Курсовая работа : Знаходження розрахункових значень фізико-механічних характеристик глинястого ґрунту 


Полнотекстовый поиск по базе:

Главная >> Курсовая работа >> Ботаника и сельское хоз-во


Знаходження розрахункових значень фізико-механічних характеристик глинястого ґрунту




Міністерство науки та освіти України

Дніпропетровський національний університет

ім. О. Гончара

Кафедра геології та гідрогеології

Знаходження розрахункових значень фізико-механічних характеристик глинястого ґрунту

Звіт про курсову роботу з дисципліни «Ґрунтознавство»

Студентка третього курсу

групи ГІ-06-01

І. В. Міщенко

Керівник:

С. В. Жолудєв

Дніпропетровськ

2008

ЗМІСТ

  1. Початкові дані (завдання)

1.1 Варіант завдання

1.2 Перелік назв заданих характеристик ґрунту

1.3 Поодинокі значення заданих характеристик та результатів випробування на зрушення ґрунту

1.4 Обчислення поодиноких значень характеристик міцності ґрунту

1.4.1 Застосування методу найменших квадратів

1.4.2 Обчислення характеристик міцності ґрунту за допомогою наближених формул

1.4.3 Визначення характеристик міцності ґрунту графічним способом

1.4.4 Аналіз результатів визначення характеристик міцності ґрунту різними методами.

  1. Очистка поодиноких значень характеристик ґрунту від екстремальних елементів

  2. Перевірка достатньої кількості дійсних поодиноких значень для обчислення розрахункових значень характеристик ґрунту

  3. Обчислення нормативних значень характеристик ґрунту

4.1 Обчислення нормативних значень характеристик ґрунту додатково до завдання

4.2 Перевірка обчислених у підрозділові 4.1 значень характеристик ґрунту зворотними розрахунками

4.3 Порівняння обчислених і табличних нормативних значень

4.4 Підсумок обчислення нормативних значень характеристик ґрунту

  1. Обчислення розрахункових значень характеристик ґрунту

5.1 Кут внутрішнього тертя та питоме зчеплення нескельного ґрунту

5.2 Розрахункові значення питомої ваги ґрунту

5.3 Розрахункові значення будь-яких характеристик, окрім обчислених у підрозділах 5.1 і 5.2

5.4 Логічні перевірки значень характеристик та кваліфікація ґрунту

Висновки

Література

ВСТУП

Наведена робота має на меті знаходження розрахункових значень фізичних та механічних характеристик глинястого грунту інженерно-геологічного елементу 5 (ІГЕ-5), який справляє водоупор або частину водоносного горизонту (рис. 1.1).

Методика обчислень двох характеристик міцності (кута внутрішнього тертя і питомого зчеплення) базується на положеннях нормалі, інших – стандарту.

Прийнято, що поодинокі значення:

  • модуля деформації та опору грунту зрушенню одержані натурними еталонними способами, що дає право порівнювати обчисленні значення із табличними;

  • інших характеристик знайдені лабораторними способами.

Опір ґрунту зрушенню подано у завданні дванадцятьма парами значень стискаючої напруги та відповідної руйнівної дотичної, які належать чотирьом точкам (по три пари в кожній) в межах ІГЕ-5. Для інших характеристик наведені шість або сім поодиноких значень в кожній.

Обчислення починаю з поодиноких значень питомого зчеплення і кута внутрішнього тертя, після чого ці дані та інші буду обчислювати за однаковою схемою – встановлювати середнє арифметичне значення і стандарт, очищувати числові масиви від екстремальних елементів тощо. Роботу закінчую таблицею розрахункових значень 22 характеристик, з яких 15 є додатковими до завдання, та кваліфікацією ґрунту.

1. ПОЧАТКОВІ ДАНІ (ЗАВДАННЯ)

1.1 Варіант завдання

Студентка І.В. Міщенко, варіант завдання-14

1.2 Перелік назв заданих характеристик ґрунту

Перелік назв заданих характеристик:вологість природна (W), вологість об`ємна(Wv), коефіцієнт пористості (e)

1.3 Поодинокі значення характеристик:

(для скорочення у значеннях менше одиниці подаю тільки дрібну частину)

Вологість ґрунту природна (W) : 2864 3040 3202 3072 3406 3016; ч. о

Вологість об`ємна (Wv ) : 411 436 460 433 680 488 411; ч. о

Межа текучості (WL) : 333 351 370 370 355 391 348; ч. о

Межа розкочування (Wp) : 183 194 204 196 218 092 193; ч. о

Модуль деформації (E) : 6,75 8,76 7,02 6,77 6,86 6,04; М Па

Опір грунта зрушенню σ/τ (кПа) для точок:

А) 85/35,6 185/65,1 385/116

Б) 95/39,1 195/63,3 395/118

В) 105/41,7 205/68,7 405/123

Г) 115/44,4 215/71 415/121 ; кПа /кПа

Мій варіант відповідає випадкові, в якому треба обчислити поодинокі значення: щільність (), пористість (n), ступінь вологості (Sr), щільність водонасиченого грунта (sat), за допомогою формул [6] та заданих характеристик:

; (1.1)

; (1.2)

; (1.3)

; (1.4)

. (1.5)

Конкретні розрахунки за формулами будуть зроблені у розділі 2.

1.4 Знаходження поодиноких значень характеристик міцності глинястого ґрунту

1.4.1 Застосування методу найменших квадратів (МНК)

Цей метод є еталонним і рекомендується [3] для визначення характеристик у реальному проектуванні підгрунтя споруд як основний. Його реалізовано у численних програмах до комп’ютерів; у даній курсовій роботі застосоване ручне обчислення з проходженням усіх етапів для кращого засвоєння змісту методу. Розрахунки оформленні у вигляді таблиць 1.1-1.4 та відомих формул [3].

