Причины возникновения _____________________ осадок

В общем случае осадка каждого фундамента может рассматриваться как сумма 4-х слагаемых осадок.

S = S_упл. + S_{разупл.} + S_выд. + S_стр. ,

где S_упл. – осадка в результате уменьшения пористости грунтов под воздействием увеличивающегося напряжения от нагрузки или воздействия соседнего фундамента

S_{разупл.} – осадка фундамента за счёт разуплотнения верхних слоёв грунта, залегающих ниже дна котлована

S_выд. – осадка за счёт выдавливания грунта из-под фундамента при развитии зон пластичности

S_стр. – осадка за счёт увеличения сжимаемости грунтов при нарушении их структуры

Неравномерность уплотнения может быть за счёт:

• различия инж.-геолог. условий под разными фундаментами сооружений

• неодинаковой плотности грунта, что трудно предсказать при проекте

• неодинаковой нагрузки на фундамент

• от загрузки соседних фундаментов или поверхности грунта

• при неодинаковом загружении фундаментов в период возведения сооружения

• при неполной загрузке фундамента и др.

Неравномерность осадки разуплотнения:

• осадки разуплотнения развиваются, когда вес сооружения меньше собственного веса вынутого грунта

• значительные различия во времени возведения фундамента

• неодинакового поднятия (выпучивания) грунта дна котлована

Осадка выдавливания связана с развитием пластических деформаций грунта основания. Даже при небольшой нагрузке по краям фундамента возникают давления больше несущей способности грунта.

		P
				зоны пластичности

Осадки расструктурирования грунтов возникают от разности температур грунтовых или промышленных вод, воздействия _______________ (промерзание и оттаивание, набухание и размягчение, высыхание)

				У.Г.В
				S1

Причиной могут являться и ошибки строителей:

• перебор грунта и некачественная его обратная укладка

• откопка глубоких котлованов около ранее возведённого фундамента

• заблаговременная откопка котлована

• затопление котлована

Поэтому основания сооружений должны проектироваться на основе:

• результатов инженерно-геологических, геодезических, гидрометеорологических изысканий для строительства

• данных, характеризующих назначение, конструктивные и технологические особенности сооружения, нагрузки, действующие на фундамент и условия его эксплуатации

• технико-экономического сравнения возможных вариантов проектных решений, обеспечивающих наиболее полное использование прочностных и деформационных характеристик грунтов, физико-механических свойств материалов фундамента или других надземных сооружений

Проектирование оснований включает обоснованный расчётом выбор:

• типа основания (естественное или искусственное)

• типа, конструкции, материала и размеров фундамента (мелкий, глубокий, ленточный, столбчатый, бетонный, бутобетонный и др.)

• мероприятий по уменьшению влияния деформации оснований на эксплуатационную пригодность сооружений.

Для выполнения этих требований, основания рассчитываются по двум группам предельных состояний: по первой – по несущей способности; по второй – по деформациям.

Но…, по деформациям рассчитываются основания всегда, а по несущей способности:

• если на основания передаются значительные горизонтальные нагрузки (подпорные стены, причалы, устои мостов и др.)

• сооружение расположено на откосе или вблизи откоса

• основание сложено скальными грунтами

• основание сложено водонасыщенными грунтами медленно фильтрующимися

Рассмотрим вопросы, связанные с I группой предельных состояний.

При изучении материалов под прочностью понимают такое предельное значение напряжение сжатия или растяжения, после достижения, которого материал теряет свою сплошность, в нём образуются трещины и он распадается на отдельные куски (пример – бетон или скальные грунты).

Для других материалов (битум, лёд, мёрзлые глинистые грунты) предельные нагрузки вызывают у них не трещины, а неограниченное пластическое деформирование без видимого образования трещин. Образцы таких материалов при одноосном нагружении принимают форму бочек.

Т.О. под прочностью в широком смысле слова подразумевают свойства материала сопротивляться разрушению или развитию больших пластических деформаций, приводящих к недопустимым искажениям формы тела.

До сих пор в физике не разработана единая теория прочности и для разных материалов используют те теории, которые показывают наилучшее соответствие результатам экспериментов.

Применительно к песчаным грунтам ещё в 1773г. французским учёным Ш. Кулоном было экспериментально установлено, что их разрушение происходит за счёт сдвига одной части грунта по другой, при наличии трения (зацепления) частичек между собой.

Сопротивление растяжению в этих грунтах практически отсутствует. Поэтому песчаные и крупнообломочные грунты называют сыпучими.

Эта же концепция прочности была позже распространена и на пылевато-глинестые грунты. Но в них за счёт водно-коллоидных и цементационных связей возникает способность сопротивляться и некоторому усилию растяжения. Поэтому также грунты называют связными.

В общем случае при изучении деформируемости грунта необходимо рассматривать прочность грунта в условиях сложного нагружения, а не одного одноосного нагружения.

Для этого используется теория прочности Кулона – Мора.

Пусть к зонам элементарного объёма грунта приложены главные напряжения.

					σ1					σ2
		σ3									σ3
		σ2			σ1
				σ1
	τα			σα
σ3						σ3
	α
	σ1
			σ1
							45° - φ/2
							45° + φ/2
							σ3
σ3
							45° - φ/2
			σ1

На площадке скольжения при малейшем увеличении τ_α или уменьшении σ_α произойдёт разрушение грунта за счёт сдвига. Если постепенно увеличивать σ₁, а σ₃ = const в конце концов произойдёт сдвиг по некоторой площадке, наклонённой к горизонтальной плоскости под углом α. При этом σ₂ будет параллельно этой площадке, не влияя на сопротивление грунта сдвигу. Поэтому из дальнейшего рассмотрения оно исключено.

По теории Кулона – Мора считается, что в плоскости площадки выполняется условие:

или , где

Тогда положение площадки скольжения можно определить так.

Известно, что (сопротивление материала для нашего чертежа):

Площадка скольжения соответствует max , поэтому её положение найдётся из экстремума , т.е.:

или

Диф. и по и подставляя в это выражение, получим:

;

;

тогда

Но… α может быть и отрицательным. В этом случае имеем:

отсюда

Окончательно:

Полученный результат можно изобразить графически.

Это так называемые круги напряжений Мора для предельного состояния.

Строим OF = C, отложим и . Построим окружность ; проводим касательную прямую соответствующую уравнению сопротивления сдвига связного грунта.

,

где - давление суммарно защемляющего действия всех сил сцепления.

Тогда ,

Кроме того, ; ; ;

Итого

Это уравнение называется условием предельного равновесия связных грунтов.

Оно означает, что если в какой-то точке грунта правая часть меньше данного грунта, то в этой точке грунт находится в допредельном состоянии по прочности.

Случай, когда правая часть > физически не может быть, т.к. не может быть >.

Учитывая (сопромата), что

Следовательно, что представимо в виде:

Этот вид уравнения используется при решении задач теории предельного равновесия.