5)Напряжения в грунтовых массивах

Грунт – зернистый материал с порами. Он не является упругим материалом (остаточные деформации значительно больше упругих), нет строгой линейной зависимости между напряжениями и деформациями, однако допустимо применить теорию упругости для определения напряжений и деформаций под действием внешних нагрузок.Рассмотрим рис. 3.

Жесткий штамп загружен нагрузкой N. В массиве грунта происходят перемещения, возрастающие с увеличением нагрузки. Грунт будет деформироваться как от собственного веса, так и от нагрузки. Интегральным выражением деформаций является осадка штампа S. При увеличении нагрузки осадка развивается в соответствии с кривой 1, приведенной на рис.3“б”. Выделяются 4 участка: ОА – соответствует нагрузке, не превышающей структурную плотность грунта Р str. При таких напряжениях развиваются упругие осадки и осадки, связанные с затухающей ползучестью. Напряжения по краям штампа будут превышать Pstr. Это фаза упругих деформаций.

Дальнейшее увеличение давления превысит структурную плотность грунта, и в основании станут развиваться деформации уплотнения одновременно с увеличением коэффициента пористости по линейной зависимости в начале участка. Однако, прямолинейный отрезок участка АВ переходит в криволинейный, возникает сложная картина внутреннего перемещения частичекгрунта по ординате давления и за пределами штампа. Эта фаза уплотнения и местных сдвигов. При еще большем N зоны пластических деформаций, развиваясь в стороны, будут приводить к уплотнению грунта и по сторонам от этих зон, вследствие чего радиус кривизны кривой 1 на участке ВС станет меньше. Это фаза развития интенсивных деформаций сдвигов и уплотнения, в том числе по сторонам от зон пластических деформаций.

При дальнейшем увеличении N на неглубоко заложенный фундамент произойдет резкая осадка его с выпором грунта из основания в стороны и вверх. Кривая CD превратится в вертикальную линию. Это фаза выпора.

Таким образом, в пределах 2 первых фаз принимается допущение, что грунт является линейно-деформируемым телом. При разгрузке штампа кривая 2 никогда не возвращается в начало координат, поскольку грунт получает остаточные деформации. При повторном загружении получим кривую 3, которая до нагрузки, раннее приложенной к штампу, будет приблизительно соответственно линейной зависимости.

В целом при определении напряжения в массиве принимают, что грунт является сплошным изотропным линейно-деформируемым телом, испытывающим одноразовое загружение. При этих условиях для определения осредненных напряжений в точке массива грунта используют решения теории упругости.

6)Напряжения от собственного веса грунта

Напряжения, возникающие от действия собственного веса грунта. Учёт взвешивающего действия воды

Фактическое напряженное состояние грунтов основания при современных методах изысканий точно определить не представляется возможным. В большинстве случаев ограничиваются нахождением вертикального напряжения от действия веса вышележащих грунтов. Вертикальные напряжения от собственного веса грунта называют бытовыми давлениями, а график их изменения по глубине – эпюрой бытовых давлений. Напряжения от собственного веса грунта определяются на основании следующих упрощающих гипотез: 1) напряженным состоянием грунта при действии его собственного веса является осесимметричное компрессионное сжатие; 2) вертикальные напряжения в грунте определяются суммированием напряжений от веса элементарных слоев грунта; 3) грунт, находящийся ниже уровня грунтовых вод, испытывает взвешивающее действие воды; 4) слой грунта, находящийся ниже водоносного слоя, называется водоупором и испытывает на своей поверхности гидростатическое давление водяного столба.

Определяем напряжение от собственного веса грунта (природного или бытового) по Формуле где n – число слоев грунта в пределах глубины z;

γi – удельный вес грунта i-го слоя, кН/м3;

hi – толщина или мощность этого слоя, м.

Измеряется в МПА

Удельный вес водопроницаемых грунтов, залегающих ниже уровня грунтовых вод,

принимается с учетом взвешивающего действия воды согласно выражению

γsb=(γs – γw)/(1+e),

где γw – удельный вес воды, γw = 10 кН/м3;

γs – удельный вес частиц грунта;

е – коэффициент пористости.

Формула используется для вычисления бытовых давлений на границах геологических

слоев, на линии уровня грунтовых вод и на границе водоупора. В остальных сечениях бытовые давления могут быть определены по линейной интерполяции. На рис. 4.11 представлены характерные эпюры бытовых давлений в грунтовом массиве. На границах геологических слоев угол наклона эпюры, как правило, изменяется в связи с изменением величины удельного веса грунта. На линии уровня грунтовых вод (WL) имеет место самый заметный перегиб эпюры, вызванный уменьшением удельного веса грунта во взвешенном состоянии. На границе водоупора эпюра имеет скачок на величину гидростатического давления от веса столба воды над водоупором.

Деформации от действия веса природного грунта считаются давно стабилизировавши-

мися. Исключение составляют случаи действия свежеотсыпанной насыпи или понижения

уровня подземных вод. При большой мощности толщи насыщенных водой сильносжимае-

мых грунтов, обладающих ползучестью, иногда приходится считаться с незавершенной

фильтрационной консолидацией и консолидацией ползучести.

Рис. 4.11. Характерные эпюры распределения бытовых напряжений в массиве грунта:

а – однородный массив; б – массив, представленный тремя инженерно-геологическими элементами; в – то же, но при этом третий слой является водоупором; HwL – расстояние от водоупора до уровня грунтовых вод