Классификация, определение нормативных и расчетных параметров грунтов основания.

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Тихоокеанский государственный университет.

Кафедра «Мостов,  оснований  и  фундаментов»

Специальность 131000.62 «Нефтегазовое  дело»

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

по дисциплине «Инженерная  геология  Механика  грунтов»

 

 

 

 

Выполнил: студент ЗФ

Группы  12 

___2000__________года обучения

шифр зач. кн.  

Фамилия  __________

Имя  _____________

Отчество:

Проверил:

 

 

 

 

 

Хабаровск 2000 г

Содержание.

 

1. Введение.                                                                                                3          
2. Классификация,  определение  нормативных   и  расчетных  параметров  грунтов  основания.                                                         4
3. Определение  критических  давлений  в  расчетах  оснований  и  фундаментов  по  деформациям  и  несущей  способности.             9       
4. Определение  напряжений  и  расчет  вертикальной  осадки  основания   фундамента.                                                                    12

5. Расчет  устойчивости  склонов   (откосов).                                       16             

6. Определение  давлений  грунтов  на  ограждения  и  оценка  их  устойчивости.                                                                                       21
7. Заключение.                                                                                          27
8. Литература.                                                                                           29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

               Фундамент  является  подземной  конструкцией  передающей  нагрузку  от  сооружения  к  грунту.  В  нефтегазовой  промышленности, для  переработки  нефти  и газа  используются  массивные  инженерные  сооружения  (НПС – 21, в  г. Сковородино,  тысячи  километров ВСТО -1,  ВСТО -2).  Поэтому  к изучению массивов  и  оснований при  взаимодействии  их  с  инженерным  сооружениями   предъявляют  большие  требования,  как  с  технической,  так  и  с  экономической  стороны.

           Цель  данной  курсовой  работы  по  дисциплине   Инженерная  геология  механика  грунтов,    создания  навыков по  методам  расчета анализа  и  оценки   напряжённо-деформированного  состояния  оснований  и  фундаментов.

          Задачи  курсовой  работы  заключаются  в  практическом  изучении  основных  теоретических  разделов  механики  грунтов.

             Исходные  данные – результаты  лабораторных  исследований  песчаных,  глинистых  и  крупнообломочных  грунтов.

          Расчета  анализа  и  оценки   напряжённо-деформированного  состояния  оснований  и  фундаментов  произведен  в  соответствии  с  нормативными  документами:

  СНиП  2.02.01 – 83 Основания  и  фундаменты.

   ГОСТ  25100 – 95  "Грунты. Классификация"

   СП  22.13330.2011  Таблицы  механического  и  расчетного  параметров  механического  состояния.

 

 

        

     Раздел  №2.  Классификация,  определение нормативных  и  расчётных параметров  грунтов  основания.

Песчанный:  Ps = 2.68 г/см³,  P= 1.89 г/см³,  W = 8,4%

Галька	Гравий				Песчанная фракция					Пыль	Глина
>10	10-7	7-5	5-3	3-2	2-1	1-0,5	0,5-0,25	0,25-0,10	0,10-0,05	0,05-0,005	<0,005
-	-	-	-	10	-	8	12	8	38	11	1

 

 

Глинистый:  Ps = 2.71 г/см³,  P= 1.98 г/см³,  W = 26,8%,  Wp = 30,8%, wL = 19,4%

Галька	Гравий				Песчанная фракция					Пыль	Глина
>10	10-7	7-5	5-3	3-2	2-1	1-0,5	0,5-0,25	0,25-0,10	0,10-0,05	0,05-0,005	<0,005
11	1	2	2	2	2	4	6	10	10	24	26

 

 

 

Крупнообломочный:  Ps = 2.68 г/см³,  P= 1.93 г/см³,  W = 19,5%

Галька	Гравий				Песчанная фракция					Пыль	Глина
>10	10-7	7-5	5-3	3-2	2-1	1-0,5	0,5-0,25	0,25-0,10	0,10-0,05	0,05-0,005	<0,005
-	20	28	12	8	6	4	2	2	8	9	1

 

 

 Песчанный грунт.

 

Pd =P/(1+0,01*W) = 1,89/(1+0,01*8,4) = 1.74

 e = (Ps – Pd)/ Pd = (2.71 – 1,74)/1,74 = 0,56

Sr=(0,01*W* Ps)/( e* Pw) = (0,01*8,4*2.68)/( 0,54*1)=0,417

n = ((Ps – Pd)/ Ps) *100% = ((2.68 – 1,74)/  2.68)*100 = 35

γ = P*g = 1.89*10 = 18,9

 

 

 

 

 Глинистый  грунт.

