Определение напряжений в массивах грунтов

Напряжение в массивах грунтов, служащих основанием, средой или материалом для сооружений, возникает под воздействием внешних нагрузок и собственного веса грунта. Знание напряжений необходимо для расчётов деформаций грунтов, для оценки прочности, устойчивости и давления на ограждения.

Распределение напряжений в толще грунта зависит от характера и режима нагружения, строения (инжен.-геолог.) основания, физико-механических свойств грунта.

Напряжения в массиве грунта в общем случае состоят из двух компонентов:

• напряжения от собственного веса грунта;

• напряжения от действия сооружений или иных внешних воздействий;

Для определения напряжений в массиве грунта необходимо выбрать модель деформирования основания.

Если использовать модель линейно деформированного упругого полупространства, то необходимо принять некоторые допущения:

• массив грунта однороден по своему строению (составу);

• соблюдается изотропность массива грунта по механическим свойствам;

• подчинение массива грунта закону линейной деформируемости;

• определяемое поле напряжений в массиве грунта соответствует стабилизированному состоянию грунтов;

• сохранение принципа суперпозиции, т.е. независимости действия сил (в частности, собственного веса и внешних воздействий).

Зоны развития пластичной деформации незначительны и не оказывают заметного влияния на распределение напряжений. В этих условиях возможно применение хорошо разработанного аппарата теории упругости.

Расчётная схема взаимодействия сооружения и основания

Пусть от некоторого сооружения на его фундаменты передаётся некоторая нагрузка. Тогда на отдельный фундамент систему действующих на него сил изобразим следующей схемой.

А)

Где - вес фундамента, - вес грунта на обрезах фундамента; , - нагрузки от сооружения; - реактивные напряжения грунта под подошвой фундамента.

Характер распределения - неизвестен в общем случае. Однако должно сохраняться условие равновесия всех сил.

В уровне подошвы заглублённого фундамента действует также некоторое равномерно распределённое напряжение , соответствующее весу грунта на глубине .

Таким образом, на уровне подошвы фундамента расчётная схема передачи нагрузок выглядит так (но…реактивная нагрузка отпора грунта соответствует рисунку А).

B)

Характер распределения контактных напряжений зависит от жёсткости, формы и размеров фундамента:

Различают три случая, отражающие способность сооружения и основания к совместной деформации. Критерием оценки жёсткости системы сооружения основания может служить показатель гибкости по М. М. Горбунову – Посадову:

, где E и E_k - соответствующие модели деформации грунта основания и материала конструкции; b и h - длина и толщина конструкции.

Конструкция считается абсолютно жёсткой, если . При конструкция имеет конечную жёсткость

При определении контактных напряжений по модели упругого полупространства для жёсткого фундамента, считается, что вертикальные перемещения любой точки фундамента одинаковы, т.е. . Тогда для круглого штампа контактные напряжения определяются выражением:

,

где - среднее напряжение под подошвой фундамента радиусом r,

- расстояние от центра фундамента до точки, в которой определяются значения контактного напряжения.