Вопросы для самоконтроля

1 Что определяют физические свойства грунтов?

2 Перечислите основные характеристики пылевато-глинистых грунтов.

3 Какими последствиями чревато попадание в грунты отходов предприятий промышленности?

4 Какие мероприятия выполняют для защиты фундаментов от подземных вод?

5 Как осуществляют борьбу с подземными водами с помощью дренажных систем?

Закончив изучение раздела 1, студенты должны

знать:

- классификацию грунтов;

- строительные свойства и особенности прочных и слабых грунтов;

- методы определения физических и механических характеристик грунтов, их нормативных и расчётных характеристик;

- строительные свойства и особенности прочных и слабых грунтов;

- виды подземных вод и их характеристики;

- мероприятия, направленные на предохранения конструкций и подземных помещений от подземных вод и влаги.

уметь:

- определять характеристики грунтов оснований;

- производить оценку грунтовой толщи основания по материалам инженерно – геологических изысканий;

- пользоваться СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений» в пределах изучаемого объёма;

- производить оценку грунтовой толщи основания по материалам инженерно – геологических изысканий;

- анализировать повышение или понижение УПВ, а также техногенные изменения в грунтах оснований и определять необходимые способы, методы предохранения зданий и их конструктивных элементов.

Раздел 2 Распределение напряжений в грунтах и расчёт оснований

Тема 2.1 Распределение напряжений в грунтах от сосредоточенных сил и равномерно-распределённых нагрузок

Вопросы

1 Условия работы грунтов. Фазы ндс

2 Распределение напряжений под подошвой фундамента

1 Условия работы грунтов. Фазы ндс

Работа грунтов в основаниях зданий и сооружений имеет некоторую специфику по сравнению с работой материалов, из которых выполняются строительные конструкции, в том числе и фундаменты.

Грунты оснований обладают малой прочностью и большой деформативностью. Прочность грунтов в сотни и тысячи раз меньше прочности камня, бетона, железобетона и металла, деформативность – в десятки тысяч раз больше деформативности упомянутых материалов. Грунты оснований способны воспринимать только сжимающие и сдвигающие усилия и практически не работают на растяжение.

К особенностям работы грунтов оснований следует отнести возрастание деформаций во времени при постоянной нагрузке, т.е. после прекращения загружения. Это явление объясняется консолидацией и ползучестью. Консолидация характеризуется постоянным отжатием воды из пор в процессе уплотнения частиц грунта, ползучесть присуща скелету грунта. Для песчаных оснований преобладающим будет первый процесс, для пылевато-глинистых оба процесса протекают одновременно. В большей или меньшей степени ползучесть присуща всем видам грунта [2].

Явление ползучести достаточно полно объясняет такие свойства грунта, как релаксация (уменьшение напряжений при фиксированной деформации) и упругое последействие – частичное восстановление остаточных деформаций после снятия нагрузки. С этим явлением связаны понятия мгновенная, временная и длительная прочность (рисунок 5). Прочность, которой обладает грунт в начале приложения при кратковременном приложении нагрузки, называют мгновенной прочностью. При увеличении времени временная прочность уменьшается и в пределе при стремлении времени к бесконечности стремится к длительной прочности, которую называют пределом прочности.

R_max — мгновенная прочность; R_∞ — дли­тельная прочность; R_t — временная про­чность

Рисунок 5 - Зависимости прочности грунта от длительности действия нагрузки

Наблюдения за осадками жёстких штампов, расположенных на грунтовом основании под действием внешних нагрузок, показали, что по достижении грунтом значительной деформации наступает потеря прочности, сопровождающаяся выпором грунта из-под подошвы штампа, приводящая к катастрофическому нарастанию осадки.

Деформации грунтов оснований зависят не только от приложенной нагрузки, но и от особенностей свойств грунтов.

Рассмотрим зависимость осадки жёсткого штампа, установленного на основании, сложенном из грунтов, обладающих структурной прочностью, от действия возрастающей с постоянной скорость внешней нагрузки (рисунок 6).

Рисунок 6 - График зависимости осадки штампа от нагрузки

На первом участке ОА напряжения не превышают структурной прочности. Осадки на этой стадии загружения носят в основном упругий характер, поэтому этот участок на графике называют фазой упругих деформаций.

При дальнем увеличении нагрузки давления под подошвой штампа превысят значение структурной прочности, а под краями штампа будут образовываться пластические зоны деформации или деформации сдвигов. Эта фаза деформирования сопровождается уплотнением грунта под подошвой штампа и называется фазой уплотнения и локальных сдвигов (участок АБ). Несмотря на то, что зависимость на этом участке между осадкой и нагрузкой нелинейна, она незначительна и в практических расчётах ею пренебрегают, заменяя участок кривой АБ прямой линией.

При возрастании нагрузки на участке БВ зоны пластических деформаций развиваются в стороны и вглубь, вовлекая в пластические деформации всё большие объёмы грунта. Кривизна линии БВ ещё более возрастает. Эту фазу называют фазой развития значительных сдвигов и уплотнения грунта по сторонам от зон пластических деформаций.

Дальнейшее нарастание нагрузки приводит к формированию под штампом уплотнённого ядра, которое, перемещаясь вместе со штампом, способствует расклиниванию грунта и развитию областей сдвига. Это вызывает резкую осадку штампа с выпором грунта из-под подошвы в результате потери устойчивости грунта. На графике эта фаза соответствует линии ВГ и называется фазой выпора.

Для фундаментов глубокого заложения характер деформирования под действием внешней нагрузки имеет несколько иной характер (рисунок 7), так как выпору грунта из-под подошвы препятствуют вышележащие слои грунта. Поэтому частицы грунта, перемещаясь в стороны и вниз, уплотняют окружающий грунт и явной потери устойчивости грунтов не происходит. О потере устойчивости основания фундамента судят по значительному нарастанию осадки вследствие вдавливания фундамента вместе с уплотнённым ядром в нижележащие слои грунта [4].

1 — зоны пластических деформаций;

2 — упругое ядро

Рисунок 7 - Схема развития дефор­маций грунта для фундамента глубокого заложения

Для большинства грунтов структурная прочность невысока, поэтому при незначительном развитии зон пластических деформаций зависимость между осадкой штампа и средним давлением под подошвой фундамента на участке ОБ (рисунок 6) обычно принимается линейной.