Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Задача №2. Определение давления грунта на подземный трубопровод




Задача точного определения давления грунта на трубопровод является весьма сложной, так как величина давления существенным образом зависит от способа прокладки трубопровода, его жесткости и конфигурации.

Так, если допустить, что устройство трубопровода не вносит изменений в напряженное состояние окружающего массива, то трубопровод будет испытывать давление грунта, которое определяется зависимостями (рис. 6.1) σz=γz; σx=ξγz.

Рис. 6.1. Схема вертикального и горизонтального давления грунта на трубопровод в массиве.

Однако прокладка трубопровода в той или иной степени нарушает естественное напряженное состояние массива, что оказывает значительное влияние на величину давления грунта.

Следует различать три принципиальных способа прокладки трубопроводов: под насыпью (рис.6.2 а), в траншее (рис. 6.2. б) и с помощью закрытой проходки (прокола) или горным способом (рис. 6.2 в)

Для трех способов прокладки трубопроводов (при одинаковой глубине их заложения Н) давление рбудет различным: при траншейной укладке р < γН; в насыпи Р > γН; и при закрытой проходке и проколе, если Нсравнительно мало, р = γН, а при большой глубине заложения – как горное давление с учетом так называемого свода обрушения.

Это происходит по следующим причинам. Если трубопровод прокладывается в траншее, то грунт, находящийся сбоку от траншеи уже ранее уплотнился под действием собственного веса. Грунт, который засыпается в траншею после укладки трубопровода, будет более рыхлым и еще не уплотнившимся под действием собственного веса.

В связи с этим при уплотнении грунта засыпки и его осадках по бортам траншеи возникает сила трения. Грунт засыпки как бы зависает на стенках траншеи и тем более, чем больше будет глубина траншеи.

Для трубопроводов, закладываемы в насыпи, силы трения грунта будут иметь противоположное направление, чем расположенный с ними рядом грунт, уплотняющийся под действием собственного веса.

Требуется определить давление грунта на трубопровод уложенный в насыпи, траншее и при закрытой проходке.

Используя исходные данные для конкретного варианта (табл. ) строятся расчетные схемы в выбранном масштабе (рис. 6.2)

 

Рис. 6.2. Расчетные схемы определения грунта на трубопровод

а) в насыпи; б) в траншее; в) при закрытой проходке.

 

 

Расчет выполняется на 1 погонный метр длины трубопровода.

А. Расчет нормативного давления грунта на трубопровод уложенный в насыпи Р1выполняется по следующей зависимости:

Р1 = Кн γН

где Кн – коэффициент определяемый по графику (рис. 6.3) в зависимости от жесткости основания трубопровода и соотношения Н/D.

 

Рис. 6.3. Кривые Г.К. Клейна для определения давления на трубопроводы в насыпи, в зависимости от жесткости основания:

1 – для рыхлых пылеватых песков и текучих глин; 2 – для мелких плотных песков и пластичных глин; 3 – для средних и крупных плотных песков и пластичных глин; 4 –для плотных крупных и гравелистых песков, тугопластичных и твердых глин; 5 – для полускальных и трещиноватых скальных пород.

 

 

Общая вертикальная нагрузка на трубопровод уложенный в насыпи определяется по формуле:

Nн = P1D

Б. расчет вертикального нормативного давления грунта на трубопровод, уложенный в траншее, выполняется по следующей зависимости:

Р2тр = Ктр γН

где Ктр – коэффициент, учитывающий разгрузку трубы грунтом, находящимся в пазухах между стенами траншеи и трубой, определяется в зависимости от грунта засыпки и соотношения Н/b (рис. 6.4)

 

1 – для песчаных и супесчаных засыпок; 2 – для глинистых засыпок.

 

Общая вертикальная нагрузка на трубопровод уложенный в траншее определяется по формуле:

Nтр2трD

В. расчет нормативного вертикального давления грунта на трубопровод при закрытой проходке определяется как горное давление, с учетом свода обрушения (м).

Так как:hq = bq/2f/ , то: Р3 = γbq/2f/, Р3 = γhq ,

где hq - максимальная высота свода обрушения (м),

bq=D[1+2tg(450к/2)]

φк = arctgf/

 

Численные значения коэффициентов крепости для некоторых видов грунтов (по Протодиаконову М.М.).

