Розрахунок стійкості насипу графоаналітичним методом

 

При розрахунку графоаналітичним методом враховується тимчасове гусеничне навантаження типу НГ – 60 та постійне навантаження від власної ваги ґрунту насипу.

 

3.1 Виконуємо розрахунок по заміні тимчасового навантаження від гусеничних машин на еквівалентне навантаження ґрунтового стовпа висотою h₀, яка визначається за формулою:

(3.1)

де: – тиск на одну гусеницю

– кількість гусениць, встановлених на земляне полотно по ширині В₀

– кількість встановлених гусеничних машин по ширині земляного полотна

– ширина бази гусеничної машини по наружним розмірам, яка дорівнює 3,3м

– кількість зазорів між гусеничними машинами

– розмір зазору, який приймається між гусеничними машинами

- потрібна щільність грунту з урахуванням оптимальної вологості шарів насипу, т/м³.

3.2 Визначаємо ширину підошви насипу:

, (3.2)

де:

B- ширина земляного полотна, прийнята раніше, м

h_i- висота i-х шарів насипу, м

3.3 Виконуємо графічну побудову лінії АВ, на якій знаходиться радіус кривої сповзання.

Для визначення положення точки А ломану лінію відкосу заміняємо прямою, з’єднуючи бровку насипу земляного полотна з кромкою підошви.

З країв спрямленого відкосу проводять лінії до їх перетину під кутами і , які приймаємо в залежності від закладення відкосу, кут якого обчислюють за формулою:

(3.3)

Приймаємо значення кутів для

Для визначення точки В на кресленні відкладаємо від лівої кромки підошви насипу вниз розмір, який дорівнює висоті насипу , а потім по горизонталі в сторону насипу відкладаємо розмір і наносимо точку В.

З’єднуємо прямою лінією точки А і В та отримуємо лінію, на якій лежить центр радіусу кривої сповзання О.

 

3.4 На прямій АВ графопобудовою знаходять центр радіусу кривої сповзання О.

Спочатку намічена в верхній частині насипу точка кривої сповзання з’єднується прямою лінією з лівою кромкою підошви насипу.

Потім з середини цієї лінії проводимо перпендикуляр до перетину з прямою АВ і на перетині отримуємо центр радіуса кривої сповзання.

 

3.5 З центра проводимо криву, радіус якої визначаємо графічно.

 

3.6 В межах кривої сповзання розбиваємо тіло насипу включаючи і шар ґрунту еквівалентного навантаження, на рівні вертикальні відсіки шириною по 5м.

 

3.7 На кривій сповзання всередині кожного відсіку наносимо точки з цифровим позначенням, і для кожної точки в межах відсіку находимо кути нахилу відрізків кривих сповзання до вертикалі за формулою:

 

(3.4)

 

де: Х_і – відстань від і -ї точки до вертикальної прямої, проведеної через цент радіуса кривої сповзання

R_i – радіус і -й кривої сповзання, який вимірюється по кресленню

 

3.8 По розрахованим визначаємо кути та та представляємо в формі таблиці

 

Таблиця 3.1 – Розрахунок значень по , ,

 

Номер точки		, град.
	0,831	56,24°	0,556
	0,727	46,63°	0,687
	0,627	38,79°	0,779
	0,526	31,74°	0,850
	0,426	25,20°	0,905
	0,325	18,98°	0,946
	0,225	13,00°	0,974
	0,124	07,15°	0,992
	0,024	01,38°	0,999
	-0,076	-04,38°	0,997
	-0,177	-10,18°	0,984
	-0,277	-16,09°	0,961
	-0,327	-19,11°	0,945

 

3.9 Графічним вимірюванням визначаємо площі кожного відсіку, причому, різні шари ґрунтів з різною потрібною щільністю обчислюємо окремо, так як подальше визначення ваги ґрунту у відсіках буде залежати від потрібної щільності ґрунту.

