Оценка состояния грунтового основания при проектировании мелиоративных и природоохранных объектов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

“Уральский государственный горный университет”

Инженерно-экономический факультет

Кафедра проиродообустройства и водопользования

Курсовая работа

по дисциплине

«Проектирование мелиоративных и природоохранных работ»

Оценка состояния грунтового основания при проектировании мелиоративных и природоохранных объектов

Екатеринбург 2016

Содержание

• Введение
• 1.Определение физических свойств грунта строительной площадки по исходным данным инженерно-геологических изысканий
• 1.1 Исходные данные
• 1.2 Базовые основы по проектированию
• 1.3 Порядок выполнения работы
• 1.4 Расчетные характеристики грунта
• Выводы и анализ по результатам расчетов
• 2.Исследование влияния влажности на плотность грунта
• 2.1 Исходные данные
• 2.2 Базовые основы по проектированию
• 2.3 Порядок выполнения работы
• 2.4 Расчетные характеристики грунта
• Выводы и анализ
• 3. Определение вида глинистого грунта для строительной площадки по СНиП
• 3.1 Исходные данные
• 3.2 Базовые основы по проектированию
• 3.3 Ход работы
• 3.4 Расчетные характеристики грунта
• Выводы и анализ
• 4.Выбор грунтового основания строительной площадки по результатам исследования грунта по глубине шурфа
• 4.1 Исходные данные
• 4.2 Базовые основы по проектированию
• 4.3 Ход работы
• 4.4 Расчетная характеристика грунта
• Выводы и анализ
• 5. Определение деформационных свойств грунта
• 5.1 Исходные данные
• 5.2 Базовые основы по проектированию
• 5.3 Порядок выполнения работы
• 5.4 Расчетные характеристики грунта
• Выводы и анализ
• Список литературы

• Введение
• При решении проблемы строительства любого сооружения, включая мелиоративные и природоохранные объекты, как правило, решаются три взаимоувязанные задачи:
• · На чем строить (естественное грунтовое основание, искусственное грунтовое основание);
• · Какое сооружение будет возводиться, с учетом возможных комбинаций нагрузок воздействий на фундамент и грунтовое основание;
• · Какой необходимо выбрать фундамент с учетом возводимого сооружения и особенностей грунтового основания.
• При проектирование обычно приходится решать две основные задачи:
• · Обеспечение необходимой надежности и долговременной эксплуатации сооружения, для чего должна быть решена задача обеспечения прочного и устойчивого основания и выбора соответствующего фундамента;
• · Принятие наиболее экономического решения с точки зрения расхода фундаментных материалов, минимальных объемов работ, продолжительности и стоимости строительных работ.
• Поэтому, как правило, прорабатывается несколько вариантов проектных решений и на основании технико-экономического сравнения выбирается наиболее целесообразный вариант.
• Цель данной курсовой работы и заключается в оценке состояния грунтового основания при проектировании мелиоративных и природоохранных сооружений, так как, качественно оценив состояние грунтового основания можно решать остальные проблемы строительства любого сооружения.

• 1. Определение физических свойств грунта строительной площадки по исходным данным инженерно-геологических изысканий
• 1.1 Исходные данные

Плотность грунта, , кг/м3	2380
Плотность твердых частиц, , кг/м3	2740
Весовая влажность, , %	0,07
Приращение весовой влажности, ±	+0,08

• 1.2 Базовые основы по проектированию
• Физико-механические свойства грунтов во многом определяют условия ведения строительства и эксплуатации того или иного вида сооружения. Для того чтобы определить эти условия строительства, полезно ввести классификацию и качественную оценку состояния грунтов.
• Классификация и качественная оценка состояния грунтов, а также выяснение возможности их использования в качестве оснований и среды сооружений проводятся, как правило, в результате сопоставления физических характеристик грунтов с классификационными показателями, приведенными в нормах.
• Показатели физических свойств грунтов
• К основным показателям физических свойств грунтов относятся плотность, влажность, плотность твердых частиц, которые определяются опытным путем в полевых и лабораторных условиях, а другие показатели являются уже производными от этих и могут быть определены расчетным путем.
• Плотность твердых частиц (кг/м³) - беспористая масса в абсолютно плотном состоянии единицы объема твердых частиц.
• Для ориентировочных расчетов можно принять:
• · для песков - 2600 кг/м³;
• · для супесей - 2700 кг/м³;
• · для суглинков - 2710 кг/м³;
• · для глин - 2740 кг/м³;
• · для заторфованных грунтов - 20002200 кг/м³;
• · для торфа в зависимости от зольности и степени разложения - 14001800 кг/м³.
• Плотность (объемная масса) грунта (кг/м³) - это масса единицы объема грунта в естественном состоянии, включая массу воды в его порах в зависимости от состояния грунта в естественном залегании и его водонасыщенности значение плотности его изменяются в широких пределах.
• Влажность (весовая) грунта (доли единицы) - отношение массы воды, находящейся в грунте, к массе грунта, высушенного при температуре 100105С до постоянной массы.

1.3 Порядок выполнения работы

1. Определение типа грунта;

2. По исходным данным физического состояния определить:

· пористость ();

· коэффициент пористости ();

· степень влажности ();

3. Построить график зависимости .



1.4 Расчетные характеристики грунта

Соотношение физических параметров

Параметры грунта	Формулы рачета
1. Плотность скелета грунта,
2. Пористость,
3. Коэффициент пористости,
4. Степень влажности или коэффициент водонасыщенности,

Параметры грунта	Формулы рачета
1. Плотность скелета грунта,
2. Пористость,
3. Коэффициент пористости,
4. Степень влажности или коэффициент водонасыщенности,

Так как G=0,83 и находится в промежутке - следовательно, насыщенные водой.