Песок, мелкий гравий, насыпной грунт f/ = 0,5
Песок насыщенный водой, слабый глинистый грунт f / = 0,6
Глинистый грунт, лесс, гравий f / = 0,8
Плотный глинистый грунт f / = 1
Твердая глина f / = 1,5
Мел, мерзлый грунт, мергель f / = 2
Некрепкие сланцы, плотный мергель f / = 3
Прочный глинистый сланец, низкой прочности песчаники и известняки f / = 4

 

Величину горного давления в неустойчивых грунтах, в которых сводообразование невозможно, и при hq следует принимать от веса всей толщи грунта над трубопроводом.

Р3=

Горизонтальное давление следует определить по формуле

где - удельный вес грунта, соответствующих слоев напластований КН/м3;

Н - толщина слоев напластований над выработкой, м;

Общая нормативная вертикальная нагрузка на трубопровод определяется по формуле

N3=P3´D

Общее нормативное горизонтальное давление на трубопровод определяется по формуле

N=q´D.

Варианты заданий даны в таблице 6.1.

 

ПРИМЕР РАСЧЕТА. Определение давления грунта на трубопровод.

Требуется определить давление грунта на трубопровод, уложенный в насыпи, траншее и при закрытой проходке.

Исходные данные: диаметр трубопровода – D=2 м; глубина залегания – H=6 м; глубина траншеи – b=2,8 м; песок средней крупности, водонасыщенный; φк=310; γ=17 кН/м3; соотношение H/D=3.

а) для трубопровода уложенного в насыпи по графику (рис. 6.3) Кн=1,64, тогда Р=1,64×17×6=167,28 кПа

Общая вертикальная нагрузка на трубопровод уложенный в насыпи: Nн=167,28×2=334,56 кН на 1 п.м.

б) для трубопровода, уложенного в траншее по графику (рис. 6.4) Ктр=0,6, тогда Р2тр=0,6×17×6=61,2 кПа

Общая вертикальная нагрузка на трубопровод, уложенный в траншее: Nтр=61,2×2=122,4 кН на 1 п.м.

в) для трубопровода при закрытой проходке. Так как трубопровод сооружается в песке средней крупности насыщенный водой f/=0,6, тогда φк=310.

bq=2[1+2 tg(450-310/2)]=2×2,13=4,26 м

hq= bq/2f/=4,26/1,2=3,55 м<Н=6 м

Так как hq<Н расчет Р3 выполняется из условия образования свода обрушения.

Р3=17×4,26/2×0,6=60,4 кПа

Общая вертикальная нагрузка на трубопровод:

N3=60,4×2=120,8 кН на 1 п.м.

Горизонтальное давление:

q=17(3,55+1)tg2(450-310/2)=24,75 кПа.

N=24,75×2=49,5 кН на 1 п.м.

Анализ результатов расчетов показал, что наиболее неблагоприятные условия возникают при прокладке трубопровода в насыпи.

Таблица 6.1

Варианты задания № 6

Для расчета давления грунта на трубопровод

 

Вариант D, м H, м b, м γ, kH/м3 Тип грунта Вариант D, м H, м b, м γ, kH/м3 Тип грунта
Твердая глина Твердая глина
2,5 3,5 лесс 3,5 4,2 Лесс
19,5 Плотный суглинок 19,4 Плотный суглинок
супесь 17,8 супесь
17,5 Песок насыщенный водой 16,9 Песок насыщенный водой
2,5 7,5 19,2 Суглинок слабый 3,5 20,3 Суглинок плотный
2,5 17,2 Насыпной грунт 20,8 Глина твердая
2,5 21,0 Глина твердая 1,5 18,4 Супесь
18,2 Супесь слабая 16,4 Песок
3,5 16,8 песок 8,5 20,3 Глина
17,1 Супесь слабая 3,5 4,5 21,1 Суглинок
19,6 Суглинок 2,5 6,5 3,5 19,9 Супесь
20,3 Глина плотная 4,2 10,0 6,0 18,4 Песок насыщенный водой
2,5 21,0 Суглинок плотный 3,5 16,2 Лесс
19,4 супесь 19,4 супесь

Номер варианта задания №6 определяется по сумме трех первых цифр шифра студента.

 

 







Дата добавления: 2014-10-29; просмотров: 1995. Нарушение авторских прав

codlug.info - Студопедия - 2014-2017 год . (0.005 сек.) русская версия | украинская версия