Естественный откос для суглинка
8.4.2. Определение угла естественного откоса грунтов
Углом естественного откоса φ, град., называется угол, при котором неукрепленный откос песчаного грунта сохраняет равновесие или угол наклона поверхности свободно насыпанного грунта к горизонтальной плоскости.
Определение угла естественного откоса имеет важное значение при проектировании грунтовых сооружений: насыпных и намывных плотин, дорожных насыпей, дамб обвалования, хвостохранилищ, а также для оценки устойчивости естественных откосов и для проведения мероприятий по их укреплению.
В тех случаях, когда сопротивление сдвигу частиц определяется лишь силами трения, угол естественного откоса совпадает с углом внутреннего трения (φ = φ). Однако в реальных грунтах сопротивление сдвигу зависит не только от сил трения, но также от зацепления частиц и других факторов, влияющих на φ, т. е.:
где φТ – составляющая за счет трения; φз – то же’ за счет зацепления; φс – то же за счет среза частиц.
Составляющая φТ зависит от минерального состава частиц, наличия поверхностных пленок и др., φз – от шероховатости поверхности и плотности упаковки частиц, а φс – от окатанности и формы частиц грунта. Поэтому значения φ и φ обычно различаются, особенно для плотных и неоднородных по структуре песков. Однако угол естественного откоса φ является легко определяемой и удобной характеристикой прочности несвязных грунтов. Способ применяется только для приближенного определения величины внутреннего трения сыпучих грунтов – чистых песков. В чистых песках приближенно величина угла внутреннего трения соответствует углу естественного откоса, т. е. углу, при котором неукрепленный откос песчаного грунта является устойчивым [50].
Угол естественного откоса определяют на приборе УВТ (рис. 8.44), который состоит из металлического столика-поддона, обоймы и резервуара. Поддон установлен на трех опорах и перфорирован отверстиями диаметром 0,8–1 мм для водонасыщения песка. Шкала, укрепленная в центре столика-поддона, имеет деления от 5 до 45°, по которым определяется угол откоса.
Определение угла естественного откоса в воздушно-сухом состоянии. На столик устанавливают обойму, в которую через воронку насыпают песок до ее заполнения, слегка постукивая по обойме. Осторожно, стараясь не рассыпать песок, вертикально поднимают обойму и по вершине образовавшегося песчаного конуса берут отсчет по шкале.
Опыт повторяют 3 раза и рассчитывают среднее арифметическое показание, расхождение между повторными определениями не должно превышать 1 градус.
При определении угла естественного откоса песка под водой после заполнения обоймы песком резервуар наполняют водой и после полного насыщения пробы определяют угол естественного откоса вышеописанным способом.
Для предварительного назначения откосов котлованов и карьеров рекомендуется руководствоваться значениями углов, близкими к углам естественного откоса грунта, приведенными в табл. 8.61.
Угол естественного откоса насыпных грунтов
Угол естественного откоса φ, град
Очертания естественного откоса сыпучих и связных грунтов
Если резкий перепад высотных отметок поверхности не поддерживается искусственно подпорным сооружением, то поверхность откоса примет некоторые естественные очертания. В очертаниях поверхности естественного откоса проявится разница в сопротивлении сдвигу сыпучих и связных грунтов. Откос сыпучего грунта имеет угол наклона, равный углу внутреннего трения φест=φ. Откос грунта, обладающего и сцеплением и трением, имеет сложную криволинейную форму.
Если сыпучий грунт, лишенный сцепления между частицами, насыпать на горизонтальную поверхность, он образует конус с определенным углом наклона, который называется углом естественного откоса. Этот откос является устойчивым. При попытке сделать его более крутым, избыточные частицы скатываются вниз, и откос становится более пологим. Если откос имеет меньшую крутизну, чем следует при угле естественного откоса, то насыпаемые частицы будут на нем задерживаться. На поверхности естественного откоса частицы находятся в состоянии предельного равновесия, при котором силы тяжести, стремящиеся сдвинуть их вниз, уравновешиваются силами трения. Рассмотрим условия равновесия песчаной частицы на естественном откосе сыпучего грунта:
 
|
Т’=Nf; φест=α T=Рsinα; T=Рsinφест; N=Рcosα; N=Рcosφест; Т’=T; f=T/N=Рsinφест/Рcosφест; f=tgφест. |
Вес частицы Р стремится сдвинуть ее вниз по откосу и в то же время прижимает ее к откосу. Возникает сила трения, которая стремится удержать ее на откосе. Условием предельного равновесия является равенство сдвигающей силы Т и силы трения Nf . Сила трения равна произведению нормальной силы N, прижимающей частицу к откосу на коэффициент трения между частицами f.
