Обеспечение устойчивости дорожной насыпи

14 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 раб о те............................................................2 2. Обеспечение общей устойчивости откосной части нас ы пи................................................................................................................................... 4 2.1. Проверка общей устойчивости откосной части нас ы пи...............................................................................................……....... .....................4 2.2. Расчет параметров армирования откосной части насыпи геотекстил ь ным матери а лом.......………....................……............. ...............................................7 3. Обеспечение устойчивости основания нас ы пи ………………………... ..... 9 3.1. Определение продолжительности завершения интенсивной части оса д ки насыпи........... .............. ........................……….......................................................9 3.2. Проверка устойчивости слабого основания нас ы пи.... ............................10 Список использованной литерат у ры.......................................... .....................13 1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ К КУРСОВОЙ РАБОТЕ Исходные данные сог ласно заданию приводим в табл. 1.1 – 1.3. Таблица 1.1 Физические характеристики грунтов основания № вар и анта Разновидность грунта , т/м 3 , т/м 3 , т/м 3 W е 5 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 № вар и анта Разновидность грунта , кПа , град Е , МПа 5 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/м 3 Угол внутреннего трения , град Удельное сцепление , кПа 5 5,6 1,98 20 10,8 Вычисляем физические характеристики грунта слоев основания и опред е ляем конс и стенцию глинистого грунта: 1 слой основания - супесь = 1,9 6 9,81 = 19, 23 кН/м 3 ; = 1,98 9,81 = 19,42 кН/м 3 ; = 2,10 т/м 3 ; = 2,1 9,81 = 20,59 кН/м 3 ; = 0,21-0,15 = 0,0 6 ; = 0,33 Вывод: Согласно прил.2 1-й слой основания сложен супесью пласти ч ной . 2 слой основания – суглинок = 1,9 1 9,81 = 1 8,34 кН/м 3 ; = 1,9 7 9,81 = 19,33 кН/м 3 ; = 0,96 т/м 3 ; = 0,96 9,81 = 9,37 кН/м 3 ; = 0,36-0,21 = 0,15; = 0,6 Вывод: Согласно прил.2 2 -й слой основания сложен суглинком мягкопл а стичным. 3 слой основания - глина = 2 9,81 = 19,62 кН/м 3 ; = 2,05 9,81 = 20,11 кН/м 3 ; = 0,99 т/м 3 ; = 0,99 9,81 = 9,71 кН/м 3 ; = 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/м 3 2. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ОБЩЕЙ УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСНОЙ ЧАСТИ Н А СЫПИ 2.1. Проверка общей устойчивости откосной части насыпи Откосы насыпей под влиянием собственного веса стремятся принять более пологое очертание. Как правило, оползающий массив грунта смещается по кр и волинейной по верхности, которую для практических целей можно принимать за круглоцилиндрическую поверхность скольжения (КЦПС). При проектиров а нии насыпей автомобильных дорог для опре деления местоположения центров наиболее опасных КЦПС в частност и пользуются методом Феллениуса. Откладываем углы = 28 0 и = 37 0 , затем выстраиваем пр я мые ОА и ОВ. От края подошвы насыпи откладываем перпендикуляр к поверхности основ а ния длиной = 5,6 м (отрезок АС). Из точки С пров о дим отрезок С D длиной 4,5 5,6 = 25,2 м, параллельный поверхности основания. Через точки О и D пр о водим прямую. Положение центра наиболее опасной кривой определяем посл е довательным расчетом для нескольких точек на прямой О D , откладываемых с шагом, равным 0,25 5,6 = 1, 4 м от точки О. Точка, для которой значение фа к тического коэффициента устойчивости имеет минимальное значение и б у дет центром наиболее опасной круглоцилиндрической поверхности скольж е ния. Значения , R , , , и находим графическим путем. Требуемый коэффициент у с тойчивости определяем по формуле . где - к оэффициент 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 коэффиц и ент устойчивости откоса по формуле где – вес грунтовой призмы, кН; – тангенс угла внутре н него трения грунта насыпи по первой группе предель ных состояний; – угол наклона поверхности скольжения к горизонтали в пределах выделенной при з мы, 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 повер х ность скольжения, м; – длина образующей поверхности скольж е ния, м; – угол раскрытия дуги, огран и чивающей оползающий массив. При R = 8 ,2 м (центр кривой совпадает с точкой О), длина дуги КЦПС: м Таблица 2.1.1 № эл е мента 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 усто й чива. При R = 8,6 м длина дуги КЦПС: м Таблица 2.1.2 № эл е мента 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 усто й чива. При R = 9 ,4 м, длина дуги КЦПС: м Таблица 2.1.3 № эл е мента 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 неусто й чива. При R = 10,4 м, длина дуги КЦПС: м Таблица 2.1.4 № эл е мента 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 неусто й чива Наименьший коэффициент устойчивости откосной части насыпи п о лучен при радиусе R = 9 ,4 м. Эта КЦПС соответственно считается наиб о лее опасной. Так как устойчивость откосной части насыпи не обеспечена, прин и мается решение об армировании откосной части насыпи. 