Федеральное агентство по образованию Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ) Курсовая работа Предмет: «Механика грунтов» Тема: «Обеспечение устойчивости дорожной насыпи» Выполнил Студент группы 3АДсп Пискунова Наталья Николаевна Шифр Дз 04-12сп Проверил г. Омск-2007 Содержание 1. Исходные данные к курсовой работе 2. Обеспечение общей устойчивости откосной части насыпи 4 2.1.
Проверка общей устойчивости откосной части насыпи …… 2. Расчет параметров армирования откосной части насыпи геотекстильным материалом ……… …… 3. Обеспечение устойчивости основания насыпи… 1. Определение продолжительности завершения интенсивной части осадки насыпи ……… 2. Проверка устойчивости слабого основания насыпи 10 Список использованной литературы 1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
К КУРСОВОЙ РАБОТЕ Исходные данные согласно заданию приводим в табл.1.1 – 3. Таблица 1.1 Физические характеристики грунтов основания № варианта Разновидность грунта , т/м3 , т/м3 , т/м3 W е 1.Супесь 2.Суглинок 3.Глина 1,96 1,91 2,00 1,98 1,97 2,05 2,72 2,71 2,75 0,17 0,30 0,32 0,21 0,36 0,51 0,15 0,21 0,27 0,61 0,79 0,77 Таблица 1.2 Механические характеристики грунтов основания № варианта Разновидность грунта , кПа , град Е, МПа 1.Супесь 2.Суглинок 3.Глина 9/14 12/18 35/52 22/25 15/17 17/19 14,0 8,5 16,2
Таблица 1.3 Характеристики насыпи № вари¬анта Высота насыпи , м Плотность , т/м3 Угол внутреннего трения , град Удельное сцепление , кПа 5 5,6 1,98 20 10,8 Вычисляем физические характеристики грунта слоев основания и определяем консистенцию глинистого грунта: 1 слой основания – супесь = 1,969,81 = 19,23 кН/м3; = 1,989,81 = 19,42 кН/м3; = 2,10 т/м3; = 2,19,81 = 20,59 кН/м3; = 0,21-0,15 = 0,06; = 0,33 Вывод: Согласно прил.2 1-й слой основания сложен супесью пластичной. 2 слой основания – суглинок = 1,919,81 = 18,34 кН/м3; = 1,979,81 = 19,33 кН/м3; = 0,96 т/м3; = 0,969,81 = 9,37 кН/м3; = 0,36-0,21 = 0,15; = 0,6 Вывод: Согласно прил.2 2-й слой основания сложен суглинком мягкопластичным. 3 слой основания – глина = 29,81 = 19,62 кН/м3; = 2,059,81 = 20,11 кН/м3; = 0,99
т/м3; = 0,999,81 = 9,71 кН/м3; = 0,51 – 0,27 = 0,24; = 0,21. Вывод: Согласно прил.2 3-й слой основания сложен глиной полутвердой. Вычисляем удельный вес грунта насыпи кН/м2. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ОБЩЕЙ УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСНОЙ ЧАСТИ НАСЫПИ 1. Проверка общей устойчивости откосной части насыпи Откосы насыпей под влиянием собственного веса стремятся принять более пологое очертание.