Из приведенных формул видно, что коэффициент трения сыпучего грунта равен тангенсу угла естественного откоса сыпучего грунта.
Угол естественного откоса сыпучих грунтов изменяется в пределах от 20° до 45°. Чем плотнее грунт, тем больше угол естественного откоса. Чем более закругленную и отшлифованную форму имеют частицы, тем меньше угол естественного откоса.
В связных грунтах угол естественного откоса зависит не только от трения, но и от сцепления между частицами. Глины, суглинки и мерзлые грунты, обладающие значительным сцеплением, могут держаться вертикальными стенами и даже образовывать своды. Для них понятие угла естественного откоса теряет смысл.
Максимальная высота вертикального откоса уидеально связного грунта, обладающего большим сцеплением и лишенного трения, определяется формулой:
| Hмакс=2с/γ, [см]; | (9.7) |
где: с – удельное сцепление грунта [кПа];
γ – объемный вес грунта [кН/м 3 ].
Откос, сложенный грунтами, обладающими и трением и сцеплением, имеет криволинейное очертание. Существуют простые табличные методы определения координат поверхности естественного откоса с учетом распределенной нагрузки на его бровке [ ].
Таблица 9.1.
Наибольшая допустимая крутизна откосов грунтов природной влажности
| Виды грунтов | Глубина выемки, м | ||||
| до 1,5 м | до 3 м | до 5 м | |||
| Угол естественного откоса, (град) | Отношение высоты откоса к его заложению | Угол естественного откоса, (град) | Отношение высоты откоса к его заложению | Угол естественного откоса, (град) | Отношение высоты откоса к его заложению |
| Насыпные | 1:0,25 | 1:1 | 1:1,25 | ||
| Пещаные и гравелистые | 1:0,5 | 1:1 | 1:1 | ||
| Глинистые: | |||||
| супесь | 1:0,25 | 1:0,67 | 1:0,85 | ||
| суглинок | 1:0 | 1:0,5 | 1:0,75 | ||
| Глина | 1:0 | 1:0,25 | 1:0,5 | ||
| Лёссовые сухие | 1:0 | 1:0,5 | 1:0,5 |
П р и л о ж е н и е 3
Показатели розпушивания грунтов и пород
| № п/п | Наименование грунта | Начальное увеличение объема грунта после разработки, % | Остаточное разрыхление грунта, % |
| Глина комова | 28-32 | 6-9 | |
| Глина мягкая жирная | 24-30 | 4-7 | |
| Глина сланцевая | 28-32 | 6-9 | |
| Гравелистые грунты | 16-20 | 5-8 | |
| Растительный грунт | 20-25 | 3-4 | |
| Лёсс твердый | 24-30 | 4-7 | |
| Песок | 10-15 | 2-5 | |
| Суглинок легкий и лессовидный | 18-24 | 3-6 | |
| Суглинок тяжелый и лессовидный | 24-30 | 5-8 | |
| Супесь | 12-17 | 3-5 |
П р и л о ж е н и е 4
Рекомендованная грузоподъемность машин для работи в комплекте с одноковшовым экскаватором
| Наименование транспортных средств | Ед. изм. | Емкость ковша экскаватора, м 3 | |||
