Пассивное давление грунта

При движении стенки на грунт под действием внешней активной силы возникающие напряжения а_х = сг_х > а₂ = а₃. Поэтому условие предельного равновесия элемента будет в форме (2.49)

о’ = а* = а_г (45° + с?/2) + 2 с (45° + ср/2),

а угол наклона площадок скольжения к горизонтальным главным равен 45 — ф/2 (рис. 6.7).

Е_а = | а.ск = (тг_Рй*/2 + получим выражение для определения пассивного давления

Для определения пассивного давления — отпора грунта в случае шероховатых наклонных стенок и наклонной поверхности грунта может также применяться расчетная схема Ш. Кулона, рассматривающая предельное равновесие выпираемого по плоской поверхности скольжения недеформируемого клина. Расчетная схема будет аналогична приведенной на рис. 6.4, но в отличие от случая активного давления будут обратны по направлению силы трения по плоскостям

Рис. 6.7. Пассивное давление грунта на вертикальную гладкую стенку: а — линии скольжения; 6 — давление несвязного грунта; в — давление связного грунта

Е_и = О зш (0 + ®)/зш (90° + ш + е — ср + 0). (6.10)

Также может применяться графический вариант решения этой задачи К- Кульмана с использованием построения, аналогичного приведенному на рис. 6.6 для случая активного давления, но только также с противоположным направлением сил трения по границам клина выпора.

В случае идеально гладкой вертикальной стенки (со = 0) и горизонтальной поверхности грунта строгое решение теории предельного равновесия, использование предельных соотношений между главными напряжениями на контакте стенки с грунтом, аналитическое решение по схеме отвердевшего клина выпора Ш. Кулона или графическое, например К- Кульмана, в определении Е_а приводят к совпадающему результату.

Если для случая активного давления отмечается близость результатов приближенных и строгих решений, а также удовлетворительное подтверждение их опытными данными, то при определении пассивного давления, наоборот, в ряде случаев отмечается их существенное расхождение.

Для шероховатых стенок даже при небольшой величине угла трения грунта о стенку (со) по решениям теории предельного равновесия возникает значительное искривление линий скольжения, существенно отличающихся от прямолинейных, принимаемых в методе Кулона. В результате метод Кулона приводит к значительному завышению пассивного давления, особенно при больших значениях угла внутреннего трения грунта. В качестве примера в табл. 6.1 приведены результаты числового решения задачи предельного равновесия для определения пассивного давления несвязного грунта на вертикальную стенку и сопоставление со случаем плоских поверхностей скольжения Кулона. Величина Х_п, называемая коэффициентом пассивного давления, позволяет определить величину пассивного давления как.

Поэтому нормативными документами при учете сил трения грунта о стенку предлагается определять пассивное давление не по решениям Кулона, а с помощью табл. 6.1, т. е. по решениям теории предельного равновесия (более подробно см. гл. 9).

Особенно существенным фактором, определяющим величину отпора грунта, является наблюдаемое при смещении сооружения в сторону грунта его интенсивное уплотнение, наиболее ярко проявляющееся в пределах постепенно развивающейся призмы выпора. Поэтому, прежде чем сформируется призма выпора и возникнет полное пассивное давление (полная эпюра предельной реакции грунта) на стенку, необходимо значительное горизонтальное смещение стенки (см. рис. 6.2), тем большее, чем больше сжимаемость грунта засыпки. Во многих случаях такие смещения <1>П на рис. 6.2) оказываются недопустимыми для нормальной эксплуатации сооружений и поэтому не представляется возможным использовать в расчетах полную величину отпора — пассивное давление грунта. Следует отметить, что как решения теории предельного равновесия, так и схема Кулона с отвердевшим клином выпора никак не позволяют’оценить необходимые для получения Е_а смещения. Существование Е_а в этих расчетных моделях постулируется независимо от смещений, формально при бесконечно малых смещениях, т. е. грунт рассматривается недеформируемым.

Для оценки развития отпора грунта в зависимости от горизонтального смещения стенки В. А. Флориным [34] предложен приближенныйспособ, основанный на предположении, что уплотнение грунта происходит только в пределах клина выпора (рис. 6.7, а) и по мере увеличения отпора грунта зона уплотнения увеличивается путем перемещения вертикальной границы 1—1 (рис. 6.7, а) вглубь засыпки (Г—Г и т. д.). Снизу зона уплотнения ограничена постепенно увеличивающейся плоскостью сдвига аЬ, которая в пределе (при Е_п) достигает поверхности засыпки. На участке аЬ грунт принимается находящимся в предельном состоянии. В этом случае весьма эффективна модель упругопластического тела засыпки, позволяющая получить решения без введен описанных выше весьма грубых допущений.