Как правило, оползающий массив грунта смещается по криволинейной по¬верхности, которую для практических целей можно принимать за круглоцилиндрическую поверхность скольжения (КЦПС). При проектировании насыпей автомобильных дорог для опре¬деления местоположения центров наиболее опасных КЦПС в частности пользуются методом Феллениуса. Откладываем углы = 280 и = 370, затем выстраиваем прямые ОА и ОВ. От края подошвы насыпи откладываем перпендикуляр к поверхности основания длиной = 5,6 м (отрезок
АС). Из точки С проводим отрезок СD длиной 4,5  5,6 = 25,2 м, параллельный поверхности основания. Через точки О и D проводим прямую. Положение центра наиболее опасной кривой определяем последовательным расчетом для нескольких точек на прямой ОD, откладываемых с шагом, равным 0,25  5,6 = 1,4 м от точки О. Точка, для которой значение фактического коэффициента устойчивости имеет минимальное значение и будет центром наиболее опасной круглоцилиндрической поверхности скольжения. Значения , R, , , и находим графическим путем. Требуемый коэффициент устойчивости определяем по формуле . где – коэффициент надежности по назначению сооружения ( =1,20); -коэффициент сочетания нагрузок ( =0,9); -коэффициент перегрузки ( =1,2); -коэффициент условий работы ( =0,85). 1,52 Далее в табличной форме (табл.2.1.1) находим моменты сдвигающих и удерживающих сил при различных радиусах КЦПС и фактический коэффициент устойчивости откоса по формуле где – вес грунтовой
призмы, кН; – тангенс угла внутреннего трения грунта насыпи по первой группе предель¬ных состояний; – угол наклона поверхности скольжения к горизонтали в пределах выделенной призмы, град.; – удельное сцепление грунта насыпи по первой группе предель¬ных состояний, кПа; R – радиус образующей поверхности скольжения, м; – абсцисса и ордината проекции центра тяжести грунтовой призмы на поверхность скольжения, м; – длина образующей поверхности скольжения, м;  – угол
раскрытия дуги, ограничивающей оползающий массив. При R = 8,2 м (центр кривой совпадает с точкой О), длина дуги КЦПС: м Таблица 2.1.1 № элемента 1 -1,90 0,60 8,00 0,84 19,42 16,31 -30,99 130,48 2 -0,50 2,10 8,20 2,94 19,42 57,09 -28,55 468,14 3 0,90 3,70 8,10 5,18 19,42 100,60 90,54 814,86 4 2,30 4,80 7,90 6,72 19,42 130,50 300,15 1030,95 5 3,70 4,90 7,60 6,86 19,42 133,22 492,91 1012,47 6 5,10 4,00 6,50 5,60 19,42 108,75 554,63 761,88 7 6,50 2,70 4,90 3,78 19,42 73,41 477,17 359,71 8 7,70 0,50 2,40 0,70 19,42 13,59 104,64 32,62 Сумма 1960,50 4556,11 1,43 Вывод: так как = 1,43  = 1,52, откосная часть насыпи не устойчива.
При R = 8,6 м длина дуги КЦПС: м Таблица 2.1.2 № элемента 1 -0,70 0,80 8,60 19,42 1,75 -15,23 187,05 2 0,70 2,20 8,60 19,42 59,81 41,87 514,37 3 2,10 3,3 8,40 19,42 89,72 188,41 753,65 4 3,50 4,00 7,90 19,42 108,75 380,63 859,13 5 4,90 4,10 7,00 19,42 108,75 532,88 761,25 6 6,30 2,70 5,80 19,42 73,41 462,48 425,78 7 7,50 1,10 4,10 19,42 29,91 224,33 122,63 Сумма 1815,37 3623,86 1,33 Вывод: так как = 1,33  = 1,52, откосная часть насыпи не устойчива. При R = 9,4 м, длина дуги КЦПС: м Таблица 2.1.3 № элемента 1 0,70 0,60 9,30 19,42 16,31 11,42 151,71 2 2,10 1,80 8,90 19,42 48,94 102,77 435,55 3 3,50 2,80 8,60 19,42 76,13 266,44 654,69 4 4,90 3,30 7,90 19,42 89,72 439,63 708,79 5 6,30 3,00 6,80 19,42 81,56 513,85 554,64 6 7,70 1,30 5,10 19,42 35,34 272,15 180,23 Сумма 1606,26 2685,61 1,22 Вывод: так как = 1,22  = 1,52, откосная часть насыпи неустойчива. При