1. Состояние вопроса и задачи исследования

В нашей стране грунтовые основания зданий и сооружений, как и несущие конструкции, рассчитываются по предельным состояниям. Для расчета необходимо иметь достаточно хорошо разработанные методы прогнозирования напряженного и деформированного состояний оснований. Эти решения должны быть, с одной стороны, достаточно надежными, а с другой – простыми и не слишком трудоемкими. До сих пор этим требованиям во многих случаях удовлетворяли расчетные методы, основанные на применении теории упругости (точнее – теории линейно - деформируемой среды). Однако, по мере накопления экспериментальных данных о грунтах и грунтовых основаниях, оказалось, что основные предпосылки линейной теории упругости лишь с большими оговорками могут быть использованы для описания поведения грунтов и грунтовых оснований при действии на них внешних нагрузок и других факторов. В связи с этим, действующие строительные нормы рекомендуют учитывать пространственную работу конструкций, геометрическую и физическую нелинейность, анизотропность, пластические и реологические свойства материалов и грунтов.

Одним из факторов, осложняющих расчет плитного фундамента является слоистость основания, неоднородность грунтов по глубине. При этом возникает вопрос выбора метода расчета, расчетной модели основания, и определения глубины сжимаемой толщи, которую в различных методиках определяют по-разному. Наиболее естественно было бы вовсе не ограничивать сжимаемую толщу или ограничить ее снизу кровлей скальных грунтов, осадки которых пренебрежимо малы. Последнее часто удается сделать, но далеко не всегда на практике изыскания доходят до границы скальных пород. Поэтому нормативные методы расчета вводят некоторые условные ограничения сжимаемой толщи. Физически достоверный метод расчета осадок не должен сильно зависеть от учета или не учета деформаций на больших глубинах, поскольку деформации там должны быть весьма незначительны. Исходя из этого соображения, часто принимают для ограничения сжимаемой толщи снизу кровлю несжимаемых пород. Однако этот вопрос является не достаточно изученным. Поэтому его рассмотрение является актуальным.

1. Существующие методы расчета фундаментных плит на грунтовом основании

1.1 Упругие деформации грунтов и методы их определения. Условия возникновения упругих деформаций в грунтах

Хоть упругость и является общим свойством всех тел природы, но грунты, представляющие собой сложные дисперсные природные обра­зовании, можно рассматривать как упругие тела лишь при определенных условиях.

При действии местной нагрузки (большей структурной прочности грунта) и однократной загрузке и разгрузке в грунте будут наблюдаться как остаточные, так и упругие деформации, причем остаточные деформации часто будут во много раз превосходить по величине упругие деформации; при многократном же действии нагрузки и разгрузки грунт постепенно будет приходить в упруго-уплотненное состояние, характеризующееся постоянством (для данных условий загружения) его упругих свойств.

Если же увеличить нагрузку на грунт сверх той, при которой грунт принял упруго-уплотненное состояние, то в грунте вновь возникнут значительные остаточные деформации, которые при достаточно большом числе циклов загрузки и разгрузки приведут грунт к новому упруго-уплотненному состоянию, но с большим модулем упругости (меньшим наклоном к оси давлений кривой деформаций грунта при разгрузке). Понятно, что такое увеличение ступеней нагрузки можно производить лишь до тех пор, пока не будет превзойден предел фазы уплотнения грунта и не наступит фаза развития сдвигов.

Таким образом, грунты при определенном режиме загружения могут принимать упруго-уплотненное состояние.

Если грунт обладает связностью, то до нагрузки, не разрушающей структурных связей, и при малых перемещениях частиц и структурных элементов грунтов он будет вести себя как упругое тело, что подтверждается передачей через грунты упругих колебаний: вибраций, сейсмических волн, сотрясений и пр.; если же при циклической нагрузке структурные связи будут разрушены, то грунт только после соответствующих циклов нагрузки и разгрузки придет в новое упруго-уплотненное состояние.

Из методов определения упругих деформаций грунтов следует различать метод общих упругих деформаций, когда учитываются упругие перемещения не только точек, лежащих под нагруженной поверхностью, но и точек, лежащих вне ее; метод местных упругих деформаций, когда учитываются лишь деформации непосредственно в месте приложения нагрузки, а общие упругие деформации массива грунта не рассматриваются; некоторые обобщенные методы, учитывающие как общие восстанавливающиеся деформации, включая и упругие, так и местные, но остаточные деформации.