Nmexpertiza.ru

НМ Экспертиза
4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Устойчивость откосов подпорные стены

Задача №1. Расчет устойчивости массивной подпорной стены

Подпорные стенки сооружают в случаях, когда необходимо поддержать массив грунта в равновесии и когда устройство искусственного откоса невозможно.

При гравитационных (массивных) подпорных стенах (рис. 5.1) устойчивость на сдвиг обеспечивается их весом Q, а горизонтальная составляющая давления грунта воспринимается силой трения Т, развивающейся в плоскости подошвы стены.

Активным называется давление грунта на подпорную стену, проявляющееся в том случае, если стена имеет возможность переместится в сторону от засыпки (рис. 5.2а).

Пассивным называется максимальное из всех возможных для данной стены давление ее на грунт, проявляющееся в том случае, если стена имеет возможность перемещаться в сторону засыпки под действием внешних сил (рис. 5.2б).

Используя исходные данные для конкретного варианта (табл. ) строится расчетная схема подпорной стены на миллиметровой бумаге в выбранном масштабе (рис. 5.3).

Расчет выполняется на 1 погонный метр подпорной стены.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАСЧЕТА

Строится эпюра активного давления (рис. 5.3б)

сI и φI — параметры сопротивления сдвигу грунта засыпки (табл. )

2.Определяется величина активного давления Еа

Еа= 0,5´ γI (Н 2 +2Нh )´tg 2 (45 0 — )-2c H tg (45 0 — )+2c 2 /

2. Определяется точка приложения силы Еаот подошвы фундамента стены:

а) при треугольной эпюре активного давления е=hтр/3 (5.3)

б) при трапецеидальной эпюре

3. Строится эпюра пассивного давления (рис. 5.3б)

σzn= γI·z·tg 2 (45 0 + )+2c1·tg (45 0 + ) (5.5)

4. Определяется величина пассивного давления

Еn= 0,5´ γI ´h1 2 ´tg 2 (45 0 + )+2c1·tg (45 0 + ) (5.6)

5. Определяется точка приложения силы Еnот подошвы фундамента

а) при треугольной эпюре пассивного давления е=h1/3

б) при трапецеидальной эпюре е=

7. Определяется вес одного погонного метра подпорной стены

где F – площадь сечения АВСД;

γb— удельный вес бетона 24 кН/м.

8. Проверяются устойчивость стены против опрокидывания относительно точки О.

Коэффициент устойчивости стены против опрокидывания Копр равен отношению суммы моментов сил удерживающих ( к сумме моментов ( сил, опрокидывающих стену относительно ребра А. Этот коэффициент не должен быть меньше 1,5;

Копр= (5.10)

где МG=G / e / +G // e // +G /// e /// ; МЕПne / n -момент сил удерживающих

9. Проверяется устойчивость стены на плоский сдвиг. Кроме силы ЕП, сдвигу сопротивляется сила трения Т по подошве стены.

Где f – коэффициент трения.

Для суглинков и супесей

Для песчаных и крупнообломочных грунтов f= tg

Коэффициент устойчивости против сдвига Ксдв равен отношению суммы проекций на подошву фундамента сил удерживающих к сумме проекций сил сдвигающих:

Ксдв=

Коэффициент Ксдв не должен быть меньше 1,3.

В том случае, если величина Ксдв полученная расчетом меньше 1,3 или существенно больше 1,3 (более 20%), изменяются размеры поперечного сечения подпорной стены и выполняются повторные расчеты по п.8 и п.9.

ПРИИМЕР РАСЧЕТА. Расчетная схема показана на рис. 5.3.

Исходные данные: в=6 м; а=1,5 м; Н=10 м; j1=20 0 ; q=30 кН/м 2 ; γb=24 кН/м 3 ; γ1=18 кН/м 3 ; с1=15 кПа.

1. Определяется hпр= q/γ

2. По формуле (5.1) определяется и строится эпюра активного давления при z=H

=18(10+1,67) ´tg 2 (45 0 -20 0 /2)-2´15´ tg(45 0 -20 0 /2)=81,9 кПа

№№b, мa, мH, мq, кН/м 2h1, мφ1, град.c1, кПаγ1, кН/м 3
2,0
2,0
1,5
1,52,1
0,51,0
1,8
1,50,5
0,5
1,51,0
1,5
1,7
1,52,0
1,5
7,51,2
1,50,5
0,5
1,5
2,0
1,0
2,0
0,51,0
1,0
1,5
1,52,0
0,51,0
1,21,5
1,51,0
0,50,5
1,0
1,5

Вариант задания № 5 определяется по сумме трех последних цифр студента.

