книги / Механика грунтов

стории загружения и начального избыточного давления поровой воды в водонасыщенных грунтах на величину их уплотнения.

В своей работе проф. Г. Боровичка приводит убедительный пример прогноза осадок цементного завода в Австрии, пост­ роенного на переуплотненной глине, хорошо подтверждающий изложенную теорию осадокпереуплотненных глин.

Об учете начального градиента напора при расчете уплотнения твердых глинистых грунтов

Изложенная фильтрационная теория уплотнения применима к грунтам, все поры которых заполнены свободной гидравличе­ ски непрерывной водой. Но эта теория не учитывает влияния на уплотнение маловодопроницаемых грунтов упруго-вязких водно­ коллоидных оболочек минеральных частиц, образованных слоя­ ми связанной воды и коллоидно-раздробленными веществами. Для плотных глинистых грунтов свойства этих оболочек могут существенно сказаться на величине з оны у п л о т н е н и я , так как фильтрация воды в таких грунтах может начаться лишь при градиентах напора, больших начального градиента / н. По­ этому получаемая в результате расчета по теории уплотнения картина фильтрации воды нуждается в дополнительном опре­ делении зоны, в которой градиенты напора будут меньше на­ чального фильтрационного градиента, обусловленного свойст­ вами связанной воды на поверхности частиц и коллоидными оболочками частиц (см. главу II).

Для решения задачи уплотнения с учетом начальных гра­ диентов С. А. Роза 1 предложил, используя общую теорию уп­ лотнения, приближенно определять зону уплотнения, налагая на решения общей теории уплотнения ограничивающее условие отсутствия фильтрации воды при градиентах напора, меньших начального для данного грунта / н. Вся зона грунта, лежащая вне этой зоны уплотнения, в данных условиях загружения и для данного времени не будет иметь деформаций, связанных с гид­ равлическим выдавливанием (или всасыванием) воды из пор грунта. Таким образом, влиять на осадки будет только зона уплотнения.

В случае линейной задачи зона уплотнения и величина пол­ ной стабилизованной осадки с учетом начального градиента напора могут быть определены исходя из того, что к о н е ч н ые напоры, обусловленные приложением уплотняющей нагрузки, как показано В. А. Флориным2, не обращаются в нуль, а сохра­

свойств связанной воды. Содоклад к сообщению Н. А. Цытовича «Связан­

пора на величину зоны уплотнения в случае плоской задачи на конкретных примерах, при этом приведем результаты числен­ ных расчетов для построения линий равных избыточных напо­ ров при действии на поверхность грунта равномерно распреде­ ленной полосообразной нагрузки для двух схехМ сжимаемого ос­ нования: при наличии дренирующего слоя под загруженной площадью и при отсутствии его.

Пример 24. На поверхность основания, покрытого дренирующим слоем,

1 “Ь ^0

На основе метода В. А. Флорина для вычислений напоров в узлах пря­ моугольной сетки по формуле (181) построены линии одинаковых избыточ­ ных напоров, изображенные на рис. 231, для времени ^=0,78 суток от на­ чала приложения уплотняющей нагрузки.

Предположим, что фильтрация воды в глинистом грунте наступает

Н0= ^ ~ (оу4 «г)-

Величины начальных напоров (в м), соответствующие условиям этого при­

Но - 10; 7; 5; 3,7; 3. Фильтрационный градиент на глубине 1,5—2 м равен

а на глубине от 1 до 1,5 м равен

5 -3 ,7

1,5 — 1

= 2,6.

Таким образом, при 1=0 величина градиента напора будет равна началь* ному градиенту /н—2 на глубине около 1,2 м.

Приближенное очертание соответствующей рассматривае­ мому примеру зоны уплотнения для ^=0,78 суток пунктиром изображено на рис. 231. Как видно, зона уплотнения в рассмат­ риваемом случае распространяется в стороны примерно на по­ ловину ширины нагруженной полосы и в глубине почти дости­ гает ее полной ширины. Таким образом, приведенный пример показывает, что учет величины начального градиента, обуслов­ ленного наличием связанной воды и гелеподобных коллоидных оболочек частиц, может внести существенные коррективы в оп­ ределение величины зоны уплотнения, а следовательно, и величины осадок.

ори значении начального градиента /„ = 2 , полученное по приближенному методу построения зон уплотнения в плотных глинистых грунтах, предло­ женному С. А. Роза,

свойств связанной воды в плотных глинистых грунтах. В дальнейшем необхо­ димы точная постановка задачи об уплотнении плотных глинистых грунтов (с учетом свойств связанной воды и гелевых коллоидных оболочек) и разра­ ботка эффективных методов ее решения. Сделанные же здесь сопостав­ ления показывают, что советские ученые, впервые предложившие решение задачи уплотнения плотных глинистых грунтов с учетом свойств связанной воды, внесли уже известные коррективы и в существующие методы расчета осадок грунтовых оснований.

В настоящее время, как указывалось во введении к настоя­ щей главе, фундаменты всех зданий и сооружений (за исключе­ нием временных и второстепенных) должны проектироваться исходя из предельных осадок оснований. Поэтому вопросу прог­ ноза осадок фундаментов на сжимаемых основаниях, определе­ нию их неравномерности и протекания во времени придается первостепенное значение.

Неравномерные осадки фундаментов вызывают дополни­ тельные напряжения в конструкциях сооружения, особенно в

статически неопределимых системах конструкций. Поэтому пра­ вильный выбор конструкции сооружения и определение действи­ тельных запасов прочности его элементов возможны лишь на ©снове расчета осадок фундаментов сооружения. Однако точное решение вопроса, вследствие чрезвычайной сложности природы грунтов и многообразия факторов, влияющих на осадку фунда­ ментов, в большинстве случаев затруднительно. Существующие методы расчета деформаций грунтов рассматривают обычногрунты как тела однородные и изотропные, тогда как в натуре они состоят из отдельных слоев, иногда резко различающихся между собой.

При возведении фундаментов осадка их будет складываться из: а) осадки вследствие нарушения структуры верхнего слоя грунта при подготовке котлованов для фундаментов; б) пла­ стических местных выдавливаний грунта в первый момент за-»

гружения и в) д л и т е л ь н ы х о с а д о к вследствие уплотнения всей сжатой зоны грунта под фундаментами.

Следует всемерно избегать осадок первого вида, возникаю­ щих при производстве работ, что при тщательности ведения строительных работ легко осуществимо. Осадки второго вида, зависящие от местных пластических выдавливаний, будут не­ велики, так как правильно сконструированные фундаменты должны давать нагрузку на грунт менее начальной критической. Все же вследствие жесткости фундаментов под краем их, хотя и в небольшой зоне, в начальный период при возведении фунда­ ментов будут наблюдаться пластические течения. Осадки третье­ го вида по величине наибольшие и возникают вследствие де­ формаций толщи грунта под фундаментами. Эти деформации слагаются из двух величин: деформаций вертикального уплот­ нения и деформаций бокового расширения грунта, причем по­ следние в некоторых случаях могут иметь значительную величи­ ну и превосходить деформации вертикального уплотнения. Точ­ ность определения деформаций уплотнения будет зависеть как от правильного выбора расчетной схемы и учета граничных условий задачи, так и от точности определения физических ха­ рактеристик (коэффициентов пористости, сжимаемости, филь­ трации). Определение осадок фундаментов по любому методу не может быть более точным, чем точность определения расчет­ ных характеристик, что вносит известные погрешности в расче­ ты, величина которых может быть установлена лишь на основа­ нии изучения результатов тщательно поставленных наблюдений за действительными осадками сооружений и сравнения расчет­ ных осадок с замеренными в натуре.

Следует отметить, что в настоящее время уже проведен ряд опытов по наблюдению за осадками сооружений, результаты которых дают возможность в первом приближении установить пределы применимости отдельных методов расчета. Сопостав­ ление расчетных осадок с действительными приводится в конце настоящей главы, здесь же только укажем, что в общем расчет­ ные данные при правильном выборе методов расчета с доста­ точной для практических целей точностью определяют как пол­ ную осадку фундаментов, так и протекание осадок во времени. Это особенно относится к сильносжимаемым насыщенным во­ дой грунтам, где практически наблюдается полное соответствие между теорией и экспериментом, причем имеющиеся расхожде­ ния ограничиваются лишь теми немногими случаями, когда фундаменты возводятся на переуплотненных грунтах (в геоло­ гическом прошлом подвергавшихся сильным давлениям). В этих случаях затухание осадок происходит несколько скорее, ч'ем следует по фильтрационной теории консолидации.

Этот факт отмечался и прежде в литературе по механике грунтов (доклады на I Международном конгрессе по механике грунтов, 1936 г.), однако не нашел никакого объяснения. Воп­ рос этот становится ясным лишь в свете новейших исследова­ ний, посвященных изучению свойств связанной воды и коллоид­ ных оболочек в твердых и вязких глинистых грунтах и значе­ нию их в процессе уплотнения, набухания и вторичной консо­ лидации грунтов.

Прежде чем приступить к расчету осадок фундаментов, не­ обходимо иметь:

1) геологическое строение места постройки с указанием тол­ щины отдельных пластов грунта, уровня грунтовых вод и физи­ ко-механических свойств грунтов оснований на достаточную глубину ниже отметки заложения подошвы фундаментов (объ­ емный вес грунта, водонасыщенность, пористость, а также ко­ эффициенты фильтрации, сжимаемостиили деформируемости

ивнутреннего трения грунтов);

2)размеры и форму подошвы фундаментов (по предвари* тельным расчетам) и конструктивные особенности сооружений, особенно чувствительность их к неравномерным осадкам фун­ даментов (разрезные конструкции или жесткие неразрезные — статически неопределимые и т. п.);

3)предварительные данные о нагрузке на грунт от возводи­ мых сооружений и глубину заложения фундаментов.

В особых случаях, когда основанием являются очень п л о т ­

ных характеристик грунтов будет недостаточно и требуются до­ бавочные исследования: для п л о т н ых глин — определение на­ чального градиента напора I , при превышении величины кото­ рого только и возможна фильтрация воды; для глин в я з к и х со значительной вторичной консолидацией—коэффициента сдви­

можно с достаточной точностью рассчитать осадки фундамен­ тов и протекание их во времени. Конечно, в полученные расче­

непосредственных измерений в натуре.