ВЕНИАМИН МАРКУЦ      
Девиз моей компании
кандидат технических наук
(Ph.D.)
DOCTOR OF SCIENCE, HONORIS CAUSA of Academy of Natural Histo-ry
профессор РАЕ
в энциклопедии
биографические данные и фото
выдающихся ученых и специалистов России


РАСЧЁТ ОСАДОК, ПРОЧНОСТИ И УСТОЙЧИВОСТИ НЕОДНОРОДНЫХ ОСНОВАНИЙ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА СЛАБЫХ ГРУНТАХ ПРИ СЛОЖНОМ ОЧЕРТАНИИ ЭПЮРЫ ДАВЛЕНИЯ

 

РАСЧЁТ  ОСАДОК,  ПРОЧНОСТИ  И  УСТОЙЧИВОСТИ  НЕОДНОРОДНЫХ  ОСНОВАНИЙ  СТРОИТЕЛЬНЫХ  КОНСТРУКЦИЙ  НА  СЛАБЫХ  ГРУНТАХ  ПРИ  СЛОЖНОМ  ОЧЕРТАНИИ  ЭПЮРЫ  ДАВЛЕНИЯ

 

(публикуется с незначительными изменениями по тексту 1988 – 1990 г.г.)


 

ТЮМЕНЬ

1988 г.       

     ©   Расчёт осадок неоднородных оснований строительных конструкций при сложном очертании эпюры давления

В. Маркуц  2010 г.

 Все права защищены Законом Об Авторском праве и смежных правах в ред. Федеральных законов от 19.07.1995 N 110-ФЗ,  от 20.07.2004 N 72-ФЗ

Статья 48. Нарушение авторских и смежных прав: Незаконное использование произведений, изготовление одного или более экземпляров произведения  или его части в любой материальной форме, либо иное нарушение предусмотренных настоящим Законом авторского права или смежных прав влечет за собой гражданско-правовую, административную, уголовную ответственность в соответствии с законодательством Российской Федерации. (ст.146 УК РФ)

 

©Маркуц Вениамин Михайлович

канд. техн. наук, диплом ТН № 098695  от 13.05.1987 г.     

 тел. 8 (3452) 43-98-86,    Е-mail: markusb@mail.ru

   

Вениамин Маркуц 

канд. техн. наук (Ph.D.)

DOCTOR  OF  SCIENCE, HONORIS CAUSA

of Academy of Natural History

профессор  РАЕ

EUROPEAN  ACADEMY OF NATURAL HISTORY

(FULL MЕMBER

 ЗОЛОТАЯ МЕДАЛЬ "ЕВРОПЕЙСКОЕ КАЧЕСТВО"

 Gold medal "European Quality"

Медаль  ВЕРНАДСКОГО В.И.

Медаль им. Вильгельма Лейбница (Wilhelm Leibniz)

EUROPEAN SCIENTIFIC AND INDUSTRIAL CONSORTIUM "ESIC"

 - Орден PRIMUS  INTER  PARES

MEDAL  EUROPEAN SCIENTIFIC AND INDUSTRIAL CONSORTIUM "ESIC"

 -  ISAAC  NEWTON  (МЕДАЛЬ ИСААКА НЬЮТОНА)

Заслуженный работник науки и образования

ЗАСЛУЖЕННЫЙ ДЕЯТЕЛЬ НАУКИ и ТЕХНИКИ

Оглавление

Ведение

1. Расчёт осадок инженерных конструкций на неоднородных основаниях при сложном очертании эпюры давления (одномерная задача)

1.1 Определение напряжений в грунтах от действия равномерной и треугольной полосовой нагрузки

1.2. Определение осадки основания от действия полосовой нагрузки, распределённой по закону треугольника

1.3. Определение осадки основания от действия равномерной полосовой нагрузки

1.3.1  Осадка под центром равномерно распределенной нагрузки для однородного основания

1.3.2  Осадка на концах равномерно распределенной нагрузки для однородного основания

1.3.3. Осадка основания от равномерной нагрузки, дейст­вующей на расстоянии х от рассматриваемого сечения

