Активное и пассивное давление грунта

19. Активное и пассивное давления.

Давление грунта называется активным, если подпорная стенка сдвигается по направлению от грунта, в противном случае – пассивное давление грунта.

Рассмотрим максимальное давление сыпучих грунтов на подпорную стенку

Z – расстояние от поверхности до рассматриваемой площадки

— сжимающее напряжение

Активное давление рассмотрим как площадь давления

Равнодействующая давления приложена на 1/3 высоты от низа подпорной стенки.

Для связных грунтов:

Для определения давления на подпорную стенку заменяем действие сил сцепления равномерным давлением связности.

20. Давление сыпучего грунта на подпорную стенку.

Рассмотрим максимальное давление сыпучих грунтов на подпорную стенку

Z – расстояние от поверхности до рассматриваемой площадки

— сжимающее напряжение

Активное давление рассмотрим как площадь давления

Равнодействующая давления приложена на 1/3 высоты от низа подпорной стенки.

21. Давление связных грунтов на подпорную стенку.

Для связных грунтов:

Для определения давления на подпорную стенку заменяем действие сил сцепления равномерным давлением связности.

22. Общие понятия о реологии. Изменение осадок во времени.

Реология – наука изучающая протекание деформаций различных материалов во времени под действием приложенных к ним сил.

Релаксация грунта – постепенное уменьшение напряжений в результате перехода упругих деформаций в пластические при длительном действии нагрузок.

Ползучесть – нарастание деформаций во времени при действии на грунт постоянной нагрузки.

1. Затухающую (остановившуюся)
2. Незатухающую (прогрессирующую)

Рис. 19 Кривые ползучести. Стадии:а-в – неустановившаяся ползучесть, происходит закрытие микротрещин, уплотнение грунтовых частиц. в-с – неустанавившаяся ползучесть или классическое течение с постоянной скоростью деформации. Происходит перестройка структуры при неизменном объёме грунта. с-d – прогрессирующее течение с возрастающей скоростью деформации (увеличивается объём грунта, уменьшается его общее сопротивление из-за появления новых микротрещин, что приводит грунт к хрупкому разрушению или вязкому течению, сопровождающемуся выдавливанием в стороны от нагруженной поверхности. На основании кривой ползучести различают характерные показатели грунта. Рис20 R_СТО — мгновенная прочность соответствующая мгновенному сопротивлению грунта в начале сопротивления R_СТt – временная прочность R_CЖдл – длительная прочность, наименьшего предела при релаксации напряжений ниже которого R грунта постоянное. Скорость протекания осадки во времени является очень важным показателем. Значительная скорость приводит к разрушению конструкции при меньших скоростях возникают меньшие деформации ползучести. При уплотнении грунтов нагрузка должно преодолеть сопротивление воды вытесняемой из пор грунта, а также сопротивление, связанное с деформированием грунтового скелета и связной воды. Процесс сжатия условно делят на 2 этапа: — первоначальный (фильтрационный) — вторичный (консолидационный) Дифференциальное уравнение теории фильтрационных консолидаций в условиях одномерной задачи — коэффициент консолидации грунта k_ф — коэффициент фильтрации e₁ — коэффициент пористости грунта до приложения нагрузки a — коэффициент уплотнения P и W — давление, передающееся на грунтовый скелет и воду — удельный вес воды S_t — величина осадки сжимаемого слоя h — толщина сжимаемого слоя e — основание ln k — коэффициент степени консолидации Для ускорения сжатия водонасыщеного основания применяют несколько способов: 1.Увеличение давления на сжимаемый слой. Введение более узкой, но высокой насыпи. 2.Уменьшение толщины сжимаемого слоя, частичное выторфовывание. 3.Сокращение пути фильтрации выжимаемой воды, с помощью устройства вертикальных дренажей.

Давление грунта на ограждающую поверхность

Все это значительно осложняет задачу определения давления грунта. Существуют теории определения давления грунта, использующие предпосылки, позволяющие с разной степенью точности выполнять решения задачи. Отметим, что решение этой задачи выполняется в плоской постановке.

Теория Кулона, предложенная в 1776 г., основывается на рассмотрении предельного равновесия призмы грунта, Ограниченной прямолинейными плоскостями обрушения (выпирания). Более строгое решение о предельном равновесии показывает, что действительное очертание этих поверхностей скольжения является криволинейным. Однако величины активного давления грунта на вертикальные или близкие к вертикальным, жесткие, гладкие и шероховатые стенки, определенные по Кулону и по точной методике,различаются между собой на 2—3 % что, несомненно, можно считать удовлетворительным результатом с инженерной точки зрения. Пассивное давление грунта весьма существенно зависит от трения грунта о стенку, которое в реальных условиях всегда имеет место. Учет трения грунта о стенку с использованием зависимостей, вытекающих из теории Кулона, дает при φ = 15—20° существенную погрешность в сторону преувеличения по сравнению с имеющимся решением. Более точные результаты дает теория, предложенная СВ. Соколовским, построенная на основе общей теории предельного напряженного состояния сыпучей среды. Существуют различные интерпретации этой теории, в том числе и хорошо известная графическая трактовка С.С. Галушкевича.

