СП 32-102-95 Сооружения мостовых переходов и подтопляемых насыпей. Методы расчета местных размывов - Расчетные характеристики наносов и грунтов Приложение А (обязательное)

Приложение А (обязательное)

Расчетные характеристики наносов и грунтов

А.1. При расчете русловых деформаций грунты подразделяются на несвязные и связные, талые и оттаявшие.

В расчетах к оттаявшим относят только связные грунты, в которых после промерзания нарушаются внутренние связи. Все несвязные грунты при оттаивании практически не меняют своих физико-ме­ханических свойств и относятся поэтому к талым.

Далее, если не оговаривается, рассматриваются характеристики талых грунтов.

А.2. К несвязным грунтам относятся крупнообломочные (ва­лун­ный, галечниковый, гравийный) и песчаные грунты, не обладающие свойством пластичности (раскатывания).

При расчете местных размывов к несвязным следует относить указанные грунты, содержащие по массе: не более 10 % растительных остатков (торф); б) пылеватые пески с содержанием пылеватых частиц (мельче 0,10 мм) менее 20 %.

А.3. При расчетах размывов основной (интегральной) характеристикой несвязного грунта является средний диаметр частиц d, определяемый на основе механического (ситового) анализа по формуле

, (А.1)

где d_i - средний диаметр частиц i-й фракции, определяемый среднеарифметическим размером отверстий сит, ограничивающих данную фракцию;

p_i - содержание в грунте i-й фракции, в долях единицы по массе;

n - число фракций.

Если несвязный грунт содержит частицы мельче 0,10 мм, то к расчету принимают средний диаметр частиц грунта крупнее 0,10 мм, вычисляемый по формуле

, (А.2)

где p₀ - содержание в грунте частиц мельче 0,10 мм, в долях единицы.

Значения p_i и d_i определяют на основании гранулометрического анализа проб грунта, отобранных в местах предполагаемых мест­ных размывов. При этом за массу всего несвязного грунта принимают массу без растительных остатков.

А.4. Несвязный грунт считается однородным при соблюдении любого из (достаточных) условий:

а) D_max / d £ 3; (А.3)

б) в случае, предусмотренном п. 4.4.а, при средней скорости потока больше размывающей для частиц диаметром D_max.

Здесь D_max - средний диаметр крупных частиц, которые составляют 2 % массы грунта, или самой крупной (по размеру) фракции, если она составляет 2 % и более массы грунта;

Когда самая крупная по размеру частиц фракция составляет менее 2 % массы грунта, средний диаметр крупных частиц определяют по формуле

, (А.4)

где p₁ - содержание по массе в грунте самой крупной фракции со средним диаметром частиц d₁;

p₂, p_n - содержание по массе следующих по крупности фракций со средним диаметром частиц d₂ и d_n.

А.5. Несвязный грунт следует относить к неоднородному, если:

а) частиц со средним диаметром D, образующих отмостку на дне воронки, не менее 2 %, и они удовлетворяют неравенству

D / d > 3.

Примечание. Расчет среднего диаметра частиц слоя отмостки D приведен в разделах основного текста для каждого вида сооружений в зависимости от гранулометрического состава грунта и гидравлических характеристик потока;

б) имеются крупные включения не менее 2 % массы грунта, когда средняя скорость потока меньше размывающей для среднего диаметра частиц D этих включений.

К материалу, содержащему крупные включения со средним диаметром D = D_max, относится грунт, удовлетворяющий неравенству D_max /d_м ³ 25, где d_м - средний диаметр частиц материала без крупных включений. Примером крупных включений служит галька (D_max) в песке (d_м).

А.6. При расчете местных размывов основной характеристикой связного грунта является расчетное удельное сцепление (или расчетное сцепление) с_р, определяемое по формуле

, (А.5)

где c_н - нормативное сцепление, определяемое на основании стандартных методов испытаний (согласно ГОСТ 20522-75 или заменяющего его документа) в состоянии капиллярного во­донасыщения при полной влагоемкости;

g_g - коэффициент надежности по грунту, учитывающий вероятность отклонения величины сил сцепления от нормативного значения и определяемый с учетом доверительной вероятности 0,90; при отсутствии данных испытаний образцов грунта можно принимать максимальное значение g_g = 2.

При отсутствии данных инженерно-геологических исследований допускается определять расчетное удельное сцепление c_р связных грунтов по СНиП 2.02.01-83 или заменяющим его нормативным документам, а при высокой заторфованности связных грунтов - по таблице А.1.

Единица измерения сцеплений - паскаль (Па).

А.7. Если в полевых условиях получено нормативное сцепление оттаявшего грунта c_н(от), то для перехода к соответствующему значению талого грунта можно воспользоваться формулой

c_н = К_рс_н(от), (А.6)

где коэффициент перехода К_р принимают равным 1,5 при нормативном значении показателя текучести 0,25 £ I_l £ 0,75 и равным 1,1, если значение I_l выходит из указанного диапазона.

Таблица А.1. - Расчетное сцепление заторфованного связного грунта

Нормативное значение показателя текучести грунтов определяют в зависимости от природной влажности W и числа пластичности W_п = W_т - W_р, где W_т, W_р - влажность грунта на границах текучести и раскатывания ( в долях единицы).