 

 

3.10 Визначаємо вагу ґрунту кожного відсіку з урахуванням різної площі та потрібної щільності шарів

(3.5)

 

Таблиця 3.2 – Розрахунок площ та ваги ґрунту у відсіках

№ Від.	Потрібна щільність ґрунту з урахуванням вологості	Площі відсіку	Вага ґрунту по шарам відсіку	Сумарна вага ґрунту відсіку
		2,12	14,70	31,16	53,32
	1,91	11,60	22,16
		2,12	15,45	32,75	113,93
	1,91	42,50	81,18
		2,12	07,98	16,92	142,83
	1,91	65,92	125,91
		1,91	77,00	147,07	147,07
		1,91	78,00	148,98	148,98
		1,91	76,50	146,12	146,12
		1,91	72,00	137,52	137,52
		1,91	65,50	125,11	125,11
		1,91	55,50	106,01	106,11
		1,91	44,00	84,04	84,04
		1,91	30,00	57,30	57,30
		1,91	12,50	23,88	23,88
		1,91	0,30	0,57	0,57

 

3.10 Визначаємо нормальні та дотичні напруження у всіх точках на кривій сповзання за формулами:

 

(3.6)

(3.7)

 

Таблиця 3.3– Розрахунок нормальних та дотичних напружень

 

Номер відсіку
	17,32	44,31
12,32
	22,50	82,83
55,77
	13,18	89,55
98,08
	125,01	77,36
	134,83	63,47
	138,23	47,49
	133,94	30,94
	124,11	15,51
	105,90	2,54
	83,79	-6,39
	56,38	-10,14
	29,95	-6,61
	0,54	-0,19

 

3.11 Виконується розрахунок коефіцієнта стійкості за формулою:

 

(3.8)

 

де: – розглядаємо як суму, яка складається по шарам

– довжина кривої сповзання по кресленні

– сумарна величина дотичних сил з урахуванням знаків "+" та "-"

 

 

3.13Визначаємо допустимий коефіцієнт стійкості з умови:

де: – коефіцієнт, який ураховує надійність даних про характеристиці грунтів, які залежать від кількості випробуваних зразків, приймається в межах 1,0-1,1

– коефіцієнт, який враховує категорію дороги

– коефіцієнт, який враховує ступінь шкоди для народного господарства в разі аварії спорудження

– коефіцієнт, який враховує відповідність розрахункової схеми природнім інженерно-геологічним умовам.

– коефіцієнт, який враховує вид ґрунту та його роботу в спорудженні

 

Таблиця 3.4 – Розрахункові параметри третього розділу

 

Шари ґрунтів насипу для кривої сповзання h, м	Радіус кривої сповзання R, м	Потрібна щільність з урахуванням вологості для кожного шару ґрунту rпотр.W, т/м3	SNi для кожного шару, тс/м2	SТі для всієї кривої сповзання, тс/м	tgjni для кожного шару	Спі для кожного шару	L довжина кривої сповзання, м	Коефіцієнт стійкості Кст.	Коефіцієнт стійкості допустимий   Кдоп.
3,09	49,8	2,12	53,00	430,67	0,49	4,7	4,4	1,69	1,31
4,5	1,91	1091,85	0,45	3,16	60,2
	1,91	0,45	3,16
8,6	1,91	0,45	3,16
2,4	1,91	0,45	3,16

 

Висновок: Розрахункові параметри третього розділу зведені в таблиці 3.4, при

яких забезпечується стійкість насипу земляного полотна, так як коефіцієнт

стійкості вище допустимого коефіцієнта стійкості.

 

 

4 Розрахунок осідання природної ґрунтової основи під високим насипом

 

Осаду ґрунтової основи під високим насипом і її зміна негативна впливають на рівність дороги..

