Оценка прочности грунта в заданной точке основания

По данным наблюдений деформации и потеря устойчивости оснований, сложенных плотными и средней плотности песками, под небольшими неглубокими фундаментами от вертикальных давлений происходят в следующем порядке. В начале нагружения грунты основания сжимаются в результате небольших перемещений частиц вниз с незначительным отклонением от вертикали. Зона деформации по глубине превышает ширину фундамента. Чем плотнее грунт, тем большую глубину захватывает эта зона.
При увеличении давлений у краев фундамента образуются области местного сдвига грунта, которые развиваются и захватывают все большие и большие участки. Одновременно под фундаментом за счет трения грунтов по его подошве формируется уплотненное грунтовое ядро, которое перемещается вместе с фундаментом и отделяется от окружающего грунта поверхностями скольжения или разрыва.
При опускании ядро расклинивает окружающий грунт, способствует развитию областей сдвига и перемещению грунта по направлению наименьшего сопротивления — в сторону и вверх. В итоге возникают поверхности скольжения, которые выходят за пределы подошвы; происходит выпирание грунта из- под фундамента — потеря устойчивости грунтов основания. Вследствие этого происходит резкое опускание фундамента, его смещение и поворот.
В рыхлых песках разрушение происходит при небольшом давлении и больших осадках. Кривая имеет плавное криволинейное очертание, выражено неявно. Минеральные частицы уплотняют окружающий грунт и при потере устойчивости выпирание его на поверхность может не происходить. С увеличением плотности песка увеличивается значение, разница уменьшается, потеря устойчивости наступает при малых осадках и больших значениях давления.
В основаниях из пластичных глинистых грунтов процессы деформации близки к рассмотренным. Потеря устойчивости оснований происходит в результате вязко-пластичного выдавливания грунта и зависит от скорости приложения нагрузки: чем больше скорость ее приложения, тем при меньших давлениях будет происходить потеря устойчивости. При быстром нагружении глинистый грунт не успевает уплотниться, поэтому сопротивление его сдвигу невелико.
В твердых глинистых грунтах картина разрушения основания примерно такая же, как и в плотных песках. Разрушение происходит в результате перемещения грунта после преодоления сопротивления сдвигу.
Под фундаментами глубокого заложения в начале нагружения также происходит уплотнение грунта в условиях ограниченного бокового расширения и образование уплотненного ядра, однако перемещению минеральных частиц из-под фундамента в сторону и вверх препятствует пригрузка грунта, залегающего выше подошвы фундамента, вне его контура. Чем глубже заложен фундамент, тем большая сила необходима для смещения этого объема грунта.
Выпора грунта на поверхность не происходит, области предельного равновесия развиваются в замкнутом объеме, частицы перемещаются, уплотняя окружающий грунт, и явной потери устойчивости грунта не наблюдается. Предельное давление на основание устанавливается по нарастанию осадки, когда фундамент вместе с упругим ядром и некоторым объемом грунта вдавливается в лежащие ниже грунты.
Связь между осадкой фундаментов неглубокого заложения и развитием деформаций грунтов основания установлена Н. М. Герсевановым. В начале загружения, когда преобладают деформации уплотнения грунта, осадка фундамента увеличивается медленно, примерно прямо пропорционально давлению. С увеличением давления, с развитием деформаций сдвига осадка нарастает быстрее, и к моменту потери устойчивости грунтов основания вертикальные деформации приобретают максимальные значения.
На графике затухания осадки во времени во II фазе можно выделить три участка: на первом участке скорость деформации постепенно уменьшается; второй участок характеризуется изменением осадки с постоянной скоростью; на третьем участке происходит либо постепенное затухание осадки, либо прогрессирующие деформации, которые приводят к полной потере устойчивости основания. Кривая длительной (временной) прочности, соединяющая точки, показывает, при какой нагрузке и через какой промежуток времени произойдет потеря устойчивости основания.

27. Виды и причины деформаций грунта?

Грунты обладают как упругими, так и остаточными свойствами, что хорошо видно по результатам компрессионных испытаний (см. рисунок). Как видно из представленного рисунка, после разгрузки обратная ветвь компрессионной кривой (к.к.) не возвращается в исходное положение. В результате, на оси ординат легко определяются два участка значений коэффициента пористости с упругими и остаточными свойствами.

Пример компрессионных испытаний грунтов

Проявление в грунте как упругих, так и остаточных свойств.

Таким образом, в общем случае, грунты при деформировании обладают как упругими, так и остаточными свойствами.

Физические причины упругих деформаций:

упругость минеральных частиц грунта;

упругость воды;

упругость замкнутых пузырьков воздуха.

Физические причины остаточных деформаций:

уплотнение грунта;

сдвиги частиц грунта;

разрушение частиц в точках контакта.

Для различных грунтов соотношения между упругими и остаточными деформациями различны. Так для песчаных грунтов упругость практически не проявляется, а вот для глинистых грунтов, упругие свойства могут быть весьма значительны.