Таблиця 1.1 Обчислення тангенсу кута внутрішнього тертя та питомого зчеплення для точки (а)

σ 2

σ, Па

τ, кПа

σ τ

7225

85

35,6

3026

34225

185

65,1

12043,5

148225

385

116

44660

Σ = 189675 Σ = 655 Σ = 216,7 Σ = 59729,5

t

g φа = =


Са = =; кПа

Таблиця 1.2 Обчислення тангенсу кута внутрішнього тертя та питомого зчеплення для точки (б)

σ 2

σ, Па

τ, кПа

σ τ

9025

95

39,1

3714,5

38025

195

63,3

13343,5

156025

395

118

46610

Σ = 203075 Σ = 685 Σ = 220,4 Σ = 62668

tg φб =

Сб = ; кПа

Таблиця 1.3 Обчислення тангенсу кута внутрішнього тертя та питомого зчеплення для точки (в)

σ 2

σ, Па

τ, кПа

σ τ

11025

105

41,7

4378,5

42025

205

68,7

14083,5

164025

405

123

49815

Σ = 217075 Σ =715 Σ = 233,4 =68277

tg φв =

Св = ; кПа

Таблиця 1.4 Обчислення тангенсу кута внутрішнього тертя та питомого зчеплення для точки (г)

σ 2

σ, Па

τ, кПа

σ τ

13225

115

44.4

5106

46225

215

71

15265

172225

415

121

50215

Σ =231675 Σ = 745 Σ = 236,4 Σ = 70586

tg φг =

Сг = ; кПа

Підсумок обчислень наведено у таблиці 1.5.

Таблиця 1.5. Значення характеристик міцності, обчислених методом МНК

Точка

а

б

в

г

середнє

tg φ

0,2661

0,2645

0,2710

0,2546

0,2641

С, кПа

14,14

13,07

13,19

15,58

13,995

1.4.2 Знаходження характеристик міцності за допомогою наближених формул

Для уникнення грубих помилок у розрахунках за методом найменших квадратів, обчислюю поодинокі значення тангенсу кута внутрішнього тертя та питомого зчеплення за формулами [6] , які розраховані на поодинокий випадок(три значення зрушуючої напруги) і дають результати, що співпадають із МНК за умови σ2 = 0,5(σ1 + σ3), і відхиляється від них не більше, як на 5%, у випадку σ2 = (0,4…0,6)(σ1 + σ3), де σ2 – посереднє значення в ряду σ123. У моєму варіантові завдання σ2 виходить за межі вказаного інтервалу (табл. 1.6).

Таблиця 1.6. Перевірка відхилення (σ) від середини інтервалу σ1…σ3

Точка

σ1

σ2

σ3

σ2 /(σ1 + σ3)

а

85

185

385

0,393

б

95

195

395

0,398

в

105

205

405

0,402

г

115

215

415

0,406

tg φа.ф = =

Са.ф = = ; кПа

tg φб.ф =

Сб.ф = ; кПа

tg φв.ф =

Св.ф = ; кПа

tg φг.ф =

Сг.ф = ; кПа

Підсумок обчислень наведено у таблиці 1.7.

Таблиця 1.7 Зведені результати обчислень тангенсу кута внутрішнього тертя і питомого зчеплення за наближеними формулами [6]

Точка

а

б

в

г

Середнє

tg φф

0,268

0,263

0,271

0,255

0,26

Сф, кПа

13,72

13,42

13,21

15,45

13,95

1.4.3 Визначення характеристик міцності графічним способом

Визначаю за допомогою «паспортів міцності», тобто графіків у координатах «σ - τ», де відрізок на вертикальній осі становить питоме зчеплення (с), а кут нахилу прямої лінії – кут внутрішнього тертя (φ). Точність їх визначення невисока і пов’язана із помилками при нанесенні точок на графік, візуальним проведенням узагальнюючої прямої між точками, інструментальному вимірюванні довжини відрізка на вертикальній осі та кута нахилу прямої до горизонтальної осі. Але він простий, доступний і майже виключає грубі помилки. Масштаб на вертикальній осі взято меншим ніж на горизонтальній, задля підвищення точності вимірювання довжини відрізка (с), та кута (φ).

tgφгр = (Мвг) tgβ ,

де Мв і Мг – мірило на вертикальній та горизонтальній осях (рис. 1.2) .

На малюнку 1.2 подані чотири «паспорта міцності» із співвідношенням Мвг = 3:10.

Підсумок наведено у табл. 1.8 .

Таблиця 1.8. Результати графічного визначення характеристик міцності грунту

Точка

а

б

в

г

Середнє

С, кПа

10,1

12,1

13

16,1

12,85

β, градус

34

31

35

33

33

tgβ

0,67

0,6

0,7

0,65

0,66

tgφ

0,2

0,18

0,21

0,195

0,2

φ, градус

11,2

10,8

11,7

11,5

11,3

1.4.4 Аналіз результатів визначення характеристик міцності ґрунту різними методами

Значення за еталонним МНК та іншими методами (табл. 1.9) і їх відносних відхилень від МНК (табл. 1.10) свідчать, що грубих розбіжностей немає.

Таблиця 1.9. Значення характеристик міцності грунту, встановлені різними методами

Точка

тангенс кута внутрішнього тертя (tgφ)

питоме зчеплення (с, кПа)

МНК

Формула

Графіки

МНК

Формула

Графіки

Табл. 1.5

Табл. 1.7

Табл. 1.8

Табл. 1.5

Табл. 1.7

Табл. 1.8

А

0,2661

0,268

0,2

14,14

13,72

10,1

Б

0,2645

0,263

0,18

13,07

13,42

12,1

В

0,2710

0,271

0,21

13,19

13,21

13

Г

0,2546

0,255

0,195

15,58

15,45

16,2

Середнє

0,2640

0,26

0,2

13,99

13,95

12,85

Таблиця 1.10. Відхилення (ε) від МНК результатів, одержаних іншими методами

Точка

тангенс кута внутрішнього тертя (tgφ)

питоме зчеплення (с, кПа)

За формулою

За графіками

За формулою

За графіками

А

-0,714

25,9

2,9

28,57

Б

0,5671

32,07

-2,7

7,42

В

0

22,22

-0,15

1,44

Г

-0,1571

22

0,83

-3,9

Середнє

-0,076

25,35

0,17

8,36

Примітка: ε = 100(χ0 – χі)/ χ0 %, де χ0 та χі – значення характеристики, одержані методом найменших квадратів та іншим методом відповідно.