Коэффициент пористости позволяет оценить плотность глинистых и песчаных грунтов, согласно СНиП 11-15-74 рассматриваемые грунты по плотности сложения в зависимости от коэффициента пористости разделяются на плотные, средней плотности и рыхлые.

Виды песчаных грунтов по плотности сложения

Виды песчаных грунтов	Плотность сложения
	плотные	средней плотности	рыхлые
Пески гравелистые (крупные и средней крупности)
Пески мелкие
Пески пылеватые

Крупнообломочные и песчаные грунты	Степень влажности
Маловлажные
Влажные
Насыщенные водой

Построение координационного поля допуска зависимостью у = f(х).

Определяем границы координатного поля.

W = 0,07; с_гр = 2380; ?W= + 0,008

W кг/кг	сгркг/м3
0,07	2380
0,078	2398
0,086	2416
0,094	2433
0,102	2450

Берем 5 интервалов.

Для построения графика зависимости необходимо определить границы координационного поля.

, кг/кг	, кг/
0,07	2380
0,078	2398
0,086	2416
0,094	2433
0,102	2450

Используя формулу Стерджеса определяем шаг интервала по оси абсцисс и по оси ординат:

Где: N - число измерений;

Если N не более 10, тогда количество интервалов принимаем равной 5.

Тогда отсюда:

Построив оси координат можно определить начало координат по оси абсцисс и оси ординат по следующим формулам:



График зависимости

Выводы и анализ по результатам расчетов

В результате построения графика зависимости можно сделать следующие выводы:

1. с увеличением влажности W плотность грунта возрастает, так как поры заполняются водой и как в следствие меняется плотность пористости n.

Чем больше влажность грунта, тем больше его плотность.

2. по графику - линейная зависимость;

3. по полученным расчетам, вид грунта - влажный, т.к. степень влажности;

4. согласно ориентировочным значениям кг/м³ - глина;

5. т.к. , то глина плотная.

Для анализа используем модель трехфазного состояния грунта (рис.1)



V_г= 1% с_г= 1,2 кг/м³

n = 19% с_в = 1000 кг/м³

с_тв = 2740 кг/м³

V_в=18%

V_тв=81%

Рисунок 1. Модель трехфазного состояния грунта

V_г ,V_в, V_тв - объемы газа, воды и твердой фазы грунта соответственно;

с_г, с_в, с_тв - плотность газа, воды и твердой фазы грунта соответственно.

Плотность безпористой твердой фазы грунта:

где V_г ,V_в,V_тв - объемы газа, воды и твердой фазы грунта соответственно

V - весь объем

с_г,с_в,с_тв -плотность газа, воды и твердой фазы грунта соответственно, кг/ м³

Пористость можно записать:

Так как n= 19 %, следовательно на твердую фазу приходится V_тв= 81 %

Объем воды:

где щ - относительная влажность грунта, %

Тогда на объем газа приходится V_г = 2 %

Разница между полученным значением плотности грунта и исходным значением (), не превышает нормативной погрешности в 10%



2. Исследование влияния влажности на плотность грунта

2.1 Исходные данные

Плотность грунта в условиях естественного залегания, , кг/м3	2380
Плотность скелета грунта , кг/м3	2224,30
Плотность твердых частиц, , кг/м3	2740
Шаг степени влажности,	- 0,02
Шаг пористости, , %	+1
Весовая влажность грунта,W, кг/кг	0,07
Приращение весовой влажности , кг/кг	0,008
Пористость, n, %	1
Коэффициент пористости, е	0,23
Степень влажности, G	0,83

2.2 Базовые основы по проектированию

Физико-механические свойства грунтов во многом определяют условия ведения строительства и эксплуатации того или иного вида сооружения. Для того чтобы определить эти условия строительства, полезно ввести классификацию и качественную оценку состояния грунтов.

Классификация и качественная оценка состояния грунтов, а также выяснение возможности их использования в качестве оснований и среды сооружений проводятся, как правило, в результате сопоставления физических характеристик грунтов с классификационными показателями, приведенными в нормах.

Показатели физических свойств грунтов.

К основным показателям физических свойств грунтов относятся плотность, влажность, плотность твердых частиц, которые определяются опытным путем в полевых и лабораторных условиях, а другие показатели являются уже производными от этих и могут быть определены расчетным путем.

Плотность твердых частиц (кг/м³) - беспористая масса в абсолютно плотном состоянии единицы объема твердых частиц.

Для ориентировочных расчетов можно принять:

· для песков - 2600 кг/м³;

· для супесей - 2700 кг/м³;

· для суглинков - 2710 кг/м³;

· для глин - 2740 кг/м³;

· для заторфованных грунтов - 20002200 кг/м³;

· для торфа в зависимости от зольности и степени разложения - 14001800 кг/м³.

Плотность (объемная масса) грунта (кг/м³) - это масса единицы объема грунта в естественном состоянии, включая массу воды в его порах в зависимости от состояния грунта в естественном залегании и его водонасыщенности значение плотности его изменяются в широких пределах.

Влажность (весовая) грунта (доли единицы) - отношение массы воды, находящейся в грунте, к массе грунта, высушенного при температуре 100105С до постоянной массы.

2.3 Порядок выполнения работы

4. Определение типа грунта;

5. По исходным данным физического состояния определить:

· пористость ();

· коэффициент пористости ();

· степень влажности ();

6. Построить график зависимости .

2.4 Расчетные характеристики грунта

Соотношение физических параметров

Параметры грунта	Формулы рачета
1. Плотность скелета грунта,
2. Пористость,
3. Коэффициент пористости,
4. Степень влажности или коэффициент водонасыщенности,

Параметры грунта	Формулы рачета
1. Плотность скелета грунта,
2. Пористость,
3. Коэффициент пористости,
4. Степень влажности или коэффициент водонасыщенности,

Так как G=0,83 и находится в промежутке - следовательно, насыщенные водой.



