что такое активное давление грунта на подпорную стенку
Виды боковых давлений грунта на подпорные стены СП 101.13330.2012
Согласно СП 101.13330.2012 «СНиП 2.06.07-87. Подпорные стены, судоходные шлюзы, рыбопропускные и рыбозащитные сооружения» Приложение М (рекомендуемое) Определение бокового давления грунта
существует великое множество боковых давлений грунта на подпорные стены:
Активное давление
Давление грунта в состоянии покоя
Давление грунта на внутренние стены ячеек (оболочек)
Пассивное давление
Дополнительное (реактивное) давление грунта
В то же время в институте меня учили только 2 видам: активному (фактическое давление грунта на подпорную стену, когда на стену действует условно только грунт) и пассивному (максимально возможное давление отпора грунта при вжатии подпорной стены в грунт).
Оснащение проходки горных выработок, ПОС, нормоконтроль, КР, АР
Немного в сторону от основной темы. В разделе 9 СП 22 есть ещё указания, которые не очень стыкуются с СП 43 «Сооружения промпредприятий».
Например, при сдвиге подпорной стены по подошве принимать пониженный угол трения с коэф. 0,67, а удельное сцепление принимать равным нулю (а не ограничивать величиной в 5 кПа). Также, в некоторых случаях снижают пассивное давление (при «фи» больше 20 градусов).
Инженер-проектировщик, по совместительству Йожыг-Оборотень
76. Понятие об активном давлении и пассивном отпоре грунта
Активным давлением называется давление грунта на конструкцию (подпорную стенку). В этом случае конструкция воспринимает давление грунта и может получить наиболее вероятные смещения (1, 2)
Пассивное давление или отпор в грунте возникает тогда, когда конструкция оказывает давление на грунт (опорный фундамент арки).
77.Давление сыпучего грунта на вертикальную подпорную стенку при отсутствии трения на задней гране
Для решения данной задачи вырезаем в массиве грунта на глубине Z призму с главными площадками. В момент предельного состояния условия равновесия для песчаного грунта (см. ранее) могут быть записаны в следующем виде:
Расчётная схема для определения максимальной величины активного давления сыпучего грунта на массивную подпорную стенку: 
Тогда из данного уравнения можно записать соотношения между главными нормальными напряжениями:
После преобразования, с учётом принятых обозначений на схеме, получим:
Величина активного давления грунта на подпорную стенку ЕА равна площади эпюры Р2 и составит:
Тогда получим следующее выражение для активного давления грунта на вертикальную подпорную стенку при горизонтальной отсыпке:
78. Пассивное давление
Пассивное давление или отпор в грунте возникает тогда, когда конструкция оказывает давление на грунт (опорный фундамент арки).
Пассивный отпор грунта в этом случае может быть определен выражением:
79. Давление сыпучего грунта на вертикальную подпорную стенку при отсутствии трения по задней гране, с учетом влияния сплошной равномерно распределенной нагрузки
Решение данной инженерной задачи производиться по той же методике, что и в предыдущем случае. При этом сплошную равномерно распредёленную нагрузку (складирование материалов, установка строительной техники и т.д.) представим как некоторый слой грунта давлением Р = γ0h, или получим h=P/γ0, где h следует рассматривать как некоторый фиктивный слой.
Тогда эпюра напряжений от бокового давления грунта будет строиться из верхней точки В1:
В результате получим:
80. Давление связного грунта на вертикальную подпорную стенку (Учёт сцепления для глинистого грунта)
Вертикальное давление РЕ – заменяем некоторым фиктивным слоем грунта h и получим:
Подставляя РЕ и производя вычисления, окончательно будем иметь:
Таким образом, глинистый грунт за счёт проявления характеристики сцепления, будет оказывать на подпорную стенку давление, меньшее по сравнению с песчаным грунтом.
81. Определение давления грунта на подпорную стенку графоаналитическим методом ш. Кулона
Основные допущения, положенные в основу данного метода расчета:
Поверхность возможного скольжения грунта в момент предельного состояния (АС) – плоская.
Обрушение поверхности скольжения происходит при максимальном давлении грунта на подпорную стенку.
Ш. Кулон рассматривал эту задачу на основе уравнения статики (равновесия) в следующей последовательности:
Вес призмы обрушения АВС – можно найти с любой заданной точностью Q.
Еα – активное давление грунта на подпорную стенку.
Строим многоугольник сил, который должен быть замкнутым в условиях равновесия, и вычисляем соотношения:
7.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ АКТИВНОГО И ПАССИВНОГО ДАВЛЕНИЯ ГРУНТА НА СТЕНЫ
7.2.1. Общие положения
Давление грунта на стены зависит от их конструктивных особенностей (наклона и жесткости стены, наличия разгружающих элементов и т.д.), от свойств грунта, взаимодействующего со стеной, от величины и направления перемещений, поворота и прогиба стены [2].