| 0,15-0,4 | 0,5-0,8 | 1,0-1,6 | 2,0-4,0 | ||
| Автосамосвалы грузоподъемностью | т | 2,5-5 | 5-10 | 10-16 | 16-40 |
П р и л о ж е н и е 5
Основные параметры автосамосвалов, которые используются при транспортировании грунта
| Параметры автосамосвалов | ЗИЛ-ММЗ 555 | МАЗ 503А | КамАЗ 5511 | КрАЗ 256 Б1 | БелАЗ-525 МАЗ- | БелАЗ-530 МАЗ-530 |
| Грузоподъемность,т | 4,5 | |||||
| Емкость кузова, м 3 | 3,1 | 5,1 | 7,2 | 14,3 | ||
| Высота до верха борта, м | 2,14 | 2,15 | 2,0 | 2,59 | 4,3 | — |
| Рекомендованная емкость ковша экскаватора, м 3 | 0,35-0,5 | 0,65-1,25 | 0,65-2 | 1,25-2 | 2-3 | 3-4 |
| Час маневрирования при погрузке, мин. | 1,0 | 1,33 | 1,5 | 2,0 | 2,0 | — |
| То же при розгрузкее, мин | 1,2 | 1,9 | 1,0 | 1,9 | 2,0 | — |
П р и л о ж е н и е 6
| Тип дороги (покритие) | Группа дороги | Средняя скорость движения (км/часд) при определенной дальности перевозки |
| 0,5 км | 1 км | 2 км и более |
| Асфальтовое, бетонное, железобетонные плиты | І | |
| Щебеночное | ІІ | |
| Булыжное | ІІІ | |
| Грунтовое | ІV |
П р и л о ж е н и е 7
Усредненная стоимость человеко-часа по разрядам работ в стротельстве*
По состоянию на 21.04.2008
| Средний разряд выполняемой работы | Стоимость чел.-часа, грн. | Средний разряд выполняемой работы | Стоимость чел.-часа, грн. | Средний разряд выполняемой работы | Стоимость чел.-часа, грн. |
| 1,0 | 10,49 | 3,4 | 13,08 | 5,8 | 18,32 |
| 1,1 | 10,57 | 3,5 | 13,25 | 5,9 | 18,59 |
| 1,2 | 10,66 | 3,6 | 13,41 | 6,0 | 18,85 |
| 1,3 | 10,74 | 3,7 | 13,56 | 6,1 | 19,14 |
| 1,4 | 10,83 | 3,8 | 13,72 | 6,2 | 19,44 |
| 1,5 | 10,91 | 3,9 | 13,89 | 6,3 | 19,72 |
| 1,6 | 10,99 | 4,0 | 14,05 | 6,4 | 20,01 |
| 1,7 | 11,08 | 4,1 | 14,26 | 6,5 | 20,31 |
| 1,8 | 11,16 | 4,2 | 14,48 | 6,6 | 20,60 |
| 1,9 | 11,25 | 4,3 | 14,69 | 6,7 | 20,90 |
| 2,0 | 11,33 | 4,4 | 14,90 | 6,8 | 21,18 |
| 2,1 | 11,44 | 4,5 | 15,12 | 6,9 | 21,47 |
| 2,2 | 11,55 | 4,6 | 15,33 | 7,0 | 21,77 |
| 2,3 | 11,66 | 4,7 | 15,54 | 7,1 | 22,10 |
| 2,4 | 11,77 | 4,8 | 15,75 | 7,2 | 22,44 |
| 2,5 | 11,89 | 4,9 | 15,97 | 7,3 | 22,77 |
| 2,6 | 12,00 | 5,0 | 16,18 | 7,4 | 23,11 |
| 2,7 | 12,11 | 5,1 | 16,45 | 7,5 | 23,45 |
| 2,8 | 12,22 | 5,2 | 16,71 | 7,6 | 23,77 |
| 2,9 | 12,33 | 5,3 | 16,98 | 7,7 | 24,11 |
| 3,0 | 12,44 | 5,4 | 17,25 | 7,8 | 24,44 |
| 3,1 | 12,60 | 5,5 | 17,52 | 7,9 | 24,78 |
| 3,2 | 12,77 | 5,6 | 17,78 | 8,0 | 25,11 |
| 3,3 | 12,92 | 5,7 | 18,05 |
* Стоимостные показатели, приведенные в таблице, вычеслены исходя из среднемесячной заработной платы 2300 грн., что отвечает среднему разряду сложности работ в строительстве в целом – 3,8.
