СНиП 2.02.02-85. Основания гидротехнических сооружений. Часть 4

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Обязательное

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОДУЛЕЙ ДЕФОРМАЦИИ ОСНОВАНИЙ ДЛЯ РАСЧЕТА ПЕРЕМЕЩЕНИЙ СООРУЖЕНИЙ

1. В зависимости от видов сооружений и схем расчета перемещений принимаются различные значения модулей деформации E_i,( E_p,i, E_s,i ) Е_m. За исходные принимаются значения модулей, определенные компрессионными испытаниями или полевыми опытами на штампах.

2. Модуль деформации i–го слоя Е_i следует определять по формулам:

; (1)

(2)

где E’_i – модуль деформации первичной (E’_p,i) или вторичной(E’_s,i) ветви компрессионной кривой;

(3)

(4)

e₁ – коэффициент пористости грунта, соответствующий напряжению от собственного веса грунта в середине i–гo слоя основания ;

e₂ – коэффициент пористости грунта, соответствующий суммарному напряжению ( – напряжение от веса сооружения в середине i–го слоя основания);

v – коэффициент поперечного расширения грунта i–го слоя;

m_pl – коэффициент, принимаемый для пылевато–глинистых грунтов равным отношению модуля деформации, полученного при испытании грунтов штампами, к модулю деформации, полученному при компрессионных испытаниях. При отсутствии указанных данных коэффициент m_pl для пылевато–глинистых грунтов твердой и полутвердой консистенций допускается принимать по чертежу в зависимости от коэффициента пористости е и показателя текучести I_l. Для пылевато–глинистых грунтов пластичных консистенций и песчаных грунтов коэффициент m_pl принимается равным 1;

График для определения коэффициента m_pl

т_с – коэффициент, учитывающий размеры фундамента и принимаемый равным 1 для сооружений, имеющих ширину менее 20 м или площадь менее 500 м²; в других случаях коэффициент т_с определяется по формуле

(5)

где А – площадь фундамента, м², определяемая для фундаментов с соотношением как А = lb, а для фундаментов с соотношением >3– как А = 3b²;

A – площадь, равная 1 м²;

п_i – параметр, определяемый по результатам испытаний i–го слоя грунта двумя штампами различных площадей A₁ и A₂ под одной и той же нагрузкой по формуле

(6)

В формуле (6):

– приращения осадок штампов с площадями A₁ и A₂ от дополнительного давления по результатам испытаний i–го слоя.

При отсутствии данных штамповых испытаний допускается принимать следующие значения параметра n_i для грунтов:

пылевато–глинистых ледниковых........0,2

остальных пылевато–глинистых. .........0,3

песчаных. ............................................0,5

3. Средний модуль деформации всего сжимаемого слоя Е_m следует определять по формуле

. (6)

где Е_i – то же, что в формуле (1);

h_i – толщина i–го слоя грунта;

– коэффициент, определяемый по обязательному приложению 11 для глубины z_i, соответствующей середине i–гo слоя.

4. При расчетах осадок грунтовых плотин в формуле (1) рекомендуется приниматьи . Значение модуля деформации Е_i, полученное таким образом, как правило, должно быть уточнено натурными измерениями на опытных насыпях или на реальных сооружениях.

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

Рекомендуемое

РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ БЕТОННЫХ СООРУЖЕНИЙ НА СКАЛЬНЫХ ОСНОВАНИЯХ ПО СХЕМЕ ПРЕДЕЛЬНОГО ПОВОРОТА (ОПРОКИДЫВАНИЯ)

1. В соответствии с п. 3.20 при расчетах устойчивости бетонных сооружений по схеме предельного поворота (опрокидывания) следует рассматривать возможность нарушения прочности основания на смятие под низовой гранью сооружения при его повороте и наклоне, вызванном действием опрокидывающих сил. При этом необходимо соблюдать условие (19):

где – то же, что в условии (19);

М_t,. M_r – суммы моментов сил, стремящихся соответственно опрокинуть и удержать сооружение, относительно оси О_с, расположенной посредине площадки смятия ВС (см. чертеж). Моменты определяются от каждого силового воздействия в целом, а не от его составляющих. Допускается разлагать силы на горизонтальные и вертикальные составляющие, но относить их к опрокидывающим и удерживающим надлежит в соответствии с тем, к какому направлению относится момент всей силы.

Схема к расчету устойчивости сооружения по предельному повороту (опрокидыванию)

О_с – середина площадки смятия ВС; – середина площадки смятия DC^¢ при наличии упора

В случае, представленном на чертеже, в M_r следует включать моменты веса сооружения G и давления воды W₂ с низовой стороны, в М_t – моменты давления воды W₁ с верховой стороны, давления наносов E₁, противодавления U_tot и сейсмических сил P_eq.

Положение оси O_c находится по формулам:

(1)

(2)

где P – результирующая удерживающих сил;

b – ширина секции сооружения вдоль напорного фронта или толщина контрфорса;

h – плечо силы Т, определяемой как результирующая опрокидывающих сил относительно ребра низовой грани В;

l – плечо силы Р относительно ребра низовой грани В;

– угол между отрезками прямых a_c и d_c, ориентированных нормально к силам Р и Т;

– расчетное значение характеристики прочности скального основания на смятие.

Примечания: 1. Допускается в формулах (1) и (2) принимать Р и Т как результирующие соответственно вертикальных и горизонтальных сил, а = 90°.

2. При > 20 ( – среднее нормальное напряжение по подошве сооружения) допускается рассчитывать устойчивость бетонных сооружений по схеме опрокидывания относительно ребра низовой грани В.

2. При наличии с низовой стороны сооружения скального упора (на чертеже – пунктирная линия) положение оси следует находить по формулам (1) и (2) настоящего приложения, откладывая величины a_c и d_c от точки D пересечения низовой грани сооружения с поверхностью скалы.

Примечание. При отсутствии плотного контакта между низовой гранью сооружения и скальным упором последний в расчете не учитывается и расчет ведется по схеме п. 1.

3. Частные значения характеристики прочности скального основания на смятие следует, как правило, определять по результатам полевых опытов, проводимых методом нагружения штампов, прибетонированных к скальному основанию, по формуле

(3)

где, – соответственно среднее нормальное и предельное каса

А_pl – площадь подошвы штампа;

l, h – плечи сил Р и Т_lim относительно низового края подошвы штампа;

b – ширина штампа в направлении сдвига.

Примечание. Рекомендуется проводить полевые опыты при значениях .

4. Нормативные и расчетные значения характеристик прочности скального основания на смятие и следует определять в соответствии с п. 2.14.

5. Для оснований сооружений I и II классов при простых инженерно–геологических условиях на стадии технико–экономического обоснования строительства, а для оснований сооружений III и IV классов – на всех стадиях проектирования расчетные значения характеристик прочности на смятие допускается принимать по таблице.

ПРИЛОЖЕНИЕ 5

Обязательное

РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ СООРУЖЕНИЙ НА СДВИГ

ПО ПОВЕРХНОСТИ НЕОДНОРОДНОГО ОСНОВАНИЯ

В случае неоднородного (слоистого) основания расчетные характеристики прочности грунтов tg и с_I должны быть заменены средневзвешенными значениями этих характеристик tg и с_I,m. При этом имеют место следующие случаи:

а) если слои грунтов основания вертикальны или угол падения их более 60^о а простирание слоев ориентировано поперек направления сдвига или угол между ними близок к 90^о (черт. 1), значение осредненной характеристики tg определяется из уравнения

(1)

где P – равнодействующая нормальных сил;

А – площадь подошвы сооружения.

Нормальные контактные напряжения определяются в этом случае по формуле

(2)

где эксцентриситет е и абсцисса х отсчитываются от оси, проходящей через точку О, положение которой определяется формулой

(3)

Значения tg и с_I,m. определяются по формулам:

(4)

Черт. 1. Схема к расчету устойчивости сооружений на сдвиг по плоской поверхности основания с неоднородной поперечной слоистостью грунтов при большом угле падения слоев

(5)

б) при однородной слоистости грунтов на протяжении подошвы сооружения, т. е. при одинаковой доле каждого слоя на разных участках ширины подошвы, значение определяется по формуле

(6)

а значение с_I,m – по формуле (5);

в) если простирание вертикальных слоев грунтов основания ориентировано вдоль направления сдвига или угол между ними менее 10^о, значения, и с_I,m также определяются по формулам (6) и (5);

г) если слои грунтов основания пологие с углом падения менее 10^о (черт. 2), то определяется по формуле

(7)

где I – момент инерции площади подошвы;

с_I,m – определяется по формуле (5).

Черт. 2. Схема к расчету устойчивости сооружения на сдвиг по плоской поверхности основания с неоднородной поперечной слоистостью грунтов при малом угле падения слоев

ПРИЛОЖЕНИЕ 6

Рекомендуемое

РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ СООРУЖЕНИЙ ПРИ СДВИГЕ С ПОВОРОТОМ В ПЛАНЕ

1. Расчет устойчивости сооружения следует производить с учетом его поворота в плане (в плоскости подошвы) в случае, если расчетная сдвигающая сила F приложена с эксцентриситетом . При этом поворот сооружения рассматривается относительно точки 0 – центра поворота (черт. 1).

Черт. 1. Схема к расчету устойчивости сооружения при плоском сдвиге с поворотом в плане без учета отпора грунта

С_g – центр тяжести подошвы сооружения; С – центр тяжести эпюры распределенных по подошве предельных касательных напряжений; – предельные касательные напряжения;

(в случае линейной зависимости касательных напряжений от координат и прямоугольной формы подошвы сооружения

).

2. При однородном основании и равномерном распределении нормальных напряжений эксцентриситет расчетной сдвигающей силы F следует определять относительно центра тяжести подошвы сооружения C_g. При неоднородном основании или неравномерном распределении напряжений эксцентриситет необходимо определять относительно центра тяжести эпюры распределенных по подошве сооружения предельных касательных напряжений

.

Схема к расчету устойчивости сооружений при плоском сдвиге с поворотом в плане без учета отпора грунта с низовой стороны приведена на черт. 1.

3. При расчете устойчивости сооружений с прямоугольным или близким к прямоугольному очертанием подошвы и равномерным распределением предельную силу сопротивления сдвигу без учета отпора грунта следует определять по формуле

(1)

где – безразмерный коэффициент, определяемый по черт. 2;

– предельная сила сопротивления при плоском сдвиге без поворота, определяемая в соответствии с указаниями п. 3.7.

Предельную силу сопротивления при смешанном сдвиге с поворотом сооружений на нескальных основаниях допускается также определять, используя коэффициент , полученный по черт. 2.

Черт. 2. Графики для определения коэффициента и координаты центра поворота

4. При непрямоугольном очертании подошвы сооружения, неравномерном распределении или при необходимости учета отпора грунта с низовой стороны (черт. 3) предельная сила сопротивления и координаты центра поворота определяются следующими тремя уравнениями равновесия:

; (2)

(3)

(4)

где – предельное касательное напряжение на элементарной площадке ;

– угол между радиусом r, проведенным из центра поворота (с которым совмещено начало координат) до центра площадки , и осью, перпендикулярной направлению действующей силы F;

– то же, что в п. 3.7;

– расстояние, определяемое по черт. 3,а;

– эксцентриситет сдвигающей силы.

Определение предельной силы сопротивления сдвигу и координат полюса поворота производится в такой последовательности.

Из уравнений (3) и (4) исключается и из полученной системы двух уравнений подбором определяются координаты n₁ и n₂, после чего находится.

В случае, когда центр поворота О оказывается внутри площади подошвы (при значительном эксцентриситете ) и отпор грунта возникает с обеих сторон сооружения (см. черт. 3,б), необходимо использовать уравнение (2) и следующие уравнения:

(5)

(6)

где – то же, что в формулах (3) и (4);

– расчетное значение горизонтальной составляющей отпора грунта с верховой стороны сооружения;

– расстояние, определяемое по черт. 3,б.

Черт. 3. Схемы к расчету устойчивости сооружений глубокого заложения при плоском сдвиге с поворотом в плане с учетом отпора грунта

а – при расположении центра поворота вне подошвы сооружения; б – то же, в пределах подошвы сооружения

ПРИЛОЖЕНИЕ 7

Рекомендуемое

РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ СООРУЖЕНИЙ НА НЕСКАЛЬНЫХ ОСНОВАНИЯХ ПО СХЕМАМ СМЕШАННОГО И ГЛУБИННОГО СДВИГОВ

1. Для определения силы предельного сопротивления на участке сдвига с выпором R_u следует применять метод теории предельного равновесия. При этом в случае глубинного сдвига от одной вертикальной нагрузки определяется полная сила предельного сопротивления, а в случае смешанного сдвига – только ее часть, отвечающая участку сдвига с выпором и равная в соответствии с требованиями п. 3.9.

2. По этому методу профиль поверхности скольжения, ограничивающей область предельного состояния грунта основания, принимается в виде двух отрезков прямых АВ и DC, соединенных между собой криволинейной вставкой, описываемой уравнением логарифмической спирали (см. чертеж а). Связь между углом наклона к вертикали равнодействующей внешних сил, равной по значению силе предельного сопротивления сдвигу R_u, и ориентировкой треугольника предельного равновесия определяется углом , который находится по формуле

(1)

К расчету несущей способности основания и устойчивости сооружения при глубинном сдвиге

а – расчетная схема; б – график несущей способности основания; I, II,III – зоны призмы обрушения

При определении R_u сцепление грунта по своему действию принимается тождественным приложению внешней равномерно распределенной нагрузки в виде нормального напряжения (здесь tg и с_I – то же, что в п. 3.5). Значение для заданных значений (то же, что в п. 3.9) определяется следующим образом.

Строится график несущей способности основания для всей ширины b или расчетной ширины подошвы фундамента (см. чертеж б). Построение этого графика производится по ряду значений (от = 0 до ) и соответствующим им значениям .

По найденному значению находятся все данные, необходимые для определения размеров призмы выпора ABCDA. Линия АВ проводится по углу , линия ЕВ – по углу .

Линия ЕС строится по углу 45°- между ней и горизонтальной поверхностью основания. Профиль ограничивающей поверхности скольжения для промежуточной зоны II строится по уравнению логарифмической спирали. Радиус находится по формуле

, (2)

где .

Линия CD проводится через точку С под углом 45°- к горизонтальной поверхности ED.

После определения очертания призмы обрушения находятся веса (с учетом взвешивающего действия воды) отдельных ее зон I, II, III (при наличии сцепления к силе Р₃) добавляется нагрузка , соответствующая приложенному к поверхности нормальному напряжению, а при наличии пригрузки интенсивностью q – нагрузка и сила R_u по формуле

(3)

где (4)

(5)

(6)

3. В случаях, для которых в таблице приведены значения коэффициентов несущей способности , а также значения коэффициента К, позволяющего определить длину участка ED на чертеже (ED = Кb), R_u определяется по формуле

(7)

где – то же. что в п. 3.5;

q – интенсивность равномерной нагрузки на участке ED призмы выпора.

По найденным значениям R_u определяются и , используемые для построения графика (см. чертеж б), по формулам:

(8)

(9)

4. При действии на сооружение только вертикальных сил определение предельной (разрушающей) вертикальной нагрузки на основание может быть произведено указанным выше методом. При этом построение призмы обрушения производится только для = 0 и

5. При наличии в основании фильтрационного потока и необходимости учета фильтрационных сил определение R_u следует производить аналитически или графоаналитическим методом путем построения многоугольника сил на базе равнодействующих весов каждой из трех зон призмы обрушения с учетом суммарных фильтрационных сил, действующих в каждой из них.

Направления и значения суммарных фильтрационных сил определяются по заданной гидродинамической сетке движения фильтрационного потока под сооружением.

Для этого после построения объемлющей поверхности скольжения по методу, изложенному в п. 2, и построения гидродинамической сетки (методом ЭГДА или расчетным способом) каждая из зон I, II, III (см. чертеж а) оказывается разбитой на ряд участков, для каждого из которых находится линия тока, проходящая через центр тяжести участка. Направление фильтрационной силы принимается по касательной к этой линии тоже в центре тяжести участка, а значение ее – по формуле

, (10)

где – удельный вес воды;

– средний градиент напора для данного участка;

А_i – площадь участка.

Значения суммарных фильтрационных сил Ф_f1, Ф_f2, Ф_f3 определяются как геометрические суммы фильтрационных сил в пределах рассматриваемой зоны I, II или III.

6. При определении силы предельного сопротивления в случае сдвига с выпором при сейсмических воздействиях R_u,eq следует учитывать силы инерции, действующие на грунт в пределах призмы выпора и на пригрузку, определяемые по ускорению земной поверхности, соответствующему принятым расчетной сейсмичности и направлению сейсмических колебаний.

Если основание и пригрузка расположены ниже уровня воды, то по СНиП II–7–81 вес грунта основания и пригрузки принимается с учетом взвешивающего действия воды, а силы инерции определяются по плотности грунтов в водонасыщенном состоянии.

Значения коэффициентов несущей способности и коэффициента К