Сцепление грунта по стене

7.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ АКТИВНОГО И ПАССИВНОГО ДАВЛЕНИЯ ГРУНТА НА СТЕНЫ

7.2.1. Общие положения

Давление грунта на стены зависит от их конструктивных особенностей (наклона и жесткости стены, наличия разгружающих элементов и т.д.), от свойств грунта, взаимодействующего со стеной, от величины и направления перемещений, поворота и прогиба стены [2].

Активное давление грунта σa реализуется при смещении стены от грунта и соответствует минимальному значению давления. Пассивное давление грунта σр реализуется при смещении стены на грунт и соответствует максимальному значению давления. При отсутствии перемещений стены реализуется давление покоя σ₀ . Изменение давления грунта в зависимости от перемещения стены и представлено на рис. 7.6.

7.2.2. Характеристики грунта, используемые при определении давления грунта

На стенки действует боковое давление грунта нарушенного сложения. Характеристики этого грунта выражаются через соответствующие характеристики грунта ненарушенного сложения следующими соотношениями [3]:

где γ_I, φ_I, c_I, γ_II, φ_II, c_II — соответственно удельный вес, угол внутреннего трения и удельное сцепление грунтов ненарушенного сложения для расчетов по первой и второй группам предельных состояний, определяемые в соответствии со СНиП 2.02.01-83.

7.2.3. Активное давление грунта

А. НЕСВЯЗНЫЙ ГРУНТ

В случае свободной от нагрузки наклонной поверхности засыпки и наклонной тыловой грани стены горизонтальная σ_ah и вертикальная σ_av составляющие активного давления грунта на глубине z (рис. 7.7) определяются по формулам [3, 4]:

где γ — расчетное значение удельного веса грунта; α — угол наклона тыловой грани стены к вертикали, принимаемый со знаком плюс при отклонении от вертикали в сторону стены; δ — угол трения грунта на контакте со стенкой, принимаемый для стен с повышенной шероховатостью равным φ , для мелкозернистых водонасыщенных песков и при наличии на поверхности вибрационных нагрузок равным 0, в остальных случаях равным 0,5 φ (здесь φ — расчетное значение угла внутреннего трения грунта); λ_a — коэффициент активного давления грунта:

здесь ρ — угол наклона поверхности грунта к горизонту, принимаемый со знаком плюс при отклонении этой поверхности от горизонтали вверх: |ρ| ≤ φ .

В частном случае для гладкой вертикальной тыловой грани и горизонтальной поверхности грунта коэффициент активного давления вычисляется по формуле

Равнодействующие горизонтального Е_ah и вертикального E_av давлений грунта для стен высотой Н определяются как площади соответствующих треугольных эпюр давлений (рис. 7.7) по формулам:

Б. СВЯЗНЫЙ ГРУНТ

Горизонтальная σ’_ah и вертикальная σ’_av составляющие активного давления связного грунта на глубине z (см. рис. 7.7) определяются по формулам:

где σ_ch — давление связности:

здесь с — удельное сцепление грунта;

Если значение K , вычисленное по формуле (7.10), меньше нуля, в расчетах принимается K = 0.

В частном случае при горизонтальной поверхности засыпки ( ρ = 0) и вертикальной задней грани ( α = 0) (или расчетной плоскости) горизонтальная составляющая активного давления грунта на глубине z определяется по формуле

Равнодействующая горизонтального Е‘_ah и вертикального E‘_av давлений грунта для стен высотой Н (см. рис. 7.7) определяется по формулам;

В. ДАВЛЕНИЕ НА СТЕНЫ ОТ НАГРУЗКИ НА ПОВЕРХНОСТИ ЗАСЫПКИ

Сплошная равномерно распределенная нагрузка q (рис. 7.8, а). Горизонтальная σ_qh и вертикальная σ_qv составляющие активного давления грунта от этой нагрузки на глубине z для связных и несвязных грунтов определяются по формулам:

Сплошная (на всей призме обрушения) равномерно распределенная нагрузка q , приложенная на расстоянии а от стены (рис. 7.8, б). Горизонтальная σ_qh и вертикальная σ_qv , составляющие активного давления грунта от этой нагрузки определяются при z ≥ a/(tgα + tgΘ) по формулам (7.14) и (7.15), а при 0 ≤ z ≤ a/(tgα + tgΘ) (где Θ = 45° – φ /2) σ_qh = σ_qv = 0.

Полосовая (ширина полосы b ) нагрузка q , приложенная в пределах призмы обрушения на расстоянии а от стены (рис. 7.8, в). Горизонтальная σ_qh и вертикальная σ_qv составляющие активного давления грунта от этой нагрузки определяются при a/(tgα + tgΘ) ≤ z ≤ (a + b)/(tgα + tgΘ) по формулам (7.14) и (7.15), а при 0 ≤ z ≤ a/(tgα + tgΘ) и z > (a + б)/(tgα + tgΘ), σ_qh = σ_qv = 0.