В большинстве инженерных расчетов используются результаты, полученные на основании теории Кулона; в тех случаях, когда результаты следует уточнить, используются поправочные коэффициенты, вводимые на основании точных решений и экспериментальных данных. Различают следующие виды бокового давления грунта:

• давление покоя (E а ), называемое также естественным (натуральное), действующее в том случае, когда стена (ограждающая поверхность) неподвижна или относительные перемещения грунта и конструкции малы ( рис. 10.7 );
• активное давление ( E а ) возникающее при значительных перемещениях конструкции в направлении давления и образования плоскостей скольжения в грунте, соответствующих его предельному равновесию ( рис. 10.8 ). АБС — основание призмы обрушения, высота призмы — 1 м;
• пассивное давление ( Е р ), появляющееся при значительных перемещениях конструкции в направлении, противоположном направлению давления и сопровождающееся началом «выпора грунта» ( рис. 10.9 ). АБС— основание призмы выпирания, высота призмы —1м;
• дополнительное реактивное давление ( Е r ), которое образуется при движении конструкции в сторону грунта (в направлении, противоположном давлению), но не вызывает «выпора грунта».

Рис. 10.7. Схема к понятию давления покоя

Рис. 10.8. Схема к понятию активного давления

Рис. 10.9. Схема к понятию пассивного давления

Наибольшей из этих нагрузок (для одного и того же сооружения) является пассивное давление, наименьшей — активное.

Соотношение между рассмотренными силами выглядит так:

Изменение давления грунта в зависимости от перемещения стены и представлено на рис. 10.10 .

Рис. 10.10. Схема изменения давления грунта на подпорную стенку в зависимости от ее перемещения

Активное давление грунта вводится в качестве внешней нагрузки в расчетах на устойчивость сооружений на сдвиг и прочность гибких конструкций.
Пассивное давление учитывается как предельная реактивная сила при устойчивости и прочности сооружений, для которых горизонтальные перемещения являются допустимыми.

Боковое давление грунта в состоянии покоя принимают во внимание в том случае, когда устанавливают прочность уголковых и контрфорсных подпорных стен, массивных стен камер шлюзов, доков и т.п.

Для расчета подпорной стенки необходимо знать полное давление на любой участок, считая от поверхности земли. Рассматривая бесконечно длинную стенку с одинаковыми условиями по ее длине, приводим задачу к плоской. В этом случае рассматривается подпорная стенка протяженностью 1 м. Давление грунта, приходящееся на единицу высоты стенки шириной 1 м, называется интенсивностью давления, которая считается распределенной по высоте стенки по линейному закону.

Понятие активного и пассивного давления грунта на подпорную стенку.

Давлением покоя — давление грунта на подпорное сооружение, определяемое по формуле

Активное давление грунта — предельное давление, возникающее при отодвигании стенки от грунтового массива в момент обрушения грунта в сторону стенки.

Пассивное давление грунта — предельное давление, образующееся при надвигании стенки в сторону грунтового массива в момент выпирания грунта на поверхность за стенкой.

Формулы для активного и пассивного давлений. Призма обрушения и призма выпирания.

Активное давление возникает в предельной стадии работы грунта, следовательно главные напряжения будут связаны законом Кулона-Мора:

Пассивное давление:

Подставим эти напряжения в закон Кулона-Мора:

Исследование эпюр активного и пассивного давлений. Случай двухслойного основания за стенкой.

Эпюра I отвечает случаю близких значений параметров прочности 1-го и 2-го инженерно-геологических элементов, но различных значений удельного веса ₁ и ₂. Распределение напряжений II имеет место, если нижний грунт 2 прочнее верхнего 1. При чем если удельное сцепление c₂ достаточно велико, то значение _a 2 может оказаться отрицательным, как показано на эпюре III. Это означает высокую прочность грунта инженерно-геологического элемента №2, не позволяющую в нем реализовываться предельному состоянию на глубине h₁. Наконец случай IV наступает, когда нижний грунт 2 слабее верхнего 1.

Расчет подпорной стенки на устойчивость против сдвига, опрокидывания и глубокого сдвига. Коэффициент устойчивости.

Теория фильтрационной консолидации (тфк). Основные понятия и принцип эффективных напряжений. Механическая модель консолидирующегося грунта.

Фильтрационная консолидация — процесс уплотнения грунта по мере отжатия воды из пор.

Грунты, в которых протекает указанный процесс, называются консолидирующимися.

Консолидирующиеся грунты обычно бывают представлены полностью водонасыщенными супесями и суглинками, реже – глинами.

При передаче нагрузки на консолидирующийся грунт, нагрузка распределяется между скелетом грунта и поровой водой.