Коэффициент пористости позволяет оценить плотность глинистых и песчаных грунтов, согласно СНиП 11-15-74 рассматриваемые грунты по плотности сложения в зависимости от коэффициента пористости разделяются на плотные, средней плотности и рыхлые.

Виды песчаных грунтов по плотности сложения

Виды песчаных грунтов	Плотность сложения
	плотные	средней плотности	рыхлые
Пески гравелистые (крупные и средней крупности)
Пески мелкие
Пески пылеватые

Крупнообломочные и песчаные грунты	Степень влажности
Маловлажные
Влажные
Насыщенные водой

Выводим расчетную формулу плотности грунта, с целью выявления зависимости плотности грунта от степени влажности G (весовая влажность грунта W = const):



Рассчитываем плотность грунта, задавшись шагом :

Для построения графика зависимости необходимо определить границы координатного поля.

, кг/кг	, кг/
0,83	2381
0,81	2370
0,79	2359
0,77	2347
0,75	2335
0,73	2322

Используя формулу Стерджеса определяем шаг интервала по оси абсцисс и по оси ординат:

Где: N - число измерений;

Если N не более 10, тогда количество интервалов принимаем равной 5.

Тогда отсюда:

Построив оси координат можно определить начало координат по оси абсцисс и оси ординат по следующим формулам:

График зависимости

1. С увеличением влажности G плотность грунта возрастает, так как поры заполняются водой, и как следствие меняется плотность всего порового пространства n. Чем больше влажность грунта, тем больше его объёмный вес грунта достигает при полном заполнении пор водой.

2. С увеличением пористости n плотность грунта уменьшается. Чем больше пор, тем больше грунт становится рыхлым/сыпучим, следовательно, и изменится плотность всей массы грунта.

3. Плотность газа с_г=1,2 кг/м³ , плотности воды с_в=1000 кг/м³, поэтому любое изменение, даже в сотые доли, пористости и влажности приводит к изменению плотности грунта с_гр.

Анализ зависимости плотности грунта от пористости n:

Выводим расчетную формулу плотности грунта, с целью выявления зависимости плотности грунта от пористости n (весовая влажность грунта W=const):

Рассчитываем плотность грунта, задавшись шагом :

Для построения графика зависимости определить границы координатного поля.

, кг/кг	, кг/
19	2375
20	2345
21	2316
22	2387
23	2257
24	2228

Используя формулу Стерджеса определяем шаг интервала по оси абсцисс и по оси ординат:

Где: N - число измерений;

Если N не более 10, тогда количество интервалов принимаем равной 5.

Тогда отсюда:

Построив оси координат можно определить начало координат по оси абсцисс и оси ординат по следующим формулам:

График зависимости

По полученным расчетам построим новую модель трёхфазного состояния грунта, чтобы наглядно продемонстрировать влияние пористости объёмов твердой фазы, воды и газа.

Выводы и анализ

В результате построения графика зависимости можно сделать следующие выводы:

· с ростом аргумента растет функция - прямая зависимость;

· по графику - линейная зависимость;

· по расчетам, вид грунта - влажный, т.к.

· согласно ориентировочных значений кг/м³ - глина;

т.к. , то грунт плотный.

В результате построения графика зависимости можно сделать следующие выводы:

- наблюдается обратная зависимость - с увеличением пористости, плотность уменьшается;

- по графику - линейная зависимость;



3. Определение вида глинистого грунта для строительной площадки по СНиП

3.1 Исходные данные

Содержание глинистых частиц, %	27
Содержание пылеватых частиц, %	21
Содержание песчаных частиц, %	52
Естественная влажность,	0,352
Граничная влажность,	0,42
Граничная влажность,	0,21

3.2 Базовые основы по проектированию

Гранулометрический (зерновой) состав грунта является важным показателем, который характеризует содержание в нем по массе разных фракций, выраженное в процентах по отношению к общей массе скелета.

Фракции грунта характеризуются по крупности (среднему диаметру ) следующим образом:

Крупнообломочные
Песчаные	от 0,05 (или от 0,1) до 2 мм
Пылеватые	от 0,005 до 0,05 (или до 0,1) мм
Глинистые
Коллоидные

В природных условиях один и тот же вид грунта состоит из совокупности различных фракций, которые обладают большой вариабельностью по фракциям в зависимости от условий расположения данного слоя.

Гранулометрический состав одного и того же грунта может быть разным в зависимости от глубины его расположения.

Согласно СНиП все грунты подразделяются на скальные и нескальные.

К скальным грунтам относятся изверженные, метаморфические и осадочные породы с жесткой структурной связью между зернами (спаянные и сцементированные), которые залегают в виде сплошного или трещиноватого массива.

К нескальным грунтам относятся:

а. крупнообломочные - несцементированные грунты, содержащие более 50% по массе обломков кристаллических и осадочных пород с размерами частиц более 2 мм;

б. песчаные - сыпучие в сухом состоянии грунты с содержанием менее 50% по массе частиц размеров крупнее 2 мм и не обладающие свойством пластичности (влажный грунт не раскатывается в шнур диаметром 3 мм или число пластичности );

в. глинистые - связные грунты, для которых число пластичности .

Песчаные и глинистые грунты могут содержать растительные остатки, количество которых нормируется степенью заторфованности .

Степень заторфованности - относительное содержание растительных остатков в грунте - определяется как отношение массы растительных остатков в образце грунта, высушенного при температуре 100 - 105⁰С к его массе.

Свойства водонасыщенных торфяных грунтов зависят не только от количества растительных остатков, а также от степени их разложения, структурной прочности, характера залегания. Поэтому при проектировании оснований на подобном типе грунтов учитываются: водонасыщенность; большая и неравномерная сжимаемость; медленное протекание осадок; изменчивость грунта во времени под воздействием нагрузки и осушения. Гранулометрический состав служит классификационным показателем для определения наименования несвязных грунтов.