Таким чином, дані таблиці 1.5, одержані методом найменших квадратів, визначаю дійсними й усі поодинокі значення характеристик міцності приймаю до подальших обчислень.

2. ОЧИСТКА ЧИСЛОВИХ МАСИВІВ ПООДИНОКИХ ЗНАЧЕНЬ ХАРАКТЕРИСТИК ВІД ЕКСТРЕМАЛЬНИХ ЕЛЕМЕНТІВ

Значення як елемент числового масиву вважають дійсним (не екстремальним), якщо для нього виконується умова [1, 2]

-і χ |≤√S , (2.1)

де χі та χ – поодиноке та середнє арифметичне значення характеристики відповідно.

χ (Σ χі)/ n , (2.2)

n – кількість поодиноких значень використаних в обчислені середнього арифметичного; √ - статичний параметр,залежний від (n) та рівня довірчої ймовірності (α); для n = 6 та α = 0,95 √2,07; коли n = 4 та α = 0,95 √1,82. S – стандарт (середнє квадратичне стандартне незсунуте відхилення вибірки), обчислюю за формулою (2.3).

S = (1/1- n Σ -і χ)2)0,5 ; (2.3)

Значення для яких умова (2.1) не виконується вважаю екстремальними і вилучаю з початкового числового масиву, а для зменшеного розрахунки повторюю.

Коефіцієнт пористості, поодинокі значення обчислені за формулами (1.1) і (1.2) наведені у табл. 2.1.

Розрахунки для усіх заданих та обчислених характеристик за формулами (2.1)…(2.3) надані у таблиці 2.2.

Таблиця 2.1 Обчислення поодиноких значень за допомогою формул:

W

Wv

е

n

d

Розрахунки

0,2864

0,411

0,884

0,469

1435

=0,884(1+0,884) = = 0,469 тощо ;

=

=0,411 1000/0,2864 = 1435 тощо. .

0,3040

0,436

0,893

0,471

1434

0,3202

0,460

0,889

0,471

1436,6

0,3072

0,433

0,920

0,479

1409,5

0,3406

0,488

0,895

0,472

1432,8

0,3016

0,441

0,920

0,479

1462

Таблиця 2.2 Перевірка поодиноких значень характеристик на екстремальні відхилення

χі

|χ - і χ|

(χ - і χ)2

Розрахунки та коментарі

1

2

3

4

Природна вологість ґрунту (W). Поодинокі значення збільшені у 10000 разів, щоб зробити їх цілими і більш зручними в обчисленнях

2864

236

55696

W= (Σ Wі)/ nк = 18600/6 = 3100

S = ((1/n - 1)Σ(χ - і χ)2)0,5 = (171176/5)0,5= 185,03

VS = 2,07 185,03 = 383

Усі поодинокі значення дійсні, бо виконується умова |χχ |≤√S, найбільше значення 306 менше за VS. Визначаю натуральні значення середнього арифметичного та стандарту.

W =3100/10000 = 0,31;

S = 185,03/10000 = 0,0185

3040

60

3600

3202

102

10404

3072

28

784

3406

306

93636

3016

84

7056

Сума

18600

Сума

171176

Вологість ґрунту об`ємна(Wv).Збільшено у 1000 разів

411

63

3969

Wv = 3319/7 = 474,14

S = (53891/6)0,5 = 94,77

VS = 2,07*94,77 = 196,18

Поодиноке значення (680)є екстремальним,тому що відхилення (206) перевищує величину VS=196,18 і тому не виконує умови (2.1)

Вилучаю його з числового масиву і повторюю обчислення для 6 значень.

436

38

1444

460

14

196

433

41

1681

680

206

42436

488

14

196

411

63

3969

Сума

3319

Сума

53891

χі

|χ - і χ|

(χ - і χ)2

Розрахунки та коментарі

411

28,8

829,44

Wv = 2639/6=439,8

S = (4449,85/5)0,5= 29,83

VS = 2,07 29,83=61,75

Всі поодинокі значення дійсні.

Натуральні значення

Wv = 439,8/1000 = 0,44

S = 29,83/1000 = 0,029

436

3,8

14,44

460

20,2

408,04

433

6,8

46,24

488

48,2

2323,24

411

28,8

829,44

Сума

2639

Сума

4449,85

Коефіцієнт пористості(е). Збільшено у 1000 разів

884

16,17

261,,47

е = 5401/6 = 900,17

S = (1250,84/5)0,5 = 15,86

VS = 2,07 15,86 = 32,75

Усі поодинокі значення дійсні.

Натуральні значення

е = 900,17/1000 = 0,9

S =15,86/1000 = 0,016

893

7,17

51,41

889

11,17

124,77

920

19,83

393,23

895

5,17

26,73

920

19,83

393,23

Сума

5401

Сума

1250,84

Межа текучості (WL). Збільшено у 1000 разів

333

25

625

WL =2148/6 = 358

S = (2016/5)0,5 = 20

VS = 2,07 20 = 42

Усі поодинокі значення дійсні.

Натуральні значення:

WL =358/1000 = 0,358

S = 20/1000 = 0,02

351

7

49

370

12

144

355

3

9

391

33

1089

348

10

100

Сума

2148

Сума

2016

Межа розкочування (Wp). Збільшено у 1000 разів

183

0,14

0,0196

Wp = 1280/7 = 182,86

S = (11571,64/6)0,5 = 43,916

VS = 2,07 43,916 = 90,9

Питоме значення (92) є екстремальним, тому що відхилення(90,86) перевищує величину VS = 90,9. Вилучаю його і повторюю обчислення для 6 значень.

194

11,14

124,1

204

21,14

446,9

196

13,14

172,66

218

35,14

1234,82

92

90,86

8255,5

193

10,14

102,82

Сума

1280

Сума

1571,64

183

15

225

Wp = 1088/6 = 198

S = (706/5)0,5 = 11,88

VS=2,07 11,88 = 24,6

Всі поодинокі значення дійсні.