При расчете подпорных стен давления от нагрузок на поверхности засыпки, вычисленные по формулам (7.14) и (7.15), добавляются к давлениям от грунта, вычисленным по формулам (7.1), (7.2) и (7.7), (7.8).

Г. ДАВЛЕНИЕ ГРУНТА НА УГОЛКОВЫЕ ПОДПОРНЫЕ СТЕНЫ

Для уголковых подпорных стен активное давление грунта на условную поверхность определяется по двум возможным вариантам:

• – для длинной опорной плиты в предположении образования симметричной призмы обрушения (рис. 7.9, а, условная поверхность ab );
• – для короткой опорной плиты — несимметричной призмы обрушения (рис. 7.9, б, условная поверхность abc ).

В обоих случаях вес грунта, заключенного между условной поверхностью и тыловой поверхностью стены, добавляется к весу стены в расчетах на устойчивость, которые выполняются так же, как и для массивных стен: α = Θ = 45°— φ /2; δ = φ .

7.2.4. Пассивное давление грунта

При горизонтальной поверхности грунта и равномерно распределенной нагрузке на поверхности горизонтальная σ_ph и вертикальная σ_pv составляющие пассивного давления на глубине z от поверхности определяются по формулам:

где q — нагрузка, равномерно распределенная на поверхности; λ_ph — коэффициент горизонтальной составляющей пассивного давления, определяемый при горизонтальной поверхности грунта по формуле

Источник

Как правильно учитывать сцепление грунта при многослойной толщине грунта в расчетах горизонтального активного давления?

Страница 1 из 2

1

2

>

Так как в инструкции ВСН 136-78 допустим глупость написана на стр.266 — «. В случае разнородного грунта уменьшение активного давления за счет сцепления учитывают в пределах каждого слоя суглинка или глины. «

То есть если взять некий связный грунт допустим общей толщиной 20м как один слой, и считать, то получим допустим что из-за наличия сцепления в пределах высоты = 5м. боковое активное давление не действует. — тут всё логично.
А если этот же случай возьмем как многослойный (чисто для того чтобы выявить ошибку или недописку в ВСН) (допустим 10 слоев по 2м., то получается что если 5м>2м, то в пределах каждой толщины. бокового давления нет совсем, в итоге на всей высоте в 20м. нет бокового давления вообще.)
Кто не помнит — значение уменьшения давления от влияния сцепления = 2*с * tg (45 — фи/2) — то есть не зависит от высоты слоя.

А дальше больше, приходится размышлять как должно быть на самом деле и начинаются ветвления — если брать среднюю от каждого слоя (слои-то с разными значениями сцепления и фи обычно) — так же неверно, так как если верхний слой самый толстый и в нём уже значение уменьшения будет больше его толщины, то дальше и думать не нужно. Значит правильней строго с самого верха идти, но если верхние слои небольшие и сильно разнотипные (тем более если в перемешку связные грунты типа глин и несвязные супеси и пески, а если ещё и грунтовая вода где-то в этих слоях)

Источник

Удельное сцепление грунта

Сцепление грунта (с) – это один из параметров, от которого зависит прочность грунта при сдвиге. Его вычисляют по формуле соотношением вертикального и касательного напряжений или определяют на графике. Измеряется сцепление в килопаскалях (кПа).

На показатель влияет тип химических связей в породе. Свойство характерно для глинистых и скальных грунтов. Устойчивость к сдвигу несвязных дисперсных грунтов обеспечивает трение между отдельными зернами , поэтому сцепление в этом случае играет минимальную роль.

От чего зависит сцепление грунта и на что оно влияет

Сцепление обеспечивают химические связи между молекулами минеральных компонентов грунтов.

Основные разновидности связей:

• Коллоидные – это электрохимические контакты между молекулами минералов и воды
• Цементационные – связи между частицами и минералами, которые играют роль цемента
• Кристаллизационные – связи между отдельными молекулами, образующими кристаллические решетки

Наименьшей силой обладают коллоидные или водно-коллоидные связи. Больше всего на них влияет влажность. Но это единственный тип структурных связей, способный восстанавливаться после разрушения. Встречаются они в глинистых грунтах.

Цементационные связи достаточно прочные. Они характерны для литифицированных (окаменевших) глин и некоторых скальных грунтов. После разрушения такие связи не восстанавливаются. Но они могут опять возникать в массивах через несколько десятилетий или столетий.

Кристаллизационные связи присутствуют в скальных грунтах и некоторых глинистых. Они прочные , но необратимо разрушаются при нагрузках. Кристаллические решетки в обычных условиях не восстанавливаются, так как для их образования нужны высокие температуры и давление.

Прочные контакты между элементами обеспечивают упругость грунта – способность после уменьшения нагрузки восстанавливать свой объем и форму. Коллоидные контакты даже после смещения частично возобновляются. Это увеличивает способность грунтов сопротивляться сдвигу.