1.4. Осадка основания грунтового слоя от действия трапециевид­ной нагрузки

         1.5. Определение предельных ошибок при расчёте осадок основания на слабых грунтах

Сводка формул для расчёта осадки оснований

2.  Оценка устойчивости оснований на слабых грунтах

2.1  Общие положения

2.2  Коэффициент безопасности для плоской равномерной нагрузки

2.3  Проверка устойчивости основания под действием собственного веса насыпи и динамической нагрузки вышечно-лебёдочного блока буровой установки

2.4  Вывод формулы  для оценки устойчивости слабых оснований от действия трапециевидной нагрузки

3.  ПРИМЕРЫ

3.1 Расчёт осадки основания земляного полотна на болоте (пример 1)

 3.2 Расчёт осадки основания земляного полотна на глинистых переувлажнённых грунтах (пример 2)

3.3 Расчёт прочности и устойчивости кустовых площадок под бурение на слабых грунтах (пример 3)

ЛИТЕРАТУРА

Рецензии

  Аннотация

Представлен метод определения осадки основания инженерных конструкций и сооружений, а также оценки их устойчивости с помощью аналитических формул, полученных на основе теории линейно-деформируемой среды.

 

Ведение

Моя практическая работа в области автомобильных дорог заключалась, главным образом, вопросами водно-теплового режима земляного полотна. Мне никогда не приходилось  сталкиваться с расчётами осадок и устойчивости дорожных конструкций на слабых грунтах, даже тогда, когда я занимался проблемами влажностного и мерзлотного режима земляного полотна на болотах. А ведь земляное полотно на болотах – это торф и песок, самые наглядные представители из семейства слабых грунтов. Хотя к слабым грунтам относятся также и глины, и суглинки, и супеси. В общем, все известные грунты, кроме каменных пород.

Но вот как-то пришлось мне некоторое время работать преподавателем высшего учебного заведения. Уже не помню, как некогда я сам сдавал экзамены по этом у предмету. Но мне самому пришлось столкнуться с тем, что студентам надо объяснять такое, в чём я сам не мог толком разобраться. Если описательная часть предмета трудностей не вызывала, то вот расчётная его часть, никакому логическому объяснению не представлялась – сплошные номограммы, графики, таблицы. И куча непонятных коэффициентов. Хотя чего ещё не хватало нашим признанным корифеям в области слабых грунтов – необходимые уравнения написаны и даже решены. Стоит лишь "взять интегралы" и всё становится логически ясным, понятным и удобным в практической работе. Что я и представил в настоящей работе.

 Мне вспоминается один весьма показательный пример строительства дороги на болоте. В то время я проводил отбор проб на участке построенной дороги для определения влажности грунтов земляного полотна. Вскоре появилась большая группа людей, громко о чём-то спорящих. Из разговоров я понял, что это строители, авторы  проекта и заказчики. Многие в болотных сапогах и с шестами. Некоторые спускались по откосу к основанию насыпи, протыкали шестами дно и говорили: - смотрите вот здесь песок, ещё ниже тоже песок. Уже позже я узнал, в чём дело.

А дело в том, что при возведении насыпи на болоте необходимо знать, какой объём песка требуется. Проектировщики рисовали на бумаге верхнюю трапецию земляного полотна на уровне поверхности болота и криволинейную фигуру погруженной в болото части песчаной насыпи. При этом кривая линия начиналась и заканчивалась в точках сопряжения откосов с подошвой насыпи (трапеции) (рис 1а). По такой фигуре и рассчитывали объёмы работ. А вот строители, с шестами ходящие по откосу и подошве насыпи, доказывали проектантам, что насыпь при погружении в болото расползается, и песка требуется гораздо больше, нежели это заложено в проекте. В общем, строители и проектанты, в конце концов, по-видимому, о чём-то  договорились и ввели какие-то поправочные эмпирические коэффициенты.   

Уже много позже, когда взяв интегралы, и получив аналитические формулы для определения осадки земляного полотна на болоте, я с удивлением обнаружил, что зона погружения насыпи не ограничивается только откосом самой трапеции, а проходит значительно дальше (рис 1б).