28. Определение глубины зоны сжимаемой толщи грунта?

Глубину сжимаемой толщи можно определить по СНиПу, методами В. М. Веселовского, Н. А.Цытовича, В. А. Флорина и X. Р. Хакимова.
Согласно СНиПу за мощность сжимаемой толщи грунта под фундаментом принимается глубина, ниже которой вертикальные нормальные напряжения от веса сооружения составляют не более 20% от вертикальных напряжений, вызываемых собственным весом грунта, т.е. Согласно данным проф. Н. А. Цытовича глубину активной зоны можно рассматривать как двойную величину эквивалентного слоя грунта

29. Определение осадок методом послойного суммирования?

Метод послойного суммирования

Расчет осадки слоистых оснований выполняется методом послойного суммирования, в основу которого положена выше разобранная задача (основная задача). Сущность метода заключается в определении осадок элементарных слоев основания в пределах сжимаемой толщи от дополнительных вертикальных напряжений σZP, возникающих от нагрузок, передаваемых сооружениям.

Так как в основу этого метода положена расчетная модель основания в виде линейно-деформируемой сплошной среды, то необходимо ограничить среднее давление на основание таким пределом, при котором области возникающих пластических деформаций лишь незначительно нарушают линейную деформируемость основания, т.е. требуется удовлетворить условие

(7.11)

Для определения глубины сжимаемой толщи Нс вычисляют напряжения от собственного веса σZq и дополнительные от внешней нагрузки σZP.
Нижняя граница сжимаемой толщи ВС основания принимается на глубине z = Нс от подошвы фундамента, где выполняется условие

(7.12)

т.е. дополнительные напряжения составляют 20% от собственного веса грунта.

При наличии нижеуказанной глубины грунтов с модулем деформации Е≤5 МПа должно соблюдаться условие

(7.13)

Для оснований гидротехнических сооружений по СНиП 2.02.02—85 «Основания гидротехнических сооружений» нижняя граница активной зоны находится из условия

(7.14)

Расчет осадки удобно вести с использованием графических построений в следующей последовательности (рис. 7.11):

строят геологический разрез строительной площадки на месте рассчитываемого фундамента;

наносятся размеры фундамента;

строятся эпюры напряжений от собственного веса грунта σZg и дополнительного σZP от внешней нагрузки;

определяется сжимаемая толща Нс;

разбивается Нс на слои толщиной hi≤0,4b;

определяется осадка элементарного слоя грунта по формуле

(7.15)

Тогда полную осадку можно найти простым суммированием осадок всех элементарных слоев в пределах сжимаемой толщи из выражения

(7.16)

где β— безразмерный коэффициент, зависящий от коэффициента относительных поперечных деформаций, принимаемый равным 0,8; hi — высота i-го слоя; Ei — модуль деформации i-го слоя грунта;

—среднее напряжение i-го элементарного слоя.

Метод послойного суммирования позволяет определять осадку не только ценфальной точки подошвы фундамента. С его помощью можно вычислить осадку любой точки в пределах или вне пределов фундамента. Для этого пользуются методом угловых точек и строится эпюра напряжений вертикальной, проходящей через точку, для которой требуется расчет осадки.

Рис. 7.11. Расчетная схема для определения осадки методом послойного суммирования: DL — отметка планировки; NL — отметка поверхности природного рельефа; FL — отметка подошвы фундамента; ВС — нижняя граница сжимаемой толщи; Нс — сжимаемая толща

Таким образом, метод послойного суммирования в основном используется при расчете небольших по размерам фундаментов зданий и сооружений и при отсутствии в основании пластов очень плотных малосжимаемых грунтов.

Пример 7.1. Определить методом послойного суммирования осадку ленточного фундамента

Пример 7.1. Определить методом послойного суммирования осадку ленточного фундамента шириной b = 1,2 м. Глубина заложения подошвы фундамента от поверхности природного рельефа d = 1,8 м. Среднее давление под подошвой фундамента Р = 285 кПа. Основание сложено следующими слоями.

30. Определение осадок методом эквивалентного слоя Н.А. Цытовича?

Расчет осадок по методу эквивалентного слоя.

P=0,2 МПа

P=0,2 МПа

h _p1

h _p2

Линии равных вертикальных давлений

При большей площади загрузки глубина распределения давлений и объем грунта, подвергающийся деформации будут больше. Следовательно и осадки будут больше.

Нельзя ли определить осадку по формуле - осадка при сплошной нагрузке.

Таким образом необходимо определить точную толщину слоя hэкв–которая отвечала бы осадке фундамента, имеющего заданные размеры.

Эквивалентным слоем грунта называется слой, осадка которого при сплошной нагрузке в точности равна осадке фундамента на мощном массиве грунта (полупространстве).

р

b

S_o

р

S_o=h_эm_Vр

h_э-?

p_z