Згідно СНиП 2.02.01-83 «Основи будівель і споруд» розрахунок повного осідання ґрунтової основи виконується по стискаючих напругах для точок, розташованих уздовж осі Z по формулі теорії пружності:

(4.1)

где – безрозмірний коефіцієнт, який приймається по СНиП

– товщина і -го шару ґрунту основи

– модуль деформації і -го шару ґрунту основи, який приймається по СНиП 2.02.01-81 в залежності від розрахункових показників консистенції та пористості ґрунтів

– число шарів, на які розбивається товща основи, яка стискається

– середнє значення додаткових вертикальних нормативних напружень в і -м шарі ґрунту основи

 

4.1 Вихідні дані

 

Висота еквівалентного шару насипу:	h0=1,59м
Границя текучості ґрунту тіла насипу:	WT=29,5%
Число пластичності ґрунту тіла насипу:	Jp=12%
Висота першого шару основи:	h=3м
Границя текучості першого шару основи:	WT=30%
Число пластичності першого шару основи:	Jp=15%
Щільність частинок ґрунту першого шару основи:	rs=2,68г/см3
Висота другого шару основи:	h>3м
Границя текучості другого шару основи:	WT=31,6%
Число пластичності другого шару основи:	Jp=17%
Щільність частинок ґрунту другого шару основи:	rs=2,70г/см3

 

4.2 Визначаємо ширину підошви насипу:

 

(4.2)

 

 

4.3 Визначаємо природну вологість шарів ґрунтової основи:

(4.3)

 

 

4.4 Визначаємо оптимальну вологість для кожного шару ґрунту основи:

(4.4)

 

 

4.5 Визначаємо вологість на границі розкочування для кожного шару грунту основи:

(4.5)

(4.6)

 

4.6 Визначаємо показник консистенції для кожного шару ґрунту основи:

(4.7)

 

 

4.7 Визначаємо щільність сухого ґрунту для кожного шару основи:

(4.8)

 

 

 

4.8 Визначаємо коефіцієнт пористості для всіх ґрунтів основи:

 

(4.9)

 

4.9 Визначаємо модуль деформації для кожного шару ґрунтів основи по СНиП 2.02.01-83 (беремо значення в дужках) з переводом із кгс/см² в тс/м²(множимо на 10)

Е₁=1750тс/м²

Е₂=1580тс/м²

 

4.11 Визначаємо щільність ґрунту з урахуванням природної вологості:

(4.10)

 

 

4.12 Визначаємо напруження від власної ваги ґрунту основи на глибині і -й границі шару:

 

(4.11)

 

 

4.13 Визначаємо середні напруження від власної ваги ґрунту основи в і -м шарі:

(4.12)

 

4.14 Визначаємо відносні глибини основи:

(4.13)

 

 

 

4.15 Приймаємо по СНіП 2.02.01-83 методом інтерполяції значення коефіцієнтів , який залежить від відносної глибини основи та виду фундаменту. В нашому випадку приймаємо стрічковий фундамент.

 

 

 

4.16 Визначаємо вагу стовпа ґрунту насипу для кожного і -го шару, включаючи і еквівалентний шар ґрунту:

(4.14)

 

4.17 Виконуємо розрахунок середнього тиску під підошвою насипу:

 

(4.15)

 

4.18 Визначаємо додатковий тиск на основу на і -х межах шарів, доки не з’являться від’ємний результат:

(4.16)

 

 

4.19 Визначаємо додаткові напруження від постійного та тимчасового навантаження насипу на глибині Z _і для кожної і -ї межі шарів ґрунтів основи:

(4.17)

 

 

 

4.20 Обчислюються середні значення додаткових напружень від постійного і тимчасового навантаження на глибині Z _i для кожного і -го шару по формулі:

(4.18)

 

 

 

4.21 Для визначення нижньої межі стискаємої товщі ґрунтової основи обчислюються значення на глибині Z _i на кожній і -й межі шару:

 

 

4.22 Креслимо розрахункову схему, яка показана на рисунку 4.1 і будуємо епюри напружень:

а) від власної ваги ґрунту основи ;

б) від додаткового навантаження насипу ;

в) для значень .

