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 di - средний диаметр частиц i-й фракции, определяемый среднеарифметическим размером отверстий сит, ограничивающих данную фракцию;
pi - 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 pi и di 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) Dmax / d £ 3; (А.3)
б) в случае, предусмотренном п. 4.4.а, при средней скорости потока больше размывающей для частиц диаметром Dmax.
Здесь Dmax - 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, pn - содержание по массе следующих по крупности фракций со средним диаметром частиц d2 и dn.
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 = Dmax, относится грунт, удовлетворяющий неравенству Dmax /dм ³ 25, где dм - средний диаметр частиц материала без крупных включений. Примером крупных включений служит галька (Dmax) в песке (dм).
А.6. При расчете местных размывов основной характеристикой связного грунта является расчетное удельное сцепление (или расчетное сцепление) ср, определяемое по формуле
, (А.5)
где cн - нормативное сцепление, определяемое на основании стандартных методов испытаний (согласно ГОСТ 20522-75 или заменяющего его документа) в состоянии капиллярного водонасыщения при полной влагоемкости;
gg - 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 gg = 2.
При отсутствии данных инженерно-геологических исследований допускается определять расчетное удельное сцепление cр 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 cн(от), то для перехода к соответствующему значению талого грунта можно воспользоваться формулой
cн = Крсн(от), (А.6)
где коэффициент перехода Кр принимают равным 1,5 при нормативном значении показателя текучести 0,25 £ Il £ 0,75 и равным 1,1, если значение Il выходит из указанного диапазона.
Таблица А.1. - Расчетное сцепление заторфованного связного грунта
Содержание растительных остатков в грунте, %, по массе | Вид торфа | Расчетное сцепление cр, 105 Па |
Более 60 | Древесный | 0,005 |
Хвощевой | 0,025 | |
40 - 60 (сильнозаторфованный) | Осоковогипновый | 0,025 |
Сфагновый | 0,40 | |
25 - 40 (среднезаторфованный) | Осоковогипновый | 0,075 |
Сфагновый | 0,10 |
Нормативное значение показателя текучести грунтов определяют в зависимости от природной влажности W и числа пластичности Wп = Wт - Wр, где Wт, Wр - влажность грунта на границах текучести и раскатывания ( в долях единицы).
Коэффициент надежности по грунту gg 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 v0D 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 di.
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 £ pп < 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 = Н1/6/ n.
cр - 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
v0с = v0кc, (А.10)
где v0 - размывающая средняя скорость, определяемая по формуле (А.9);
кс - понижающий коэффициент, который допускается принимать в зависимости от расчетного сцепления равным:
ср×105 Па . . . . . £0,05 0,01 0,02 0,03
кс . . . . . . . . . . . 0,92 0,90 0,90 0,75
ср×105 Па . . . . . .0,04 0,05 0,075 ³0,010
кс . . . . . . . . . . . 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
v0t = v0кt, (А.11)
где кt - 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 кt
Вид криогенной текстуры | Льдистость за счет ледяных включений | кt |
Атакситовая | Более 0,5 | 0,3 |
Слоисто-сетчатая | 0,4 - 0,03 | 0,3 - 0,5 |
Массивная | 0,03 и менее | 0,5 - 0,9 (0,75 - 1) |
Примечания: 1. В таблице А.2 меньшее значение кt соответствует большей льдистости за счет ледяных включений. 2. Значения кt приведены для связных грунтов, в скобках - для пылеватого песка с содержанием пылеватых частиц от 20 до 70 %. |
Для оттаявших засоленных грунтов размывающую скорость определяют по формуле
v0tc = v0кtкc. (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 pп 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, м0,5/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 cрэ < 0,001×105 Па, то рекомендуется принимать cрэ = 0,001×105 Па.
Таблица А.3 - Гидравлическая крупность отрывающихся отдельностей связного грунта
Расчетное сцепление cр, 105 × Па | Толщина отрывающихся отдельностей z, мм | Гидравлическая крупность w, м/с |
0,001 | 0,36 | 0,067 |
0,005 | 0,38 | 0,07 |
0,01 | 0,41 | 0,077 |
0,025 | 0,50 | 0,086 |
0,050 | 0,65 | 0,10 |
0,075 | 0,80 | 0,11 |
0,10 | 0,91 | 0,12 |
0,25 | 1,85 | 0,15 |
0,50 | 3,35 | 0,20 |
0,75 | 4,85 | 0,25 |
1,0 | 6,35 | 0,31 |