Определяется ордината z при которой значение =0

z=

3. Определяется величина активного давления Ea по формуле (5.2)

Ea=0,5´18(10 2 +2´10´1,67)´tg 2 35 0 -2´15´10´tg35 0 +2´15 2 /18=403,3 кН

4. Определяется точка приложения силы Ea от подошвы фундамента стены

еа=

5. Строится эпюра пассивного давления по формуле (5.5)

при z / =0

при z / =1,5м

6. определяется величина пассивного давления по формуле (5.6)

Еп=0,5´18´1,5 2 ´tg 2 55 0 +2´15´1,5´tg55 0 =105,65Кн

определяется ордината приложения силы Еп от подошвы фундамента стены по формуле (5.8)

7. Определяется вес 1 погонного метра подпорной стены

G=(G1+G2+G3)=1,5´8,5´24+

8. Проверяется устойчивость стены против опрокидывания по формуле (5.10) относительно точки “А”.

Стена на опрокидывание устойчива с достаточным запасом.

9. Проверяется устойчивость стены на плоский сдвиг по формуле (5.12) для суглинка f=0,30

Устойчивость стены заданных размеров против сдвига не обеспечена и необходимо внести изменения в конструкцию стены.

Читать еще:  Как отделать стену с кирпичами

Увеличим размер стены а до размера а / =2 м, а размер h1до размера h / 1=3 м.

Значение Еа будет иметь прежнее значение.

Определим значение Еn / = 0,5·18·3 2 ·2,04+2·15·1,43=293,94 (кН).

Значение G=24·2·7+24·7/2+24·6·3=1104,0 (кН).

Таким образом изменение размеров стены обеспечивает устойчивость стены на сдвиг.

Обеспечение устойчивости стены на опрокидывание автоматически выполнено.

Устойчивость откосов и давление грунтов на ограждения и подпорные стены значение вопроса и общие положения

УСТОЙЧИВОСТЬ ОТКОСОВ И ДАВЛЕНИЕ ГРУНТОВ

НА ОГРАЖДЕНИЯ И ПОДПОРНЫЕ СТЕНЫ

9.1. Значение вопроса и общие положения

Откосы образуются при отсыпках различных насыпей (дороги, дамбы, плотины) и устройстве выемок (дороги, канавы, траншеи, котлованы, каналы, карьеры) или при перепрофилировании территорий. Природный откос, ограничивающий массив грунта естественного сложения, называется склоном.

Для характеристики откоса используют термины: подошва откоса (рис.9.1, точка А), бровка откоса (рис.9.1, точка С), высота откосаН, заложение – В. Крутизна откоса характеризуется углом наклона или его тангенсом ; на практике чаще используют задание откоса в виде , где . Например, при имеем , при , т.е. вертикальный откос или уступ.

Рис.9.1 — Элементы откоса

Откос – постоянно встречающийся в инженерной практике элемент искусственного сооружения из грунта. Потеря устойчивости с обрушением откоса или его части может привести к катастрофам с тяжелыми последствиями, особенно для высоких дорожных насыпей, плотин, глубоких карьеров.

Закономерности формирования склонов и склоновые процессы изучают в инженерной геологии. Откосы искусственных грунтовых сооружений находятся под влиянием различных природных и техногенных воздействий. Поэтому проектированию откосов с количественной оценкой их устойчивости методами механики грунтов должен предшествовать детальный анализ инженерно-геологических условий. Только на его основе можно обосновать адекватные расчетные схемы и методы расчета, выбрать расчетные показатели механических свойств грунтов, а при необходимости рекомендовать оптимальные меры повышения устойчивости.

Можно выделить два подхода к решению задач устойчивости откосов:

  • детальный анализ напряженно-деформированного состояния откоса и его изменения во времени вплоть до предельного состояния;
  • рассмотрение напряженного состояния откоса в предельном состоянии с принятием наиболее вероятной схемы его разрушения.