Источник

7.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ АКТИВНОГО И ПАССИВНОГО ДАВЛЕНИЯ ГРУНТА НА СТЕНЫ

7.2.1. Общие положения

Давление грунта на стены зависит от их конструктивных особенностей (наклона и жесткости стены, наличия разгружающих элементов и т.д.), от свойств грунта, взаимодействующего со стеной, от величины и направления перемещений, поворота и прогиба стены [2].

7.2.2. Характеристики грунта, используемые при определении давления грунта

На стенки действует боковое давление грунта нарушенного сложения. Характеристики этого грунта выражаются через соответствующие характеристики грунта ненарушенного сложения следующими соотношениями [3]:

где γ_I, φ_I, c_I, γ_II, φ_II, c_II — соответственно удельный вес, угол внутреннего трения и удельное сцепление грунтов ненарушенного сложения для расчетов по первой и второй группам предельных состояний, определяемые в соответствии со СНиП 2.02.01-83.

7.2.3. Активное давление грунта

А. НЕСВЯЗНЫЙ ГРУНТ

В случае свободной от нагрузки наклонной поверхности засыпки и наклонной тыловой грани стены горизонтальная σ_ah и вертикальная σ_av составляющие активного давления грунта на глубине z (рис. 7.7) определяются по формулам [3, 4]:

В частном случае для гладкой вертикальной тыловой грани и горизонтальной поверхности грунта коэффициент активного давления вычисляется по формуле

Равнодействующие горизонтального Е_ah и вертикального E_av давлений грунта для стен высотой Н определяются как площади соответствующих треугольных эпюр давлений (рис. 7.7) по формулам:

Б. СВЯЗНЫЙ ГРУНТ

Горизонтальная σ’_ah и вертикальная σ’_av составляющие активного давления связного грунта на глубине z (см. рис. 7.7) определяются по формулам:

где σ_ch — давление связности:

здесь с — удельное сцепление грунта;

В частном случае при горизонтальной поверхности засыпки ( ρ = 0) и вертикальной задней грани ( α = 0) (или расчетной плоскости) горизонтальная составляющая активного давления грунта на глубине z определяется по формуле

Равнодействующая горизонтального Е‘_ah и вертикального E‘_av давлений грунта для стен высотой Н (см. рис. 7.7) определяется по формулам;

В. ДАВЛЕНИЕ НА СТЕНЫ ОТ НАГРУЗКИ НА ПОВЕРХНОСТИ ЗАСЫПКИ

Сплошная равномерно распределенная нагрузка q (рис. 7.8, а). Горизонтальная σ_qh и вертикальная σ_qv составляющие активного давления грунта от этой нагрузки на глубине z для связных и несвязных грунтов определяются по формулам:

При расчете подпорных стен давления от нагрузок на поверхности засыпки, вычисленные по формулам (7.14) и (7.15), добавляются к давлениям от грунта, вычисленным по формулам (7.1), (7.2) и (7.7), (7.8).

Г. ДАВЛЕНИЕ ГРУНТА НА УГОЛКОВЫЕ ПОДПОРНЫЕ СТЕНЫ

Для уголковых подпорных стен активное давление грунта на условную поверхность определяется по двум возможным вариантам:

7.2.4. Пассивное давление грунта

При горизонтальной поверхности грунта и равномерно распределенной нагрузке на поверхности горизонтальная σ_ph и вертикальная σ_pv составляющие пассивного давления на глубине z от поверхности определяются по формулам:

где q — нагрузка, равномерно распределенная на поверхности; λ_ph — коэффициент горизонтальной составляющей пассивного давления, определяемый при горизонтальной поверхности грунта по формуле

Источник

Понятие об активном и пассивном давлении грунта

Давление грунта на подпорную стенку зависит от направления, величины и характера ее смещения.

Если подпорная стенка под действием давления грунта не имеет возможности смещаться (например, фундамент коробчатого сечения или стенка подземного резервуара), то давление, оказываемое на стенку со стороны грунта, называют давлением покоя(рис. 7.2). Оно может быть определено через коэффициент бокового давления:

, (7.1)

где s₀ – ордината давления покоя; g – удельный вес грунта; n – коэффициент Пуассона грунта; z – ордината точки, в которой определяется давление.

Эпюра давления грунта на стенку будет иметь вид треугольника, и при высоте стенки h равнодействующая эпюры давления покоя определится как

. (7.2)

Рис. 7.2. Действие давления покоя на неподвижную

Под действием давления грунта возможно смещение стенки в сторону от засыпки. При этом в грунте засыпки формируется область обрушения грунта, граница которой называется поверхностью скольжения, а сама область – призмой обрушения. Давление, которое испытывает стенка со стороны грунта в этом случае, называется активным давлением. Ордината активного давления обозначается s_а , а ее равнодействующая – Е_а.

Если под действием каких-то сил подпорная стенка смещается в сторону грунта, в засыпке образуются поверхности скольжения и формируется призма выпирания грунта. При этом давление грунта достигает максимального значения и называется пассивным давлением (отпором). Ордината пассивного давления обозначается s_р , а ее равнодействующая – Е_р.

