ЗАДАЧА. РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ ПОДПОРНОЙ СТЕНКИ
НА СКАЛЬНОМ ОСНОВАНИИ
Устойчивость подпорной стенки проверяется на сдвиг по подошве (плоский сдвиг) и опрокидывание относительно наружной грани от давления грунта. На рисунке приведена схема и исходные данные к расчету.
Дано: Н = 3 м; b = 1 м. Грунт засыпки – песок. Угол внутреннего трения песка j принимается по результатам лабораторной работы. Значением удельного сцепления С для песчаного грунта можно пренебречь, что идет в запас прочности.
Удельный вес грунта засыпки принимается по результатам лабораторной работы.
Последовательность расчета.
1. Подсчитать собственный вес 1 п.м. подпорной стенки G, приняв удельный вес материала gм = 23 кН/м3.
2. Определить величину удерживающего момента при ее опрокидывании относительно точки А:
Муд = G , кНм (3.9)
3. Найти опрокидывающий момент от воздействия активного давления грунта засыпки:
М опр = Ea , кНм (3.10)
где Еа – активное давление грунта засыпки, определяемое как равнодействующая эпюры горизонтального давления s2
Еа = s2max , кН (3.11)
где l – длина участка подпорной стенки, равная 1 м;
s2max = g Н tg2 (45- ), кН/м2 (3.12)
где g – удельный вес грунта засыпки, кН/м3.
4. Подпорная стенка считается устойчивой на опрокидывание, если выполняется условие:
h = (3.13)
где h – коэффициент устойчивости.
5. Подпорная стенка считается устойчивой против плоского сдвига, если выполняется условие:
FSa < (3.14)
где Fsa – сдвигающая сила, равная 1,2 Еа; gс – коэффициент условий работы основания, равный 1 для скального грунта; gn – коэффициент надежности по назначению сооружения (принять 1.1); FSr – удерживающая сила, принимаемая равной силе трения подошвы по основанию
FSr = G f (3.15)
где f - коэффициент трения подошвы по скальному грунту (принять f =0,65).
6. Сделать заключение по результатам расчета.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4
ВОДОПРОНИЦАЕМОСТЬ ГРУНТОВ
Цель работы: оценка водопроницаемости песчаного грунта и использование коэффициента фильтрации при прогнозе скорости стабилизации осадки основания.
Задачи работы: 1) Ознакомление с методикой определения коэффициента фильтрации на приборе КФ–00М; 2) решение задачи с применением коэффициента фильтрации.
При ламинарном характере течения воды через грунт справедлив закон Дарси
V = K I, (4.1)
где V – скорость фильтрации, равна расходу воды, отнесенному к поперечному сечению фильтрующего грунта, за единицу времени; I – градиент напора, равный отношению напора к длине пути фильтрации.
Коэффициентом фильтрации К называют скорость фильтрации воды при градиенте напора, равном единице, и линейном законе фильтрации.
