РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К курсовому проекту по курсу
"Механика горных пород и грунтов"

Оглавление
Введение
Задание на курсовой проект
1. Оценка инженерно-геологических условий участка строительства
2. Расчет основания здания по деформациям
2.1 Определение глубины заложения фундаментов
2.2 Проектирование размеров фундаментов в плане
2.3 Проверка несущей способности подстилающего слоя
2.4 Проверка допустимости расчетных величин осадок фундаментов
3. Проверка устойчивости запроектированной подпорной стенки и разработка рекомендаций по обеспечению ее устойчивости или снижение коэффициента устойчивости стенки
3.1 Расчет величины активного давления грунта на подпорную стенку
3.2 Проверка подпорной стенки на плоский сдвиг по грунту
3.3 Проверка подпорной стенки на опрокидывание
3.4 Разработка рекомендаций по снижению коэффициента
устойчивости стенки
4. Проверка устойчивости проектного откоса
4.1 Проверка устойчивости откоса методом круглоцилиндрической поверхности скольжения
4.2 Построение профиля откоса по В.В. Соколовскому с использованием таблицы И.С. Мухина и А.И. Срагович
Список использованной литературы

Введение
Огромные масштабы строительства требуют подготовки большого числа высококвалифицированных специалистов в области гидрогеологии и инженерной геологии.
Одним из основных звеньев в подготовке специалистов является курсовое проектирование, играющее значительную роль в развитии у студентов навыков самостоятельной работы.
Методы совместного расчёта оснований, фундаментов и наземных конструкций в настоящее время разработаны слабо. Обычно их проектируют раздельно, устанавливая последовательными расчётами соответствие предъявляемым требованиям. Основание, фундамент и наземные конструкции неразрывно связаны между собой, взаимно влияют друг на друга и по существу должны рассматриваться как одна природно-техническая система.
Недостаточная изученность инженерно-геологических условий площадки, пренебрежительное отношение к анализу имеющихся инженерно-геологических данных и устройству оснований и фундаментов часто являются причинами возникновения недопустимых деформаций оснований и конструкций сооружений, что приносит большие потери народному хозяйству.
Вопросы проектирования откосов, подпорных стенок, оснований и фундаментов усложняются тем, что необходимо решать комплексную задачу, связанную в первую очередь с инженерно-геологическими условиями строительной площадки, назначением и конструкцией сооружения. Правильная оценка инженерно-геологических условий может иметь решающее значение при выборе экономического решения, а также оказывает влияние на методы производства работ и сроки строительства сооружения.
При разработке курсового проекта анализировалась и учитывалась совместная работа основания и надземных конструкций сооружения, учитывались требования методики расчёта по предельным состояниям, требования экономики, индустриализации и технического прогресса.

Задание на курсовой проект
Для проектируемых сооружений требуется:
- произвести привязку к местным инженерно-геологическим условиям промышленного здания – определить тип, глубину заложения и размеры подошвы фундаментов, рассчитать осадки фундаментов по заданным сечениям и проверить допустимость расчётных осадок;
- проверить устойчивость проектируемой подпорной стенки и разработать рекомендации по обеспечению устойчивости или снижению коэффициента запаса устойчивости подпорной стенки;
- проверить устойчивость проектируемого откоса и построить его профиль с требуемым коэффициентом запаса, исходя из характера местных инженерно-геологических условий и проектируемых сооружений.
Проектируемое здание второго класса, разноэтажное, без подвала, имеет в плане размер в осях АЕ - 30 м и I-II – 60 м, максимальная высота центральной части здания в осях БД – 21 м, высота пристроек в осях АБ и ДЕ соответственно 9 м и 6 м. Здание каркасного типа, четырёхпролётное - пролёты в осях АБ и ДЕ по 6 м, а в осях БД и СД по 9 м; шаг колонн - 6 м. Конструктивная схема здания - гибкая. Здание отапливаемое, расчётная температура воздуха в здании + ; полы уложены по грунту. Стены здания панельные ненесущие. Нагрузки на колонны приведены в табл. 1. Предельно допустимы деформации основания здания: максимальная осадка – 8 см, относительная разность осадок - 0,002.
Таблица  SEQ Таблица \* ARABIC 1. Нагрузка на колонны здания, кН (N)
Подпорная стенка массивная, жесткая, неподвижная; задняя грань стенки - вертикальная. Подпорная стенка имеет высоту 6 м, заглубление 1 м; ширину соответственно по подошве и верху подпорной стенки 2.0 м и 1.0 м. материал подпорной стенки - монолитный железобетон. Вес 1 железобетона составляет 22 . Подпорная стенка предназначена удерживать сдвижение грунта на дорогу. Дорога второго класса.
Откос заложен в однородном грунте; заложение откоса 1: 0.8, высота откоса – 10 м.
Исходные данные для расчета курсового проекта приведены в табл. 2, 3 и 4.
Таблица  SEQ Таблица \* ARABIC 2. Расчетные сечения