7.2.2. Характеристики грунта, используемые при определении давления грунта
На стенки действует боковое давление грунта нарушенного сложения. Характеристики этого грунта выражаются через соответствующие характеристики грунта ненарушенного сложения следующими соотношениями [3]:
где γI, φI, cI, γII, φII, cII — соответственно удельный вес, угол внутреннего трения и удельное сцепление грунтов ненарушенного сложения для расчетов по первой и второй группам предельных состояний, определяемые в соответствии со СНиП 2.02.01-83.
7.2.3. Активное давление грунта
А. НЕСВЯЗНЫЙ ГРУНТ
В случае свободной от нагрузки наклонной поверхности засыпки и наклонной тыловой грани стены горизонтальная σah и вертикальная σav составляющие активного давления грунта на глубине z (рис. 7.7) определяются по формулам [3, 4]:
В частном случае для гладкой вертикальной тыловой грани и горизонтальной поверхности грунта коэффициент активного давления вычисляется по формуле
Равнодействующие горизонтального Еah и вертикального Eav давлений грунта для стен высотой Н определяются как площади соответствующих треугольных эпюр давлений (рис. 7.7) по формулам:
Б. СВЯЗНЫЙ ГРУНТ
Горизонтальная σ’ah и вертикальная σ’av составляющие активного давления связного грунта на глубине z (см. рис. 7.7) определяются по формулам:
где σch — давление связности:
здесь с — удельное сцепление грунта;
В частном случае при горизонтальной поверхности засыпки ( ρ = 0) и вертикальной задней грани ( α = 0) (или расчетной плоскости) горизонтальная составляющая активного давления грунта на глубине z определяется по формуле
Равнодействующая горизонтального Е‘ah и вертикального E‘av давлений грунта для стен высотой Н (см. рис. 7.7) определяется по формулам;
В. ДАВЛЕНИЕ НА СТЕНЫ ОТ НАГРУЗКИ НА ПОВЕРХНОСТИ ЗАСЫПКИ
Сплошная равномерно распределенная нагрузка q (рис. 7.8, а). Горизонтальная σqh и вертикальная σqv составляющие активного давления грунта от этой нагрузки на глубине z для связных и несвязных грунтов определяются по формулам:
При расчете подпорных стен давления от нагрузок на поверхности засыпки, вычисленные по формулам (7.14) и (7.15), добавляются к давлениям от грунта, вычисленным по формулам (7.1), (7.2) и (7.7), (7.8).
Г. ДАВЛЕНИЕ ГРУНТА НА УГОЛКОВЫЕ ПОДПОРНЫЕ СТЕНЫ
Для уголковых подпорных стен активное давление грунта на условную поверхность определяется по двум возможным вариантам:
7.2.4. Пассивное давление грунта
При горизонтальной поверхности грунта и равномерно распределенной нагрузке на поверхности горизонтальная σph и вертикальная σpv составляющие пассивного давления на глубине z от поверхности определяются по формулам:
где q — нагрузка, равномерно распределенная на поверхности; λph — коэффициент горизонтальной составляющей пассивного давления, определяемый при горизонтальной поверхности грунта по формуле
Давление грунтов на подпорные стенки
Подпорная стенка удерживает массив грунта от обрушения. Различают гравитационные и шпунтовые подпорные стенки (рис. 4.7).
|
|
|
Основной нагрузкой для них является боковое давление грунта. Как подпорные стенки работают также стены подвалов зданий и подземных сооружений.
В зависимости от величины и направления возможного смещения стенки на нее может действовать давление покоя, активное (распор) или пассивное давление (отпор). Активное давление возникает даже при небольших смещениях стенки от грунта засыпки; пассивное – при значительных смещениях стенки на засыпку. В обоих случаях грунт приходит в предельное состояние с формированием призмы обрушения (при активном) и призмы выпора при пассивном давлении. График изменения давления в зависимости от перемещения стенки показан на рис. 4.8.
