованием перечисленных выше характеристик сжимаемости даны в пп. 3.40 - 3.45.
Вопрос 3. Характеристики уплотняемости и прочности На характер осадки и скорость её прохождения влияют: исходное состояние грунта, его фильтрационные и деформационные свойства, а также величина уплотняющей нагрузки на грунт и режим её приложения. Поэтому при индивидуальном проектировании насыпей на слабом основании в каждом конкретном случае на расчётных поперечниках должны быть проанализированы условия статического уплотнения расчётных слоев слабой толщи и выделена активная зона. В активной зоне должны быть выделены части, в которых будут созданы условия для отжатия поровой воды (живая фильтрационная часть), и части, где они не будут иметь место (мёртвая фильтрационная часть). Методика испытаний грунтов на консолидацию и выбор метода прогноза осадки во времени зависят от того, в какой из указанных частей находится грунт (см. пп. 3.46 - 3.56). В качестве критерия создания условий, при которых может начаться механическое отжатие поровой воды, для торфяных и полностью водонасыщенных глинистых грунтов может служить начальный градиент фильтрационной консолидации (iн.ф.к). Этот комплексный параметр является функцией физических свойств грунта, структурной прочности на сжатие, начального градиента фильтрации и избыточного порового давления в воде. Метод определения нагрузки (Рф), при которой обеспечивается возникновение iн.ф.к,заключается в проведении консолидационных испытаний идентичных образцов с различными условиями дренирования под разными уплотняющими нагрузками. Нагрузка (Рф), начиная с которой кривые консолидации образцов вида λ = f (lg t) с разными путями фильтрации расходятся, и будет искомой. Методика её определения приведена в приложении 2 (Б). Полученная нагрузка (Рф) сравнивается с действующей нагрузкой от насыпи (Pz) на расчётных горизонтах в основании. Если Pz > Рстр,но Рz < Рф,то осадка грунта будет происходить без отжатия воды, т.е. грунт будет уплотняться в условиях закрытой системы. Если Рz > Рстр и Рz > Рф, то будет наблюдаться фильтрационная консолидация, т.е. осадка пойдёт в условиях открытой системы. При этом исключается необходимость определения начального градиента фильтрации, так как это свойство грунта учитывается автоматически в опыте на консолидацию. Одномерная консолидация слабых грунтов изучается в условиях компрессионного опыта. Методика проведения консолидационных испытаний грунтов тестирована (ГОСТ 12248-96). Некоторые её дополнения, учитывающие специфику поведения слабых грунтов, изложены в приложении 2 (Б). В результате обработки испытаний строится консолидационная кривая грунта в виде λ = f (t)или λ = f (lg t)и Удобнее всего для практических целей пользоваться кривой консолидации, построенной в полулогарифмическом масштабе. В общем случае консолидационная кривая вида λ = f (lg t)может состоять из 4-х участков после условно-мгновенной осадки: первый участок отражает дофильтрационную консолидацию; второй участок (криволинейный) отражает первичную фильтрационную консолидацию; третий участок (криволинейный) отражает вторичную фильтрационную консолидацию; четвёртый участок (прямолинейный) отражает консолидацию объёмной ползучести. На первом этапе консолидации скорость осадки слабого грунта не связана с возникновением избыточного давления в поровой воде и только при определённом соотношении свойств грунта и величины уплотняющей нагрузки создаются условия для механического отжатия свободной поровой воды, в которой возникает поровое давление. На втором этапе консолидации на скорость осадки слабого грунта, главным образом, оказывает влияние скорость фильтрации отжимаемой свободной воды, движение которой подчиняется закону Дарси. На третьем этапе консолидации на скорость осадки слабого грунта существенное влияние оказывает вязкопластическое выжимание связанной воды, движение которой к дренирующей поверхности не подчиняется закону Дарси. На четвёртом этапе консолидации скорость осадки слабого грунта предопределяется вязкопластическим сдвигом частиц (или агрегатов), т.е. вязкой объёмной ползучестью. При этом может иметь место весьма незначительное местное выдавливание рыхлосвязанной воды на поверхности грунта, не представляющее собой такого процесса, который бы существенно влиял на интенсивность уплотнения и который необходимо учитывать при прогнозе осадки. Указанные этапы консолидации выражаются на кривой консолидации соответствующими участками, которые выделяются по геометрическому признаку. Способы выделения последних описаны в приложении 2 (Б). В зависимости от структуры грунта, его начальной влажности и плотности, физико-механических свойств, величины и режима приложения нагрузки, условий дренирования и градиента напора процесс консолидации его (грунта) может состоять из меньшего количества этапов (два или три) и в различном их сочетании. Для органических и органоминеральных грунтов, неволокнистых и маловолокнистых, выше средней влажности характерна кривая консолидации вида λ = f (lg t),состоящая из двух участков, отражающих первичную фильтрационную консолидацию и консолидацию объемной ползучести. Для органических и органоминеральных грунтов, неволокнистых и маловолокнистых, сухих и маловлажных, полностью водонасыщенных характерна кривая консолидации, состоящая из трёх участков, отражающих первичную и вторичную фильтрационную консолидацию и консолидацию ползучести. При неполном водонасыщении грунта - из четырёх участков. Для органических и органоминеральных грунтов, волокнистых при любой степени водонасыщения, характерна кривая консолидации, состоящая из трёх участков, отражающих дофильтрационную консолидацию, фильтрационную консолидацию и консолидацию объемной ползучести. Для минеральных грунтов текучей и текучепластичной консистенции характерна кривая консолидации, состоящая из трёх участков, отражающих первичную и вторичную фильтрационную консолидацию и консолидацию объемной ползучести. Для минеральных грунтов мягкопластичной консистенции характерна кривая консолидации, состоящая из двух участков, отражающих вторичную фильтрационную консолидацию и консолидацию объемной ползучести. Характерные консолидационные кривые для различных видов слабых грунтов представлены в приложении 2 (Б). На первом этапе консолидации консолидационным параметром является угловой коэффициент первого прямолинейного участка в логарифмическом цикле к оси времени (mi). На втором этапе консолидации консолидационными параметрами являются коэффициент консолидации (C2u)или консолидационный параметр (bλ), определяющий условия перехода от данных лабораторных испытаний к натуре. На третьем этапе консолидации консолидационным параметром является коэффициент консолидации (С3u)или показатель степени консолидации (n), также определяющий переход к натуре. На четвёртом этапе консолидации консолидационным параметром является угловой коэффициент последнего прямолинейного участка в логарифмическом цикле к оси времени (т4). Более детально перечисленные консолидационные характеристики рассмотрены в приложении 2 (Б).   ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...  Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...  Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...  ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|
(4)
- восстанавливающаяся часть общего сцепления, обусловленная коллоидными связями, при влажности W в момент сдвига;
(5)
(7)
(8)
- удельный вес грунта с учетом взвешивания;
(9)
(10)
(11)
(73)
определяют по выражению
(74)
(А.6)
(2)
(3)