2.2. Расчет параметров армирования откосной части насыпи геотекстил ь ным материалом Армирование откосной части насыпи позволяет обеспечить общую усто й чивость. Геотекстильными материалами (ГМ) называют рулонные водопрон и цаемые преимущественно синтетические текстильные материалы, предназн а ченные для различного использования в земляных сооруж е ниях. В курсовой работе использ уем геотекстильный материал «дорнит» с м и нимальной прочностью на растяжение = 70 Н/см и толщиной = 4 мм. В процессе расчета определя ем положение центра КЦПС и разбивают сползающую часть массива на призмы (выполн е но в п.2.1.). Для армирования ГМ откосной части насыпи должны быть рассчит а ны следу ю щие параметры: - количество прослоек ГМ; - длина заделки прослойки ГМ; - распределение прослоек ГМ по высоте н а сыпи. В ыполняем расчет необходимого числа пр о слоек ГМ. Предельное растягивающее напряжение грунта находим по формуле : , кПа, где значение найденное методом интерполяции при = 20 0 составл я ет 0, 945 . Значение допустимого растягивающего напряжения для ГМ определ я ем 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 № эл е мента 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 Су м ма 174,40 Определим число необходимых прослоек ГМ при требуемой величине к о эффициента устойчивости откоса = 1, 52 = = 2,37 3 . Принимаем 3 просло йки . 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 НАС Ы ПИ К насыпи, возводимой на слабых грунтах , в основании предъявляются сл е дующие треб о вания: - интенсивная часть осадки должна завершиться до устройства покрытия (обе с печена стабильность); - должна быть исключена возможность выдавливания слабого грунта из-под насыпи в процессе ее возведения и эксплуатации (обеспечена у с тойчивость основания). 3.1. Определение продолжительности завершения интенсивной части осадки насыпи На насыпях, в основании которых оставлены слабые грунты, кап и тальные покрытия можно устраивать после завершения не менее 90% ра с четной осадки. Для устройства облегченных покрытий требуется достижение не менее 80% конечной осадки. При мощности слоя слабого грунта (где Н - ш ирина насыпи по средней линии, т.е. на высоте от поверхности основания) прогноз дл и тельности осадки может быть осуществлен по схеме одномерного сжатия. Находим ширину насыпи по средней линии = B + 2 ( H н /2) = 1 5 + 2 ( 5,6 /2) = 20,6 м Так как мощность слоя слабого грунта H = 3,1 м меньше, чем ширина н а сыпи по средней линии , прогноз длительности осадки может быть осущ е ствлен по схеме одноме р ного сжатия. Время достижения заданной величины относительной деформации опр е деляем по формуле 3.1.1, а результаты расчета приводим в виде та б лицы 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 р а нее, 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/м 3 Расчет конечной осадки насыпи выполняем по II группе предельных с о стояний 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 0,9 25 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 96,53 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 к о нечную осадку насыпи. Суммарную осадку насыпи определяют путем суммирования осадок о т дельных слоев сжимаемой толщи по формуле: , где - среднее вертикальное напряжение в i -ом слое грунта от веса нас ы пи, кПа; - толщина i -ого слоя грунта, м; - модуль деформации грунта i -го слоя, кПа. м м м м Расчетную высо ту насыпи определяем по формуле: где - удельная нагрузка на поверхности проезжей части от колеса ра с четного автомобиля, кН ( = 100 кН); - коэффициент приведения подвижной н а грузки к эквивалентной статической при расчете устойчив о сти. м Величину коэффициента приведения устанавливаем по формуле : где - мощность слабой толщи, м; - диаметр отпечатка расчетного к о леса, м ( D = 0,37 м), т.к. ( 3,1 м < 1 5 /4 = 3 ,75 м) Максимальное напряжение на поверхнос ти основания находим по форм у ле: кПа Так как (0,13 м < 1,0 м), то принимаем = 1 26,23 кПа. Рассчитываем начальное и конечное приведенные сцепления по формулам : , , где: и – соответственно начальное и конечное удельное сцепление гру н та; и – соответственно начальный и к о нечный угол внутреннего трения грунта. В данной курсовой раб о те 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 без о пасности : = 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 конс т рукции 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 Ро с сии, 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.