Грунты учебник

1.Фаза уплотнения – осадка S происходит за счёт уплотнения частиц грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента (1).

Эпюра контактных напряжений под подошвой фундамента седлообразная. Осадка фундамента быстро затухает – Q →0.

2.Фаза сдвигов – характеризуется тем, что под краями фундамента начинают образовываться зоны с предельным равновесием грунта (2), которые развиваются и в конце второй фазы сливаются на оси. Расширяются зоны уплотнения (1). Непосредственно под подошвой фундамента образуется клин уплотнённого грунта (3). Эпюра

контактных напряжений – параболическая. Осадки носят незатухающий характер – Q = const.

3.Фаза выпирания – происходит развитие зон с предельным равновесием грунта (3). Формируются площадки сдвига (4) и зона выпирания грунта

(5). Эпюра контактных напряжений – колоколообразная. Осадки носят провальный характер – Q →∞.

30

31

Рис. 28. Характеристика напряжённого состояния грунта в 1-2-3-ей фазах

3.2. Начальная критическая нагрузка на грунт (Рн.кр.)

Решение этой задачи дано Пузыревским.

Влюбой точке М массива грунта, согласно представленного рис. 29, главное напряжение σ1 совпадает с направлением биссектрисы угла α, а σ2 – перпендикулярна к этой биссектрисе.

Врезультате решения задачи величина главных напряжений от действия собственного веса и дополнительной нагрузки от сооружения в произвольной

точке М определится:

σ = 8`kkl α + sinα + γ h + z , σ4 = 8`kkl α − sinα + γ h + z .

Рис. 29. Схема к определению начальной критической нагрузки на грунт (Pн.кр.)

В результате решения Пузыревский дал уравнение граничной области с местным нарушением прочности грунта (решено относительно z как

ординаты развития этой области по глубине):

z = 8`kkl o a\&RR − φp − Pk ctgφ − h.

В итоге решений дано значение критической нагрузки в общем виде:

P = `kol r,/sq Tt+up + γh

Q R R v> .

При zmax= 0. Это решение будет соответствовать безопасной нагрузке и Рн.кр., тогда:

Pн.кр. = Pбез.н. =

3.3. Предельная нагрузка на грунт

Рпр. (рис. 27) соответствует полной потере несущей способности грунта и сплошному разбитию зон предельного равновесия.

Впервые решение дал Прандтль. На рис. 30 показана форма разбития и очертания плоскостей скольжения, установленных опытным путём.

32

Было получено следующее выражение по определению продольной

предельной критической нагрузки:

Pпр. = g + C · ctgφ a\&RR e`Q R − C · ctgφ.

Рис. 30. Схема к определению предельной нагрузки на грунт (Pпр.) (решение Прандтля)

Это решение развил Соколовский.

В соответствии с представленной расчётной схемой (рис. 31) это решение

имеет вид:

Pпр. = Nk · γ · y + N · g + N · C,

где Nγ, Ny, Nc – табличные коэффициенты;

γ – удельный вес грунта; у – расстояние от начала

координат до любой точки подошвы фундамента в пределах её ширины b;

g – интенсивность боковой нагрузки;

р – интенсивность местной нагрузки;

С – сила удельного сцепления грунта.

Рис. 31. Схема к определению предельной нагрузки на грунт (Pпр.) (решение Соколовского)

Решение Соколовского развито профессорами Березанцевым, Малышевым и Горбуновым– Посадовым, которые рассматривали как одностороннее, так и двухстороннее выпирание грунта из-под подошвы фундамента при различных схемах загружения.

33

4. РАСЧЁТ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ ПО ДЕФОРМАЦИЯМ

4.1. Принцип расчёта оснований и фундаментов по деформациям и виды деформаций

Прочность наземных конструкций и эксплуатационная надёжность здания зависят от осадок и особенно их неравномерности.

Расчёт оснований по деформация производится, исходя из условия:

S ≤ Su,

где S – величина совместной деформации основания и сооружения, определяемая расчётом;

Su – предельное значение совместной деформации основания и сооружения, устанавливаемое по СНиП 2.02.03-83*.

Расчёт деформаций основания по СНиП выполняют, применяя расчётную схему основания в виде:

а) линейно-деформированного полупространства с условным ограничением глубины сжимаемой толщи Нс (определение осадки методом послойного суммирования);

б) линейно-деформируемого слоя конечной толщины.

Виды деформаций оснований и фундаментов

1. Абсолютная осадка отдельных фундаментов

2. Средняя осадка сооружений:

•ср = ƒ=А= ƒ>А> ... ƒ…А , А= А> ... А

А– опорная площадь фундамента.

3.Относительная неравномерность

осадок соседних фундаментов:

9= 9>

4. Крен i = 9=#9>. # .

34

5.Кривизна изгибаемого участка:

ρ = i‡R.

6.Относительный угол закручивания = 7A# .

7.Горизонтальное смещение сооружений u.