Наименование	Распределение частиц по крупности, % от массы воздушно-сухого грунта
А. Крупнообломочные
Валунный грунт (при преобладании неокатанных частиц - глыбовый) Галечный грунт (при преобладании неокатанных частиц - щебнистый) Гравийный грунт (при преобладании неокатанных частиц - дресвяный)	Масса частиц крупнее 200 мм составляет более 50% Масса частиц крупнее10 мм составляет более 50% Масса частиц крупнее 2 мм составляет более 50%
Б. Песчаные
Песок гравелистый Песок крупный Песок средней крупности Песок мелкий Песок пылеватый	Масса частиц крупнее 2 мм составляет более 25% Масса частиц крупнее 0,5 мм составляет более 50% Масса частиц крупнее 0,25 мм составляет более 75% Масса частиц крупнее 0,1 мм составляет более 75% Масса частиц крупнее 0,1 мм составляет менее 75%

Степень неоднородности определяется с помощью графика , на котором наносятся результаты гранулометрического анализа грунта.

Коэффициент неоднородности:

Этот показатель является дополнением при оценке наименования песчаных грунтов.

Виды глинистых грунтов в соответствии с содержанием песчаных частиц

Вид грунта	Содержание песчаных частиц размером от 2 до 0,05 мм, % от массы	Число пластичности,
Супесь: легкая крупная легкая пылеватая тяжелая пылеватая
Суглинок: Легкий легкий пылеватый тяжелый тяжелый пылеватый
Глина: песчанистая пылеватая

Для крупнообломочных грунтов, содержащих более 10% частиц размером менее 2 мм, вводится подразделение их по степени выветренности на не выветренные , слабо выветренные и сильно выветренные .

Коэффициент выветренности крупнообломочных грунтов определяется испытанием грунта на истирание на вращающемся полочном барабане.

Коэффициент выветренности крупнообломочных грунтов вычисляется по формуле:

где отношение массы частиц к массе частиц после испытания на истирание;

природная степень распада грунта.

Название, свойства и состояние крупнообломочных грунтов оценивают по:

1. гранулометрическому составу;

2. значениям коэффициента выветренности ();

3. степени влажности .

Песчаные грунты оцениваются по:

1. гранулометрическому составу;

2. степени влажности ;

3. коэффициенту пористости ;

4. плотности сложения.

Для глинистых грунтов основными характеристиками для определения их вида, состояния и свойств служит показатель пластичности.

Глинистые грунты в зависимости от содержания влаги могут находиться в твердом состоянии, текучем и пластичном состоянии (консистенции).

Нижний предел пластичности, или влажности на пределе раскатывания Верхний предел пластичности, или влажность на границе текучести . Числом пластичности называется разность влажностей на пределах текучести и раскатывания:

.

Пластичное состояние характерно для влажного грунта, когда грунт под влиянием внешней нагрузки изменяет свою форму без изменения объема и нарушения сплошности и не восстанавливает первоначальную форму после прекращения действия деформирующей силы.

Переход глинистых грунтов из одной консистенции в другую осуществляется при определенных значениях влажности, характеризующих определенное предельное состояние грунта.

Чем больше число пластичности, тем большее количество воды необходимо добавить к глинистому грунту, чтобы он перешел из твердого состояния в пластичное, а затем в текучее.



Виды глинистых грунтов

Вид грунта	Число пластичности
Супесь Суглинок Глина

Консистенция глинистых (непросадочных) грунтов характеризуется показателем консистенции , определяемым по формуле:

Наименование глинистых грунтов по показателю консистенции

Наименование грунта	Показатель консистенции
Супеси: Твердые Пластичные Текучие
Суглинки и глины: Твердые Полутвердые Тугопластичные Мягкопластичные Текучепластичные Текучие

Свойства глинистых грунтов в значительной степени зависят от плотности их сложения и влажности.

Плотность сложения глинистых грунтов определяют косвенно, используя коэффициент пористости .

При увеличении влажности глинистого грунта его строительные свойства существенно ухудшаются, а именно:

уменьшается сопротивление сдвигу;

увеличивается сжимаемость.

При давлении более 0,15 МПа в текучепластичном состоянии они сильно сжимаемы и даже могут выдавливаться из-под фундамента.

Следует выделить из глинистых грунтов структурно-неустойчивые, которые обладают способностью сильно деформироваться при различного рода воздействиях.. К таким грунтам относятся просадочные и набухающие грунты, древние и современные илы, озерно-ледниковые ленточные глины, торфы и заторфованные грунты.

При предварительной оценке к просадочным относятся грунты со степенью влажности , для которых величина показателя просадки может быть определена по формуле:

строительный инженерный грунт

,

где коэффициент пористости, соответствующий влажности на границе текучести и определяемый по формуле:

Для грунтов с числом пластичности , для грунтов с , для грунтов с .

Набухающие грунты являются переуплотненными по отношению к действующим нагрузкам в увлажненном состоянии. Так, при замачивании их водой или химическими растворами они увеличиваются в объеме из-за разбухания водных оболочек вокруг частиц.

Илы - глинистые грунты в начальной стадии своего формирования, образовавшиеся как структурный осадок в спокойной воде при одновременном воздействии микробиологических процессов.

Ленточные глины - это глины озерно-ледникового происхождения; обладают тончайшей слоистостью (чередование миллиметровых и менее слоев) глины зимнего периода и пылеватые пески летнего периода.

3.3 Ход работы

1. Определение:

· числа пластичности;

· вида глинистого грунта;

· консистенции грунта;

· наименования грунта.

2. Построение графика зависимости и .