 

4.23 На перетині епюр напружень та знаходять точку С, яка являється нижньою межею стискаємої товщі ґрунтової основи =21м

 

4.24 Встановлюємо по висоті стискаємої товщі кількість стискаємих шарів ґрунту, включаючи і шар, в якому знаходиться точка перетину епюр напружень С. Кількість стискаємих шарів дорівнює семи.

4.25 Розраховуємо осідання кожного і -го шару ґрунту основи в межах встановленої товщі ґрунтової основи по формулі:

 

(4.19)

4.26 Визначається сумарне осідання стискаємої товщі ґрунтів основи:

(4.20)

4.27 Визначаємо додатковий об’єм ґрунту, який необхідно досипати на 1м її довжини у зв’язку з осіданням основи:

 

(4.21)

 

Таблиця 4.1 – Розрахункові параметри четвертого розділу

 

Тип грунтів основи по пластам	Номер шару	Товщина шарів H, м	Глибина границь шарів Z, м	Відносна глибина x	Коефіцієнт a	Напруження від власної ваги шару грунту основи	Напруження від додаткового навантаження насипу	0,2szg, тс/м2	Осдідання шару S, м
szg, тс/м2	sсрzg, тс/м2	szp, тс/м2	sсрzp, тс/м2
Суглинок				0,05	0,997	5,61	8,36	39,14	43,38	0,91	0,06
Суглинок				0,11	0,994	11,1	13,88	33,54	36,34	1,8	0,055
Суглинок				0,16	0,991	16,65	19,43	27,94	30,74	2,7	0,047
Суглинок				0,22	0,987	22,2	24,98	22,35	25,15	3,6	0,038
Суглинок				0,27	0,984	27,75	30,53	16,82	19,59	4,5	0,030
Суглинок				0,33	0,981	33,3	36,08	11,32	14,07	5,4	0,020
Суглинок				0,38	0,978	38,85	41,63	5,86	8,59	6,3	0,013
Суглинок				0,44	0,967	44,4	47,18	0,43	3,15	7,2	-

 

Висновок: Параметри, які розраховувались в четвертому розділі зведені в таблиці 4.1, при яких забезпечується стійкість високого насипу на основі з суглинистих ґрунтів. Осідання основи під високим насипом складає 0,263м. Для того, щоб зберегти рівність дороги від осідання насипу, необхідно досипати 19,30м³ ґрунту на 1м її довжини.

 

 

СПИСОК ЛIТЕРАТУРИ

 

1. Бабков В.Ф., Безрук В.Н. Основыгрунтоведения и механики грунтов. –М.: Высшая школа, 1986г.

2. Котов М.Ф. Механыка грунтов в примерах. –М.: Высшая школа, 1988г.

3. Автомобильные дороги. Примеры проектированияю–М.: Транспорт, 1983г.

4. Маслов Н.Н. Основы инженерной геологии и механики грунтов. –М.: Высшая школа 1982г.

5. ДБН В.2.3.-4-2000 Автомобільні дороги.-Київ,2000.

6. СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений.

7. Пособия по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП2.02.01-83). –М.: Стройиздат, 1986г.

8. Методические рекомендации по дорожному районированию УССР /Сост. В.М. Сиденко, В.А. Анфимов, М.Н. Гудзинский. – Харьков: ХАДИ, 1974

9. Методические рекомендации по назначению рассётных параметров грунтов при проектировании дорожных одежд в УССР /Сост. Сост. В.М. Сиденко, В.А. Анфимов, В.Г. Кравченко, М.Н. Гудзинский. – Харьков: ХАДИ, 1974

10. Методические указания По оформлению учебно-конструкторской документации в дипломных и курсовых проектах для студентов специальности 1211 /Сост. В.П. Кожушко, С.Н. Краснов, Н.П. Лукин. –Харьков: ХАДИ, 1986г.