Рис. 32. Виды деформаций оснований и фундаментов

Для каждого из рассмотренных случаев в СНиП имеется предельное ограничение.

4.2. Определение осадки методом послойного суммирования (нормативный метод)

Совместная деформация основания и сооружения определяется расчётом по указаниям [4, прил. 2] методом послойного суммирования

35

Порядок определения осадки следующий:

1) Строится эпюра вертикальных напряжений от собственного веса грунта – эп. σzg. На глубине z от подошвы фундамента его величина

определяется по формуле:

σT = γ‹‹d& + ∑ γ‹‹,\h\.

В уровне подошвы фундамента:

σT = γ‹‹d&.

На границах выделенных слоёв грунта:

σT , = γ‹‹,\h\, σT ,4 = γ‹‹, h + γ‹‹,4h‹‹,

σT ,W = γ‹‹, h + γ‹‹,4h‹‹ + γ‹‹,Wh‹‹‹.

2) Определяется дополнительное давление (давление от сооружения) на

уровне подошвы фундамента:

σTр,< = P< = P‹‹ − σT ,<,

где РII – среднее давление под подошвой фундамента.

3) Строится эпюра дополнительного вертикального напряжения от сооружения – эп. σzр; при этом дополнительное вертикальное напряжение на глубине z от подошвы фундамента (по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента) определяется по

формуле:

σTр = α · P<,

где α – коэффициент, принимаемый по СНиП [4, табл. 1] в зависимости от

формы подошвы фундамента и относительной глубины толщиной α = 2z⁄b.

Для построения эпюры дополнительного давления толщина грунтов ниже подошвы фундамента разбивается на элементарные слои толщиной hi ≤ 0,4b или по 100 см;

z – глубина залегания подошвы каждого элементарного слоя грунта, ниже подошвы фундамента, для которого на расчётной схеме представляются соответствующие значения α и σzр.

4)Строится эпюра 0,2 σzр.

5)Определяется глубина сжимаемой толщи; нижняя её граница

принимается на глубине z = Н , где выполняется условие: σTр = 0,2σT (точка пересеченияс эпюры σzр и эпюры 0,2σzg).

36

6)Определяется осадка основания, складывающаяся из осадок слоёв грунта, входящих в сжимаемую толщу. Проводится послойное их

В итоге делается вывод о допустимости осадки из условия S ≤ Su:

Рис. 33. Расчётная схема к определению осадки методом послойного суммирования (нормативный метод)

Примечания:

1.Если найденная нижняя граница сжимаемой толщи заканчивается в слое грунта с модулем деформации Е < 5000 кПа или если такой слой

залегает непосредственно ниже глубины z = Н , то нижняя граница сжимаемой толщи определяется, исходя из условияс σTр = 0,1σT .

2.Если при расчёте S > Su, то предусматривают уширение подошвы фундаментов или переход на свайный фундамент, искусственное основание и др.

37

4.3. Определение осадки линейно-деформируемого слоя конечной толщины (нормативный метод)

Решение дано профессором К.Е. Егоровым.

Этот метод используется в следующих случаях:

1. Если в пределах Нс находится слой грунта, у которого Е > 100 000 кПа;

коэффициенты;

Еi – модуль деформации i-го слоя грунта.

Рис. 34. Расчётная схема определения осадки линейнодеформируемого слоя конечной толщины (нормативный метод)

Нс = Нa + ψ · b k",

где Но и ψ – принимаются соответственно равными для оснований сложенных:

−пылевато-глинистыми грунтами Но = 9 м; ψ = 0,15;

−песчаными грунтами Но = 6 м; ψ = 0,1;

kp – коэффициент, принимаемый равным при среднем давлении под подошвой фундамента:

−Р = 100 кПа, kp = 0,8;

−Р = 500 кПа, kp = 1,2.

Примечание: При промежуточных значениях kp – по интерполяции.

38

4.4. Определение осадки во времени

Рис. 35. Схема к определению осадки во времени

Согласно графику выделяется разный характер развития осадки во времени у глинистых и песчаных грунтов. Это связано с коэффициентом фильтрации (kф). У песчаных грунтов коэффициент фильтрации значителен, под нагрузкой вода из пор быстро отжимается из напряжённодеформируемой зоны и осадки на 90% завершаются в период строительства.

В глинистых же грунтах коэффициент незначителен, а отжатие воды из пор и процесс стабилизации осадок будет происходить десятилетиями.

Можно выделить понятия: осадка и просадка.

Осадка происходит за счёт уплотнения частиц грунта в основании фундамента без изменения структуры.

Просадка связана с полным нарушением структуры и провальными деформациями.

Просадки могут отличаться:

−в лессовидных просадочных грунтах при их замачивании водой;

−на вечно мёрзлых грунтах при их оттаивании;

−на рыхлых грунтах при динамичном воздействии (как засчёт уплотнения, так и за счёт разжижения);

−в районах с проявлением карста.

Примечание: Студенты и слушатели самостоятельно могут ознакомиться дополнительно с теорией консолидации грунтов [1, 2, 3].

39