Для определения осадки основания земляного полотна, инженерных конструкций и сооружений существует ряд методов. Определить осадку можно экспериментальным путём, возможно определение при помощи различных графиков и номограмм. Рассчитывают осадку также по формулам, главным образом по формулам эмпирическим. В данной работе представлен метод определения осадки основания инженерных конструкций и сооружений с помощью аналитических формул, полученных на основе теории линейно-деформируемой среды.

Рис 1  Схема консолидации основани на слабых грунтах

а) традиционно представление;

б) фактическая эпюра консолидации.

Представленные в данной работе формулы позволяют проводить:

1. расчёт осадок инженерных конструкций на неоднородных основаниях при сложном очертании эпюры давления;

 2. оценку устойчивости оснований на слабых грунтах.

Приведены аналитические формулы для определения:

1. Напряжений в грунтах от действия равномерной и треугольной полосовой нагрузки.

2. Определение осадки однородного основания и многослойной грунтовой системы от действия полосовой нагрузки, распределённой по закону треугольника:

2.1 определение осадки основания по вертикали, проходящей через угловую точку треугольника;

2.2 определение осадки основания по вертикали, проходящей по боковой линии треу­гольной нагрузки.

3. Определение осадки однородного основания и многослойной грунтовой системы от действия равномерной полосовой нагрузки:

3.1 определение осадки основания по вертикали, проходящей через центр равномерной полосовой нагрузки;

3.2 определение осадки основания по вертикали, проходящей по боковой линии равномерной полосовой нагрузки.

4. Определение осадки основания от действия трапециевидной полосовой нагрузки.

5. Определение предельных ошибок при расчёте осадок основания на слабых грунтах.

6.  Расчёт осадки основания земляного полотна на болоте (пример 1).

7.  Расчёт осадки основания земляного полотна на глинистых переувлажнённых грунтах (пример 2).

8. Оценка устойчивости оснований на слабых грунтах.

На основе полученных формул составлена  и апробирована в реальном проекте кустовой площадки схема деформирования поверхности основания рабочей зоны кустовой площадки от действия вышечно-лебёдочного блока при его монтаже и эксплуатации. Кустовая площадка возведёна безвыторфовочным методом на болоте I– го типа на одном из месторождений нефти в Тюменской области.

Автор примет замечания или предложения по улучшению информационного качества предлагаемой книги, а также и других моих работ. Прошу извинить меня за возможные ошибки, неточности и другие неудобства – у меня нет редактора, лаборанта или какого-либо помощника. Всё приходится делать самому от идеи до Internetа.

  

1. Расчёт осадок инженерных конструкций на неоднородных основаниях при сложном очертании эпюры давления (одномерная задача)

1. 1 Определение напряжений в грунтах от действия равномерной и треугольной полосовой нагрузки

В данном случае решается двумерная плоская задача с координатами x и z. Очертание эпюры нагрузки на поверхность основания от веса строительных конструкций и самой насыпи соответствует очертанию поперечного профиля самого сооружения.  Поперечный профиль сооружения может иметь различную форму: несколько ярусов, несимметричность, различную крутизну откосов и др. В этом случае сложная фактическая эпюра давления представляется комбинацией простых эпюр, а для определения напряжений в основании и расчёта осадки используется принцип суперпозиции. В качестве таких эпюр удобно применять равномерную полосовую нагрузку и нагрузку, распределённую по закону треугольника.

В общем виде осадка грунтовой толщи определяется как

 ,               где                     ,

где Е и μ - модуль деформации и коэффициент Пуассона сжимаемого слоя. Если распределение функции σz  известно, то осадку грунтовой толщи от действия внешних и внутренних нагрузок можно определить  либо послойным суммированием, что делалось до последнего времени, и делается  до сих пор, либо по аналитической формуле, если хоть кто-либо догадался бы взять соответствующие интегралы.  Если распределение напряжений σz в грунтах принять на основе теории линейно-деформируемой среды, то для равномерной полосовой нагруз­ки [1]:


1.3. Определение осадки основания от действия равномерной полосовой нагрузки

Осадка основания грунтового слоя от действия равномерной полосовой нагрузки определится как сумма осадок от действия эле­ментарных нагрузок, распределенных по закону треугольника, либо непосредственным интегрированием аналитической формулы (1.2).