№ варианта	Город строительства	Расчётные сечения для определения осадок фундаментов
4	Усть-Цильма	Б-2, А-2

Таблица  SEQ Таблица \* ARABIC 3. Характеристики первого от поверхности геологического тела

№ варианта	Расчётные значения показателей физико-механических свойств
	W, д.е.	, д.е.	, д.е.	, кН/м³	γ, кН/м³	E, МПа	C, кПа	φ, град
4	0.20	0.36	0.16	27.2	21.1	15	30	18

Таблица  SEQ Таблица \* ARABIC 4. Характеристики второго от поверхности геологического тела

№ варианта	Описание	Расчётные значения показателей физико-механических свойств
		γ, кН/м³	φ, град	E, МПа
4	Песок мелкий, плотный, маловлажный	17.5	31	33

1. Оценка инженерно-геологических условий участка строительства
Строительство проводится в городе Усть-Цильма.
Исследуемая строительная площадка представляет собой равнинный участок со средней отметкой 0 м. На севере высота откоса составляет 10 м., на юге за подпорной стенкой – -6 м.
Грунты представлены полутвердыми глинами и подстилающими их мелкими, плотными, маловлажными песками. Мощность глин в пределах строительной площадки изменяется от 2.8 до 16,7 м., мощность песков не уточнена. Под зданием пески залегают на глубине 2.8 м. в сечении А и 4 м. в сечении Е.
В южной части участка глина отсутствует. Уровень дороги заложен ниже подошвы глин на отметке -6 м.
На месте строительства подземные воды не встречены.
Проявления экзогенных геологических процессов не наблюдались.
Расчет основных свойств первого слоя грунта от поверхности:
Пористость:
 

Коэффициент пористости:  д.е.
Степень влажности:  д.е.
Число пластичности:  д.е.
Число пластичности указывает на то, что первый слой от поверхности представлен глинами.
Показатель консистенции:  д.е.
Показатель консистенции указывает на то, что глины полутвердые.
Произведя расчеты основных показателей свойств грунтов, узнаем расчетное сопротивление грунтов  по таблицам 7 [1] и 8 [1]:
- полутвердые глины - кПа
- песок мелкий, плотный, маловлажный - кПа

2. Расчет основания здания по деформациям
Согласно инструкции по разработке проектов и смет для промышленного и гражданского строительства, привязка проектов зданий к конкретным участкам строительства включает в себя уточнение типа, размеров конструкций и глубины заложения фундаментов в зависимости от местных условий, ограничение абсолютных или относительных перемещений фундаментов и надфундаментных конструкций такими пределами, при которых гарантируется нормальная эксплуатация зданий и не снижается их долговечность.
2.1 Определение глубины заложения фундаментов
Глубина заложения фундамента принимается по конструктивным соображениям с учетом возможности пучения грунтов при промерзании и осадки при оттаивании.
Расчетная глубина залегания сезонного промерзания грунта определяется по формуле:
,
где - нормативная глубина промерзания, устанавливаемая по схематической карте нормативных глубин промерзания на территории России на основе многолетних наблюдений или теплотехнических расчетов в соответствии с пп. 2.26 и 2.27 СНиП 2.02.01-83, м;
- коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения и принимаемый для наружных фундаментов отапливаемых сооружений, равный 5 (табл. 5 [1])
Глубина заложения фундаментов отапливаемых сооружений по условиям недопущения морозного пучения грунтов основания назначается с учетом их конструктивных размеров:
а) для наружных фундаментов – по табл. 6 [1]
б) для внутренних фундаментов – независимо от расчетной глубины промерзания грунтом.
В нашем случае рассматривается как наружный, так и внутренний фундаменты, и, исходя из этого, будем использовать расчетную глубину заложения фундамента:
 м
2.2 Проектирование размеров фундаментов в плане
Фундаменты рассчитываются по схеме приложения нагрузок. Для упрощения расчетов следует принять, что нагрузки приложены центрально.
Предварительные размеры квадратного фундамента при действии центральной нагрузки определяются по формуле:

где N - сила нормальная к подошве фундамента, кН
- расчетное сопротивление грунта, кПа
- средний удельный вес грунта и материала фундамента,
- глубина заложения фундамента, м.
Для сечения А-2:
 м
Площадь фундамента в сечении А-2 равна:  
Для сечения Б-2:
 м
Площадь фундамента в сечении Б-2 равна:  
Среднее давление на подошве фундамента в сечении А-2 равно:
 кПа
Среднее давление на подошве фундамента в сечении Б-2 равно:
 кПа
Необходимо обратить особое внимание на следующее положение: условием применения расчета по деформациям является требование, чтобы среднее давление по подошве фундамента от нормативных нагрузок не превышало расчетного сопротивления грунтов основания, определяемого по формуле 7, СНиП 2.02.01-83. Так как изначально по условию здание проектируется без подвала, формула расчетного значения сопротивления грунтов имеет вид:
 