На сцепление влияют и другие характеристики:

• Пористость и плотность
  Сцепление рыхлого грунта с большим количеством пор всегда слабее.
• Влажность
  При высокой влажности вокруг мелких глинистых частиц образуются пленки воды. Чем больше их толщина, тем слабее связи между зернами и агрегатами, а значит – и сцепление. Влажность влияет в основном на показатели глинистого грунта.
• Минеральный состав
  Минералы грунта определяют тип связей между его химическими элементами. Самые прочные они у магматических и метаморфических пород , образованных в недрах земли при высоких температурах и давлении. Несколько ниже сцепление у осадочных скальных и глинистых связных грунтов.

Сцепление бывает:

• Структурным – оно обеспечивается химическими контактами между отдельными элементами грунта; присутствует в нем изначально
• Удельным – оно определяется во время испытаний на сдвиг и напрямую зависит от вертикальных нагрузок

Сцепление обеспечивает устойчивость грунта при воздействии касательных сдвигающих сил, влияет на прочность и несущую способность. При высоком показателе грунтовый массив становится надежным основанием под фундаментом или дорожным полотном.

Методы определения удельного сцепления

Показатель определяют в ходе испытаний грунтов на устойчивость к сдвигу, в лаборатории или полевых условиях.

Лабораторные методы испытания

В лаборатории пользуются несколькими методами:

• Одноплоскостным срезом – быстрым неконсолидированным и медленным консолидировано-дренированным
• Трехосным сжатием – неконсолидировано-недренированным, консолидировано-недренированным, консолидировано-дренированым

При использовании консолидированных методик грунт дополнительно уплотняют. При дренированном испытании влагу отводят через систему дренажей , при недренированном берут водонасыщенный материал или с естественной влажностью.

Подробнее о лабораторных методиках вы можете прочитать в статье Прочность грунта на сдвиг. Здесь же мы расскажем, как вычисляется удельное сцепление.

Одноплоскостный срез

Этим методом определяют два типа напряжения – нормальное, или вертикальное (σ) и горизонтальное, или касательное (τ). Их максимальные значения соответствуют силе давления, при которой происходит сдвиг или смещение частиц относительно друг друга. Для определения сцепления нужно провести несколько опытов. Полученные данные отмечают на графике. Участок, который находится между нулевой точкой (местом пересечения осей) и местом начала кривой на оси ординат, соответствует силе сцепления.

Показатель вычисляют и по формуле:

Когда обрабатывают экспериментальные точки графика, проводят более сложные вычисления:

Трехосное сжатие

По этой методике вычисляют эффективное значение удельного сцепления (с’).
Используется уравнение:

Полевые методики испытаний

Испытание грунтов в массиве дает более приближенные к естественным условиям результаты. Чаще всего это делают в карьерах, подземных выработках, строительных котлованах перед закладкой фундамента.

Сцепление в полевых условиях определяют методом среза образцов. Прямо в выработке с помощью кольца от массива отделяют определенный объем грунта. Затем с помощью установки с анкерным устройством делают срез. Деформации фиксируют измерительными приборами. Детальнее о способе проведения опыта вы можете прочитать в статье Угол внутреннего трения грунта.

Удельное сцепление определяется после построения графика. На нем отмечают данные касательных и вертикальных напряжений , полученные на одном и том же массиве не менее, чем в трех опытах. Величиной сцепления будет отрезок на оси ординат от нулевой точки до начала линии графика.

Готовые показатели

На практике часто пользуются уже готовыми данными для разных типов грунтов. Они прописаны в СП 22.13330.2016. Показатели сцепления представлены в таблицах.

Таблица удельного сцепления песков разной крупности

Таблица удельного сцепления глинистых грунтов

Как мы видим из приведенных таблиц, у песков сцепление очень слабое. В глинистых грунтах показатель намного выше, но он уменьшается с увеличением пористости и текучести.

Практическое значение показателя

Удельное и структурное сцепление больше всего влияет на прочность скальных и глинистых грунтов при сдвиге. У песков этот параметр больше зависит от угла внутреннего трения. Сцепление лишь незначительно влияет на прочность пылеватых и мелких песков.

Сцепление можно определить в ходе опытов или взять готовую цифру из нормативных документов. Показатель используется для расчета напряжений при испытаниях на сдвиг.

Информация о сцеплении грунтов необходима при:

• Закладке фундаментов и возведении домов любого типа
• Строительстве промышленных объектов
• Прокладке автомобильных трасс, железных дорог, взлетных полос аэродромов
• Прокладке грунтовых дорог , обустройстве пешеходных зон
• Строительстве дамб, плотин, трубопроводов, путепроводов
• Разработке карьеров и подземных шахт
• Укреплении речных берегов и горных склонов
• Прогнозировании горных обвалов, размыва берегов во время наводнений

Подробно о всех перечисленных пунктах, а также о расчете напряжений при испытаниях на сдвиг вы можете прочитать в статье Прочность грунта на сдвиг.

Определение удельного сцепления и других прочностных характеристик грунта требует опыта и специального оборудования. Поэтому услугу по определению этого показателя нужно заказывать у специалистов.

Источник