3.4 Расчетные характеристики грунта

Для оценки грунта в первую очередь определяют число пластичности

Где: - нижний предел пластичности;

- верхний предел пластичности.

Для уточнения характеристики грунта, с учетом влажности, следует определить консистенцию грунта по формуле:

Где: W - текущая естественная влажность.



Расчеты и характеристики для графика зависимости J_p = f(Wt).

- число пластичности

J_p=W_L-W_p = 0,42-0,21=0,21 глина жирная

J_L == 0,68 суглинки и глины мягкопластичные

W_p1= W_p - 20% = 0,21-20%=0,168

J_p = W_L- W_p1= 0,42-0,168= 0,252 жирные глины

J_L = = суглинки и глины полутвердые

W_t= W_p

W_L2= W_L+20% = 0,42+10% = 0,47

J_p2= W_L2- W_p=0,47-0,21=0,26 жирные глины

J_L2 = J_L = = = 0,81 суглинки и глины текучепластичные

W_t= W_L



Построение координационного поля допуска зависимостью у = f(х).

Определяем границы координатного поля

0,210	0,252
0,352	0,210
0,420	0,260

Номер слоя, состояние грунта
I, твердое	0,168	0,21	0,42	0,252	0,16
II, пластичное	0,21	0,352	0,42	0,21	0,68
III, текучее	0,21	0,42	0,47	0,26	0,81

Используя формулу Стерджеса определяем шаг интервала по оси абсцисс и по оси ординат:

Где: N - число измерений;

Если N не более 10, тогда количество интервалов принимаем равной 5.

Тогда отсюда:



Начало координат и оси абсцисс и ординат:



Построение графического материала числа пластичности от естественной влажности.

Расчеты и характеристики для графика зависимости J_L = f(W_t).

Определяем границы координатного поля

0,210	0,160
0,352	0,680
0,420	0,810

Используя формулу Стерджеса определяем шаг интервала по оси абсцисс и по оси ординат:

Где: N - число измерений;

Если N не более 10, тогда количество интервалов принимаем равной 5.

Тогда отсюда:

Начало координат и оси абсцисс и ординат:

По результатам расчетов построить график зависимостей J_p = f(W_t).

Построение графического материала консистенции грунта от естественной влажности.

Выводы и анализ

По обоим графикам видно, что:

- с ростом аргумента растет функция - прямая зависимость;

- по графику - нелинейная зависимость;

- чем больше число пластичности, тем большее количество воды необходимо добавить, чтобы грунт перешел из твердого состояние в текучее.

Из расчетов по исходным данным делаем вывод, что:

1 слой - суглинки и глины полутвердые

2 слой - глина жирная, мягко пластичная

3 слой - глина жирная, текуче пластичная

Переместив естественную влажность и уменьшив нижний предел пластичности на 20%, диапазон пластичного состояния увеличился. Влажность повысилась, вследствие чего суглинки и глины полутвердые перешли в мягко пластичное состояние, в глины жирные.

Перемещая естественную влажность и увеличив верхний предел на 10%, зона пластичного состояния также увеличилась. С увеличением влажности жирные глины перешли в текучее состояние.



4.Выбор грунтового основания строительной площадки по результатам исследования грунта по глубине шурфа

4.1 Исходные данные

Физические характеристики грунтового основания по слоям

Номер слоя	Расположение слоя от поверхности, м			W кг/кг	Граничная влажность	Коэффициент фильтрации,
2	0,5-3,2	2660	1800	0,28	-	-
3	3,5-5,0	2650	1950	0,22	-	-
4	5,0-8,6	2650	2010	0,17	-	-
5	8,6-12,0	2720	1770	0,18	0,36	0,15

Гранулометрический состав грунтового основания по слоям

Номер слоя	Процентное содержание (по массе) частиц крупностью, мм
	2	2-0,5	0,5-0,25	0,25-0,1	0,1-0,05	0,05-0,01	0,01-0,005	0,005-0,001	<0,001
2	-	4,5	24,5	26,5	28,5	8,5	3,5	3,5	0,5
3	4	26	23	17	14	10	6	-	-
4	23	42	17,3	8,7	4,8	2,7	1,2	0,3	-
5	-	0,7	0,2	1,28	15,42	18,12	21,68	30,4	12,2

4.2 Базовые основы по проектированию

Гранулометрический (зерновой) состав грунта является важным показателем, который характеризует содержание в нем по массе разных фракций, выраженное в процентах по отношению к общей массе скелета.

Фракции грунта характеризуются по крупности (среднему диаметру d) следующим образом:

Крупнообломочные	d>2мм
Песчаные	d от 0,05 (или от 0,1) до 2 мм
Пылеватые	d от 0,005 до 0,05 (или до 0,1) мм
Глинистые	d<0,005 мм
Коллоидные	d<0,00025 мм

В природных условиях один и тот же вид грунта состоит из совокупности различных фракций, которые обладают большой вариабельностью по фракциям в зависимости от условий расположения данного слоя.

Гранулометрический состав одного и того же грунта может быть разным в зависимости от глубины его расположения.

Согласно СНиП все грунты подразделяются на скальные и нескальные.

К скальным грунтам относят изверженные, метаморфические и осадочные породы с жесткой структурной связью между зернами (спаянные и сцементированные), которые залегают в виде сплошного или трещиноватого массива.

К нескальным грунтам относятся:

Крупнообломочные - несцементированные грунты, содержащие более 50% по массе обломков кристаллических и осадочных пород с размерами частиц более 2 мм;

Песчаные - сыпучие в сухом состоянии грунты с содержанием менее 50% по массе частиц размером крупнее 2 мм и не обладающие свойством пластичности (влажный грунт не раскатывается в шнур диаметров в 3 мм или число пластичности

Глинистые - связные грунты, для которых число пластичности .