Развитие в грунте засыпки активного и пассивного давления на подпорную стенку показано на рис. 7.3.

Рис. 7.3. Развитие активного и пассивного давления на подпорную стену: 1 – призма обрушения; 2 – призма выпирания

Формирование активного, пассивного давления и давления покоя на ограждающую конструкцию может быть проиллюстрировано графиком, представленным на рис. 7.4.

Рис. 7.4. Формирование активного, пассивного давления

и давления покоя на ограждающую конструкцию

Как показывают эксперименты, для полного формирования призмы обрушения и развития активного давления на подпорную стенку требуются очень небольшие перемещения стенки. Напротив, образование призмы выпирания и развитие пассивного давления происходят при значительно больших значениях перемещений стенки.

При горизонтальных перемещениях подпорной стенки более 0,0005h зависимость величин бокового давления грунта соответствует диаграмме на рис.7.4. Боковое давление грунта становится равным активному давлению, если величина горизонтального перемещения конструкции в направлении от грунта превышает 0,001h. Пассивное давление начинает действовать, когда величина горизонтального перемещения конструкции в направлении на грунт превышает 0,01h для влажных грунтов и 0,02h для водонасыщенных грунтов.

Так как в пределах призмы обрушения и призмы выпирания возникает предельное состояние грунта, задача определения активного и пассивного давления на подпорную стенку решается методами теории предельного равновесия. При этом поверхности скольжения приобретают сложное криволинейное очертание вследствие трения грунта о стенку. Точное определение очертаний линий скольжения связано со значительными математическими трудностями. Точное решение для общего случая давления грунта на подпорную стенку было получено проф. В.В. Соколовским.

Ввиду сложности точного решения для многих практических задач вместо криволинейных поверхностей скольжения принимают плоские. Этот метод был предложен еще Ш. Кулоном (1773 г.). Метод Кулона основан на следующих допущениях:

— поверхности скольжения плоские;

— призма обрушения соответствует максимальному давлению грунта на подпорную стенку;

— трение грунта призмы обрушения о стенку отсутствует;

— стенка абсолютно жесткая.

При определении активного давления метод Кулона дает результаты, близкие к строгим решениям. При определении пассивного давления получается завышенный результат, причем погрешность возрастает с увеличением угла внутреннего трения грунта. В этом случае лучше пользоваться методами, основанными на предположении криволинейных поверхностей скольжения или на теории предельного равновесия.

Источник

Пассивное давление грунта

для несвязного грунта ( с = 0)

(10.24)

для связного грунта ( с № 0)

(10.25)

Рис. 10.16. Схема к расчету пассивного давления грунта на вертикальную гладкую стенку

В расчетах устойчивости стен при глубинном сдвиге на нескальном основании на передней грани определяется пассивное давление. Во многих случаях передняя грань представляет вертикальную плоскость. Для ограждающей вертикальной поверхности (ε = 0) при горизонтальной отсыпке ( ρ = 0) пассивное давление грунта определяется по формуле

(10.26)

где λ phφ — коэффициент пассивного давления грунта

(10.27)

На рис. 10.17 показана эпюра интенсивности пассивного давления грунта и точка приложения пассивного давления при глубинном сдвиге на нескальных грунтах, поверхность скольжения в качестве примера наклонена под углом φ/2 к горизонту.

Рис. 10.17. Схема к расчету пассивного давления грунта

Источник

Виды боковых давлений грунта на подпорные стены СП 101.13330.2012

Согласно СП 101.13330.2012 «СНиП 2.06.07-87. Подпорные стены, судоходные шлюзы, рыбопропускные и рыбозащитные сооружения» Приложение М (рекомендуемое) Определение бокового давления грунта
существует великое множество боковых давлений грунта на подпорные стены:
Активное давление
Давление грунта в состоянии покоя
Давление грунта на внутренние стены ячеек (оболочек)
Пассивное давление
Дополнительное (реактивное) давление грунта

В то же время в институте меня учили только 2 видам: активному (фактическое давление грунта на подпорную стену, когда на стену действует условно только грунт) и пассивному (максимально возможное давление отпора грунта при вжатии подпорной стены в грунт).

Оснащение проходки горных выработок, ПОС, нормоконтроль, КР, АР

Немного в сторону от основной темы. В разделе 9 СП 22 есть ещё указания, которые не очень стыкуются с СП 43 «Сооружения промпредприятий».
Например, при сдвиге подпорной стены по подошве принимать пониженный угол трения с коэф. 0,67, а удельное сцепление принимать равным нулю (а не ограничивать величиной в 5 кПа). Также, в некоторых случаях снижают пассивное давление (при «фи» больше 20 градусов).

Инженер-проектировщик, по совместительству Йожыг-Оборотень

Источник