П р и л о ж е н и е 8
Технико-экономические показатели средств механизации для выполнения земляных работ (экскаваторы)
| Наименования машин | Емкость ковша, м 3 | Средняя стоимость м-часа эксплуатации, грн.(на 01.07.08) | |
| Старое | Новое | ||
| Экскаваторы одноковшовые | |||
| Э-153 | ЭО-1621 | 0,15 | 48,85 |
| Э-302 | ЭО-3311 | 0,3 | 58,10 |
| Э-303А | ЭО-3111А | 0,4 | 63,35 |
| Э-505 | 0,5 | 89,97 | |
| Э-651 | 0,65 | 90,49 | |
| КМ-602 | 0,8 | 95,56 | |
| Э-10011 | ЭО-5111А | 1,1 | 112,5 |
| ЭО-2621А | 0,25 | 54,95 | |
| ЭО-3322 | 0,4 | 65,74 | |
| ЭО-3322Б | 0,5 | 66,12 | |
| Э-5015 | 0,5 | 66,05 | |
| ЭО-4121 | 0,65 | 117,52 | |
| ЭО-4121А | 1,0 | 156,93 | |
| ЭО-5122 | 1,25 | 225,23 | |
| Э-303 | 0,35 | 61,25 | |
| Э-302Б | ЭО-3311Б | 0,4 | 63,35 |
| Э-504 | 0,5 | 89,97 | |
| Э-656 | 0,65 | 90,49 | |
| Э-801 | 0,75 | 92,58 | |
| Э-1251 | ЭО-6111 | 1,0 | 114,36 |
| Э-2503 | ЭО-7111 | 1,5 | 165,48 |
| Э-2505 | ЭО-7111С | 2,0 | 215,54 |
П р и л о ж е н и е 9
Технико-экономические показатели средств механизации для выполнения земляных работ (автомобілі)
| Марка машины | Грузоподъемность, т | Средняя стоимость м-часа эксплуатации, грн.(на 01.07.08) |
| Автосамосвалы | ||
| ГАЗ-93Б | 2,55 | 29,85 |
| ГАЗ-53Б | 3,5 | 32,74 |
| ЗиЛ-555 | 4,5 | 35,25 |
| КамАЗ-5510 | 7,0 | 43,14 |
| МАЗ-503А | 8,0 | 44,56 |
| КрАЗ-256 | 48,21 | |
| КрАЗ-256Б | 54,36 | |
| МАЗ-525 | 107,85 | |
| БелАЗ-540 | 113,23 | |
| БелАЗ-584А | 158,16 |
П р и л о ж е н и е 10
Технико-экономические показатели средств механизации для выполнения земляных рабо (бульдозеры, скреперы)
Свойства и характеристики грунта в России
Всякий грунт состоит из отдельных частиц, и чем меньше между собой связаны эти элементы, тем легче разрабатывается грунт.
Приближенно можно разделить все грунты на следующие 5 групп по степени их связанности:
Характеристика важнейших грунтов
I. Рыхлые, сыпучие грунты
— получились от разрушения ветром и водой скалистых грунтов.
К сыпучим грунтам относятся:
— Песок. Частицы песка не связаны между собой. Чистый, сухой песок растекается, если его сыпать кучей.
Пески в зависимости от своего происхождения бывают горные, овражные, речные или морские. Горные и овражные пески состоят из отдельных неровных песчинок с острыми краями. Речной и морской пески имеют округленные гладкие песчинки.
По крупности отдельных зерен различают:
— мелкий песок – преобладают зерна величиной до 0,5 мм;
— средний песок – преобладают зерна от 0,5 до 1 мм;
— крупный песок – преобладают зерна от 1 до 3 мм;
Гравий – это смесь окатанных камешков размерами в поперечнике от 3 до 40 мм, не связанных между собой.
Крупный гравий, состоящий из камешков от 40 до 120 мм в поперечнике, называется галькой.
К рыхлым и сыпучим грунтам относится также супесок, состоящий из песка с примесью глины в количестве 3-10 % от общего объема.
II. Растительные грунты
К растительным грунтам относятся все поверхностные грунты с наличием в них остатков сгнивших растений (перегноя), например чернозем и торф. Растительные грунты легко разрыхляются и размываются водой, легко впитывают в себя воду и при насыщении водой расплываются, обращаясь в грязь.
III. Плотные и вязкие грунты.
К плотным, вязким грунтам относятся глины и суглинки. Глина – это грунт, состоящий из очень мелких частиц, плотно связанных между собой.
Глина по степени плотности разделяется на тяжелую (плотную) и легкую глины.
Основное свойство глины состоит в том, что при насыщении водой она сильно разбухает и значительно увеличивается в объеме. Наряду с этим глина является почти водонепроницаемым грунтом, так как вода через глину почти не проходит.
При высыхании и под давлением глина сжимается (дает осадку). По мере уменьшения влажности в глине увеличивается сцепление частиц между собой, и она постепенно превращается в твердую массу, с трудом поддающуюся разработке инструментом.