 

Pd =P/(1+0,01*W) = 1.98 /(1+0,01*26,8) = 1,56

 e = (Ps – Pd)/ Pd = (2,71 – 1,56)/ 1,56= 0,74

Sr=(0,01*W* Ps)/( e* Pw) = (0,01*26,8*2.71)/( 0,74*1)= 0,98

n = ((Ps – Pd)/ Ps) *100% =((2.71 – 1,56)/  2.71) *100 = 42,44

γ = P*g = 1.98 *10 = 19,8

 

Ip = WL – Wp = 19,4 - 30,8 = 11,4

IL = (W – Wp)/(WL – Wp) = (26,8 – 30,8)/(19,4 – 30,8) = 0,35

 γ s = Ps*g = 2,71*10 = 27,1    γw = Pw*g  = 1*10 = 10

γsw = (γs – γw)/(1+e) = (27,1 – 10)/(1+0,74) = 9,83

 

Крупнообломочный  грунт.

 

Pd =P/(1+0,01*W) = 1.93 /(1+0,01*19,5) = 1,62

 e = (Ps – Pd)/ Pd = (2.68 – 1,62)/ 1,62= 0,65

Sr=(0,01*W* Ps)/( e* Pw) = (0,01*19,5*2,68)/( 0,65*1)= 0,8

n =  ((Ps – Pd)/ Ps) *100% =((2.68 – 1,62)/  2.68) *100 = 39,55

γ = P*g = 1.93 *10 = 19,3

γ s = Ps*g = 2,68*10 = 26,8    γw = Pw*g  = 1*10 = 10

γsw = (γs – γw)/(1+e) = (26,8 – 10)/(1+0,65) = 10,2

 

 

Нименование грунта	Pd	e	n, %	Sr	Ip, %	IL	γ, кН/м³	γsv, кН/м³
Песчанный	1.74	0,54	35	0,417	-	-	18,9	-
Глинистый	1,56	0,78	42,44	0,93	11,4	0,35	19,8	9,83
Крупнообл	1,62	0,65	39,55	0,8			19,3	10,2

 

 

класс	Группа	Подгруппа	Тип	Вид	Разновидности
Дисперсные (с механическими и водно-коллоидными структурными связями)	Несвязные	Осадочные	Полиминеральные	Песчанный  грунт	Пылеватый Малой степени водонасыщения Плотный Практически непучинистый
Дисперсные (с механическими и водно-коллоидными структурными связями)	Связные	Осадочные	Полиминеральные	Глинистые грунты	Суглинок тяжелый пылеватый тугопластичные Среднепучинистый
Дисперсные (с механическими и водно-коллоидными структурными связями)	Несвязные	Осадочные	Полиминеральные	Крупно обломочные	Гравийный (при неокатанных  гранях - дресвяный) Средней степени водонасыщения Практически непучинистый

 

 

 

 

 

 

Для  песчаного  грунта

 e=0,54

 Cn=6,2кПа

φn= 34,25°

E=30 мПа

Для  глинистого  грунта.

e=0,78

 Cn=21,2кПа

φn= 24°

E=13 мПа

Для  крупнообломочного  грунта.

e=0,65

 Cn= -

φn= 38°

E=30 мПа

 

Для песка

γI = γ/γg = 18,9/1,2 = 15,75кН/м

СI = Cn/γ = 6,2/1,5 = 4,13кПа

φI = φn/γg =34,25/1,1 = 31,14

γII = γ/γg = 18,9/1,0 = 18,9кН/м

СII = Cn/γ = 6,2/1,0 = 6,2кПа

φII= φn/γg =34,25/1,1 = 34,25°

 

 

Для  глины.

 

γI = γ/γg = 19,8/1,2 = 16,5кН/м

СI = Cn/γ = 21,2/1,5 = 14,13кПа

φI = φn/γg =24/1,15 = 20,87°

γII = γ/γg = 19,8/1,0 = 19,8кН/м

СII = Cn/γ = 21,2/1,0 = 21,2кПа

φII= φn/γg =34,25/1,0 = 24°

 

Для  крупнообломочного

 

γI = γ/γg = 19,3/1,2 = 16,08кН/м

φI= φn/γg =38/1,1 = 35,55°

γII= γ/γg = 19,3/1,0 = 19,3кН/м

φII= φn/γg =38/1,0 = 38°

 

 

Наименование грунтов	v	I  пред.  состояние			II  пред. состояние
		γI кН/м	CI кПа	φI град	γII кН/м	CII кПа	φII град
Песчанный	0,3	15,75	4,13	31,14	18,9	6,2	34,25
Глинистый	0,4	16,5	14,13	20,87	19,8	21,2	24
Крупнообломочный	0,27	16,08	-	35,55	19,3	-	38

 

 

 

             Раздел  №3  Определение  критических  давлений  в  расчетах  оснований  и  фундаментов  по деформациям  и  несущей  способности.