Wр =198/1000 = 0,198

S=11,88/1000 = 0,012

194

4

16

204

6

36

196

2

4

218

20

400

193

5

25

Сума

1088

Сума

706

Модуль деформації (Е). Збільшено у 100 раз

675

28,3

800,89

Е = 4220/6 = 703,3

S = (42524,5/5)0,5 = 92

VS = 2,07 92 = 190,9

Поодиноке значення (876) є екстремальним, тому що відхилення (175,7) майже перевищує величину VS=190,9. Вилучаю його і повторюю обчислення для 5 значень.

876

175,7

30870,5

702

1,3

1,69

677

26,3

691,69

686

17,3

299,29

604

99,3

9860,5

Сума

4220

Сума

42524,5

675

6,2

38,4

Е =3344/5 = 668,8

S =(5702,2/4)0,5 = 37,76

VS =1,82 37,76 = 68,72

Всі поодинокі значення дійсні.

Е = 668,8 100 = 6,688

S = 37,76 100 = 0,3776

702

33,2

1102,24

677

8,2

67,24

686

17,2

295,84

604

64,8

4199,04

Сума

3344

Сума

5702,2

Щільність сухого ґрунту (d)

1435

0,02

0,0004

d = 8609,9/6 = 1434,98

S = (1387,65/5)0.5 = 16

VS = 2,07 16 = 33,12

Всі поодинокі значення дійсні.

1434

0,98

0,96

1436,6

1,62

2,6244

1409,5

25,48

649,23

1432,8

2,18

4,7524

1462

27,02

730,08

Сума

8609,9

Сума

1387,65

Пористість (n). Збільшено в 1000 раз

469

8,5

72,25

n = 2841/6 = 473,5

S = (147,5/5)0,5 = 5,43

VS = 2,07 5,43 = 11,24

Усі поодинокі значення дійсні.

Натуральні значення:

n = 473,5/1000 = 0,4735

S = 5,43/1000 = 0,00543

471

2,5

6,25

471

2,5

6,25

479

5,5

30,25

472

1,5

2,25

479

5,5

30,25

Сума

2841

Сума

147,5

Тангенс кута внутрішнього тертя (tgφ). Збільшено у 10000

2661

20,5

420,25

tgφ = 10562/4 = 2640,5

S = (14201:3)0,5 = 69

VS = 1,82 69 = 125,6

Усі поодинокі значення дійсні.

Натуральні значення:

tgφ = 0,2640

S = 0,0069

2645

4,5

20,25

2710

69,5

4830,25

2546

94,5

8930,25

Сума

10562

Сума

14201

Питоме зчеплення (С)

14,14

0,145

0,021

С = 55,98/4 = 13,995

S = (4,0368:3)0,5 = 1,3456

VS = 1,82*1,3456 = 2,449

Всі поодинокі значення дійсні.

13,07

0,925

0,8556

13,19

0,805

0,648

15,58

1,585

2,512

Сума

55,58

Сума

4,0368

Результати розрахунків зведені у таблицю 2.3,і будуть використані далі під час перевірки достатньої кількості дійсних поодиноких значень для обчислення розрахункових значень.

Таблиця 2.3 Зведення результатів статистичних обчислень характеристик ґрунту.

Характеристика

Х

S

n

Вологість природна (W), ч. о.

0,31

0,01853

6

Вологість об`ємна (Wv ) , ч. о.

0,44

0,029

7

Коефіцієнт пористості (е) , ч.о.

0,9

0,016

6

Межа текучості (Wl) , ч. о.

0,358

0,02

6

Межа розкочування (Wp) , ч. о.

0,198

0,012

7

Модуль деформації (Е) , МПа

6,68

0,377

5

Щільність сухого ґрунту (d ) , кг/м3

1434,98

16

6

Пористість (n) , ч.о.

0,4735

0,00543

6

Тангенс кута внутр. тертя (tgφ) , ч. о.

0,2640

0,0069

4

Питоме зчеплення (С) , кПа

13,995

1,3456

4

3. ПЕРЕВІРКА ДОСТАТНЬОЇ КІЛЬКОСТІ ДІЙСНИХ ПООДИНОКИХ ЗНАЧЕНЬ ДЛЯ ОБЧИСЛЕННЯ РОЗРАХУНКОВИХ ЗНАЧЕНЬ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТУ

Кількість вважається достатньою якщо виконується умова (3.1):

nNI(II) , (3.1)

де n – кількість дійсних поодиноких значень. NI(II) – обчислена мінімальна припустима кількість, визначається у двох варіантах – для використання у розрахунках несучої здатності грунтового масиву (NI) та у розрахунках його деформації (NIІ).

Значення (NI) та (NIІ) можна обчислити декількома методами – стандартним способом спроб [4], прямим наближенням [5] на підставі стандартного. Потрібно знати покажчик точності (у), якого визначають експериментально з врахуванням особливостей конкретних приладів або приймають за даними стандарту [4] рівним для (ρs) – у = 0,004; (ρ), (ρd), (n), (е) – 0,050; (Е), (tgφ), (с) – 0,100. Потрібно знати також коефіцієнт варіації (3.2):

V = S/х (3.2)

Розрахунки значень (N) прямим способом

Розрахунки проводжу за допомогою формул (3.2), (3.3), (3.4) .

Вологість ґрунту природна(W): W = 0,31, n = 6, S = 0,01853, у = 0,050 .

V = S/х = 0, 01853 /0, 31 = 0, 0597 ;

ВІ = 0,975 + (V/у)2 = 0,975 + (0,0597/0,050)2 = 1,206 ;

NI= 1,292 В1 +(1, 67 ВІ2–1,589)0, 5= 1,292 1,206 +(1, 67 1, 2062 – 1,589)0, 5 = 2,474 < 6; (3.3)

В ІІ = 1,271 + (V/у)2 = 1,271 + (0,0597/0,05)2 = 2,69 ;

NIІ=0,531 В+ (0,282 ВІІ2– 0,456)0, 5=0,531 2, 69+ (2, 04 – 0,456)0, 5 = 2, 69 < 6. (3.4)

Оцінка результатів: середнє арифметичне значення вологості можна використовувати в обчисленнях розрахункових значень для першого і другого граничних станів.

