Механика грунтов / УМК по механике грунтов / Лекция 8 Определение напряжений в массиве грунта

При определении коэффициентов рассеивания напряжений α1 α2 по таблицам необходимо помнить что l − наибольшая сторона прямоугольника, b − наименьшая сторона прямоугольника. К примеру, для первого участка:

l1 = AB ,b1 = AM

Пример 2: Точка находится под площадью загружения, рис.8.15.

z

M

Рис 8.15. Схема к определению напряжений по методу угловых точек. Пример 2

В этом случае напряжение в точке М определяется как сумма напряжений от участков 1,2,3,4:

Пример 3: Точка расположена за пределами площади загружения. В этом случае достроим площадь загружения «мнимой» нагрузкой и разобьем полученную грузовую площадь на участки 1, 2, 3, 4, рис.8.16.

Рис 8.16. Схема к определению напряжений по методу угловых точек. Пример 3

Напряжение в токе М будет равно сумме напряжений от участков 1, 2, за вычетом напряжений от несуществующих, «мнимых» участков 3,4.

Пример 4: Точка находится за пределами площади загружения как показано на рис.8.17.

Рис 8.17. Схема к определению напряжений по методу угловых точек. Пример 4

Как и в предыдущем случае достроим грузовую площадь «мнимой» нагрузкой. Точка М будет угловой для прямоугольника 1. Напряжение в этой точке будет равно напряжению от площади загружения 1 за вычетом напряжений от несуществующих участков 2, 3. Однако напряжения от участка 4 вычитаются два раза. Поэтому окончательная формула для определения напряжений в точке М будет выглядеть следующим образом:

8.8.Определение напряжений от нагрузки по гибкой полосе

Отдельные типы фундаментов имеют достаточно выраженную вытянутую форму (к примеру, фундаменты под стены здания). В этом

случае нагрузку на грунтовое основание можно представить в виде полосовой бесконечной равномерно-распределенной нагрузки, рис.8.18.

Рис. 8.18 Полосовая равномерно-распределенная нагрузка

Напряженно-деформируемое состояние грунтового основания в

этом случае будет соответствовать плоскому. Как известно из курса сопротивления материалов при плоском напряженно-деформируемом состоянии напряжения, перпендикулярные рассматриваемой плоскости, либо постоянные либо равны 0. То же можно сказать и о деформациях.

Поэтому для оценки напряженно-деформируемого состояния грунтового основания в плоской задаче достаточно определить 3 компонента тензора напряжений –σz ,σy, τ zy.

Расчетная схема к определению напряжений от полосовой нагрузки приведена на рис.8.19.

Рис. 8.19. Расчетная схема к определению напряжений от полосовой нагрузки

Решение для данного случая также было получено путем интегрирования уравнения Буссинеска с учетом граничных условий для полосовой нагрузки.

где а- полуширина полосовой нагрузки; q – интенсивной нагрузки;

y,z – координаты точки М;

2aqz(y2 - z2 - a2 )

D = π [(x2 + z2 - a2 )2 + 4a2 z2 ].

Главные напряжения можно определить через угол видимости α, представляющий собой угол между линиями, соединяющими точку М с границами полосовой нагрузки, рис.8.20.

Рис. 8.20. Направление действия главных напряжений при полосовой нагрузки

Значение главных напряжений можно определить по следующим зависимостям:

Следует отметить, что площадка, на которой действует главное напряжение σ1 , перпендикулярна биссектрисе угла видимости.

8.9.Методы графического представления поля напряжения

Для того, чтобы представить характер распределения (рассеивания)

напряжений в грунтовом основании в механике грунтов применяются следующие основные методы графической визуализации поля напряжений:

·Эпюры напряжений;

·Линии одинаковых напряжений (изобары);

·Эллипсы напряжений.

Как известно эпюры напряжения это график изменения напряжений построенный для точек, лежащих на одной линии.

Примеры эпюр напряжений σ z , построенных по различным линиям приведен, на рис.8.21.

