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​ = 20 kN/m³12 mуровень грунтовых водXz = 4 m

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

z = 4 mzw = 2 mγw = 9,81 kN/m³песок: γd = 16,5 kN/m³песок: γsat = 20 kN/m³
σ = kPa
2.Эффективное напряжение в грунтеСложная
песокγd​ = 15 kN/m³γsat​ = 20,5 kN/m³3 mглинаγsat​ = 18,5 kN/m³4 mуровень грунтовых водXz = 5 m

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

z = 5 mzw = 1 mγw = 9,81 kN/m³песок: γd = 15 kN/m³песок: γsat = 20,5 kN/m³глина: γsat = 18,5 kN/m³
σ′ = kPa
3.Консолидационная осадкаСредняя
Δσ = 70 kPaпесокглинаCc​ = 0,5, Cr​ = 0,05e0​ = 0,95σ′0​ = 100 kPaσ′p​ = 190 kPa4 mуровень грунтовых вод

Слой переуплотнённой глины толщиной 4 m имеет Cc = 0,5, Cr = 0,05 и e₀ = 0,95. В середине слоя эффективное вертикальное напряжение равно 100 kPa , а давление предварительного уплотнения равно 190 kPa. Новое здание добавляет 70 kPa вертикального напряжения в середине слоя. Найдите осадку первичной консолидации S в mm.

H = 4 mCc = 0,5Cr = 0,05e0 = 0,95σ′0 = 100 kPaσ′p = 190 kPaΔσ = 70 kPa
S = mm
4.Консолидационная осадкаСложная
песокглинаH = 2 m2 mводонепроницаемая скалауровень грунтовых вод

В лабораторном компрессионном испытании образец глины толщиной 19 mm с дренированием сверху и снизу достигает 50% консолидации за 5 min. В природе та же глина образует слой толщиной 2 m. Слой лежит на водонепроницаемой скале, а сверху песок, поэтому вода отводится только вверх. За сколько суток t природный слой достигнет 50% консолидации?

hlab = 19 mmtlab = 5 minH = 2 mв природе: односторонний дренаж
t = сут
5.Гидростатическое давлениеСредняя
затворd = 2,5 mH = 1 m

Вертикальный прямоугольный затвор шириной 1 m находится в стенке резервуара с жидкостью (вода), его верхний край на 2,5 m ниже поверхности. Найдите равнодействующую силу гидростатического давления F на затвор.

d = 2,5 mH = 1 mb = 1 mρ = 1000 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN
6.Гидростатическое давлениеСложная
затворd = 1 mH = 2 m

Вертикальный прямоугольный затвор шириной 1 m находится в стенке резервуара с жидкостью (глицерин), его верхний край на 1 m ниже поверхности. Найдите равнодействующую силу гидростатического давления F на затвор.

d = 1 mH = 2 mb = 1 mρ = 1260 kg/m³g = 9,81 m/s²
F = kN

3Растворы

1.Эффективное напряжение в грунте

Ответ: σ = 73 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) = 16,5·2 + 20·2 = 73 kPa

Ответ

σ = 73 kPa
2.Эффективное напряжение в грунте

Ответ: σ′ = 53,76 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·1 + γsat,sand·2 + γsat,clay·2
σ = 15·1 + 20,5·2 + 18,5·2 = 93 kPa

Поровое давление

Давление воды растёт с глубиной ниже уровня грунтовых вод.

u = γw·(z − zw) = 9,81·4 = 39,24 kPa

Эффективное напряжение

σ′ = σ − u = 93 − 39,24 = 53,76 kPa

Ответ

σ′ = 53,76 kPa
3.Консолидационная осадка

Ответ: S = 23,64 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.

Сравните с давлением предварительного уплотнения

σ′f = 100 + 70 = 170 kPa ≤ 190 kPa

Осадка

Глина остаётся на линии повторного сжатия.

S = Cr·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0) = 0,05·4/(1 + 0,95)·log₁₀(170/100) = 23,64 mm

Ответ

S = 23,64 mm
4.Консолидационная осадка

Ответ: t = 153,9 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 = 2 m

Пересчитайте время

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

tfield = 5·(2/0,0095)² = 221607 min
tfield = 221607/1440 = 153,9 сут

Ответ

t = 153,9 сут
5.Гидростатическое давление

Ответ: F = 29,43 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 = 2,5 + 1/2 = 3 m
A = H·b = 1·1 = 1 m²
затворd = 2,5 mH = 1 mF

Равнодействующая сила

F = ρ·g·yc·A = 1000·9,81·3·1 = 29,43 kN

Ответ

F = 29,43 kN
6.Гидростатическое давление

Ответ: F = 49,44 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 = 1 + 2/2 = 2 m
A = H·b = 2·1 = 2 m²
затворd = 1 mH = 2 mF

Равнодействующая сила

F = ρ·g·yc·A = 1260·9,81·2·2 = 49,44 kN

Ответ

F = 49,44 kN

ExamProblems · examproblems.com/courses/geotechnical-engineering