Первый, более общий подход, используется в особо сложных и ответственных ситуациях, например, при проектировании высоких плотин в гидротехнике. Он требует применения сложных моделей грунта, трудоемких вычислений, а также очень тщательного определения механических характеристик грунтов, в том числе реологических.

В проектной практике промышленного и гражданского строительства обычно используют второй подход, называемый иногда «предельным анализом». Это связано с тем, что он проводится методами теории предельного напряженного состояния (предельного равновесия), различаясь лишь в отношении степени принимаемых гипотез или упрощений.

Известно много способов, реализующих второй подход. Их можно разделить на следующие три группы.

1. Методы, основанные на упрощенных расчетных схемах с принятием плоских поверхностей (плоскостей) скольжения.

2. Методы, рассматривающие возможность разрушения откосов со смещением грунта по некоторым криволинейным поверхностям скольжения. Форма их принимается заранее (метод отсеков), а также выявляется в ходе решения (вариационные методы).

3. Методы, основанные на решении системы уравнений теории предельного равновесия (9.23) с построением сетки линий скольжения в образующем откос массиве грунта.

Количественно степень устойчивости откоса обычно характеризуется коэффициентом устойчивости или надежности, определяемым отношением

, (9.1)

где — фактор, учитывающий действие всех сил, обеспечивающих устойчивость; — то же, вызывающих обрушение откоса.

Сущность факторов – силы или моменты сил – зависит от формы вероятного обрушения откоса и, следовательно, от принятой расчетной схемы.

При проектировании откосов могут ставиться и решаться задачи двух типов:

1. Для данного, т.е. принятого, назначенного или существующего очертания откоса определить коэффициент устойчивости. Очевидно, по смыслу определения (9.1) при откос устойчив, при — неустойчив, при имеет место предельное равновесие.

2. Задавшись значением , найти соответствующее ему очертание откоса.

Основанием для назначения коэффициента устойчивости могут быть нормативные рекомендации (обычно ), а также специальные предпроектные исследования.

Далее рассмотрим только наиболее простые, но часто используемые методы расчета устойчивости откосов для условий плоской задачи.

^ 9.2. Устойчивость откосов при плоских

поверхностях скольжения

9.2.1. Откос в идеально сыпучем грунте (). Рассмотрим предельное равновесие, предшествующее сдвигу части массива грунта АВС вниз по плоскости АС (рис.9.2). Для такой схемы разрушения имеем

(9.2)

где — вес массива АВС.

Рис.9.2 — Схема расчета устойчивости откоса из несвязного грунта

В предельном равновесии , откуда и . Поскольку максимальное значение , то условие предельного равновесия для откоса из сыпучего грунта можно записать в виде

. (9.3)

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОДПОРНЫХ СТЕНАХ И СИЛОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ НА НИХ 261

Подпорной стеной называют конструкцию, предназначенную для удержания грунтового массива от обрушения при крутизне откоса более предельного. Подпорные стены являются одним из наиболее распространенных инженерных сооружений на железных и автомобильных дорогах.

Читать еще:  Подготовка стен для поклейки кафельной плитки

а – естественный; б – удерживаемый от обрушения подпорной стеной

При строительстве дорог нередко выемкой подрезают природные откосы, сохраняющие свою устойчивость при угле Ψ, называемом углом естественного откоса. Новый откос с углом Ψ, превышающим величину Ψ0, не может быть устойчивым и непременно обрушится, если его не поддержать подпорной стеной (рис.1). В таком случае на подпорную стену грунтовый массив будет оказывать давление, которое является следствием веса грунта и его дисперсности. Подпорные стены по конструкции подразделяют на массивные (гравитационные), тонкостенные, шпунтовые (рис. 2). Устойчивость массивных стен обеспечивается их собственным весом, а тонкостенных подпорных стен – собственным весом и весом грунта, лежащего на тонкостенных консольных плитах.

Рис. 2. Подпорные стены:

а – массивная; б – тонкостенная; в – шпунтовая; 1 – анкерная свая,

2 – тяж, 3 – распорка

Устойчивость шпунтовых стенок обеспечивается защемлением их в грунтовом основании в сочетании с тяжами 2, закрепленными за анкерную конструкцию (например, сваю 1), либо постановкой распорок 3 (рис. 2, в).