Напряжения в скелете грунта называются эффективными напряжениями, давление в воде  поровым (нейтральным) давлением, а сумма — полные (тотальные) напряжения в грунте определяются как:

Принцип эффективных напряжений К. Терцаги утверждает: любые видимые деформации консолидирующегося грунта определяются деформациями его скелета, а следовательно, эффективными напряжениями.

Пусть к этой системе через пористый штамп площадью A в момент времени t  0 приложили силу P. В начальный момент времени t  0 вся нагрузка передается на воду, упругий элемент оказывается не нагружен. Следовательно, напряжение в воде равно u  p (где p  P/A), а в упругом элементе   0. В процессе опыта, по мере отжатия воды через поры штампа, упругий элемент будет, деформируясь, все больше включаться в работу – напряжения в нем будут расти, а напряжения в воде падать. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока внешняя нагрузка не передастся полностью на упругий элемент, а напряжения в воде, соответственно, станут равными нулю: u  0,   p. Это состояние означает окончание процесса консолидации.

Активное и пассивное давление грунта

Обращаю внимание на несоответствие активного и пассивного давления в ГИПРО подпорные стены действующим нормам.
Согласно новому СП на подпорные стены от 2018 года (там почти копия старого руководства или пособия) подпорные стены почти всегда необходимо нагружать давлением покоя (в СП дана граница применения давления покоя — перемещения верха стены).
Согласно тому же СП с другой стороны действует пассивное давление.

Так вот по моим расчётам давления покоя у вас немного не хватает (может быть около 15-20%), а пассивное давление завышено в 2 раза. Подозреваю, что считали вы их не по СП 101.
В моём несложном случае преодолел это запасом и конструктивно.
Прикладываю файл ексель для расчёта с моими исходными данными.
Подпорная стена с засыпкой ПГС 18 кН/м3, с=0 , фи=30 градусов, ню (коэффициент поперечной деформации) назначил 0,3. К грунту по верху подпорной стены приложена равномерная нагрузка 26 кПа от автомобилей.
Высота давления покоя со стороны грунта 2,7 м.
Высота для пассивного давления 1,1 м.

Мои выводы:
давление покоя по верху 11,2 кПа (для ГПС 2) ( у вас 1,12 т/м2 для ГПС 1)
давление покоя по подошве 31,7 кПа ( у вас 2,4 т/м2 ).
давление пассивное по верху 0 кПа ( у вас 0)
давление пассивное по подошве 5,44 кПа ( у вас 0,98 т/м2).

При определении пассивного давления у вас коэф. надежности по нагрузке 1,15. Ведь это удерживающая сила.
Далее просто не понял как вы считаете. Подумал, что старым нормам. Там раньше другие значения получались.

Ексель открывается прямо на пассивном давлении. Копаться в нём не прошу, в своих расчётах уверен. Прошу перепроверить программу.

Прикрепления: ___.xlsx (267.3 Kb) · 3209111.rps (1.5 Kb)
Сообщение отредактировал Tyhig — Суббота, 23.01.2021, 23:09
Группа: Администраторы
Сообщений: 225
Статус: Offline

При разработке алгоритма расчета в программе использовались следующие документы:

1) СПРАВОЧНОЕ ПОСОБИЕ к СНиП 2.09.03-85 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОДПОРНЫХ СТЕН И СТЕН ПОДВАЛОВ

2) СП 43.13330.2012 СООРУЖЕНИЯПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ подраздел 5.1

СП 101 распространяется на проектирование вновь строящихся и реконструируемых гидротехнических сооружений

по вашим выводам:

в решаемой вами задаче в программе ГИПРО давление покоя по подошве не 2.4 как вы пишите.
2.4 это только давление грунта, к нему нужно добавить давление от полезной нагрузки 1.1, суммарно 3.5 т/м2
в графическом отображении результатов расчета это видно:
значение 2.406 подписано, что это только грунт

это видно также в текстовом отчете:
По I группе ПС значение эпюры Х3(I) = Q2(ya1)*V(I) = 1,119т/м2
По II группе ПС значение эпюры Х3(II) = Q2(ya2)*V(II)/Kн = 1,018т/м2
По I группе ПС значение эпюры Х4(I) = (h+h2)*YI’*1.15*V(I)-CI’*(K1-K2) = 2,406т/м2
По II группе ПС значение эпюры Х4(II):
Х4(II) = (h+h2)*YII’*V(II) — CII’*(K1-K2) = 2,092т/м2

отображаемое значение 0.98 это не пассивное давление, при проверке на сдвиг оно не используется:
в текстовом отчете при расчете на сдвиг пассивное давление вычисляется так:

*** Расчет устойчивости положения стены против сдвига ***

Сдвигающая сила по I группе ПС Fsa=Pb3(I)+Pb4(I)+Qп = 12,571т

Tyhig	Дата: Суббота, 23.01.2021, 22:59 | Сообщение # 3