Коэффициент надежности по грунту g_g полученный для оттаявшего монолита, следует принимать в качестве искомого при определении расчетного сцепления талого грунта.

А.8. Размывающей (средней на вертикали с глубиной потока Н) скоростью потока v₀ для данного грунта называют минимальную среднюю скорость, при которой появляются первые признаки размыва дна водотока.

При отсутствии специальных обоснований размывающую скорость следует определять в предположении, что на пойменных участках дерновой покров отсутствует (разрушен при производстве работ).

Размывающую скорость v₀, м/с, для однородного несвязного грунта со средним диаметром частиц d, м, при глубине потока Н, м, рекомендуется определять по формуле

, (А.7)

где g - ускорение свободного падения (g = 9,8 м/с²).

По этой же формуле требуется определять размывающую среднюю скорость v_0D для частиц слоя отмостки и i-го слоя грунта, заменяя в формуле средний диаметр частиц d средними диаметрами частиц соответственно слоя отмостки D и i-го слоя грунта d_i.

Для ускорения расчета по формуле (А.7) рекомендуется пользоваться графиком (рисунок А.1).

Для пылеватых песков, содержащих пылеватых частиц (в долях единицы по массе) 0,03 £ p_п < 0,20, размывающую скорость следует определять по формуле

. (А.8)

Для засоленных песчаных грунтов (средний диаметр частиц до 2 мм) размывающую скорость определяют по формулам (А.7) или (А.8) с коэффициентом 0,92.

Рисунок А.1. - График для определения размывающей скорости

несвязных грунтов

А.9. Размывающую скорость для связных грунтов, м/с, рекомендуется определять по формуле

, (А.9)

где С - коэффициент Шези, определяемый в зависимости от глубины потока Н и коэффициента шероховатости n: можно принимать С = Н^1/6/ n.

c_р - расчетное сцепление, Па.

Для ускорения расчета по формуле (А.9) составлен график размывающей скорости при коэффициенте шероховатости n = 0,03 (рисунок А.2). При n ¹ 0,03 значения v₀, полученные по графику, следует умножать на величину 0,03/n.

Рисунок А.2 - График для определения размывающей скорости связных грунтов при коэффициенте абразивности e = 1 и

коэффициенте шероховатости n = 0,03

А.10. Для связных засоленных грунтов, содержащих менее 3 % легкорастворимых солей, размывающую среднюю скорость потока следует определять по формуле

v_0с = v₀к_c, (А.10)

где v₀ - размывающая средняя скорость, определяемая по формуле (А.9);

к_с - понижающий коэффициент, который допускается принимать в зависимости от расчетного сцепления равным:

с_р×10⁵ Па . . . . . £0,05 0,01 0,02 0,03

к_с . . . . . . . . . . . 0,92 0,90 0,90 0,75

с_р×10⁵ Па . . . . . .0,04 0,05 0,075 ³0,010

к_с . . . . . . . . . . . 0,72 0,67 0,63 0,59

При содержании в грунте свыше 3 % легкорастворимых солей размывающая скорость должна устанавливаться на основании специальных исследований.

А.11. Размывающую скорость для оттаявших связных грунтов следует определять по формуле

v_0t = v₀к_t, (А.11)

где к_t - коэффициент уменьшения размывающей скорости потока для оттаявших грунтов по сравнению с талыми, определяемый по таблице А.2, в зависимости от вида криогенной текстуры грунта в мерзлом состоянии и льдистости за счет ледяных включений* (т. е. отношения объема ледяных включений к объему мерзлого грунта).

* Указанную льдистость следует отличать от суммарной льдистости (отношение объема льда к объему мерзлого грунта).

Таблица А.2 - Значения коэффициента к_t

Для оттаявших засоленных грунтов размывающую скорость определяют по формуле

v_0tc = v₀к_tк_c. (А.12)

А.12. Гидравлическую крупность частиц несвязного грунта w (т. е. скорость их осаждения в стоячей воде) следует определять в зависимости от диаметра частиц d по графику (рисунок А.3).

Рисунок А.3 - График для определения гидравлической крупности несвязных грунтов

Гидравлическую крупность несвязного грунта, состоящего из частиц различной крупности, определяют как средневзвешенную по аналогии с определением среднего диаметра частиц грунта по формуле (А.1) или (А.2).

А.13. Гидравлическую крупность отрывающихся отдельностей связного грунта принимают по таблице А.3 в зависимости от их толщины z, определяемой по формуле (5.27).

А.14. Для пылеватых песков с содержанием пылеватых частиц p_п ³ 0,2 (грунт относится к связному) гидравлическую крупность следует определять по эквивалентному расчетному сцеплению, Па

, (А.13)

где v₀ - размывающая скорость для песчаных частиц грунта, м/с, определяемая по формуле (А.7);

С - коэффициент Шези, м^0,5/с;

e - коэффициент абразивности, принимаемый равным 1,16 при грядовом движении по руслу песчаного материала, при отсутствии движения песчаного материала e = 1.

Если по формуле (А.13) получается c_рэ < 0,001×10⁵ Па, то рекомендуется принимать c_рэ = 0,001×10⁵ Па.

Таблица А.3 - Гидравлическая крупность отрывающихся отдельностей связного грунта