где и	-коэффициенты условий работы, принимаемые по табл. 9 [1] равные: для полутвердых глин с соответственно 1.25 и 1.0, для мелких песков соответственно 1,3 и 1,0
K	-коэффициент, принимаемый равным 1.1, так как прочностные свойства грунта приняты по табл. 1-3 приложения СНиП 2.02.01-83;
, ,	-коэффициенты, принимаемые по табл. 10 [1], равные: для глин с  соответственно 0.43, 2.72, 5.31, для песков с  соответственно 1,25, 5,97, 8,25;
	-коэффициент, принимаемый равным 1, при в<10м;
в	-ширина подошвы фундамента, м;
	-осредненное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента, равный 19,3
	-то же, грунтов залегающих выше подошвы, равное 21,1 ;
	-расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента равный: для глин 30 кПа, для песков 0 кПа;
	-глубина заложения фундаментов бесподвальных сооружений от уровня планировки, равный 1.1 м.

Расчетное сопротивление для сечения А-2:
 
Расчетное сопротивление для сечения Б-2:

Чем ближе будет подходит величина среднего давления к расчетному сопротивлению R, тем полнее будет использоваться несущая способность грунта основания. Необходимо стремиться к выполнению условия: .
Проверяем условие для исходных сечений. Для сечения А-2:  - условие не выполняется.
Принимая площадь фундамента в сечении А-2 равной 5.29 , в =2.3 м., имеем
,
тогда   .
Проверяем условие :
 - условие выполнено из чего следует, что будет полностью использована несущая способность грунта основания.
Для сечения Б-2: - условие не выполняется.
Принимая площадь фундамента в сечении Б-2 равной 9 , в = 3 м., имеем
,
тогда
Проверяем условие : - условие выполнено из чего следует, что будет полностью использована несущая способность грунта основания.
2.3 Проверка несущей способности подстилающего слоя
В пределах сжимаемой толщи пески слабее по несущей способности, чем вышележащие глины. Необходимо выяснить влияние слабого слоя на деформацию сооружения.
Должно соблюдаться условие:
,
где, - вертикальное напряжение от собственного веса грунта слоя, залегающего на глубине Я от природного уровня грунта или планировки срезкой, кПа;
 - дополнительное вертикальное напряжение на кровле подстилающего слоя, вызванное приложением нагрузки от сооружения, кПа;
- расчетное сопротивление грунта для условного фундамента, опирающегося на слабый слой, определяемое по формуле 7, СНиП 2.02.01-83, кПа.
Площадь подошвы условного фундамента равна:

Дополнительное вертикальное напряжение на кровле подстилающего слоя  определяется по формуле:
,
где
, кПа;
 - плотность песков равная 17,5 кН/м³;
H - глубина до кровли песков под заданным сечением, м;
- коэффициент, учитывающий изменение по глубине на вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, природного напряжения в грунте и принимаемый по табл. II [1] в зависимости от относительной глубины  и отношения сторон прямоугольника .
Проверяем условие для сечения А-2:
 м.,

,
,

 кПа
 кПа
  ;
 кПа
Проверяем условие
 влияние слоя песков в сечении А-2 на деформацию сооружения не значительно.
Проверяем условие для сечения Б-2:
 м.,

 
,

 кПа
 кПа
;
кПа
Проверяем условие
 влияние слоя песков в сечении Б-2 на деформацию сооружения не значительно.
Произведя расчеты и убедившись в том, что пески обладают высоким расчетным сопротивлением, можно сделать вывод о том, что полутвердые глины и подстилающие их мелкие, плотные и маловлажные пески являются хорошим основанием под строительство проектируемого сооружения второго класса.
2.4 Проверка допустимости расчетных величин осадок фундаментов
Расчет осадок производится методом послойного суммирования для двух фундаментов по заданным сечениям.

