16. Какие фазы напряженного состояния претерпевает грунт при возрастании нагрузки? Какие существуют критические нагрузки на грунт? Какие состояния грунта они характеризуют?
При возведении здания или сооружения наблюдается постоянное возрастание давления по подошве фундаментов. При таком характере воздействия в грунтовом основании, как и во всяком твердом теле, возникает напряженно-деформирующее состояние (НДС), которое адекватно интенсивности приложенной внешней нагрузки, причем возникает оно не только в точках контакта подошвы фундамента сооружения и грунта основания, но и на значительной глубине.
При деформации грунтов под нагрузкой выделяется три фазы НДС:
I — фаза нормального уплотнения;
II — фаза сдвигов;
III — фаза выпирания грунта.
На
графике участок соответствует фазе
уплотнения (I), при которой осадка
пропорциональна приложенной нагрузке.
Из – за концепции напряжений под краями
фундамента в начале фазы сдвигов (II)
происходит разрушение грунта в локальных
областях, т. е. происходят местные потери
устойчивости. По мере роста внешней
нагрузки нарушается линейная зависимость
между осадкой и давлением. При дальнейшем
возрастании давления под подошвой
фундамента формируется уплотненное
ядро и при малейшем увеличении внешней
нагрузки приведет к исчерпанию несущей
способности.
По мере загружения фундамента наблюдаются две критические нагрузки: нагрузка, соответствующая началу возникновения в грунте зон сдвига и окончания фазы уплотнения, и нагрузка, при которой под нагруженным фундаментом сформировываются сплошные области предельного равновесия, происходит потеря устойчивости грунтов основания и исчерпывается его несущая способность.
Начальная критическая нагрузка соответствует случаю, когда в основании под подошвой фундамента возникает предельное состояние. Эта нагрузка еще безопасна в основаниях сооружения, так как до ее достижения грунт всегда находится в фазе уплотнения. При нагрузках, меньших начальной критической, во всех точках основания напряженные состояния допредельные и деформируемость грунта подчиняется закону Гука. Следовательно, для определения начальной критической нагрузки могут быть использованы решения задач теории упругости.
Какие допущения приняты при использовании теории линейно деформируемых тел (теории упругости) при определении напряжений в грунтах?
Для того чтобы можно было воспользоваться решениями задач, имеющимися в теории упругости, приняты следующие положения:
1. Грунт состоит обычно из трех компонентов: минерального скелета, воды и воздуха, однако возможно его рассматривать как квазисплошное тело, то есть тело, имеющее свойства сплошного однородного тела, в котором трещины и пустоты отсутствуют.
Грунт можно рассматривать как тело изотропное, обладающее одинаковыми деформационными свойствами в разных направлениях.
2. Для грунта характерно наличие остаточных деформаций. При полном снятии нагрузки все деформации не исчезают, а упругие (то есть восстанавливающийся) бывают часто значительно меньше неупругих (остаточных) деформаций. Поэтому в теории линейно деформируемых тел рассматривается только процесс нагрузки, а процесс разгрузки, если в том есть необходимость, рассматривается особо.
3. Считается, что нагрузки на грунт не вызывают его разрушения и далеки от предельных; поэтому в грунтовом массиве не возникает трещин, разрывов, срезов и т.д., то есть не нарушается "квазисплошность".
4. Связь между полными напряжениями и общими деформациями принимается линейной. Таким образом, считается справедливым закон Гука, связывающий напряжения и деформации. Деформации считаются малыми.