В методических указаниях рассматривается расчет массивных подпорных стен. С расчетом шпунтовых стенок студенты могут ознакомиться в методических указаниях И.В.

Массивная подпорная стена состоит непосредственно из тела стены и ее фундамента (рис. 3). Грань стены АВ называют задней гранью, а грунт, лежащий за ней, — засыпкой. Нижняя плоскость АЕ называется подошвой фундамента стены, точка Е – передним ребром подошвы.

Рис. 3. Элементы подпорной стены:

1 – тело; 2 – фундамент; 3 – засыпка

Давление, оказываемое грунтом засыпки на заднюю грань стены, может реализоваться в разных видах и значениях, в зависимости от конструктивных особенностей стены, от прочностных характеристик грунта засыпки и основания, от величины и направления перемещений стенки.

При отсутствии перемещения стенки в сторону от засыпки давление реализуется в виде давления покоя Е (в таком случае грунт засыпки находится в условиях компрессионного напряженного состояния). Активное давление грунта Еа (распор) реализуется при перемещении стенки в сторону от засыпки и соответствует минимальному значению давления грунта. Пассивное давление Еп (отпор стены) реализуется при перемещениях стены в сторону засыпки соответствует максимальному значению давления грунта.

Изменение давления грунта в зависимости от перемещения стенки U представлено на рис. 4.

Рис. 4. Изменение давления грунта засыпки Е на подпорную стену в зависимости от ее перемещения U

Обычно в инженерных расчетах используют величину активного давления Еа , которое реализуется при достаточно малых перемещениях стенки. В этом случае конструкция стены получается более экономичной, чем в расчетах с использованием давления покоя Е .

Поэтому при проектировании подпорных стен для транспортного строительства допускается вводить в расчеты только треть реализованного отпора.

По подошве стены действует сила трения Т. Схема действия всех сил на стену приведена на рис. 5. Правила знаков для угла наклона задней грани стенки ε и для угла наклона засыпки α приведены в задании.

Теоретической базой расчетов подпорных стен служит гипотеза

Ш. Кулона, основанная на следующих положениях:

1) в грунте засыпки при наступлении предельного состояния образуется призма обрушения АВД, ограниченная от остального грунта, находящегося в допредельном состоянии, плоской поверхностью скольжения (обрушения) АД (рис. 5);

Рис. 5. Схема действия сил на стену. Допущения Ш.Кулона

2) угол наклона плоскости обрушения АD должен быть таким, чтобы величина активного давления Еа была максимальной;

3) реакция R со стороны грунта, находящегося в допредельном состоянии, отклонена от нормали к плоскости обрушения АD на угол внутреннего трения φ в сторону, противоположную движению призмы обрушения;

4) сила активного давления Еа (реакция активного давления), действующая на заднюю грань стены АВ, отклоняется от нормали к ней на угол . Угол является углом трения грунта засыпки по материалу стенки.

Призма обрушения находится в равновесии под действием сил G (собственного веса) R и Еа .

Расчет подпорной стены можно вести и другими методами, используя, например, решения теории предельного состояния сыпучей среды (численные методы) или графоаналитические методы. Однако в силу того, что по этим методам получаются решения, близкие к результатам расчетов по теории Ш.Кулона, последний метод (т.е. метод Кулона), как наиболее простой, получил наибольшее распространение при проектировании подпорной стены.

Проверка на устойчивость подпорной стены против сдвига

Главная > Реферат >Строительство

Федеральное агентство по образованию

Читать еще:  Плитка настенная кирпич фартук

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Томский государственный архитектурно-строительный университет

КАФЕДРА МОСТОВ И СООРУЖЕНИЙ НА ДОРОГАХ

На тему: «Проверка на устойчивость подпорной стены

Выполнила: ст. гр. 235 Юргина Ю.

Проверил: Акимов Б. Г.

Оценка физико-механических свойств грунтов…………………………….5

Расчет устойчивости подпорной стены против сдвига…………………….6

Цель работы — рассчитать подпорную стену – обеспечить условия, при которых ни одно из предельных состояний не наступит в течение всего периода её эксплуатации.

Для этого требуется провести следующие расчёты:

На прочность самой конструкции подпорной стены;

На прочность грунта основания;

На устойчивость положения самой подпорной стенки против сдвига по поверхности основания и против опрокидывания.

