ексцентриситет більший, ніж b/6, відбувається частковий відрив підошви фундаменту від основи.

7.4. МЕТОДИ ВИМІРЮВАННЯ НАПРУГ У ҐРУНТАХ

Необхідність вимірювання напруг у ґрунтах виникає головним чином при розв’язанні дослідницьких завдань, пов’язаних із вивченням тиску ґрунту на споруди або напруг у їх основах при складних епюрах розподілу навантаження.

Напруги вимірюють за допомогою приладів – динамометрів (месдоз), які закладають у ґрунт або замуровують у споруду на поверхні контакту з ґрунтом. Динамометрами або бе з- посередньо вимірюють діючий на них тиск, урівноважуючи його протидією стислого повітря чи рідини, або цей тиск вимірюють за допомогою попереднього тарування за величиною прогину їх мембрани, що вимірюється дистанційно. В найбільш поширених приладах останнього типу прогин мембрани оцінюють за показаннями наклеєних на неї дротяних тензометрів опору або за зміною натягу струни, прикріпленої до мембрани (акустичні динамометри).

Рис. 7.12. Схеми грунтових динамометрів: а – акустичний; б – тензометричний;

в – динамометричний блок: 1 – корпус; 2 – мембрана; 3 – струна; 4 – пристрій для коливання струни; 5 – тензометр; 6 – рідина; 7 – дріт; 8 – динамометр для вимірювання вертикальних напруг; 8 – динамометр для вимірювання горизонтальних напруг

На рис. 7.12 показані схеми ґрунтових динамометрів. Основними елементами акустичного динамометра (рис. 7.12, а) є корпус 1, у якому змонтована мембрана 2. До мембрани закріплена струна 3, яка змінює свій натяг при прогині мембрани від дії зовнішніх навантажень. При вимірюванні напруг за допомогою пристрою 4 задають коливання струні і визначають висоту звуку, що залежить від величини напруги. Тензометричний динамометр (рис. 7.12, б) складається з корпусу 1, у якому змонтована мембрана 2, до котрої приклеєний тензометр опору 5. Для вирівнювання тисків у межах динамометра в порожнину між корпусом і мембраною заливають рідину. Залежно від величини напруг мембрана отримує прогин, що, у свою чергу, змінює опір тензометра, який фіксується вимірювальними приладами, з’єднаними з динамометром дротом 7. У випадках, коли потрібно одночасно вимірювати вертикальні й горизонтальні складові частини напруг використовують динамометричні блоки (рис. 7.12, в). Динамометричний блок має корпус 1, який складається з двох окремих частин, що дає їм змогу вільно переміщуватись одній відносно одної у будь-якому напрямку. Вертикальна складова частина напруги вимірюється динамометром 8, горизонтальна – динамометром 9. Динамометричні блоки дають можливість вимірювати контактні напруги на поверхні фундаментів складної форми (наприклад пірамідальних паль). Ґрунтові динамометри дають змогу вимірювати напруги як у польових, так і у лабораторних умовах. На рис. 7.13 показано схему випробувань моделі фундаменту 1 в лотку 4.Ґрунт 3 засипають у лотокшарами то в- щиною по 0,25b, ущільнюючи його до однакових значень щільності сухого ґрунту. Ґрунтові динамометри 2 встановлюють на відстані 0,25b один від одного або на іншій залежно від умов експерименту. Результати випробувань дають змогу побудувати епюри напруг в основі фундаменту споруди.

Знаходячись у ґрунті, динамометр дає правильні показання тільки тоді, коли він не порушує поля напруг, що виникають у ґрунті під дією навантажень. Цю вимогу особливо не-

на увазі, що мова йде про залишкові деформації Sf≈S.

В основах будівель та споруд головним чином виникає вертикальна де

де S – осідання за рахунок ущільнення ґрунту природної (непорушеної) структури; Ssw – осідання за рахунок впливу випинання дна котловану під час розробки (пружна віддача, набрякання); Sd – осідання за рахунок випадкових факторів руйнування ґрунту, в тому числі й виробничих.

Головною складовою частиною є осідання S. Складові Ssw і Sd залежать переважно від способу виконання робіт при спорудженні фундаменту. Якщо спосіб виконання робіт вибраний правильно, вплив цих факторів практично не відчувається.