R = 10,4 м, длина дуги КЦПС: м Таблица 2.1.4 № элемента 1 2,10 0,80 10,20 19,42 21,75 45,68 221,85 2 3,50 1,60 9,70 19,42 43,50 152,25 421,96 3 4,90 2,20 9,10 19,42 59,81 293,09 544,30 4 6,30 2,60 8,10 19,42 70,69 445,34 572,58 5 7,70 2,20 6,80 19,42 59,81 60,56 406,72 6 9,10 0,70 5,30 19,42 19,03 173,19 100,87 Сумма 1570,08 2268,29 1,25 Вывод: так как = 1,25  = 1,52, откосная часть насыпи неустойчива Наименьший коэффициент устойчивости откосной части насыпи получен при радиусе R = 9,4 м. Эта КЦПС соответственно считается наиболее опасной. Так как устойчивость откосной части насыпи не обеспечена, принимается решение об армировании откосной части насыпи. 2.2. Расчет параметров армирования откосной части насыпи геотекстильным материалом
Армирование откосной части насыпи позволяет обеспечить общую устойчивость. Геотекстильными материалами (ГМ) называют рулонные водопроницаемые преимущественно синтетические текстильные материалы, предназначенные для различного использования в земляных сооружениях. В курсовой работе используем геотекстильный материал «дорнит» с минимальной прочностью на растяжение = 70 Н/см и толщиной = 4 мм. В процессе расчета определяем положение центра
КЦПС и разбивают сползающую часть массива на призмы (выполнено в п.2.1.). Для армирования ГМ откосной части насыпи должны быть рассчитаны следующие параметры: – количество прослоек ГМ; – длина заделки прослойки ГМ; – распределение прослоек ГМ по высоте насыпи. Выполняем расчет необходимого числа прослоек ГМ. Предельное растягивающее напряжение грунта находим по формуле: , кПа, где значение найденное методом
интерполяции при = 200 составляет 0,945. Значение допустимого растягивающего напряжения для ГМ определяем по формуле: , где – прочность ГМ на растяжение ( = 70 Н/см); Т – нормативный срок службы насыпи (Т = 50 лет). МПа  = 10,7 МПа Так как условие 2.2.3 выполняется, принимаем МПа. Расчет момента сдвигающих сил приведен в таблице 2.2.1
Таблица 2.2.1 № элемента 1 0,70 0,07 0,9975 0,0050 16,31 0,16 2 2,10 0,22 0,9755 0,0484 48,94 4,53 3 3,50 0,37 0,9290 0,1370 76,13 19,71 4 4,90 0,52 0,8542 0,2703 89,72 44,46 5 6,30 0,67 0,7424 0,4488 81,56 64,38 6 7,70 0,82 0,5724 0,6724 35,34 41,16 Сумма 174,40 Определим число необходимых прослоек ГМ при требуемой величине коэффициента устойчивости откоса = 1,52 = = 2,37  3. Принимаем 3 прослойки. Длину заделки ГМ в тело насыпи определим по формуле м Согласно выполненным расчетам располагаем армирующие прослойки в теле насыпи (рис.2.2.1). 3. ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ОСНОВАНИЯ НАСЫПИ К насыпи, возводимой на слабых грунтах, в основании предъявляются следующие требования: – интенсивная часть осадки должна завершиться до устройства покрытия (обеспечена стабильность); – должна быть исключена возможность выдавливания слабого грунта из-под насыпи в процессе ее возведения и эксплуатации (обеспечена устойчивость основания). 3.1. Определение продолжительности завершения интенсивной части осадки насыпи
На насыпях, в основании которых оставлены слабые грунты, капитальные покрытия можно устраивать после завершения не менее 90% расчетной осадки. Для устройства облегченных покрытий требуется достижение не менее 80% конечной осадки. При мощности слоя слабого грунта (где Н – ширина насыпи по средней линии, т.е. на высоте от поверхности основания) прогноз длительности осадки может быть осуществлен по схеме одномерного сжатия.