Глины с примесью песка называются суглинками. Различаются легкие суглинки – грунт, содержащий 10-20% глины, и тяжелые суглинки, содержащие 20-30% глины.
IV. Твердые, скальные грунты
Грунты твердые, скальные могут быть различного характера. Обычно различают:
- мягкую и слоистую скалу, разрабатываемую киркой, ломом, клиньями;
- твердую (плотную) скалу, разрабатываемую только с помощью взрывчатых веществ.
V. Разжиженные грунты
К разжиженным грунтам относится так называемый плывун. Плывун – это песчано-глинистый или пылевато-песчаный грунт, состоящий из очень мелких частиц и обычно сильно насыщенный водой. Плывун растекается и в откосе не держится.
Классификация грунтов
Принято разделять грунты по степени трудности их разработки на 7 категорий, указанных в таблице снизу:
Разрабатываются подборными лопатами и заступами
Разрабатывается лопатами с незначительным киркованием
Разрабатываются заступами со сплошным киркованием
Разрабатывается заступом со сплошным применением кирок, лома или клина и молота
Разрабатываются частично вручную ударными инструментами и взрывами
Разрабатывается совковыми лопатами, ведрами и черпаками
Степень трудности разработки показывает, что если в грунте I категории на разработку 1 куб. м грунта затрачивается время, равное единице, то в грунте, например, IV категории для разработки 1 куб. м грунта потребуется времени в 2 раза больше.
Зимой из-за промерзания грунтов трудность разработки большинства грунтов сильно возрастает. Происходит это оттого, что вода, находившаяся в грунте, при замерзании сильно связывает его частицы. Для работы зимой существует особая классификация грунтов, приводимая в таблице снизу.
Трудность разработки скальных грунтов от времени года не зависит, а плывун зимой обычно даже легче разрабатывать, чем летом.
Глубина промерзания зависит от ряда условий. Чем меньше снега, чем длиннее зима, чем больше мороз, тем глубже промерзает грунт.
Чем глубже промерзает грунт, тем труднее его разрабатывать.
I группа
Грунты, требующие разрыхления применения кирки и частичного лома
II группа
Грунты, требующие для их разрыхления обязательного применения лома и частично клина с молотом
Категория грунтов
При глубине промерзания в м
III группа
Грунты, не поддающиеся разработке ломом и требующие применения клина с молотом или взрывных работ
IV группа
Грунты, не поддающиеся или крайне трудно поддающиеся разработке клином с молотом и требующие применения взрывных работ
Категория грунтов
При глубине промерзания в м
Независимо от глубины промерзания
Даем наибольшую величину промерзания грунтов для некоторых местностей России и Украины:
- Москва — 1,6 м
- Челябинск — 2,4 м
- Одесса — 0,8 м
- Киев — 1,0
Данные максимально приближены к реальным. Источником служат технические материалы техникумов утвержденных ГУУЗ.
Основные свойства грунтов
Основные свойства грунтов: объемный вес, способность грунта держать откос и разрыхляемость.
Объемным весом называется 1 кубический метро грунта в плотном теле и в состоянии естественной влажности, т.е. в том состоятнии, в каком грунт находится в земле. Объемный вес важнейших грунтов указан в первой таблице данной статьи.
Если взять сухой грунт и свободно насыпать его кучей на горизонтальную поверхность, то частицы его образуют некоторые откосы. В этом случае говорят, что грунт имеет естественный откос. Угол, под которым располагается такой откос по отношению к горизонтальной поверхности, называется углом естественного откоса и измеряется в градусах.
Величины этих углов зависят от степени влажности грунта. Чем прочнее связь между отдельными частицами грунта, тем более крутой откоса может держать грунт. Некоторые грунты могут держать вертикальный откос (скала, сухой суглинок и др.), другие же осыпаются, образуя пологий откос (песок, гравий, супесок).
В таблице снизу даны значения величины углов естественного откоса для различных грунтов:
Наименование грунтов
Угол естественного откоса в градусах
Загрузка...
detector
| Пески | Легкие лессовидные суглинки | Жирная глина | Тяжелая ломовая глина | Скальные грунты (мягкие) | Скальные грунты (плотные) | Плывун | При глубине промерзания в м | Категория грунтов | При глубине промерзания в м | Категория грунтов |