Проинтегрируем сначала формулу (1.2), а затем проверим её путём сложения осадок от действия двух эле­ментарных нагрузок, распределенных по закону треугольника. Расчётная схема приведена на рис. 1.2.

1.3.1  Осадка под центром

равномерно распределенной нагрузки для однородного основания

Интегрирование аналитической формулы (1.2) при Х = 0 (под центром равномерной нагрузки) для однородного основания


Сводка формул для расчёта осадки оснований (двумерная плоская задача)

Осадка однородной грунтовой толщи от действия полосовой нагрузки, распределённой по закону треугольника и расположенной на расстоянии х от рассматриваемого сечения


Осадка многослойной грунтовой системы от действия полосовой нагрузки, распределённой по закону треугольника и расположенной на расстоянии х от рассматриваемого сечения

Осадка многослойной грунтовой системы от действия полосовой нагрузки, распределённой по закону треугольника по вертикали, проходящей через угловую точку треугольника

Осадка однородного основания от действия полосовой нагрузки, распределённой по закону треугольника по вертикали, проходящей через угловую точку треугольника

Осадка однородного основания от действия полосовой нагрузки, распределённой по закону треугольника по вертикали, проходящей по боковой линии треу­гольной нагрузки

Осадка многослойной грунтовой системы от действия полосовой нагрузки, распределённой по закону треугольника по вертикали, проходящей по боковой линии треу­гольной нагрузки

=

Осадка под центром равномерной нагрузки для однородного основания

Осадка на концах равномерно распределенной нагрузки для однородного основания

Осадка слоя толщиной  z2z1 под центром равномерной нагрузки

=

Осадка слоя толщиной  z2z1 на концах равномерно распределенной нагрузки

 

Осадка однородного основания от равномерной нагрузки, дейст­вующей на расстоянии х от рассматриваемого сечения

      

Осадка слоя z2z1  от действия равномерной нагрузки, расположенной на расстоянии х от сечения

2.  Оценка устойчивости оснований на слабых грунтах

2.1  Общие положения

Многие территории России находятся в зоне так называемых слабых грунтов – пески, супеси, глины, суглинки.  Инженерные сооружения и конструкции, построенные на таких грунтовых основаниях, в отличие от скалистых пород, и чаще, и сильнее  подвержены влиянию погодно-климатических факторов. Проектирование и строительство инженерных сооружений и конструкций на слабых основаниях требует надёжного и совершенного математического аппарата для определения величины консолидационной осадки и оценки прочности и устойчивости.

Если всю толщу  слабых грунтов заменить более прочными, привозными, то при соблюдении надлежащего качества при производстве работ прочность и устойчивость таких оснований будет обеспечена несомненно, с большим запасом прочности. Следовательно, в основании должен находиться слой более прочного такой мощности, чтобы прочность и устойчивость основания соответствовала требованиям.

Таким образом, расчёты прочности грунтовых оснований сводятся к определению величины консолидации и последующей проверке устойчивости. Если окажется, что осадка основания, определённая по условиям естественной консолидации окажется недостаточной для обеспечения устойчивости, следует предусмотреть меры принудительной консолидации, либо частичного или полного удаления слабого грунта основания.

Нагрузка, действующая на основание, в общем виде может иметь трапециевидную форму и более сложные очертания: несколько ярусов, несимметричность и различную крутизну откосов. В этом случае сложная фактическая эпюра давления представляется комбинацией простых эпюр, а для определения напряжений в основании, расчёта осадки и оценке устойчивости используется принцип суперпозиции.