Вологість об’ємна(Wv): Wv=0,44, n = 7, S = 0,029, у = 0,050 .

V = S/х = 0,029/0, 44 = 0, 0659;

ВІ = 0,975 + (0,0659/0,050)2 = 2,71 ;

NI = 1,292 2, 71 + (1, 67 2,712 - 1,589)0, 5 = 6, 77 < 7.

В ІІ = 1,271 + (0,0659/0,050)2 = 3,008 ;

NIІ = 0,531 3,008+ (0,282 9, 05 - 0,456)0, 5 = 3, 04 < 7.

Оцінка результатів: для об’ємної вологості (Wv) одержані середні значення та стандарт можна використовувати в обчисленні розрахункових значень для першого і другого граничних станів .

Коефіцієнт пористості(е): е = 0,9, n = 6, S = 0,016, у = 0,015

V = S/х = 0,016/0, 9 = 0, 0177.

ВІ = 0,975 + (0,0177/0,015)2 = 2,38 ;

NI = 1, 292 2, 38+ (1, 67 5, 66 - 1, 5689)0, 5 = 5, 87 < 6.

В ІІ = 1,271 + (0,0177/0,015)2 = 2,676 ;

NIІ = 0,531 2,676 + (0,282 7, 16-0,456)0, 5 = 2, 67 < 6 .

Оцінка результатів: для коефіцієнту пористості (е) виконується обидві умови – для (NI) та (NIІ), тому одержані середні значення та стандарт можна використовувати в обчисленні розрахункових значень для першого і другого граничних станів.

Межа текучості (WL): WL = 0,358, n = 6, S = 0,02, у = 0,050

V = S/х = 0, 02/0,358 = 0,056 ;

ВІ = 0,975 + (0,056/0,050)2 = 2,23 ;

NI = 1,292 2, 23+(1, 67 2,232 – 1,589)0, 5 = 5,47 < 6 .

В ІІ = 1,271 + 1,25 = 2,521 ;

NIІ = 0,531*2,521+ (0,282*2, 5212 – 0,456)0, 5 = 2, 49 < 6.

Оцінка результатів: для межі текучості (WL) виконується обидві умови – для (NI) та (NIІ), тому одержані середні значення та стандарт можна використовувати в обчисленні розрахункових значень для першого і другого граничних станів.

Межа розкочування (Wp): Wp = 0,198, n = 7, S = 0,012 , у = 0,050

V = S/х = 0,012/0,195 = 0,06 .

ВІ = 0,975 + (0,06/0,050)2 = 2,415 ;

NI = 1,292 2,415+ (1, 67 2, 4152 – 1,589)0, 5 = 5,97 7 .

В ІІ = 1,271 + 1,44 = 2,711 ;

NIІ = 0,531 2,711 + (0,282 2, 7112 – 0,456)0, 5 = 2, 71 < 7 .

Оцінка результатів: для межі розкочування (Wp) виконується обидві умови – для (NI) та (NIІ), тому одержані середні значення та стандарт можна використовувати в обчисленні розрахункових значень для першого і другого граничних станів.

Модуль деформації (Е): Е = 6,688 n = 5, S =0,377, у = 0,100

V = S/х = 0,377/6,688 = 0,056 .

ВІ = 0,975 + (0,056/0,100)2 = 1,2886 ;

NI = 1,292 1,2886+ (1, 67 1,66 – 1,589)0, 5 = 3,064 < 6.

Оцінка результатів: стандарт та середнє арифметичне значення модуля деформації можна використовувати в обчисленнях розрахункових значень для першого і другого граничних станів.

Щільність сухого ґрунту (d): d =1413,98 , n=6 ,S =16 ,y=0.015

V = S/x = 1434, 98/16 = 0,01115 ;

B1 = 0,975 + (0, 01115/0,015)2 = 1, 53.

N1 = 1,292 1, 53+ (1.67 1,532-1,589)0.5 = 3, 49 < 6 ;

B11 = 1,271 +0, 5525 = 1, 8235 ;

N11 = 0,531 1, 82+ (0,282 1,822 – 0,456)0.5 =1, 66 < 6 .

Оцінка результатів: для щільності сухого ґрунту (ρd) виконується обидві умови – для (NI) та (NIІ), тому одержані середні значення та стандарт можна використовувати в обчисленні розрахункових значень для першого і другого граничних станів.

Пористість ґрунту (n) : n=0,4735, n=6 , S=0,00543 , y=0.015

V = S/х =0, 00543/0, 4735=0, 01147.

ВІ = 0,975+(0,01147/0,015)2 = 1,56 ;

NI = 1,292 1, 56+ (1, 67 2, 43-1,589)0, 5 = 4, 17 < 6 .

Оцінка результатів та сама.

Тангенс кута внутрішнього тертя (tgφ): tgφ = 0,2640, n = 4, S = 0,0069, у = 0,100

V = S/х = 0, 0069/0, 2640.= 0, 0261 .

ВІ = 0, 975 + (0, 0261/0,100)2 = 1,043 ;

NI = 1, 292 1, 043+ (1, 67 1,088– 1,589)0, 5 = 1, 82 < 4 .

В ІІ = 1,271 + (0,0261:0,100)2 = 1,339 ;

NIІ = 0,531*1,339 + (0,282*1,793– 0,456)0, 5 = 0, 94 < 4 .

Оцінка результатів: для тангенса кута внутрішнього тертя виконується обидві умови – для (NI) та (NIІ), тому одержані середні значення та стандарт можна використовувати в обчисленні розрахункових значень для першого і другого граничних станів.

Питоме зчеплення (С): С = 13,995, n = 4, S = 1,3456, у = 0,100

V = S/х = 1, 3456/13, 995 = 0,096.