Песчаные и глинистые грунты могут содержать растительные остатки, количество которых нормируется степенью заторфованности q.

Степень заторфованности q - относительное содержание растительных остатков в грунте - определяется как отношение массы растительных остатков в образце грунта, высушенного при температуре 100-150 к его массе.

Свойства водонасыщенных торфяных грунтов зависят не только от количества растительных остатков, а также от степени их разложения, структурной прочности, характера залегания. Поэтому при проектировании оснований на подобном типе грунтов учитываются: водонасыщенность; большая и неравномерная сжимаемость; медленное протекание осадок; изменчивость грунта во времени классификационным показателем для определения наименования несвязных грунтов.

Наименование	Распределение частиц по крупности, % от массы воздушно-сухого грунта
А. Крупнообломочные
Валунный грунта (при преобладании неокатанных частиц - глыбовый) Галечный грунт (при преобладании неокатаных частиц - щебнистый) Гравийный грунт (при преобладании неокатаных частиц - дресвяный)	Масса частиц крупнее 200 мм составляет более 50 % Масса частиц крупнее 10 мм составляет более 50 % Масса частиц крупнее 2 мм составляет более 50 %
Б. Песчаные
Песок гравелистый Крупный Средней крупности Мелкий Пылеватый	Масса частиц крупнее 2 мм составляет более 25 % Масса частиц крупнее 0,5 мм составляет более 50 % Масса частиц крупнее 0,25 мм составляет 75% Масса частиц крупнее 0,1 мм составляет 75% и более Масса частиц крупнее 0,1 мм составляет менее 75 %

Степень неоднородности V определяется с помощью графика, на котором наносятся результаты гранулометрического анализа грунта.

Коэффициент неоднородности:

Этот показатель является дополнение при оценке наименования песчаных грунтов.

Виды глинистых грунтов в соответствии с содержание песчаных частиц

Вид грунта	Содержание песчаных частиц размером от 2 до 0,05 мм, % от массы	Число плотности
Супесь: Легкая крупная Легкая Пылеватая Тяжелая пылеватая	>50 >50 20-50 <20
Суглинок: Легкий Легкий пылеватый Тяжелый Тяжелый пылеватый	>40 <40 >40 <40
Глина: Песчанистая Пылеватая жирная	<40 Меньше, чем пылеватая, размером 0,05-0,005мм Не нормируется

Для крупнообломочных грунтов, содержащих более 10 % частиц размером менее 2 мм, вводится подразделение их по степени выветренности () на невыветренные , слабо выветренные и сильно выветренные .

Коэффициент выветренности крупнообломочных грунтов определяется испытание грунта на истирание на вращающемся барабане и вычисляется по формуле:

Где: - отношение массы частиц d<2 мм к массе частиц d>2 мм после испытания на истирание;

- природная степень распада гурнта.

Название, свойства и состояния крупнообломочных грунтов оценивают по:

· Гранулометрическому составу;

· Значениям коэффициента выветренности ();

· Степени влажности G.

· Песчаные грунты оцениваются по:

· Гранулометрическому составу;

· Степени влажности G;

· Коэффициенту пористости e;

· Плотности сложения.

Для глинистых грунтов основными характеристиками для определения их вида, состояния и свойств служит показатель пластичности.

Глинистые грунты в зависимости от содержания влаги могут находиться в твердом состоянии, текучем и пластичном состоянии (консистенции).

Нижний предел пластичности, или влажности на пределе раскатывания Верхний предел пластичности, или влажность на границе текучести . Числом пластичности называется разность влажностей на пределах текучести и раскатывания:

Пластичное состояние характерно для влажного грунта, когда грунт под влиянием внешней нагрузки изменяет свою форму без изменения объема и нарушения сплошности и не восстанавливает первоначальную форму после прекращения действия деформирующей силы.

Переход глинистых грунтов из одной консистенции в другую осуществляется при определенных значениях влажности, характеризующих определенное предельное состояние грунта. Чем больше число пластичности, тем большее количество воды необходимо добавить к глинистому грунту, чтобы он перешел из твердого состояния в пластичное, а затем в текучее.

Виды глинистых грунтов

Вид грунта	Число пластичности
Супесь Суглинок Глина

Консистенция глинистых (непросадочных) грунтов характеризуется показателем консистенции , определяемым по формуле:

Наименование глинистых грунтов по показателю консистенции

Наименование грунта	Показатель консистенции
Супеси: Твердые Пластичные Текучие
Суглинки и глины: Твердые Полутвердые Тугопластичные Мягкопластичные Текучепластичные Текучие

Свойства глинистых грунтов в значительной степени зависят от плотности их сложения и влажности.

Плотность сложения глинистых грунтов определяют косвенно, используя коэффициент пористости .

При увеличении влажности глинистого грунта его строительные свойства существенно ухудшаются, а именно:

уменьшается сопротивление сдвигу;

увеличивается сжимаемость.

При давлении более 0,15 МПа в текучепластичном состоянии они сильно сжимаемы и даже могут выдавливаться из-под фундамента.

Следует выделить из глинистых грунтов структурно-неустойчивые, которые обладают способностью сильно деформироваться при различного рода воздействиях.. К таким грунтам относятся просадочные и набухающие грунты, древние и современные илы, озерно-ледниковые ленточные глины, торфы и заторфованные грунты.

При предварительной оценке к просадочным относятся грунты со степенью влажности , для которых величина показателя просадки может быть определена по формуле:

,

Где: коэффициент пористости, соответствующий влажности на границе текучести и определяемый по формуле:

Для грунтов с числом пластичности ; для грунтов с ; для грунтов с .

Набухающие грунты являются переуплотненными по отношению к действующим нагрузкам в увлажненном состоянии. Так, при замачивании их водой или химическими растворами они увеличиваются в объеме из - за разбухания водных оболочек вокруг частиц.