Условие предельного равновесия (условие прочности) для связных грунтов:


2.2  Коэффициент безопасности для плоской равномерной нагрузки

Количественным показателем степени устойчивости основания в некоторой точке является коэффициент стабильности, показывающий во сколько раз можно увеличить (или уменьшить) заданную внешнюю нагрузку, чтобы довести напряжённое  состояние в основании до некоторого состояния, принятого за предельное. Минимальное значение коэффициента стабильности для горизонта определяет величину коэффициента безопасности – Кб.

  

Рис. 2.1  Схема  расчёта напряжений для плоской равномерной нагрузки

В общем случае напряжённого состояния для условий плоской задачи дифференциальные уравнения равновесия при действии равномерной нагрузки для линейно-деформируемы тел при горизонтально ограничивающей полупространство плоскости (направление оси x - горизонтально, оси  z - вертикально) из теории упругости, записываются в следующем виде:


3.  ПРИМЕРЫ

 

3.1 Расчёт осадки основания земляного полотна на болоте (пример 1)

Исходные данные:

Рабочая отметка – 150 см; грунт земляного полотна  - песок мелкий пылеватый с объёмным весом 1,8 г/см3; основание насыпи в естественном основании сложено слоем торфа I– го типа; глубина болота  - 3 метра; модуль деформации Е = 1,5 кг/см2; расчётная нагрузка Р = 0,33 кг/см2;  ξ = 1. Остальные размеры указаны на рис. 1.10.

Рис  1.10   Поперечный профиль земляного полотна на болоте с использованием торфа в основании насыпи (размеры указаны в см)

Осадка основания земляного полотна под центром нагрузки (в точке О) определится действием равномерной нагрузки S02 с параметрами b1 - P и двух нагрузок, распределённых по закону треугольника S20 с параметрами bP при х = b + b1 рис 1.11.


3.3 Расчёт прочности и устойчивости кустовых площадок под бурение на слабых грунтах (пример 3)

(публикуется с незначительными изменениями по тексту 1992 г.)

 ТЮМЕНЬ

1992 – 2017       

Оглавление

Ведение

1. Общие положения

2. Расчёт прочности и устойчивости оснований рабочей зоны 

2.1 Определение осадки основания рабочей зоны

2.2. Проверка устойчивости основания на основе теории упруго-вязкого деформирования

2.3. Проверка устойчивости основания на основе теории линейно-деформируемой среды

2.4. Проверка устойчивости слабых оснований по условиям сдвига

2.5. Проверка устойчивости основания по критерию критической нагрузки

3. Определение безопасной высоты насыпи при возведении земляного полотна

4. Определение консолидационной осадки оснований кустовой площадки

Приложение 1

Расчёт осадки основания земляного полотна  рабочей зоны  кустовой площадки от действия собственного веса насыпи

Приложение 2

Проверка устойчивости основания вышечно-лебёдочного блока на основе теории упруго-вязкого деформирования

Приложение 3

Проверка устойчивости основания вышечно-лебёдочного блока на основе теории линейно-деформируемой среды

Приложение 4

Определение осадки основания рабочей зоны  от действия вышечно-лебёдочного блока

Приложение 5

Определение безопасной высоты насыпи при возведении земляного полотна

 Фотографии 28.07.1992  Куст 83 Правдинского м/рождения нефти

Вид на валы основания вышечно-лебёдочного блока. 

 

Аннотация

Представлен метод определения осадки основания инженерных конструкций и сооружений, а также оценки их устойчивости с помощью аналитических формул, полученных на основе теории упруго-вязкой и линейно-деформируемой среды.

 

Ведение

При сооружении объектов на слабых грунтах широко используются местные грунты. Для расчёта устойчивости и определения осадки основания земляного полотна инженерных конструкций и сооружений существует ряд методов. Определить осадку можно экспериментальным путём, возможно определение при помощи различных графиков и номограмм. Рассчитывают осадку также по формулам, главным образом по формулам эмпирическим. В данной работе представлен метод определения осадки основания инженерных конструкций и сооружений с помощью аналитических формул, полученных на основе теории упруго-вязкой и линейно-деформируемой среды. Это позволяет определить величину внешней нагрузки, при которой на данном горизонте возникают условия предельного равновесия.

