книги из ГПНТБ / Березанцев В.Г. Расчет прочности оснований сооружений

Ний для -j- = 3: кривая а показывает изменение осадки штампа

в функции ’давления, кривая б — изменение перемещений, про­ исходивших по горизонтальной плоскости, находящейся на уровне подошвы штампа на расстоянии двух ширин штам­ па от его края, также в функ­ ции давления по подошве.

На рис. 46 приведены схема и фотография областей сдви­ гов в момент достижения ими горизонтальной плоскости на уровне подошвы штампа.

При давлениях, превышаю­ щих в* 2 , дальнейшая осадка

фундамента происходит в ус-

товиях взаимодействия обла­ стей сдвигов и областей «уп­ лотнения», расположенных вы­ ше уровня подошвы фунда­ мента. Необходимо отметить, что наименование «область уп­ лотнения» для слоя грунта, на­ ходящегося в пределах глуби­ ны заложения фундамента, не

следует понимать в букваль­

ном смысле. В этой области происходит, наряду с уплотне­ нием некоторой ее части, так­ же и разрыхление зон, близких к поверхности. Название «об­

ласть уплотнения» употребле­

мелкого заложения.

Наиболее важным количественным результатом исследова­ ний данного случая является указанное выше положение о том, что давление °^р9, при котором начинается увеличение интен­

сивности осадки, соответствует моменту достижения областями

71

сдвигов уровня подошвы фундамента, вне его на значительном протяжении. Таким образом, для фундаментов, удовлетворяю­

щих соотношению 1,5-? 2 < -у- <3-?4,момент достижения поверх­

ностями скольжения горизонтальной плоскости на уровне по­ дошвы характеризует возникновение предельного состояния 'Ос­ нования по условию прочности.

Для фундаментов очень глубокого заложения >3-?4^ ,

даже при .весьма больших осадках, развитие .поверхностейсколь­ жения ограничивается малой областью, примыкающей к по­ дошве фундамента или к поверхности уплотненного ядра, при­ чем поворот траекторий движения частиц, как уже упомина­ лось, по отношению к направлению перемещения фундамента очень М1ал. Поэтому для данного случая установление критерия ■достижения предельного состояния основания по условию проч­ ности не имеет практической ценности. Расчет основания дол­ жен вестись только па деформациям.

б) Пластичные глинистые грунты

Экспериментальных исследований «поведения пластичных глинистых оснований в'различных фазах деформаций в таком объеме, как для песчаных грунтов, еще не проведено.

Рис. 47

Однако имеющиеся результаты опытов автора [53] позво­ ляют сделать следующий вывод. При любом относительном за­ глублении фундамента:

1) развитие областей сдвигов в пластичных глинистых грун­ тах происходит медленно при интенсивном уплотнении основа­ ния;

72

2) вследствие значительной сжимаемости ■ооноиан'ия даже небольшие по объему (по сравнению с песчаным основанием)

области сдвигов, появляющиеся у краев фундамента, сильно влияют на увеличение интенсивности нарастания осадки;

3) в результате расширения областей сдвигов у краев фун­ дамента появляются разрывы поверхности грунта (рис. 47); образование разрывов в грунте является признаком начинаю­ щегося разрушения основания;

4) разрушения в виде выпирания не происходит либо проис­ ходит при столь больших осадках фундамента и нарушениях

«сплошности» поверхности грунта у краев фундамента, что оп­

сдвигов, характерную для установления момента возникнове­ ния предельного состояния в глинистых грунтах, еще не уда­ лось. Некоторые предложения по этому вопросу в порядке пер­ вого приближения сделаны ниже.

§ 12. Характерные случаи предельного (по прочности) состояния оснований

В соответствии с рассмотренными выше явлениями, проис­ ходящими в естественных основаниях при постепенном возра­

стании давления по подошве фундамента, предельное состояние

основания по условию прочности следует считать достигнутым в

момент, когда:

а) при наличии возможности выпирания грунта начинается нарушение устойчивости основания в виде общего сдвиги при­ легающего к фундаменту грунта по поверхностям скольжения,

б) при отсутствии выпирания наступает значительное уве­ личение интенсивности нарастания осадки за счет уплотнения

окружающего грунта, происходящего в результате взаимодей­

ствия областей сдвигов и областей уплотнения.

В песчаных основаниях в зависимости от соотноше­ ния плотности песка и величины относительного заглубления фундамента необходимо различать следующие основные четыре

случая предельного состояния.

Случай 1 а, характерный для незаглубленных и мало заглуб­ ленных фундаментов (()< ~ <Ю,5^’на песках плотных передней

плотности; разрушение основания происходит в виде сдвига и выпирания объемов грунта, прилегающих к подошве фундамен­ та или к поверхности уплотненного ядра, по непрерывным по­

верхностям скольжения, составляющим на значительном про­

тяжении поднимающейся к поверхности грунта части угол

45° —у- с горизонтом.

73

Случай 1 б, наблюдаемый в песках плотных и средней плот­ ности при относительном заглублении в пределах 0,5 <-у <1,5-4-

4-2 и характеризуемый явлениями, аналогичными случаю lac той только разницей, что угол, под которым подходят поверх­ ности скольжения к горизонтальной плоскости на уровне по­

дошвы фундамента, увеличивается до 90°—®. Этот наклон со­ храняется .на большей части высоты слоя h и только у поверх­ ности грунта поверхности скольжения получают резкий поворот

Случай 2 а характерен при тех же показателях плотности ос­

нования для фундаментов, имеющих относительное заглубле­ ние в пределах 1,54-2< — < 3-4-4. В данном случае достижение

предельного состояния не связано с выпиранием грунта, а ха­

рактеризуется переходом через давление, при котором начи­ нается увеличение интенсивности нарастания осадки. Это дав­

ление соответствует такой степени развития областей сдвигов в основании, при котором последние достигают горизонтальней плоскости на уровне подошвы фундамента, вследствие чего при дальнейшем увеличении давления области сдвигов уже дефор­ мируют слой грунта (Л), расположенный в пределах глубины заложения фундамента.

Случай 2 6 встречается в плотных и средней плотности пе­

характеризуется образованием малых областей сдвигов и зна­ чительным уплотнением грунта ниже подошвы фундамента. При таком положении не обнаруживается характерных величин давления, и расчет основания может вестись только по> предель­ ным деформациям.

В указанных для относительного заглубления фундаментов пределах каждый из четырех характерных случаев предельного состояния будет иметь присущее ему особенности в большей

степени при плотном грунте. Так, например, при-у =2 в доста­

точно плотных грунтах будет наблюдаться случай 1 б, а1 в грун­ тах средней плотности, близкой к границе между средней плот­ ностью и рыхлым состоянием, возможен случай 2 а.

Вкаждом случае имеет влияние также и форма фундамента

вплане.

При вытянутой прямоугольной форме фундамента деформа­ ции основания происходят в условиях, близких к условиям пло­ ской задачи, ввиду чего разуплотнение грунта в направлении, нормальном плоскости деформаций, не происходит. При круго­ вой и квадратной подошве фундамента, наоборот, при переме­

щениях в стороны от оси фундамента происходит разуплотнение

74

грунта. Поэтому в последнем случае явление выпирания менее ярко выражено, и граница между случаями 16 и 2 а может быть обнаружена менее четко. Однако упомянутые детали таи в какой мере не могут уменьшить значение дифференцированного подхода к' установлению характерного случая предельного со­ стояния по соотношению относительного заглубления фунда­ мента и плотности основания.

Такой подход совершенно необходим для правильного рас­ чета величины предельного сопротивления песчаного основания.

Для пластичных глинистых грунтов, как это следует из рассмотрения характера их деформаций в основа­ ниях, возможна в большинстве случаев одна схема достижения предельного состояния по прочности при любом относительном заглублении фундамента.

Предельное состояние возникает при развитии областей сдви­

гов в объеме, достаточном для образования разрывов в грунте у краев фундамента. В пластичных глинистых грунтах, имею­

щих угол внутреннего трения, определяемый по существующей методике в состоянии завершенной консолидации менее 15° (эти грунты могут быть отнесены к группе грунтов, обладаю­ щих в основном сцеплением), в первом приближении можно принять методику определения предельного давления, основан­ ную на решениях, изложенных в § 8. Размеры предельной об­

ласти сдвигов, определенные для средней интенсивности верти­

кального давления по подошве фундамента, следует ограничить

л

углом -j- между крайними лучами.

Глинистые грунты, имеющие угол внутреннего трения выше

15°, занимают промежуточное положение между песками и гли­

нами и относятся к группе грунтов, обладающих и сцеплением

и внутренним трением. При оценке предельного состояния осно­ вания, сложенного такими грунтами с учетом современного уровня исследований данного вопроса следует исходи гь из по­ ложений, принятых для песчаных грунтов.

Изложенные в главе II основы теории предельного равно­ весия совместно с рассмотренными экспериментальными дан­ ными об особенностях разрушения различных оснований, по­ зволили разработать ряд приближенных методов расчета, су­ щность которых освещается в последующих главах.

Преимущество предлагаемых методов состоит в простоте, сочетаемой со строгим выполнением основного исходного поло­ жения. Это положение заключается в том, что форма поверх­ ностей скольжения не задается произвольно, а определяется на основании физического условия — условия пределтдаого равно­ весия. Вводимые же для упрощения расчетов приближенные

75

ГЛАВА /V

ПРАКТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА ПРОЧНОСТИ ОСНОВАНИЙ НЕЗАГЛУБЛЕННЫХ

ИМАЛОЗАГЛУБЛЕННЫХ ФУНДАМЕНТОВ

§13. Расчет непрерывных и прямоугольных фундаментов при действии вертикальной и горизонтальной нагрузки

Вданной главе рассматриваются основания, сложенные

грунтами, обладающими внутренним трением и сцеплением и только 'внутренним трением, под фундаментами мелкого зало­

жения, имеющими относительное заглубление в пределах О < -у <0,5. В соответствии с положениями, изложенными в пре­

дыдущей главе, в качестве расчетной схемы необходимо при­ менить схему случая 1 а. Разрушение основания происходит в

виде сдвига и выпирания грунта на поверхность. Вес слоя грун­ та высотою h вводится в расчет в виде равномерно распреде­ ленной пригрузки:

<7 = ^-

Для непрерывных (под сооружения в виде стены) и ленточ­ ных фундаментов строго подходит схема плоской 13адачи. С не­ которым запасом можно воспользоваться той же схемой для любых прямоугольных -фундаментов, имеющих отношение сто­ рон не менее двух.

Ординаты эпюры предельного давления определяются при­

ближенной формулой В. В. Соколовского ):*(

р = + QtV;

^ = ptg8.

Краевые ординаты получаются при у = 0 и при у — Ь: а) вертикальные составляющие

Ре = а<7 +

p6=/’o + QT ^;

77

б) горизонтальные составляющие

Рис. 48

случаях позволяют применить приводимые ниже рекомендации

к подошве. Этот отрезок доводится до пересечения в точке & с лу­ чом, проведенным из второй краевой точки (е) подошвы, со-

78

Из точки b строится дуга логарифмической спирали, имею­ щей уравнение:

где гв— | eb |. Крайняя точка логарифмической спирали с полу­ чается при значении <1 = 90°—ф и величине радиуса

зонтали под углом 45°---- £-,ДО пересечения с поверхностью в

точке d.

Построенная таким способом объемлющая линия скольже­ ния близка к точной при значениях а .от 25 до 40° для всех слу­

Для случаев расположения сооружения на поверхности несвяз­ ного грунта (<7=0 и с=0) указанное построение дает несколько преувеличенный объем сдвигаемого грунта.

Расстояние ап от края фундамента до точки расположения

равнодействующей предельного давления на подошве в соот­ ветствии с формулой )(** (см. § 10) для эксцентрицитета вы­ ражается следующим образом:

__ b 3aq + 3 с -I- 2QT~(b

аа ~ Т 2«7 + 3 с 4- Qt7F •

79

Коэффициент запаса прочности основания вычисляется. по (51)

Е'сли точка приложения равнодействующей 'расчетного дав­ ления не совпадает с центром тяжести предельной эпюры, т. е.

а =# а„, то дополнительно проверяется еще возможность вписы­ вания в предельную эпюру статически эквивалентной эпюры расчетного давления, для чего используются уравнения (52) и (53) §10.

Пример расчета. Ленточный фундамент под опоры крана шириною 6=6,0 м, передающий на грунт расчетную нагрузку, заданную вертикальной составляющей Р.р—67 т/м и горизонтальной 7р=11,8 т/м с эксцентрицитетом е=0,8 м, опирается на основание, сложенное на глубину 11 м. пылеватым песком, насыщенным водой. Характеристики грунта следующие: объемный

устраивается пригрузка из каменной наброски толщиною 2 м. Объемный вес каменной наброски в воде 1,2 г/л3

Интенсивность пригрузки поверхности грунта:

9=2-1,2=2,4 т/л2.

Расстояние от края фундамента до точки приложения расчетного дав­ ления (рис. 50):

а = -у — 0,8 = 2,2 л.

Краевые ординаты эпюры расчетного давления:

а0 = Л + —= 20,1 m/*м

80