Илы - глинистые грунты в начальной стадии своего формирования, образовавшиеся как структурный осадок в спокойной воде при одновременном воздействии микробиологических процессов.

Ленточные глины - это глины озерно-ледникового происхождения; обладают тончайшей слоистостью (чередование миллиметровых и менее слоев) глины зимнего периода и пылеватые пески летнего периода.

4.3 Ход работы

1. По наличию граничной влажности, определить какие слои относятся к связным, а какие не к несвязным грунтам;

2. При наличии несвязных слоев грунта определить их наименование по гранулометрическому составу;

3. Дать характеристику по коэффициенту неоднородности;

4. По степени влажности определить меру водонасыщенности;

5 Дать обобщенную характеристику по строительству.

4.4 Расчетная характеристика грунта

Для оценки грунта необходимо последовательно просуммировать проценты содержания фракций, начиная с самых крупных, и сравнить результаты с данными в таблице. Наименования песчаного грунта принимается по первому удовлетворяющему показателю в порядке расположения наименований в этой таблице сверху вниз. Анализ начинается с верхнего 2-го слоя.

Для второго слоя:

Частицы крупнее 2 мм - нет;

крупнее 0,5 мм - 4,5 %, что < 25 %;

крупнее 0,25 мм - 24,5 % = 29 % < 50 %;

крупнее 0,1 мм - 26,5 % = 55,5 % < 75 %.

Следовательно, исследуемый грунт относится к пылеватым пескам.

Для третьего слоя:

Частицы крупнее 2 мм - 4 %, что < 25 %;

крупнее 0,5 мм - 4 %+26%=30%, что < 50%;

крупнее 0,25 мм - 30%+23%=53%, что < 75%;

крупнее 0,1 мм - 53%+17%=70%, что < 75%.

Следовательно, исследуемый грунт относится к пылевым пескам.

Для четвертого слоя:

Частицы крупнее 2 мм - 23%, что < 25%;

Крупнее 0,5 мм - 23%+42%=65%, что > 50%.

Следовательно, исследуемый грунт относится к крупным пескам.

Для пятого слоя:

Частицы крупнее 2 мм - нет;

крупнее 0,5 мм - 0,7%, что < 50%;

крупнее 0,25 мм - 0,7%+0,2%=0,9%, что < 75%;

крупнее 0,1 мм - 0,9%+1,28%=2,18%, что < 75%;

Следовательно, исследуемый грунт относится к глинам (так как имеет граничные влажности)

Далее следует определить степень неоднородности грунта. Для этого необходимо построить график неоднородности путем последовательного суммирования процентного количества частиц каждого диаметра, начиная с самого мелкого.

Для второго слоя:

Мельче 0,001 мм - 0,5%;

для 0,005 мм - 3,5%+0,5%=4%;

для 0,01 мм - 4%+3,5%=7,5%

для 0,05 мм - 7,5%+8,5%=16%;

для 0,1 мм - 16%+28,5%=44,5%;

для 0,25 мм - 45,5%+26,5=71%;

для 0,5 мм - 71%+24,5%=95,5%;

для 2 мм - 95,5%+4,5%=100%.

Для третьего слоя:

Мельче 0,001 мм - нет;

для 0,005 мм - нет;

для 0,01 мм - 6%;

для 0,05 мм - 6%+10%=16%;

для 0,1 мм - 16%+14%=30%;

для 0,25 мм - 30%+17%=47%;

для 0,5 мм - 47%+23%=70%;

для 2 мм - 70%+26%+4%=100%.

Для четвертого слоя:

Мельче 0,001 мм - нет;

для 0,005 мм - 0,3%;

для 0,01 мм - 0,3%+1,2%=1,5%;

для 0,05 мм - 1,5%+2,7%=4,2%;

для 0,1 мм - 4,2%+4,8%=9%;

для 0,25 мм - 9%+8,7%=17,7%;

для 0,5 мм - 17,7%+17,3%= 35%

для 2 мм - 35%+42%+23%=100%.

Для пятого слоя:

Мельче 0,001 мм - 12,2%;

для 0,005 мм - 12,2%+30,4%=42,6%;

для 0,01 мм - 42,6%+21,68%=64,28%;

для 0,05 мм - 62,28%+18,12%=82,4%;

для 0,1 мм - 82,4%+15,42%=97,82%;

для 0,25 мм - 97,82%+1,28%=99,1%;

для 0,5 мм - 99,1%+0,2%=99,3%

для 2 мм - 99,3%+0,7%=100%.



На графике неоднородности песка наносятся точки суммарной кривой и по ней определяется степень неоднородности по формуле:

Для второго слоя:

Для третьего слоя:

Для четвертого с лоя:

Вывод: Второй и четвертый - однородные, а третий слой - неоднородный.

Для установления плотности сложения рассчитывают коэффициент пористости по формуле:

Степень влажности определяется по формуле:

Для второго слоя:

Так как

Для третьего слоя:

Так как

Для четвертого слоя:

Так как

Для пятого слоя:

Так как

Слои 2, 3, 4 не имеют граничных влажностей, их число пластичности , поэтому они относятся к несвязным грунтам, а их наименование определяется по гранулометрическому составу.

Для пятого слоя имеется принципиальное отличие от слоев 2,3,4, так как этот слой имеет граничные влажности, следовательно, он - глинистый и его наименования определяется по числу пластичности

Для пятого слоя:

Для оценки консистенции глины используется формула вида:

Следует отметить, что для глин плотность сложения, а следовательно, сжимаемость, можно оценить по величине лишь косвенно, так при

Коэффициент сжимаемости “a” находится в зависимости с по уравнению:

Где: - коэффициент стеснения поперечной деформации, учитывающий влияние ограничения бокового расширения грунта на вертикальную деформацию в компрессионном приборе.