Высота подпорной стены (Н) – 8,0 м;

Ширина подошвы фундамента – 8,0 м;

Грунт обратной засыпки – песок крупный;

Грунт основания под подошвой фундамента – супесь.

Подпорной стеной называется сооружение, удерживающее грунт от обрушения в откосах насыпей и выемок.

Степень заложения фундамента подпорной стены является мелкого заложения.

Толщина стены поверху должна быть не меньше 0,4 м, в данном случае она составляет 3 м.

Глубина заложения подошвы фундамента подпорной стены в основании должна быть не менее 1м.

Расчет подпорных стен.

Для конструирования и расчета подпорных стен необходимо определить основные физико-механические характеристики грунтов как естественного залегания под фундаментом, так и засыпки, которую держит сама стена, используя материалы инженерно-геологических изысканий.

Для устойчивости расчета подпорной стены против сдвига необходимо определить физико-механические характеристики грунтов основания и засыпки. Определив полные названия грунтов и их основные физические и расчетные механические характеристики, составляем сводную таблицу характеристик грунтов.

Исходными данными для выполнения работы являются два вида грунтов (естественного залегания и засыпки) и конструкция железобетонной монолитной подпорной стены.

Данные по грунтам представлены в таблице 1.1.

Оценка физико-механических свойств грунтов

Для оценки устойчивости подпорной стены на стадии ее эксплуатации необходимо определить основные физико-механические свойства грунтов как естественного залегания под фундаментом, так и засыпки, которую содержит сама стена.

По коэффициенту пористости характеризуется вид песчаного грунта и его плотность сложения. Чем меньше коэффициент пористости е , тем меньше будет деформироваться грунт под нагрузкой. В данном случае представлена супесь ( е = 0,484) и песок крупный ( е = 0,524).

По числу пластичности J p и по показателю консистенции J L глинистые грунты являются полутвердыми, супесь – пластичной (J p = 0?07, J L = 0,286).

Определив полные названия грунтов и их основные физические и расчетные механические характеристики, составляем сводную таблицу оценки свойств грунтов (табл. 2.1).

Основные характеристики грунтов

Полное название грунта

Песок крупный плотный

Расчет устойчивости подпорной стены против сдвига

Расчет производится графоаналитическим способом ( метод Феллениуса), предполагая, что сдвиг стенки вместе с грунтом может произойти по круглоцилиндрической поверхности скольжения. Пример расчетной схемы представлен на рис. 3.1.

Центры критических кривых скольжения расположены на прямой линии ВО. Откладывая от точки А расстояние, равное высоте засыпки Н, и затем в сторону засыпки 4,5Н, получаем точку В.

Для определения точки О из точек А и Е проводим линии под углами:α= 25° и β= 35°. В пересечении этих линий получаем точку О. На линии ВО расположен центр кривой скольжения С, который определяется методом подбора.

В основании залегает глина, следовательно, опасная поверхность скольжения проходит через ребро фундамента (точку Д).

После определения радиуса R кривой скольжения разбиваем отсеченные участки засыпки и основания на ряд отсеков шириной 3-5 м и более, крайние отсеки могут быть меньшей ширины.

Вычисляем углы наклона δ отрезков кривой скольжения к вертикали в пределах каждого отсека:

sin δ=X/R и cos δ=Y/R,

где Х- расстояние от середины отрезка кривой скольжения ( в границах отсека) до вертикального радиуса;

Y-расстояние от линии Х до центра С;

R- радиус кривой скольжения.

Радиус кривой скольжения составил 16,2 м. Грунты засыпки и основания разбиваем на 6 секторов, также расстояния Х и Y и длину кривой скольжения в отсеке L.

Значения sin δ принимаются со знаком “минус” для расстояний Х, отмеряемых вправо от вертикального радиуса, и со знаком “плюс”- влево.

Определяем вес Q каждого отсека на один погонный метр длины подпорной стены. Удельный вес бетона элементов подпорной стены принято 2,5 т/м 3 .

Находим составляющие веса каждого отсека:

N=Q· cos δ- нормальные силы;

Т= Q· sin δ- касательные (сдвигающие или удерживающие силы).

Результаты расчета сведены в сводную таблицу 3.1.

Результаты расчета устойчивости подпорной стены против сдвига

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector