Геотехника: шпаргалка-пакет

Листы формул, ключевые шаги методов по каждой теме и тренировочные задачи (6) с полными решениями в конце.

Новые задачиНазад к курсу

В окне печати выберите «Сохранить как PDF», чтобы сохранить копию на своём устройстве.

1Формулы и методы

Эффективное напряжение в грунте

Полное напряжение
σ = Σγi·hi
Поровое давление
u = γw·(z − zw)
Эффективное напряжение
σ′ = σ − u
Вода
γw = 9,81 kN/m³

Консолидационная осадка

Нормально уплотнённый грунт
S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0)
Конечное напряжение
σ′f = σ′0 + Δσ (at mid-depth of the layer)
Переуплотнённый грунт, σ′f ≤ σ′p
S = Cr·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0)
Переуплотнённый грунт, σ′f > σ′p
S = H/(1 + e0)·[Cr·log₁₀(σ′p/σ′0) + Cc·log₁₀(σ′f/σ′p)]
Коэффициент переуплотнения
OCR = σ′p/σ′0
Время консолидации
t = Tv·Hdr²/cv
Путь фильтрации
Hdr = H/2 (двусторонний дренаж), H (односторонний дренаж)
Факторы времени
U 50% → 0,197, 60% → 0,287, 70% → 0,403, 80% → 0,567, 90% → 0,848

Гидростатическое давление

Давление на глубине
p = ρgh
Сила давления на вертикальную стенку
F = ρg·hc·A
Центр давления
yp = yc + Ic/(ycA)
Прямоугольник
Ic = bH³/12

2Тренировочные задачи

1.Эффективное напряжение в грунтеСредняя
песокγd​ = 16,5 kN/m³γsat​ = 19,5 kN/m³7 mуровень грунтовых водXz = 2 m

Для показанного грунтового разреза найдите вертикальное эффективное напряжение σ′ в точке X.

z = 2 mzw = 1 mγw = 9,81 kN/m³песок: γd = 16,5 kN/m³песок: γsat = 19,5 kN/m³
σ′ = kPa
2.Эффективное напряжение в грунтеСложная
песокγd​ = 15,5 kN/m³γsat​ = 18,5 kN/m³6 mглинаγsat​ = 18,5 kN/m³8 mуровень грунтовых водXz = 10 m

Для показанного грунтового разреза найдите полное вертикальное напряжение σ в точке X.

z = 10 mzw = 5 mγw = 9,81 kN/m³песок: γd = 15,5 kN/m³песок: γsat = 18,5 kN/m³глина: γsat = 18,5 kN/m³
σ = kPa
3.Консолидационная осадкаСредняя
Δσ = 40 kPaпесокглинаCc​ = 0,2, Cr​ = 0,05e0​ = 1,05σ′0​ = 50 kPaOCR = 1,58 mуровень грунтовых вод

Слой переуплотнённой глины толщиной 8 m имеет Cc = 0,2, Cr = 0,05 и e₀ = 1,05. В середине слоя эффективное вертикальное напряжение равно 50 kPa , а коэффициент переуплотнения OCR = 1,5. Новое здание добавляет 40 kPa вертикального напряжения в середине слоя. Найдите осадку первичной консолидации S в mm.

H = 8 mCc = 0,2Cr = 0,05e0 = 1,05σ′0 = 50 kPaOCR = 1,5Δσ = 40 kPa
S = mm
4.Консолидационная осадкаСложная
песокглинаH = 9 m9 mпесокуровень грунтовых вод

В лабораторном компрессионном испытании образец глины толщиной 19 mm с дренированием сверху и снизу достигает 50% консолидации за 12 min. В природе та же глина образует слой толщиной 9 m. Слой лежит между двумя слоями песка, поэтому вода отводится вверх и вниз. За сколько суток t природный слой достигнет 50% консолидации?

hlab = 19 mmtlab = 12 minH = 9 mв природе: двусторонний дренаж
t = сут
5.Гидростатическое давлениеСредняя
затворd = 3 mH = 1 m

Вертикальный прямоугольный затвор шириной 2 m находится в стенке резервуара с жидкостью (вода), его верхний край на 3 m ниже поверхности. Найдите равнодействующую силу гидростатического давления F на затвор.

d = 3 mH = 1 mb = 2 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
6.Гидростатическое давлениеСложная
затворd = 2 mH = 3 m

Вертикальный прямоугольный затвор шириной 3 m находится в стенке резервуара с жидкостью (вода), его верхний край на 2 m ниже поверхности. Найдите равнодействующую силу гидростатического давления F на затвор.

d = 2 mH = 3 mb = 3 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN

3Растворы

1.Эффективное напряжение в грунте

Ответ: σ′ = 26,19 kPa

Эффективное напряжение (Терцаги): скелет грунта воспринимает σ′ = σ − u. Полное напряжение σ — это вес всего, что над точкой, Σγ·h, с удельным весом сухого грунта выше уровня грунтовых вод и водонасыщенного — ниже. Ниже уровня грунтовых вод поровое давление гидростатическое: u = γw·(глубина ниже уровня грунтовых вод).

Полное напряжение

Сложите вес каждого слоя грунта над X. Выше уровня грунтовых вод берите удельный вес сухого грунта, ниже — водонасыщенного.

σ = γd·zw + γsat·(z − zw) = 16,5·1 + 19,5·1 = 36 kPa

Поровое давление

Давление воды растёт с глубиной ниже уровня грунтовых вод.

u = γw·(z − zw) = 9,81·1 = 9,81 kPa

Эффективное напряжение

σ′ = σ − u = 36 − 9,81 = 26,19 kPa

Ответ

σ′ = 26,19 kPa
2.Эффективное напряжение в грунте

Ответ: σ = 170 kPa

Эффективное напряжение (Терцаги): скелет грунта воспринимает σ′ = σ − u. Полное напряжение σ — это вес всего, что над точкой, Σγ·h, с удельным весом сухого грунта выше уровня грунтовых вод и водонасыщенного — ниже. Ниже уровня грунтовых вод поровое давление гидростатическое: u = γw·(глубина ниже уровня грунтовых вод).

Полное напряжение

Сложите вес каждого слоя грунта над X. Выше уровня грунтовых вод берите удельный вес сухого грунта, ниже — водонасыщенного.

σ = γd·5 + γsat,sand·1 + γsat,clay·4
σ = 15,5·5 + 18,5·1 + 18,5·4 = 170 kPa

Ответ

σ = 170 kPa
3.Консолидационная осадка

Ответ: S = 96,16 mm

Первичная консолидация слоя глины толщиной H по эффективному напряжению в середине слоя: σ′f = σ′0 + Δσ. Нормально уплотнённая глина: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0). Переуплотнённая глина повторно сжимается по Cr до давления предварительного уплотнения σ′p и следует Cc только выше него. Время: t = Tv·Hdr²/cv, где путь фильтрации Hdr равен H/2, когда вода может уходить вверх и вниз, и H, когда дренирует только одна сторона.

Давление предварительного уплотнения

σ′p = OCR·σ′0 = 1,5·50 = 75 kPa

Сравните с давлением предварительного уплотнения

σ′f = 50 + 40 = 90 kPa > 75 kPa

Осадка

Повторное сжатие до σ′p, первичное сжатие за ним.

S = 0,05·8/(1 + 1,05)·log₁₀(75/50) + 0,2·8/(1 + 1,05)·log₁₀(90/75)
S = 34,36 + 61,8 = 96,16 mm

Ответ

S = 96,16 mm
4.Консолидационная осадка

Ответ: t = 1870 сут

Первичная консолидация слоя глины толщиной H по эффективному напряжению в середине слоя: σ′f = σ′0 + Δσ. Нормально уплотнённая глина: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0). Переуплотнённая глина повторно сжимается по Cr до давления предварительного уплотнения σ′p и следует Cc только выше него. Время: t = Tv·Hdr²/cv, где путь фильтрации Hdr равен H/2, когда вода может уходить вверх и вниз, и H, когда дренирует только одна сторона.

Пути фильтрации

Hdr,lab = 19/2 = 9,5 mm = 0,0095 m
Hdr,field = 9/2 = 4,5 m

Пересчитайте время

t = Tv·Hdr²/cv с одинаковыми T_v и cv в лаборатории и в природе.

tfield = 12·(4,5/0,0095)² = 2,693 × 10⁶ min
tfield = 2,693 × 10⁶/1440 = 1870 сут

Ответ

t = 1870 сут
5.Гидростатическое давление

Ответ: F = 68,67 kN

Сила давления на плоскую поверхность: F = ρ·g·yc·A. Она приложена в центре давления, ycp = yc + Ic/(ycA), который всегда лежит ниже центра тяжести.

Глубина центра тяжести и площадь

yc = d + H/2 = 3 + 1/2 = 3,5 m
A = H·b = 1·2 = 2 m²
затворd = 3 mH = 1 mF

Равнодействующая сила

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·3,5·2 = 68,67 kN

Ответ

F = 68,67 kN
6.Гидростатическое давление

Ответ: F = 309 kN

Сила давления на плоскую поверхность: F = ρ·g·yc·A. Она приложена в центре давления, ycp = yc + Ic/(ycA), который всегда лежит ниже центра тяжести.

Глубина центра тяжести и площадь

yc = d + H/2 = 2 + 3/2 = 3,5 m
A = H·b = 3·3 = 9 m²
затворd = 2 mH = 3 mF

Равнодействующая сила

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·3,5·9 = 309 kN

Ответ

F = 309 kN

ExamProblems · examproblems.com/courses/geotechnical-engineering