Н, м	Z, м			кПа	кПа		S слоя, см	общее, см	Граница сжимаемой толщи, м
1,10	0,00	0,0	1,000	260,40	23,21	+
	0,46	0,4	0,960	249,98	32,92	7,595
	0,92	0,8	0,800	208,32	42,62	4,888	2,1
	1,38	1,2	0,606	157,80	52,33	3,016
3,00	0,52	0,5	0,993	258,58	63,30	4,085
	2,36	2,0	0,336	87,49	71,35	1,226
	2,82	2,4	0,257	66,92	79,40	0,843		2,4	5,58
	3,28	2,8	0,201	52,34	87,45	0,599
	3,74	3,2	0,160	41,66	95,50	0,436	0,3
	4,20	3,6	0,130	33,85	103,55	0,327
	4,66	4,0	0,108	28,12	111,60	0,252
	5,12	4,4	0,091	23,70	119,65	0,198
6,68	5,58	4,8	0,077	20,05	127,70	0,157

Н, м	Z, м			кПа	кПа		S слоя, см	общая, см	Граница сжимаемой толщи, м
1,10	0,00	0,0	1,000	260,40	23,21	11,219
	0,60	0,4	0,960	249,98	32,92	7,595
	1,20	0,8	0,800	208,32	42,62	4,888	2,7
	1,80	1,2	0,606	157,80	52,33	3,016
3,0	0,10	0,06	0,993	258,58	63,30	4,085
	2,50	1,6	0,449	87,49	71,35	1,226
	3,10	2,0	0,336	66,92	79,40	0,843		3,2	6,7
	3,70	2,4	0,257	52,34	87,45	0,599
	4,30	2,8	0,201	41,66	95,50	0,436	0,5
	4,90	3,2	0,160	33,85	103,55	0,327
	5,50	3,6	0,130	28,12	111,60	0,252
	6,10	4,0	0,108	23,70	119,65	0,198
7,8	6,70	4,4	0,091	20,05	127,70	0,157

№ блока	Ширина блока , м	Объем блока, м	кН	м
1	2,70	4,90	103,39	-0,95	-98,22
2	2,70	13,80	291,18	1,35	363,98
3	2,75	21,70	457,87	4,05	1854,37
4	2,70	22,90	483,19	6,75	3261,53
5	2,70	17,70	373,47	9,50	3547,97
6	2,90	7,70	162,47	11,95	1941,52
Сумма			1871,57		10871,14

№ блока	Ширина блока , м	Объем блока, м	кН	м
1	2,00	2,21	46,63	4,60	214,50
2	2,00	5,80	122,38	6,25	764,88
3	2,00	8,70	183,57	8,22	1508,95
4	2,00	10,80	227,88	10,20	2324,38
5	2,00	9,50	200,45	12,20	2445,49
6	2,00	3,70	78,07	14,25	1112,50
Сумма			858,98		8370,69

№ блока	Ширина блока , м	Объем блока, м	кН	м
1	1,90	1,65	34,82	5,20	181,04
2	2,10	4,78	100,86	6,95	700,96
3	2,10	8,40	177,24	9,05	1604,02
4	2,10	10,50	221,55	11,20	2481,36
5	1,75	7,44	156,98	13,10	2056,49
6	1,80	2,88	60,77	14,75	896,33
Сумма			752,22		7920,20

Вычисленные коэффициенты запаса показывают, что откос является устойчивым, так как минимальное его значение при заданных условиях не приближается и не является меньше допустимого значения . Данная устойчивость откоса достигается за счет большого значения сцепления глинистых грунтов равного 30 кПа.
4.2 Построение профиля откоса по В.В. Соколовскому с использованием таблицы И.С. Мухина и А.И. Срагович
В.В. Соколовский условно делит откос в грунтах, обладающих трением и сцеплением, на две зоны: верхний слой грунта, ограниченный вертикальной частью откоса и положительной полуосью y – зона упругого состояния, и массив грунта, расположенный ниже оси y – зона предельно напряженном состоянии.
Максимально возможная высота вертикальной части откоса, представленного полутвердыми глинами, определяется по формуле:
,
где  - удельный вес грунта, 21,1 ;
С – сцепление, 30 кПа;
 - угол внутреннего трения, ;
h – максимальная высота вертикальной части откоса, м.
Определяем максимально возможную высоту вертикальной части откоса:

Приближенное определение координат точек, лежащих на поверхности устойчивого откоса в зоне предельно напряженного состояния, предложили И.С. Мухина и А.И. Срагович. Они составили таблицу для облегчения вычислений, которая приводится с некоторыми сокращениями, табл. 13[1].
Очертания равноустойчивого откоса от точки 0 и ниже по координатам, вычисляемым по формулам:
 и
Расчет координат очертания откоса при коэффициенте устойчивости >1(в нашем случае =1,2) в теории предельного равновесия производится по значениям:
 и  кПа
Результаты расчетов координат очертания откоса приведены в таблице 10.
Таблица 10. Координаты очертания откоса

Список использованной литературы
1.     Методические указания и задания для разработки курсового проекта по курсу «Механика горных пород и грунтов». Московский геологоразведочный институт; сост. А.А. Полуботко, В.В. Пендин. М., 1992
2.     Цытович Н.А. Механика грунтов: Высш. шк., 1983
3.     Полуботко А.А., Пендин В.В., Задачник по механике грунтов, Москва, 1991 г