ВІ = 0,975 + (0,096/0,100)2 = 1,89 ;

NI = 1,292 1, 82+ (1, 67 3, 59– 1,589)0, 5 = 4, 44 > 4 ;

В ІІ = 1,271 + (0,096/0,100)2 = 2,1926 ;

NIІ = 0,531 2, 1926+ (0,282 2, 19262– 0,456)0, 5 = 2, 11 < 4 .

Оцінка результатів:для питомого зчеплення кількість n =4 недостатня, у випадкові використання в обчисленні за першим граничним станом, але перевищення 4, 44 > 4 мале, і ним можна знехтувати. У розрахунках за другим граничним станом умова (3.1) виконується із подвійним запасом.

4. ОБЧИСЛЕННЯ НОРМАТИВНИХ ЗНАЧЕНЬ

4.1 Обчислення нормативних значень характеристик додатково до завдання

Проводжу обчислення за допомогою формул, з використанням значень характеристик прискорення вільного падіння g = 10 м/с2 та густини води ρw =1000 кг/м3.

Вологість водонасиченого ґрунту WSAT = Wρd/ ρw =0,31 1434,98/1000 = 0,4448 ч. о.

Ступінь вологості Sr = W/ WSAT = 0,31/0,4448 = 0,697 ч. о.

Щільність частинок ґрунту ρS = ρd /1- n =1434,98/1 - 0,4735 = 2726 кг/м3

Щільність водонасиченого ρSAT = (1+ WSAT ) ρd = (1+0,4448)1434,98 = 2073 кг/м3

Щільність ґрунту ρ = (1+W) d = (1+0,31)1434,98 = 1880 кг/м3

Пористість n = е/(1+е ) = 0,9/(1+0,9) = 0,4735 ч. о.

Питома вага ґрунту γ = gρ = 10 1880 = 18800 Н/м3 = 18,8 кН/м3

Питома вага сухого ґрунту γd = gρd = 10 1434,98 = 14349,8 Н/м3 = 14,35 кН/м3

Питома частинок γS = gρS = 10 2726 = 27260 Н/м3 = 27,26кН/м3

Питома вага водонасиченого ґрунту, що є водоупором γSAT = gρSAT = 10 2073 = 20730Н/м3 = 20,73 кН/м3

Питома вага зваженого ґрунту γSb = γSAT-γw = gSATw) = 10(2073-1000) = 10730Н/м3= 10,73 кН/м3

Число пластичності зваженого ґрунту Ip = WLWp = 0,358 - 0,198 = 0,16

Покажчик текучості IL = (WWp)/ Ip = (0,31 – 0,198)/ 0,16 = 0,7

4.2 Перевірка обчислених у підрозділові 4.1 значень зворотними розрахунками

Вологість ґрунту природна:а)W= Wv w/( - Wv w) = 0,44 1000/1880 - 0,44 1000 = 0,3055 ч.о.

б) W =(/(1-n) ρS)-1=(1880/(91-0,4735)2726)-1 =0,3098 ч.о.

Відносні відхилення становлять 0,04% і ними можна знехтувати.

Вологість об’ємна :а ) Wv = Wρd / w = 0,31 1434,8/1000 = 0,4448 ч.о.

б) Wv = Wρ /(1+W) w = 0,31 1880 /(1+0,31)1000 = 0,4448 ч.о.

Обчислені значення співпадають з табличними.

Коефіцієнт пористості а) е = n /1-n = 0,4735 /1-0,4735 = 0,899 ч.о.

б) е = ((1+ W) ρS /ρ)-1= ((1+0,31)2726 /1880) -1= 0,9 ч.о.

Відносним відхиленням не значне і ним можна знехтувати.

Межа текучості а) WL = Ip+Wp = 0,16 + 0,198 = 0,358 ч.о.

б) WL = (Wp IL+W - Wp)/IL = (0,198 0,7 + 0,31 – 0,198)/0,7 = 0,358 ч.о.

Відносні відхилення співпадають з табличними.

Межа розкочування а) Wp = WL - Ip = 0,358 – 0,16 = 0,198 ч.о.

б) Wp = (IL WL - W)/(IL -1) = (0,7 0,358 –0,31 )/(0,7 -1) = 0,198

Обчислені значення співпадають з табличними.

4.3 Порівняння обчислених і табличних нормативних значень механічних характеристик

Значення механічних характеристик – модуля деформації, кута внутрішнього тертя та питомого зчеплення (табл. 2.3) – перевіряю способом порівняння із табличними за нормалями. Табличні значення одержую у таблицях посібника [6] з використанням назви ґрунту, покажчика текучості та коефіцієнта пористості (табл. 4.1).

Таблиця 4.1. Порівняння нормативних значень механічних характеристик для мого варіанту (суглинок)

Характеристика ґрунту

Одиниця виміру

Обчислено табл. 2.3

За нормалями

Модуль деформації (Е)

МПа

6,68

6,5

Кут внутрішнього тертя (φ)

Градус

15

17

Питоме зчеплення (с)

кПа

14

15

Дані таблиці свідчать про невеликий розбіг значень у 3-х випадках.

4.4 Підсумок обчислення нормативних значень характеристик

За стандартом [4] нормативними називають середні арифметичні значення чисельного масиву, вільного від екстремальних значень, та розміри якого статично значущі. У даному звітові нормативними також вважаються обчислені за формулами значення (табл. 4.2) на підставі нормативних значень інших характеристик.

Таблиця 4.2. Зведення даних про нормативні значення характеристик глинястого ґрунту.

Назва характеристики ґрунту та її позначка

Значення

Вологість ґрунту природна (W), ч. о.

0,31

Вологість ґрунту водонасиченого (WSAT),ч. о.

0,4448

Вологість ґрунту об’ємна (WV), ч. о.

0,44

Ступінь вологості (Sr), ч. о.

0,697

Межа текучості (WL), ч. о.

0,358

Межа розкочування (Wp), ч. о.

0,198

Число пластичності (Ip), ч. о.

0,16

Покажчик текучості (IL), ч. о.