На основе полученных формул составлена  и апробирована в реальном проекте кустовой площадки схема деформирования поверхности основания рабочей зоны кустовой площадки от действия вышечно-лебёдочного блока при его монтаже и эксплуатации. Кустовая площадка возведёна безвыторфовочным методом на болоте I– го типа на одном из месторождений нефти в Тюменской области.

В работе содержатся рекомендации по оценке прочности и устойчивости слабых оснований, определении величины консолидации и объёмов земляных работ в рабочей и вспомогательной зоне кустовой площадки.

Автор примет замечания или предложения по улучшению информационного качества предлагаемой книги, а также и других моих работ.

1. Общие положения

Работа основания кустовой площадки, а следовательно, и её конструкция зависит от предназначения функциональных зон. В основной, рабочей зоне, где перемещается вышечно-лебёдочный блок  массой 300 т, предельная деформация основания в эксплуатационном режиме не должны превышать определённых значений: абсолютная осадка 60 см, крен 0,01 (100/00).  Ширина рабочей зоны составляет 18 м, длина зависит от количества скважин. Буровой станок перемещается по направляющим, установленным на опорных тумбах. Размеры опорных тумб составляют 1,2 – 1,65 м в ширину и 9 метров в длину (рис 1.1). Число опорных тумб в ряду равно 7, расстояние между ними в осях составляет 10 м.


ЛИТЕРАТУРА

1. И.Е. Евгеньев,  В.Д. Казарновский   Земляное полотно автомобильных дорог на слабых грунтах, М. : Транспорт, 1976, - 272 с.

2. Основания, фундаменты и подземные сооружения,  под общей редакцией Е.А.Сорочана и Ю.Г. Гребенщикова, М. :  Стройиздат, 1985   - 480с.

3. Н.А. Цытович  Механика грунтов,  М. : Высшая школа,  1973  - 230 с.

4. Маркуц В.М.  Определение конечной величины осадок поверхности основания от действия трапециевидной полосовой нагрузки, сб. тезисов докладов научн. техн. конференции "Проблемы и практика строительства в Тюменской области", Тюмень, 1990, с.48 – 49.

5. Маркуц В.М. Определение осадки основания земляного полотна аналитическим методом, сб. тезисов докладов научн. техн. конференции "Использование отходов промышленности при строительстве и эксплуатации автомобильных дорог в Нечернозёмной зоне РСФСР", Владимир, ВПИ, 1990, с. 13 – 14.

6. Маркуц В.М.  Оценка устойчивости оснований на слабых грунтах, сб. научн. трудов "Проблемы освоения нефтегазовых ресурсов Западной Сибири", ТИИ, Тюмень, 1992, с. 200- 202.

7. Маркуц В.М. К вопросу расчёта вертикальных напряжений в однородном полупространстве, а кн. докладов Всесоюзной научно-технической конференции ″Пути совершенствования эксплуатационных качеств автомобильных дорог и повышения безопасности движения″, ч.1, Волгоград, 1989, с 121-122.

8. Маркуц В.М. Особенности расчёта нежёстких дорожных одежд со слоями из слабосвязных материалов, Автомобильные дороги, №14, 1991, с. 9-11. 

 читать полный текст  здесь:РАСЧЁТ  ОСАДОК,  ПРОЧНОСТИ  И  УСТОЙЧИВОСТИ  НЕОДНОРОДНЫХ  ОСНОВАНИЙ  СТРОИТЕЛЬНЫХ  КОНСТРУКЦИЙ  НА  СЛАБЫХ  ГРУНТАХ  ПРИ  СЛОЖНОМ  ОЧЕРТАНИИ  ЭПЮРЫ  ДАВЛЕНИЯ

перейти на карту сайта


Гостевая книга::Карта моего сайта::Моя информация::Форум моего сайта

2001 - 2005 г. г. ВЕНИАМИН МАРКУЦ
Яндекс.Метрика
ВебСтолица.РУ: создай свой бесплатный сайт!  | Пожаловаться  
Движок: Amiro CMS