Здесь нужно рассмотреть только давление для состояний предельного равновесия грунта. В состоянии покоя, когда нет боковых смещений, значение коэффициента бокового давления определяется формулой (2.3). Ограничиваемся рассмотрением гладкой вертикальной стенки с горизонтальной засыпкой (рис. 4.9). Пусть стенка имеет высоту h, засыпка представлена песком (φ≠0; с=0). Рассмотрим напряжения в точке задней грани стенки на глубине z. Поскольку стенка гладкая, вертикальное и горизонтальное напряжения в точке – главные, причем большее главное напряжение σz = σ1 = γz, а меньшее горизонтальное является активным давлением и равно: σа=σх=σ3=λаσ1=λаγ z, где
Эпюра изменения σ по высоте приведена на рис. 4.9 а. Равнодействующая активного давления равна площади треугольника и выражается формулой: Пусть на поверхности засыпки действует равномерно распределенная нагрузка q. В этом случае эпюра активного давления трапецеидальная и равнодействующая или площадь эпюры (рис. 4.9, б) равна: Рассмотрим учет сцепления грунта при определении активного давления. Ранее было установлено, что на высоту hкр по (4.11) связный грунт держит вертикальный откос. Считаем, что до этой глубины грунт не оказывает давления на стенку. Таким образом, эпюра начнется в точке на глубине hкр от верха стенки (рис. 4.9b). Нижняя ордината эпюры определится из УПР (2.16) Равнодействующая давления равна: Таким образом, учет сцепления уменьшает активное давление. В формулах (4.15 – 4.17) Еа измеряется в кН/м, т.е. давление устанавливается на единицу длины стенки. Пассивное давление возникает при смещении стенки на засыпку. При этом напряжение σz = σ3 минимальное, а σx = σ1 = σp максимальное, то есть является пассивным давлением. При этом из УПР (2.16) в точке 0≤ z ≤ h получаем где С помощью выражения (4.18) построены эпюры пассивного давления (рис. 4.10): а – при с=0, q=0; б – при с=0, q≠0; b – при q=0, с≠0. Для получения формул равнодействующих пассивного давления достаточно записать площади эпюр. Очевидно, для случаев а и б справедливы формулы (4.15) и (4.16) с заменой λа на λр по (4.19). Для грунта со сцеплением эпюра пассивного давления трапецеидальная, т.е. здесь учет сцепления увеличивает давление:
Следует также отметить различие в размерах призм обрушения и выпора (рис. 4.10 и 4.11): В обоих случаях угол между направлением большего напряжения σ1 и плоскостью скольжения (обрушения или выпора) равен π/4 – φ/2, как это было указано для стабилометрических испытаний. 4. Задания на контрольную работу, примеры Решения задач Контрольная работа включает шесть задач. Исходные данные по каждой задаче принимаются в соответствии с шифром, включающим две цифры и вариант (четный, нечетный). Шифр указывается преподавателем при выдаче задания на контрольную работу. Работа оформляется в соответствии с общими правилами представляемых учебных работ на стандартной бумаге формата А4 в сброшюрованном виде. Обязательно приводится формулировка задачи со всеми исходными данными, затем ее полное решение. Пояснения должны быть краткими и ясными, схемы – четкими. Эпюры напряжений даются в масштабе. При вычислениях вначале приводится формула, затем ее запись в числах и результат с указанием единицы измерения. Задачи сопровождаются указаниями по их выполнению, а более сложные примерами решения. Задача № 1. Перечислите классификации, используемые для песчаных и пылевато-глинистых грунтов. Рассчитайте производные физические характеристики, установите наименование грунта и определите его условное расчетное сопротивление. Определите вес минеральной части и воды в 1 м 3 данного грунта. Укажите значение влажности для состояния полного водонасыщения грунта (полную влагоемкость). Исходные данные – по табл.1 и 2 соответственно для песчаных и глинистых грунтов. Пример выполнения. Пусть задан грунт – мелкий песок с характеристиками: γS = 26,4кH/м 3 ; γ = 19,4кН/м 3 ; ω = 0,25. По известным формулам определяем коэффициент пористости и степень влажности (учитывая, что γ = ρ · g и ρω = 1): С использованием классификаций по плотности и степени влажности (см. п. 3.1.3 конспекта) устанавливаем полное название: песок мелкий, средней плотности, насыщенный водой. Таблица 1
Таблица 2
По справочным данным (табл. 1.2 конспекта) условное расчетное сопротивление песка как основания здания R0=200кПа. По смыслу физических характеристик имеем два уравнения (см. п. 3.1.3 конспекта): где Решая систему, получаем Полную влагоемкость находим, приравнивая Sr (см. формулу в п.3.1.3. конспекта) единице и определяя влажность: Аналогично решается задача для глинистого грунта, когда исходные данные берутся из табл. 2. Задача № 2. Построить эпюру вертикальных сжимающих напряжений. а). От вертикальной сосредоточенной нагрузки Fv – по вертикали, отстоящей от линии действия силы на расстоянии r (табл. 3); б). От нагрузки р, равномерно распределенной на прямоугольной площадке с размерами b x l – под центром площадки(табл. 4). Таблица 3 Таблица 4
Указание. При построении эпюр использовать формулы (3.1) и (3.3) и данные табл. 3.1, 3.2 конспекта лекций. Пример выполнения. Построить эпюру сжимающих напряжений σz от вертикальной силы Fv=1000кН по вертикали, отстоящей от силы на расстоянии r=1,1м. Задаваясь рядом значений глубины z, для каждого r/z находим табличное к (табл. 5), вычисляем напряжения. При построении эпюры σz следует учитывать, что во всех точках поверхности, кроме точки приложения силы, напряжения отсутствуют (σ z= 0). Эпюра напряжений приведена на рис. 1. Таблица 5
|
– коэффициент активного бокового давления. Значение коэффициента λа следует из УПР (2.17):
. (4.14)
. (4.15)
. (4.16)
.
. (4.17)
, (4.18)
— коэффициент пассивного бокового давления, равный:
. (4.19)
. (4.20)
(4.21)
; 
.
; 
,
– вес воды в 1м 3 грунта;
– то же, вес скелета.
; 
.
.
; откос нагружен равномерно распределенной нагрузкой q. Исходные данные – по табл. 8.
; 
.
. То есть т.В (11,18; 0)
; 
; 
.
.
.
.
.
> 1.