0,7

Щільність (ρ), кг/м3

1880

Щільність сухого ґрунту (ρd), кг/м3

1435

Щільність частинок (ρS), кг/м3

2726

Щільність водонасиченого ґрунту(ρSAT), кг/м3

2073

Питома вага ґрунту (γ), кН/м3

18,8

Питома вага сухого ґрунту (γd), кН/м3

14,35

Питома вага частинок (γS), кН/м3

27,26

Питома вага водонасиченого ґрунту,коли

Sr = 1 (γSAT) кН/м3

20,73

Питома вага зваженого ґрунту (γSb), кН/м3

10,73

Пористість ґрунту (n) ,ч. о.

0,4735

Коефіцієнт пористості(е), ч. о.

0,9

Модуль деформації ґрунту (Е), МПа

6,68

Тангенс кута внутрішнього тертя (tgφ)

15

Питоме зчеплення (с), кПа

14

5. ОБЧИСЛЕННЯ РОЗРАХУНКОВИХ ЗНАЧЕНЬ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТУ

Їх визначення заключний етап цієї курсової праці, в якому будуть використані усі попередні результати. За даними стандарту [4] та нормалі [3] усі характеристики ґрунтів поділені на три групи стосовно методів визначення розрахункових значень. Першу справляють кут внутрішнього тертя та питоме зчеплення ґрунту, до другої групи входять питома вага будь-якого ґрунту і міцність скельного, третя-це усі інші характеристики, що не увійшли до першої та другої.

5.1 Кут внутрішнього тертя та питоме зчеплення нескельного ґрунту

ХІ(ІІ) = (1 - уІ(ІІ)ІІ ; (5.1)

YІ(ІІ) = VtІ(ІІ) ; (5.2)

де ХІ – розрахункове значення тангенса кута внутрішнього тертя або питомого зчеплення для обчислення підґрунтя споруди за несучої здатності (за першим граничним станом), коли довірча ймовірність αІ = 0,95 ;

ХІІ - розрахункове значення тангенса кута внутрішнього тертя або питомого зчеплення для обчислення підґрунтя споруди за деформаціями (за другим граничним станом), коли довірча ймовірність αІІ = 0,85 ;

Хn – нормативне значення характеристик ;

YІ(ІІ) – покажчик точності за αІ = 0,95 та αІІ = 0,85 відповідно ;

V – коефіцієнт варіації ;

tІ(ІІ) – безрозмірний табличний коефіцієнт; за αІ = 0, 95 та k=n-1=4-1=3, tІ=2, 35; якщо αІІ = 0, 85 та k=4-1=3, tІІ=1, 25 .

Обчислюю коефіцієнт варіації за формулою (3.2):

Vtg = S/tgn = 0, 0069 /0, 2640 = 0, 0261;

Vc = S/Cn = 1, 3456 /13,995 = 0, 0961 .

Обчислюю покажчики точності за формулою (5.2):

YtgI = VtgtІ = 0, 0261 2, 35 = 0, 0613 ;

YtgII = VtgtІІ = 0, 0261 1, 25 = 0, 0326 ;

YcI = VctІ = 0, 0961 2, 35 = 0, 2258 ;

YcII = VctІІ =0, 0961 1, 25 = 0, 1201 .

Обчислюю розрахункові значення за формулою (5.1):

tgφI = (1 - уtgI) tgφn = (1 - 0, 0613)0, 2640 = 0, 2478 ;

tgφIІ = (1 - уtgIІ) tgφn = (1 - 0, 0326)0, 2640 = 0, 2553 ;

СІ = (1 - уcI) Cn = (1 - 0,2258)13,995 = 10,8349 кПа ;

СІІ = (1 - уcIІ) Cn = (1 - 0,1201)13,995 = 12,3142 кПа ;

φІ = 13°58, φІІ = 14°20, φn = 15° .

Оцінка результатів. Більш значні відхилення розрахункових значень від нормативних спостерігаються у питомого зчеплення – 10,83 та 12,31 проти 13,995 кПа відповідно, що можна пояснити нерівномірністю структурування ґрунту та цементації контактів між мінеральними частинками. Менше відхиляються від нормативного розрахункові значення кута внутрішнього тертя – 13° та 14° проти 15° відповідно, що може бути наслідком більшої однорідності частинок та агрегатів.

5.2 Розрахункові значення питомої ваги ґрунту

Обчислюю їх з використанням нормативного значення та стандарту щільності ґрунту (табл. 2.3). Спочатку знаходжу нормативне значення питомої ваги та ґрунту:

γn = gρn = 10 1435 =14350Н/м3 = 14,35 кН/м3 ;

Sγ = gSρ = 10 16 =160 Н/м3 = 0, 16 кН/м3 ;

Розрахункові значення питомої ваги обчислюю за формулами [4,5] :

γІ(ІІ) = γn – (StgI(ІІ)/ √n-1); (5.3)

γІ+(ІІ) = γn – (StgI(ІІ)/ √n-1); (5.4)

де γІ(ІІ) - розрахункове значення питомої ваги для обчислення підґрунтя фундаментів споруд за несучої здатності (за першим граничним станом γІ), та деформаціями (за другим граничним станом γІІ) ;

γІ+(ІІ) – те саме, у розрахунках стійкості схилів або бортів кар’єрів чи інших виїмок ;

γn – нормативне значення питомої ваги ;

S – стандарт питомої ваги ;

tІ(ІІ)tІ=2, 01; tІІ=1, 17 .

Конкретні обчислення за формулами (5.3) і (5.4):

γІ = 14,35 – ((0,16 2,01)/√6 - 1) = 14,21 кН/м3 ;

γІІ =14,35 – ((0,16 1,17)/√6 - 1) = 14,27 кН/м3 ;

γІ+ =14,35 + ((0,16 2,01)/√6 - 1) = 14,49 кН/м3 ;

γІІ +=14,35 + ((0,16 1,17)/√6 - 1) = 14,43 кН/м3 .

Оцінка результатів. Перші два значення ( 14,21 та 14,27 ) менші за нормативне, а два інших ( 14,49 та 14,43 ) більші, що відповідає логіці формул (5.3) і (5.4).