Находим ширину насыпи по средней линии = B + 2 (Hн/2) = 15 + 2 (5,6/2) = 20,6 м Так как мощность слоя слабого грунта H = 3,1 м меньше, чем ширина насыпи по средней линии , прогноз длительности осадки может быть осуществлен по схеме одномерного сжатия. Время достижения заданной величины относительной деформации определяем по формуле 3.1.1, а результаты расчета приводим в виде таблицы 3.1.1. Таблица 3.1.1
U, % 20 30 40 50 60 70 80 85 90 95 , сут 34 78 135 223 323 445 634 768 946 1257 Вывод: Капитальное покрытие на данной насыпи можно устраивать не ранее, чем через 945 суток после отсыпки. Устройство облегченного покрытия возможно через 634 суток со времени отсыпки насыпи. 3.2. Проверка устойчивости слабого основания насыпи Находим удельный вес грунта насыпи (плотность грунта принимается по первой группе предельных состояний) кН/м3 Расчет конечной осадки насыпи выполняем по II группе предельных состояний в табличной форме Таблица 3.2.1 0 0,2 0,21 0,42 0,63 0,95 0 3,0 3,1 6,3 9,5 14,3 1,000 – 0,986 0,925 0,834 0,693 108,75 – 107,21 100,63 90,75 75,36 0,0 3,0 3,1 3,2 3,2 4,8 0,00 58,26 63,83 62,14 62,14 0,00 58,26 122,09 184,23/248,00 310,14 406,67 62,03 81,33 Далее рассчитываем осадки для каждого слоя основания и суммарную конечную осадку насыпи. Суммарную осадку насыпи определяют путем суммирования осадок отдельных слоев сжимаемой толщи по формуле:
, где – среднее вертикальное напряжение в i-ом слое грунта от веса насыпи, кПа; – толщина i-ого слоя грунта, м; – модуль деформации грунта i-го слоя, кПа. м м м м Расчетную высоту насыпи определяем по формуле: где – удельная нагрузка на поверхности проезжей части от колеса расчетного автомобиля, кН ( = 100 кН); – коэффициент приведения подвижной нагрузки к эквивалентной статической при расчете устойчивости. м Величину коэффициента приведения устанавливаем по формуле: где
– мощность слабой толщи, м; – диаметр отпечатка расчетного колеса, м (D = 0,37 м), т.к. (3,1 м < 15/4 = 3,75 м) Максимальное напряжение на поверхности основания находим по формуле: кПа Так как (0,13 м < 1,0 м), то принимаем = 126,23 кПа. Рассчитываем начальное и конечное приведенные сцепления по формулам: , , где: и – соответственно начальное и конечное удельное сцепление грунта; и – соответственно начальный и конечный угол внутреннего трения
грунта. В данной курсовой работе принимаем , , и кПа; кПа. Определяем безопасную нагрузку : при расчете на быструю отсыпку по формуле: , кПа; при расчете на медленную отсыпку по формуле: , кПа. Степень устойчивости устанавливается по величине коэффициента безопасности: = 0,31; = 0,50. Вывод: Так как , то в соответствии с табл. 3.2.1 тип основания III. Таким образом, необходимо удаление слабого грунта либо изменение конструкции насыпи. Список использованной литературы 1. Бабков В.Ф Безрук В.М. Основы грунтоведения и механики грунтов М.: Высшая школа, 1986 239 с. 2. ВСН 49-86. Указания по повышению несущей способности земляного полотна и дорожных одежд с применением синтетических материалов М.: Транспорт, 1988 64 с. 3. Костерин Э.В. Основания и фундаменты
М.: Высшая школа, 1990 431 с. 4. ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация М.: Госстрой России, 1996 18 с. 5. СНиП 2.05.02-85. Автомобильные дороги М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986 56 с. 6. Пособие по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах (к СНиП 2.05.02-85)/ Союздорнии Минтрансстроя СССР М.:
Стройиздат, 1989 192 с.