Рис.8.21.Примеры эпюр напряжений σz 1- вдоль вертикальной линии, 2- вдоль горизонтальной линии

Линии одинаковых напряжений (изобары) связывают точки с равными напряжениями. Примеры изобар для полосовой нагрузки

в)

Рис.8.22. линии одинаковых напряжений: а) – для σz; б) – для σy; в) – для τzy.

Эллипсы напряжений позволяют графически представить направление и интенсивность главных напряжений в массиве грунта. Эллипсы напряжений строятся таким образом, чтобы направление и размер главной оси эллипса соответствовал главному напряжению σ1, а вторая ось эллипса – напряжению σ2, рис.8.23

Рис.8.23. Эллипсы напряжений

8.10. Распределение напряжений от собственного веса грунта

Как уже отмечалось выше, на напряженно-деформированное

состояние грунтового массива большое влияние оказывают напряжения от собственного веса грунта. При мощности активной толщи в несколько

метров напряжения от собственного веса вышележащих пород будут сопоставимы с напряжениями от фундаментов сооружения.

Давление, которое создает вес вышележащих породы грунтов в природном залегании, называется природным или бытовым. Величину

природного давления для полностью однородного основания можно определить как произведение удельного веса грунта на высоту рассматриваемого объема.

При горизонтальной дневной поверхности основания и при отсутствии бокового расширения грунта давление от веса грунта будет равно сжимающему напряжению σzg. Эпюра сжимающих напряжений от собственного веса грунта будет треугольной.

В неоднородных грунтах напряжения от собственного веса можно определить как сумму напряжений от веса вышележащих пород:

i=1

где h i- мощность i- го слоя.

γi - удельный вес i- го слоя грунта.

Пример эпюры напряжения от собственного веса грунта приведен на рис.8.24.

Рис. 8.24. Пример эпюры сжимающих напряжений от собственного веса грунта

В водонасыщенных грунтах γ определяется с учётом взвешивающего действия воды. В водовмещаемых породах (валунные, гравийные грунты, пески, легкие супеси) удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды можно определить по формуле:

где γs –удельный вес твердых частиц грунта, γw – удельный вес воды (10 кН/м3),

е – коэффициент пористости грунта

Взвешивание водой частиц грунта приводит к уменьшению веса пород в 1.5 – 2 раза.

Если водовмещаемый слой подстилается практически водонепроницаемым грунтом (однородными глинистыми грунтами)

взвешивающее действие воды снимается и на кровле водоупора добавится давление от веса воды, находящейся в порах грунта.

На рис.8.25 приведен пример эпюры природного давления с учетом взвешивающего действия воды и наличия водоупорных слоев грунта.

В глинистых грунтах из-за их плотной упаковки и высокой активности, связанной воды гидростатическое давление свободной воды действует лишь на ограниченной поверхности частицы. В этом случае Архимедова сила будет меньше, и будет иметь место лишь частичное взвешивание. Удельный вес грунта в этом случае можно определить из

выражения

γiw = γ d -αm ×γ

где αm – коэффициент меньше 1, принимаемый в зависимости от типа грунта.

В практических расчетах можно всегда принять полное взвешивание, тем более, что в этом случае погрешность определения природного давления практически всегда идет в запас надежности расчета.

Вопросы для самоконтроля

1.Какие расчетные модели наиболее часто применяются при расчете оснований фундаментов?

2.Что подразумевается под понятием «напряжение» применительно к дисперсной среде?

3.Перечислите фазы напряженно-деформированного состояния грунта.

4.Сформулируйте принцип линейной деформируемости грунта.

5.Перечислите основные допущения методов определения напряжений в грунте как линейно-деформируемого сплошного тела.

6.Как определяется сжимающее напряжение σ z от сосредоточенной силы?

7.Как определить напряжение σ z от нескольких сосредоточенных сил?

8.Как определить напряжение от равномерно-распределенной нагрузки (табличный метод)?

9.Основные положения метода угловых точек при определении напряжений в массиве грунта.

10.Как определить напряжение от нагрузки по гибкой полосе?

11.Как определить напряжение от собственного веса грунта?