5.3 Розрахункові значення будь-яких характеристик, окрім обчислених у підрозділах 5.1 та 5.2

За положенням стандарту [4] розрахункове значення кожної з таких характеристик співпадає з нормативним. У розділах 2 і 4 їх значення підраховані.

5.4 Логічні перевірки значень характеристик та кваліфікація ґрунту

Якщо в розрахунках не зроблені грубі помилки, повинні виконуватися нерівняння (5.5)…(5.16):

W<WV; 0, 31<0, 44 (5.5)

WWSAT; 0, 31<0, 4448 (5.6)

Sr≤1; 0,679 < 1 (5.7)

ρd≤ρ≤ρSAT≤ρS; 1435≤1880≤2073≤2726 (5.8)

γsb≤γd≤γ≤γSAT≤γS; 10,73<14,35<18,8<20,73<27,26 (5.9)

n<1; 0, 4735<1 (5.10)

ne; 0, 4735<0, 9 (5.11)

ρS ≈ 2660…2740; 2660<27262740 (5.12)

φn φIIφI; 15°>14, 2°, >13, 58° (5.13)

cn>cII>cI; 13,995 >12, 3142 >10, 8349 (5.14)

γІ+> γІI+nІІІ; 14,49>14,43>14,35>14,27>14,24 (5.15)

n > WV; 0, 4735> 0, 44 (5.16)

Оцінка результатів. Усі логічні перевірки витримані, тому обчисленні розрахункові значення характеристик вважаю такими, що не протирічать фізичному змістові, і дійсними.

Деякі з характеристик є кваліфікаційними, тому використовую їх для оцінок ґрунту за стандартом [8] :

а) назва глинястого ґрунту – «суглинок», тому що його число пластичності Ip =0,16 і попадає в інтервал 0,07… 0,17 за яким ґрунту надається саме така назва;

б) стан – «мягкопластичний», бо покажчик IL = 0,7 відповідає інтервалові 0,5…0,75 за яким стан ґрунту зветься саме так;

в) за ступенем вологості Sr = 0,697 ґрунт є вологим, тому що значення Sr < 0,8 який відповідає станові вологий.

ВИСНОВКИ

Під час виконання курсової роботи використані обчислені за стандартом [4] , нормаллю [3] та працею [5] , табличні нормативні значення механічних характеристик ґрунтів за нормалями[6, 7]. Побудовані графіки – паспорти міцності нескельного ґрунту, застосовані наближені формули для визначення характеристик міцності за результатами випробувань на одно площинне зрушення трьох зразків чи монолітів [2] , логічні критерії для співвідношень значень характеристик. Не всі початкові значення заданих характеристик виявилися дійсними, але в усіх випадках дійсними залишилися шість поодиноких значень, що відповідає вимогам нормалі [6] . Обчисленні нормативні значення та на їх підставі – розрахункові 22-х характеристик (табл. 6.1), які використовують в інженерно-геологічних та суміжних задачах. Досліджений ґрунт – суглинок, вологий у м’яко пластичному стані.

Таблиця 6.1. Розрахункові значення характеристик ґрунтів. Зведені дані.

Назва характеристики ґрунту та її позначка

Значення

Вологість ґрунту природна (W) , ч. о.

0,31

Вологість ґрунту водонасиченого (WSAT) , ч. о.

0,4448

Вологість ґрунту об’ємна (WV) , ч. о.

0,44

Ступінь вологості (Sr) , ч. о.

0,697

Межа текучості (WL) , ч. о.

0,358

Межа розкочування (Wp) , ч. о.

0,198

Число пластичності (Ip) , ч. о.

0,16

Покажчик текучості (IL) , ч. о.

0,7

Щільність (ρ) , кг/м3

1880

Щільність сухого ґрунту (ρd) , кг/м3

1435

Щільність частинок (ρS) , кг/м3

2726

Щільність водонасиченого ґрунту (ρSAT) , кг/м3

2073

Питома вага ґрунту (γІ) , кН/м3

(γІІ) , кН/м3

14,21

14,27

Питома вага ґрунту (γІ+) , кН/м3

(γІІ+), кН/м3

14,49

14,43

Питома вага сухого ґрунту (γd) , кН/м3

14,35

Питома вага частинок (γS) , кН/м3

27,26

Питома вага водонасиченого ґрунту (γSAT) , кН/м3

20,73

Питома вага зваженого ґрунту (γSb) , кН/м3

10,73

Пористість ґрунту (n) , ч. о.

0,4735

Коефіцієнт пористості(е) , ч. о.

0,9

Модуль деформації ґрунту (Е), МПа

7,03

Кут внутрішнього тертя (φІ), градус

(φІІ), градус

13,58

14,20

Питоме зчеплення (СІ), кПа

(СІІ), кПа

10,8349

12,3142

ЛІТЕРАТУРА

  1. Бібліографічне описання даних методичних рекомендацій до виконання курсової роботи.

  2. Осауленко В.Т. Формули для обчислення деяких фізико-механічних характеристик ґрунтів / Актуальні проблеми геології, географії та екології. Том 2. Збірник наукових праць. – Дніпропетровськ: Навчальна книга, 1999. - с.102…108.

  3. СниП 2.01.15 - 90. Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения проектирования.- М.:ЦИТП Госстроя СССР, 1991.- 32с.

  4. ГОСТ 20522-75. Грунты. Метод статистической обработки результатов определений характеристик. – М.:Изд-во стандартов, 1977. - 13с.

  5. Осауленко В.Т. Обработка результатов испытаний грунтов: Учебное пособие для вузов. – Днепропетровск: Изд-во ДГУ, 1992. - 60с.

  6. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СниП 2.02.01-83). –М.:Строиздат, 1986.- 415с.

  7. СниП 2.02.01-83 Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования.-М.:ЦИТП Госстроя СССР, 1983.- 22с.

  8. ГОСТ 25100 - 82. Грунты. Классификация. – М.:Изд-во стандартов, 1982. - 9с.

Похожие работы: