База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Рис. 11. График отсыпки насыпи во времени при наиболее рациональном режиме

Аналогичным образом можно решить и обратную задачу - проверить возможность осуществления заданного режима отсыпки.

Приложение 3

ПРИМЕР РАСЧЕТА ВЕЛИЧИНЫ И СРОКОВ ЗАВЕРШЕНИЯ

ОСАДКИ НАСЫПИ НА СЛАБОМ ГРУНТЕ

207

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Требуется определить величину конечной осадки и сроки стабилизации насыпи, возведенной на слабом слое без специальной его подготовки и с устройством песчаных дрен (при обеспеченной устойчивости).

Исходные данные

Насыпь: высота, м - 4,0; ширина основной площадки, м - 0,5; откосы - 1:1,5; грунт - песчаный.

Основание: слой торфа мощностью 2,0 м; слой водонасыщенного глинистого грунта мощностью 10 м (верхняя толща 3,0 м - глина текучепластичная; нижняя толща 7,0 м - глина скрытотекучей консистенции).

Уровень грунтовых вод совпадает с поверхностью болота.

Объемный вес:

грунта тела насыпи gн = 1,8 т/м3;

; gт = 0,97 т/м3;

глин текучепластичной консистенции g¢г = 1,76 т/м3,

;

глин скрытотекучей консистенции g²г = 1,60 т/м3;

.

Мощность сжимаемого слоя (активной зоны) принимается равной сумме толщин слоев слабого грунта в основании 2 + 3 + 7 = 12 м, так как нормальное давление от внешней нагрузки в нижнем слое, равное 0,5 кг/см2, превышает структурную прочность грунта.

208

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Принимаем осадку насыпи (в соответствии с ориентировочными расчетами) равной 1,50 м, тогда максимальное давление в основании на уровне подошвы насыпи будет:

где h - проектная высота насыпи;

р = (1,80 × 4,0 + 0,8 × 1,50)0,1 = 0,84 кг/см2.

Для подсчета величины нормальных напряжений в основании насыпи по ее оси используются данные приложения 8.

Необходимые данные приведены в следующей таблице и на эпюре (рис. 1).

Влияние временной нагрузки на осадку при толщине насыпи более 3,5 м не учитывается.

1. Осадка насыпи за счет сжатия слоя торфа.

Пользуясь компрессионной кривой (рис. 2), определим коэффициент сжимаемости:

209

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Тогда

Рис. 1. Эпюра распределения сжимающих напряжений рz по оси насыпи

2. Осадка насыпи за счет сжатия слоя глины текучепластичной консистенции.

Бытовое давление для середины слоя рбыт = 0,11 кг/см2.

1. Расчет осадки основания насыпи

(с использованием показателя сжимаемости а)

Мощность расчетных слоев принимается равной 1 м.

Осадку основания насыпи рассчитывают методом последовательного приближения, так как общая мощность насыпного слоя (толщина тела насыпи) зависит от величины

210

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

конечной осадки. (В данном примере промежуточные расчеты опущены).

Для условия одномерной задачи осадка определится по формуле:

где а - коэффициент сжимаемости грунта, вычисленный по формуле:

e0 - eр - изменение коэффициента пористости, соответствующее величине уплотняющего давления;

р2 - р1 - уплотняющее давление от веса насыпи;

- площадь эпюры распределения сжимающих напряжений.

211

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Рис. 2. Компрессионная кривая торфа

Рис. 3. Компрессионная кривая глины текучепластичной консистенции

212

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Рис. 4. Компрессионная кривая глины скрытотекучей консистенции

Расчетные слои выделяются в соответствии с геологическим строением толщи и ее деформативными свойствами. Мощность их рекомендуется принимать не более одной десятой мощности активной зоны.

Конечную осадку насыпи подсчитываем как сумму осадок каждого из выделенных слоев.

Деформативные свойства грунта основания характеризуются для торфа (см. рис. 2), глин текучепластичной консистенции (рис. 3) и глин скрытотекучей консистенции (рис. 4).

Нормальное напряжение от веса насыпи рzcp = 0,77 кг/см2;

e0 = 1,35;

eр = 1,26;

Тогда

213

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

3. Осадка насыпи за счет уплотнения толщи глин скрытотекучей

консистенции. Бытовое давление для середины слоя рбыт = 0,44 кг/

см2.

Нормальное напряжение от веса насыпи рzcp = 0,58 кг/см2.

e0 = 1,80;

eр = 1,55;

Тогда

Полная конечная осадка основания насыпи:

S = S1 + S2 + S3 = 87 + 12 + 61 = 160 см.

2. Расчет времени консолидации грунта основания

Постепенное уменьшение влажности (пористости) под действием нагрузки (веса насыпи) вызовет уплотнение толщи грунта основания.

При фильтрации грунтовой воды только через верхнюю поверхность время, потребное на уплотнение (консолидацию) грунта основания определится по формуле:

214

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

где T - время уплотнения, сек;

gв - удельный вес воды, кг/см3;

aв - коэффициент сжимаемости в вертикальном направлении,

см2/кг;

H - мощность расчетного слоя, см (при односторонней фильтрации);

Kв - коэффициент фильтрации в вертикальном направлении (средний за процесс уплотнения), см/сек;

eср - средний коэффициент пористости;

Тв - фактор времени.

где

- коэффициент консолидации.

В случае консолидации, обусловленной движением грунтовой воды к дренажным скважинам (только в горизонтальном направлении), соответствующие формулы приобретают вид:

215

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

где l - зона влияния одной дренажной скважины (в расчетах принимается равной расстоянию между дренами).

Величина фактора времени Tг для случая устройства вертикального дренажа зависит от

, где d - диаметр скважины.

С учетом комбинированного вертикального и радиального оттока воды имеем:

u = 100 - 0,01(100 - uв) × (100 - uг),

где u - степень уплотнения при комбинированном дренировании, %;

uв - степень уплотнения при вертикальном дренировании, %;

uг - степень уплотнения при радиальном дренировании, %.

Решение уравнений uв = f1(Tв) и uг = f2(Tг) дано графически (см. рис. 40 - 41 основного текста).

А. Сроки стабилизации для случая вертикальной фильтрации

Расчетные данные

Для торфа Kф = 10-6 см/сек; а = 7,8 см2/кг, eср = 9,5.

Для глины текучепластичной консистенции Kф = 10-6 см/сек;

а = 0,12 см2/кг; eср = 1,30.

Для глин скрытотекучей консистенции Kф = 10-7 см/сек;

а = 0,425 см2/кг; eср = 1,69.

216

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

1. Время уплотнения слоя торфа.

Из графика (см. рис. 41 основного текста) видно, что 50 %-ной консолидации соответствует фактор времени Тв = 0,22.

Тогда время уплотнения на 50 % от полной осадки указанного слоя Т = 0,22 · 11,1 = 2,44 мес.

Из того же графика 80 % уплотнения соответствует фактор времени Тв = 0,55. Тогда время уплотнения Т = 0,55 · 11,1 = 6,1 мес.

2. Время уплотнения слоя глины текучепластичной консистенции

В данном случае в формуле принимается Кв = 10-8 см/сек, т.е. коэффициент фильтрации расчетного слоя.

Н приближенно принято равным мощности расчетного слоя (300 см), сложенной с толщиной полностью обжатого торфа (112 см),

т.е. H = 412 см.

По-прежнему 50 %-ной консолидации соответствует фактор времени Тв = 0,22.

Тогда время уплотнения Т = 0,22 × 342 = 75,2 мес. = 6,3 года.

Время уплотнения указанного слоя на 70 % Т = 0,40 × 342 = 137 мес. = 11 лет и т.д.

3. Время уплотнения слоя глины скрытотекучей консистенции.

217

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

Коэффициенты фильтрации для всех слоев в горизонтальном направлении приняты соответственно равными коэффициентам фильтрации в вертикальном направлении.

1. Время уплотнения слоя торфа.

Выше подсчитано время уплотнения торфяной толщи, соответствующее 50 %-ной консолидации слоя при фильтрации только через подошву насыпи. Подсчитаем за то же время степень консолидации, обусловленную движением воды к дренажным скважинам (только в горизонтальном направлении).

По графику (см. рис. 40 основного текста) фактору времени Тг = 0,22 соответствует степень консолидации иг = 83 %.

Тогда степень консолидации, обусловленная вертикальной и горизонтальной фильтрацией за время 2,4 мес., будет равна:

и= 100 - 0,01(100 - 50) × (100 - 83) = 93 %.

2.Время уплотнения слоя глин текучепластичной консистенции.

а) При горизонтальном дренировании

Из графика (рис. 40 основного текста) видно, что 50 %-ной консолидации соответствует фактор времени Tг = 0,08.

Время достижения 50 %-ного уплотнения слоя Т = 0,08 × 71 = 5,68 мес.

219

База нормативной документации: www.complexdoc.ru

б) Найдем степень консолидации за то же время за счет вертикального дренирования.

Фактору времени Тв = 0,019 соответствует степень консолидации uв = 10 %.

в) Степень консолидации за срок 5,7 мес. с учетом вертикального и горизонтального дренирования

u = 100 - 0,01(100 - 50) × (100 - 10) = 55 %.

Для 85 %-ной консолидации при горизонтальном дренировании фактор времени Тг = 0,22 и время уплотнения Т = 0,22 × 71 = 15,6 мес.

Степень консолидации с учетом только вертикального дренирования за то же время:

Фактору времени Тв = 0,051 соответствует степень консолидации uв = 27 %.

Итак, за 15,6 мес. слой глины текучепластичной консолидации уплотнится на u = 100 × 0,01(100 - 35) × (100 - 27) = 90 %.

3. Время уплотнения толщи глин скрытотекучей консистенции:

а) При горизонтальном дренировании

220