Залежно від фізичних причин виникнення розрізняють такі види деформацій:

осідання – викликається ущільненням ґрунту від дії зовнішніх навантажень і не супроводжується істотними змінами структури;

просідання – виникає через різні порушення природної структури ґрунту під час замочування або розмерзання;

набухання – викликається розклинюючою дією зв’язаної води, що потрапляє в недостатньо зволожені щільні глинисті ґрунти;

усадка – є результатом зменшення об’єму ґрунту під час випаровування надмірної кількості води;

осідання денної поверхні – викликається розробленням корисних копалин.

7.6. ВИЗНАЧЕННЯ ОСІДАННЯ ШАРУ ҐРУНТУ ПРИ СУЦІЛЬНОМУ НАВАНТАЖЕННІ (ОСНОВНА ЗАДАЧА)

Вважаємо, що шар ґрунту є однорідним, поширеним на нескінченну відстань по площі, має кінцеву товщину і розміщений на нестисливому підстильному шарі (рис.7.12, а). При стискуванні шару ґрунту суцільним розподіленим навантаженням буде відбуватися його ущільнення без можливості бічного розширення (компресійний стиск). Можна передбачити, що після прикладання навантаження осідання відбудеться тільки за рахунок зменшення об’єму пор, а об’єм твердих частинок залишиться незмінним. Виділимо в шарі масив із площею основи А й початковою висотою h0. Прирівняємо об’єм мінеральних частинок до прикладання навантаження і після стискування, враховуючи, що від-

носний об’єм твердих частинок m = 1+1 e :

де e0 та e1 – коефіцієнти пористості відповідно до навантаження і після нього (рис. 7.14, б). Скоротивши обидві частини рівняння на A й розв’язавши його ві-

щення:

ґрунт є суцільним, ізотропним, лінійно деформівним тілом;

осідання викликане тільки дією вертикальної напруги σz, інші складові напруг не враховуються;

бічне розширення ґрунту в основі неможливе;

напругу σz визначають під центром підошви фундаменту;

при визначенні напруги σz відмінністю в стискуванні окремих шарів ґрунтів нехтують;

фундаменти не мають жорсткості;

деформації розглядаються тільки в межах товщі, що стискується, Hc; бічне розширення ґрунту враховується коефіцієнтом β, який дорівнює 0,8

незалежно від виду ґрунту.

Унаслідок складності визначення закону зменшення напруг по глибині ґрунтову товщу розбивають на ряд шарів, у межах котрих тиск можна вважати постійним без великої похибки. Тоді загальне осідання можна визначити з використанням виразу для елементарного шару (7.37), підсумовуючи осідання окремих шарів у межах товщі, що стискується.

Рис. 7.16. Схема визначення методом еквівалентного шару:

а – еквівалентний шар ґрунту; б –фундамент споруди

Для шару скінченої товщини (рис. 7.16, а) осідання можна визначити за допомогою формули (7.37), приймаючи, що висота шару дорівнює he:

Для фундаменту скінчених розмірів, які передають навантаження на пружний напівпростір, можна визначити осідання за допомогою формули Шлейхера:

де ω – коефіцієнт, що залежить від форми фундаменту; b – ширина фундаменту; ν – коефіцієнт Пуассона.

Прирівняємо між собою вирази (7.40) і (7.41) і, замість коефіцієнта бічного розширення β, запишемо його вираз через коефіцієнт Пуассона

Необхідно звернути увагу на те, що висота еквівалентного шару не залежить від навантаження p, модуля деформації E й визначається формою, розмірами фундаменту, а також значенням коефіцієнта Пуассона ґрунту.

Добуток Aω у формулі (7.45) має назву коефіцієнта еквівалентного шару та визначається за допомогою спеціальних таблиць.

Після одержання значення висоти еквівалентного шару осідання фундаменту визначають за допомогою виразу (7.40) або за формулою

де mv – коефіцієнт відносного ущільнення.

Визначення осідання наближеним методом

Для приблизного визначення осідання фундаменту можна використати спосіб професора І. О. Розенфельда, відповідно до якого

де η – співвідношення сторін фундаменту η=ℓ/b (для стрічкового фундаменту η=10); p – середній тиск по підошві фундаменту; σ zg0 – природна напруга в

ґрунті на рівні підошви фундаменту; Em – середнє значення модуля деформації ґрунтів, що залягають нижче від підошви фундаменту.

На рис. 7.17 показана схема для визначення осередненого значення модуля загальної деформації Em:

де Ei – модуль деформації і-ro шару; hi – товщина і-го шару; zi – відстань від середини і-ro шару до межі товщі ґрунту, що стискується; Hc=kb – потужність товщі, що стискується.

Значення коефіцієнта k залежить від співвідношення сторін фундаменту η і наведене в табл. 7.1.

183