P< R  где  Р = (FII+Ffg)/(b*l) – среднее  давление  на  грунт  основания  подошвы  фундамента

R – расчетное  сопротивление  грунта  основания 

Основание  сложено  глинистым  грунтом;

γII  = 19,8кН/м

СII  = 21,2°кПа

φII = 24°

Мγ=0,72

Мd = 3,87

Mc = 6,45

 

d= 2,7м – глубина  заложения  фундамента.

b*l = 2,7*2,7м – ширина  и  длинна  фундамента.

FII = 1600кН

Расчетное  сопротивление грунта  основания  К=1,  Кz=1,1,  γc1=1,2,  γc2=1.

 

Собственный  вес фундамента и грунта на  его  обрезах  равен

Ffg = V*γfg  где V=b*l*d = 2,7*2,7*2,7=19,68м³

γfg = 20кН/м³ - Среднее  значение  удельного  веса  материала

Ffg = 19,68*20 = 393,6 кН

Найдем  среднее  давление  подошвы

Р = (FII+Ffg)/(b*l)=(1600+393,6)/(2,7*2,7) = 273,47кПа

Найдем  расчетное  сопротивление  в  основание  фундамента

 

R = γc1*γc2/k*(Mγ*kz*b*γII +Mq*d*γII+(Mq – 1)*db*γII+Mc*CII

 

R=

Условие  оценки  имеет  вид Р = 273,47кПа < R=463,164 кПа

Вывод -  увеличение   нагрузки  на  грунт основания  возможно.

 

Для  ознакомления  с методикой  расчета оснований  по  несущей  способности 

F < (γc/γn)Fu   F – расчетная  нагрузка  на  основание.

Fu – сила  предельного  сопротивления  грунта  основания.

 

γc – коэффициент  условий  работы

γn – коэффициент  надёжности  по  назначению  сооружений

D=20м

Nc=5,14

ζ =1,11

     Фундамент   устроен  в  слое  суглинка,  тяжелый,  пылеватый,  тугопластичный.

γI = 16,5кН/м

СI = 14,13кПа

φI =20,87°

Усилие  в  уровне  подошвы  резервуара.

F = FII*20 = 1600*20=32000кН.

Сила  предельного  сопротивления  грунта основания  равна.

 

F = (π/4)*D2*(NqζqγId+NcζcCI) =

= (3,14/4)*202*(1*1,5*16,5*2,7+5,14*1,11*14,13) = 46297

Условие  по  несущей  способности  грунта  основания  имеет  вид:

F = 32000кН < Fu= 46297кН

Вывод:  условия  по  несущей  способности  грунта  выполняются.

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         Раздел  №4.  Определение  напряжений  и  расчет  вертикальной  осадки  основания  фундамента.

S < Su

S – осадка  основания  фундамента. 

Su - предельное  значение  осадки  основания.

Основание  сложено  тремя  горизонтальными  слоями  грунтов:

        Первый  слой  - крупнообломочный  грунт  средней  степени  водонасыщенности  h1=6м,  γII=19,3кН/м,  Е = 30МПа.

       Второй  слой – песчаный, малой  степени  водонасыщенности   h1=3,5м,  γII=18,9кН/м,  Е = 30МПа.

Ниже  залегает  суглинок  тяжёлый  пылеватый  тугопластичный    IL=0,35  γII=19,8кН/м,  Е = 13МПа.

Среднее  давление  на  уровне  подошвы

Р = (FII+Ffg)/(b*l)=(1600+393,6)/(2,7*2,7) = 273,5кПа

          Вертикальное  напряжение  от  собственного  веса  грунта  на  уровне  подошвы  фундамента  равно:  σzg0 = γ*dn = 19,3*2,7 =52кПа

 

Мощность  элементарного  слоя  грунта  hi=0,2  b=0,2*2,7=0,54.

Отношение  сторон  фундамента  n=b/l =2,7/2,7 =1. 

Отношение  сторон  котлована   n=b/l =3,7/3,7 =1. 

     Значения   коэффициентов рассеивания  напряжений  для  фундамента  и  котлованов  принимаются     на  основе  интерполяции.

 

 

Определяем осадку грунта каждого элементарного слоя:

,       (11)

где b – коэффициент, корректирующий упрощенную схему расчета, b = 0,8;

hi – толщина элементарного слоя, м;

Еi – модуль деформации каждого слоя, кПа;

 – среднее напряжение  от дополнительного давления  в i-м элементарном слое, кПа.

Среднее напряжение от дополнительного давления под фундаментом равно нулю , а в остальных слоях определяется по следующей формуле:

,     

      Расчетная  таблица определения осадки методом  послойного элементарного суммирования