Коэффициент фильтрации песчаных грунтов определяют при постоянном заданном градиенте напора с пропуском воды сверху вниз или снизу вверх, при предварительном насыщении образца грунта водой снизу вверх. Для насыщения образцов грунта и фильтрации применяют грунтовую воду с места отбора образца или воду питьевого качества. Количество частных определений коэффициента фильтрации должно составлять не менее 6.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ В ПРИБОРЕ КФ–00М ПО ГОСТ 25584-90
ПРИБОР И ОБОРУДОВАНИЕ
В состав прибора КФ–00М, конструкция которого приведена на рисунке 4.1, входят: фильтрационная трубка 1, состоящая из прямого полого цилиндра внутреннем диаметром 56,5 мм (площадь поперечного сечения трубки 25см2) и высотой 100 мм с заостренными краями, перфорированного дна 3 с отверстиями размером 2х2мм, надеваемого на нижнюю часть цилиндра 1, и муфты 2 с латунной сеткой 4, устанавливаемой на верхней части цилиндра; мерный стеклянный баллон (мариоттов сосуд) 9 объемом 140 см3 и высотой 110мм со шкалой объема фильтрующейся жидкости; телескопическое приспособление для насыщения грунта водой и регулирования градиента напора, состоящее из подставки 5, подъемного винта 8, планки 10 со шкалой градиентов напора от 0 до1 ценой деления 0,02;
корпус 6 с крышкой 7
Рис. 4.1. Прибор КФ – 00М
1 – цилиндр; 2 – муфта; 3 – перфорированное дно; 4 – латунная сетка; 5 – подставка; 6 – корпус; 7 – крышка; 8 – подъемный винт; 9 – стеклянный баллон со шкалой объема фильтрующейся жидкости; 10 – планка со шкалой градиентов напора;11 – испытуемый образец грунта. |
Кроме того, в комплект оборудования должны входить:
1.Весы лабораторные. 2. Термометр. 3. Секундомер. 4. Нож с прямым лезвием. 5. Лопатка. 6. Пестик с резиновым наконечником. 7. Колба с питьевой водой. 8. Пластины плоские с гладкой поверхностью (из стекла или металла)
ПОРЯДОК РАБОТЫ
2.1. Подготовка к испытанию
2.1.1.Из корпуса прибора извлекают фильтрационную трубку и разбирают ее.
2.1.2.Заполняют цилиндр испытываемым грунтом. Заполнение цилиндра грунтом в предельно рыхлом и предельно плотном состоянии выполняют в следующем порядке: цилиндр с дном и латунной сеткой взвешивают; для получения образца в предельно рыхлом состоянии цилиндр заполняют грунтом, насыпая его с высоты 5-10 см без уплотнения; в предельно плотном состоянии насыпают слоями толщиной 1-2 см с уплотнением каждого слоя трамбованием.
Заполнение цилиндра грунтом нарушенного сложения заданной преподавателем плотности так же производят слоями толщиной 1-2 см, при этом необходимую массу грунта вычисляют по формуле:
m = Vr (4.1)
где V – объем цилиндра (250 см3); r – заданная плотность, г/см3.
Если грунт массой m не укладывается в цилиндр, то его уплотняют трамбованием. Коэффициент пористости грунта вычисляют по формуле:
е =
Влажность грунта W определяют по методике, изложенной в работе №1.
2.1.3.Зачищают поверхность образца вровень с краями цилиндра и взвешивают цилиндр с грунтом.
2.1.4.Определяют плотность грунта (r = m/V).
При опытах с тонкозернистыми песками на дно трубки необходимо засыпать буферный слой песка из фракции 0,5-0,25 мм высотой в 2-3 мм. Если требуется определить коэффициент фильтрации грунта с ненарушенной структурой, то цилиндр следует задавить непосредственно в грунт.
2.2. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ
2.2.1После заполнения цилиндра грунтом в корпус (6) налить воды и вращением винта (8) поднять подставку (5) до совмещения отметки на планке (10) отметки напорного градиента I = 1 с верхним краем крышки (7).
2.2.2На подставку (5) установить фильтрационную трубку с испытываемым грунтом. Вращением винта (8) медленно погрузить фильтрационную трубку с грунтом в воду до отметки напорного градиента I = 0,8. В таком положении оставить прибор до момента появления влаги в верхнем торце цилиндра, о чем судят по изменившемуся цвету грунта
2.2.3.Поместить на грунт латунную сетку (4), одеть на трубку муфту (2) и вращением винта (8) опустить фильтрационную трубку в крайнее нижнее положение.
2.2.4.Заполнить мерный баллон (9) водой, предварительно измерив ее температуру, зажать отверстие большим пальцем и, быстро опрокинув, вставить в муфту (2) так, чтобы горлышко баллона соприкасалось с латунной сеткой.
Мерный баллон – мариоттов сосуд – приспособление, создающее постоянный напор воды. Когда сосуд перевернут отверстием вниз, вода из него будет вытекать только в том случае, если под вогнутую часть проникает наружный воздух. Если вода из-под вогнутой части расходуется на фильтрацию, то ее расход компенсируется из сосуда, при этом уровень воды во время испытания практически совпадает с поверхностью грунта. Этим обеспечивается постоянство напора при проведении испытания. Шкала на поверхности сосуда позволяет измерять расход воды. Мерный баллон автоматически поддерживает над грунтом постоянный уровень воды в 1-2 мм.
При нормальном ходе опыта в мерный баллон поднимаются мелкие пузырьки воздуха. Если в мерный баллон прорываются крупные пузырьки воздуха, то баллон следует опустить ниже на 1-2 мм и добиться того, чтобы в него равномерно поднимались мелкие пузырьки воздуха.
После этого установить планку (10) на градиент I = 0,6 и долить воду в корпус (6) до верхнего края.
2.2.5.Отметить время, когда уровень воды достигнет деления шкалы мерного баллона, отмеченного цифрой 10 (или 20) см3; принимая это время за начало фильтрации воды. В дальнейшем фиксируют время, когда уровень воды достигнет соответственно делений: 20, 30, 40, 50 (или 20, 40, 60, 80) см3 или других кратных значений.
Производят четыре отсчета.
2.2.6.Опустив цилиндр с грунтом в крайнее положение, снять мерный баллон (9), заполнить его водой и вновь вставить в муфту (2).
2.2.7.Установить планку (10) на напорный градиент I = 0,8 и долить воду в корпус 6 до верхнего края. Далее поступить согласно п.2.2.5. Так произвести определения для любого напорного градиента (всего 6 раз). Для I = 1 телескопическим приспособлением можно не пользоваться, установив фильтрационную трубку на любую равную поверхность.
2.2.8.По окончании работы прибор КФ-00М разобрать, все детали промыть чистой водой и вытереть насухо.
2.3.ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
2.3.1. Коэффициент фильтрации К10 м/сут, приведенный к условиям фильтрации при температуре 100С, вычисляют по формуле:
К10= (4.2)
где VW – объем профильтровавшейся воды при одном замере, см3;
tm – средняя продолжительность фильтрации (по замерам при одинаковых расходах воды),с; А – площадь поперечного сечения цилиндра фильтрационной трубки, см2; I – градиент напора; Т = (0,7 + 0,03 Тф) – поправка для приведения значения коэффициента фильтрации к условиям фильтрации воды при температуре 100С, где Тф – фактическая температура воды при испытании, 0С; 864 – переводной коэффициент (из см/с в м/сут)
2.3.2. Полученные в ходе испытаний данные занести в журнал, форма которого приводится ниже:
Результаты определения коэффициента фильтрации песчаного грунта на приборе КФ – 00М
Дата испытания | № испытания | Тип грунта | Сложение грунта | Влажность грунта в д.ед. | Масса, г | ||
Цилиндра | Цилиндра с грунтом | Грунта | |||||
Продолжение
Плотность ,г/см3 | Коэффициент пористости е | Градиент напора I | Объем профильтровавшейся воды VW, см3 | Время фильтрации, с | ||
Грунта r | Сухого грунта rd | Отдельные замеры | среднее | |||
Продолжение
Температура воды Тф, 0С | Коэффициент фильтрации К10, м/сут | Примечание |
В таблицу записываются значения коэффициента фильтрации при
I = 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 0,9; 1,00.
Каждая бригада проводит испытания на фильтрацию грунта лишь одной заданной плотности сложения.
Плотность задается преподавателем.
2.3.3. После завершения экспериментов результаты всех бригад обобщаются в единой таблице
Сводная таблица коэффициентов фильтрации грунтов разной плотности сложения:
Плотность сложения песка rd,г/см3 и наименование по плотности сложения | е | Коэффициент фильтрации К10,м/сут |
Коэффициент фильтрации используется при расчетах скорости уплотнения грунтов под нагрузкой, определения притока воды к котлованам, дренажным и водозаборным устройствам, при расчетах фильтрационных потерь через земляные ограждающие сооружения, например, плотины и фильтрационные завесы.