Электронный учебно-методический комплекс «Механика грунтов, основания и фундаменты» (часть 1) для специальности 1-70 02 01 «Промышленное и гражданское строительство»

заболоченных территорий с заторфованными грунтами составляет более 2000 км2.

Содержание органических веществ оценивается степенью

заторфованности Iom

Степень заторфованности представляет собой отношение массы органического вещества mom в образце абсолютно сухого грунта к массе сухого грунта без органической примеси (m- mom).

Торфы так же характеризуются степенью разложения Dpd - представляющей собой отношение массы бесструктурной, полностью разложившейся части к общей массе торфа и зольностью А –представляющей собой отношение массы остатка полученной при прокаливании к массе сухого торфа.

В зависимости от степени заторфованности (Iom) грунты, содержащие органическую примесь подразделяются на:

содержащие органическую примесь при Iom <0.1; заторфованные (0.1 < Iom < 0.5);

торфы (0.5 < Iom ).

В свою очередь заторфованные грунты подразделяются на:

слабозаторфованные Iom = 0.1….0.25; среднезаторфованные Iom = 0.25….0.4; сильнозаторфованные Iom = 0.4….0.5.

Заторфованные грунты и торфы характеризуются: высокой пористостью (n > 2.0- 12.0)

высокой влажностью (W > 100-200%) высокой деформативностью (E<1 МПа)

По мере разложения органической примеси свойства заторфованных грунтов ухудшаются.

Заторфованные грунты в качестве оснований зданий и сооружений, как правило, не используются. Исключения составляют случаи:

возведения временных сооружений;

легких сооружений при равномерном залегании пластов заторфованных грунтов; площадочных сооружение с предварительным уплотнением

заторфованной толщи статической нагрузкой.

81

По характеру залегания торфы могут быть верховыми и погребенными. Верховые торфы имеют, как правило, более высокую пористость и

деформативность. Они отличаются рыхлой структурой, высокой степенью разложения и очень низкими прочностными свойствами.

Погребенные торфы зачастую представляют собой сплетение слаборазложившихся растительных остатков (веток, листьев), уплотненных весом вышележащего грунта. Механические свойства погребенных торфов, как правило, на порядок выше чем верховых. В некоторых случаях (при соответствующем теоретическом обосновании) небольшая прослойка погребенного торфа может рассматриваться как один из несущих слоев грунта в пределах активной зоны фундаментов.

82

ТЕМА 8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ В МАССИВЕ ГРУНТА

8.1 Принцип линейной деформируемости грунтов

Многочисленные опыты показывают, что кривую зависимости деформации грунта от давления можно рассматривать состоящей из двух частей: прямолинейной (при давлениях от 0 до р0) и криволинейной (при давлениях свыше р0). р0 — предел пропорциональности. Нагрузка для оснований сооружений обычно выбирается так, чтобы давление под подошвой фундамента не превышало р0, при определении напряжений в грунтах можно применить теорию линейно-деформируемых тел.

Принцип линейной деформируемости грунтов базируется на положении, что при небольших изменениях давлений грунты можно рассматривать как линейно-деформируемые тела. Этот принцип является одним из основных в современной механике грунтов и справедлив при давлениях в основании сооружений примерно от 0,1МПа до 0,4МПа. На нем основываются почти все расчеты напряжений и деформаций грунтовых оснований.

8.2 Фазы напряженного состояния грунтов при непрерывном возрастании нагрузки

На поверхности грунта установлен жесткий штамп, загружаемый нагрузкой N. С увеличением нагрузки N возрастают деформации грунта в основании и осадка штампа S увеличивается. На графике зависимости S=f(N) можно выделить четыре участка: 0А, АВ, ВС и CD (рисунок 8.1).

Рисунок 8.1 – Графики зависимости S=f(N) при возрастании нагрузки

83

8.3 Основные положения теории распределения напряжений в грунтах

Напряжения в массиве грунта возникают от собственного веса грунта и действия внешних нагрузок. Напряжения необходимо знать для расчета деформаций грунтов, оценки их устойчивости и давления на ограждения.

Под действием собственного веса в массивах грунта формируется начальное напряженное состояние. Напряжения от действия сооружения накладываются на уже имеющиеся собственные напряжения, что приводит к формированию сложного поля напряжений.

В большинстве случаев в расчетах напряженного состояния грунтов применяются решения теории упругости. Для этого принимается ряд допущений.

1.Грунт является линейно-деформируемым телом только в пределах фазы упругих деформаций и фазы уплотнения и местных сдвигов.

2.Решения теории упругости для грунтов можно использовать лишь при одноразовом загружении основания.

3.Напряжения в любой точке основания принимаются равными средней интенсивности напряжений из условия, что грунт является сплошным телом.

4.Грунт принимается изотропным (свойства одинаковы во всех направлениях).

При определении напряжений в массиве принимают, что грунт является

сплошным линейно-деформируемым телом, испытывающим одноразовое загружение.

Определенное по теории упругости поле напряжений соответствует конечному стабилизированному состоянию грунтов, когда все деформации уже завершились.

Основные задачи расчета напряжений:

1. Распределение напряжений в массиве от действия внешней нагрузки.

2. Определение контактных напряжений (по подошве фундамента или поверхности взаимодействия конструкции с массивом).

3. Распределение напряжений от собственного веса грунта.

8.4 Распределение напряжений в грунтах от действия внешних сил

Распределение напряжений в основании определяется методами теории упругости. Основание рассматривается как упругое полупространство, бесконечно простирающееся во все стороны от горизонтальной поверхности загружения. Принимается, что зоны развития пластических деформаций у краев

85

фундамента незначительны и не оказывают заментого влияния на распределение напряжений в основании.

8.4.1 Определение напряжений от действия сосредоточенной силы

В основе определения напряжений в упругом полупространстве от действия местной нагрузки N лежит решение задачи о действии вертикальной сосредоточенной силы приложенной к поверхности полупространства, полученное Ж. Буссинеском в 1885г (рисунок 8.3). Это решение позволяет определить все компоненты напряжений и деформаций в любой точке М полупроствранства от действия силы Р.

Рисунок 8.3 – Схема распределения напряжений от сосредоточенной нагрузки

Для практических расчетов наибольшее значение имеют вертикальные сжимающие напряжения:

cosb=z/R

R2=r2+z2

86

Используя принцип суперпозиций можно определить значения вертикальных сжимающих напряжений в любой точке М при действии нескольких сосредоточенных сил, приложенных на поверхности (рисунок 8.4б).

Рисунок 8.4 – Расчетные схемы задачи Буссинеска (а), задачи о действии нескольких сил (б) и задачи Фламана (в)

Для определения напряжений от вертикальной сосредоточенной силы в условиях плоской задачи применяется решение Фламана (1892), смрисунок

8.4в:

2P z3 ; (8.6.1)

87

Рисунок 8.5 – Схемы к расчету действия любой распределенной нагрузки (а) и равномерно распределенного давления (б) в пределах прямоугольной площадки загружения

8.4.3 Определение напряжений от действия полосовой нагрузки (плоская задача)

Аналогичным образом, используя выражение (8.6), Колосовым Г. В. были получены значения всех компонент напряжений для случая плоской задачи.

Коэффициенты влияния Кz, Kx и Kxz зависят от безразмерных параметров x/b и z/b, где х и z – координаты точки в которой определяются напряжения, b=2a – ширина полосы загружения. Для практических расчетов значения коэффициентов влияния табулируются.

По полученным данным можно построить линии равных напряжений (изобары).

89