для различный грунтов

Крупнообломочные грунты	0,80
Пески и супеси	0,71
Суглинки	0,62
Глины	0,43

Для слоя 5 a=, что немного больше , следовательно, грунт малосжимаем.

По результатам анализа пятого слоя можно отметить, что даны слой представлен твердой глиной, малосжимаемой (плотно), вследствие чего он может быть использован в качестве естественного основания.

Обобщенная инженерно-геологическая оценка строительной площадки:

Строительная площадка с высоким расположением грунтовый вод, так как до глубины 8,6 м. сложена водонасыщенными песками, подстилаемыми глиной средней плотности.

Второй и третий слой после растительного слоя представляют собой влажные пылеватые пески вредней плотности, следовательно, они не могут служить естественным основанием и резко ухудшают условия функционирования из-за плывучих свойств.

Так как третий слой состоит из неоднородного грунта, влажного и насыщенного водой, то фундамент лучше заглубить до четвертого слоя до глубины 6 метров, потому что у четвертого слоя наибольшая несущая способность.

Для тяжелых сооружений за несущий слой лучше принять крупный песок слоя 4, который находится в плотном состоянии.

Для использования в качестве несущих слоев второго и третьего необходимо их уплотнение (например, гидровибрация) до проектной что будет соответствовать что будет соответствовать , и пылеватый песок перейдет в плотное состояние .

Выводы и анализ

По результатам расчетов определили:

1. Второй слой: пылеватый песок, рыхлый, насыщен водой.

2. Третий слой: пылеватый песок, мелкий, насыщен водой

3. Четвертый слой: крупный песок, плотный, насыщен водой.

4. Пятый слой: полутвердая влажная глина.



5. Определение деформационных свойств грунта

5.1 Исходные данные

Результаты компрессионных испытаний слоя 2 пылеватого песка в рыхлом состоянии и после уплотнения до проектной плотности.

К.И.№	Слой № 2
P, МПа	0	0,05	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5
	0,900	0,823	0,775	0,705	0,675	0,650	0,625
	0,650	0,645	0,640	0,635	0,630	0,628	0,625

5.2 Базовые основы по проектированию

Для оценки несущей способности грунта как основания, условий его деформации используются показатели механических свойств, которые характеризуют деформационные и прочностные характеристики грунта и которые определяются , как правило опытным путем

В Виде исключения для зданий 4-5 классов разрешается принимать их по таблицам норм, составленным на основании статистической обработки большого количества опытных данных.

Деформируемость грунта, связанная с изменением его объема оценивается коэффициентов сжимаемости или, иначе коэффициентов уплотнения “a”, коэффициентом относительно сжатия, величиной относительной вертикальной деформации “б”, которая происходит в виде осадки, просадки, набухании, усыхания, коэффициентом бокового расширения и модулем деформации

По коэффициенту уплотнения “a” можно не только определить величину осадки, но и дать общую качественную оценку грунта по его потенциальной сжимаемости.

Если величина “a” составляет около , то грунт малосжимаем и является надежным основание для сооружения. При коэффициенте уплотнения “a” порядка , грунт сильносжимаемый и в большинстве случаев, требует искусственное основание.

Модуль общей деформации - это коэффициент пропорциональности между напряжениями и общими деформациями грунта в условиях возможности бокового расширения.

По результатам компрессионных испытаний модуль общей деформации грунта, как правило, получается заниженным.

Порядок выполнения работы

1. Построить графики зависимости

2. Определить коэффициент пористости грунта

3. Определить коэффициент сжимаемости “a”;

4. Рассчитать модуль общей деформации

5. Осуществить проверку величины по компрессионной кривой.

6. Определить по значениям “a” и к каким типам по сжимаемости относится анализируемый слой 2 грунта.

7. Сделать выводы.

5.3 Расчетные характеристики грунта

К.И.№	Слой № 2
P, МПа	0	0,05	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5
	0,900	0,823	0,775	0,705	0,675	0,650	0,625
	0,650	0,645	0,640	0,635	0,630	0,628	0,625

Построим координатную сетку по расчетному количеству интервалов.

Используя формулу Стерджеса определяем шаг интервала по оси абсцисс и по оси ординат:

Где: N - число измерений;

Если N не более 10, тогда количество интервалов принимаем равной 5.

Тогда отсюда:

Начало координат по оси абсцисс и ординат:

Определить коэффициент сжимаемости “a” по

a - коэффициент сжимаемости, отношение изменения пористости к прикладываемой нагрузке, при нагружении образца происходит изменение объема, поскольку меняется пористость образца.

Используя построенную зависимость , рассчитываем коэффициент сжимаемости грунта в интервале давлений P1=0,035 - 0,215 Мпа:



Рассчитываю модуль общей деформации:

Осуществляю проверку величины Е₀ по компрессионной кривой:

Относительная ошибка по кривой разгрузки не превышает 10 %

Выводы и анализ

1. Чем больше значение давления Р, тем меньше значение коэффициента пористости е. Т.е. графики имеют обратную зависимость.

2. Для строительства зданий и сооружений лучше использовать пылеватый песок после уплотнения до проектной плотности , т.к. грунт становится малосжимаемым, служит надежным основанием для сооружения.



Список литературы

1. Александров Б.М. Проектирование мелиоративных и природоохранных работ: учебное пособие / Б.М. Александров: Урал. гос. горный ун-т. 2-е изд., исправл. и доп, Екатеринбург: Изд-во УГГУ. 2009. 130с.

2. Александров Б.М., Андреева Т.Н. Методические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине проектирование мелиоративных и природоохранных работ «Оценка состояния грунтового основания при проектировании мелиоративных и природоохранных объектов» Урал. гос. горный ун-т., Екатеринбург: Изд-во УГГУ. 2014. 13с.

Размещено на Allbest.ru