загрузка...
загрузка...
На головну

Фази напружено-деформованого стану лесового підстави

лесових ПІДСТАВИ

При зведенні будівлі або споруди на лесових ґрунтах спостерігається поступове зростання тиску по підошві фундаментів. В результаті такої взаємодії виникає напружено-деформований стан (НДС), адекватне інтенсивності прикладеної зовнішньої навантаження і обумовлене показниками міцності лесового грунту.

Відомо, показники міцності лесового грунту залежать від його щільності - вологості. Тому формування ПДВ лесового грунту природного складання слід розглядати у взаємозв'язку з його станом за вологості.

При зростанні зовнішнього навантаження слід виділити три фази ПДВ: ущільнення (згасаючих деформацій); зрушень (незатухаючих пластичних деформацій); випирання грунту (прогресуючих деформацій).

Залежність вертикальних переміщень фундаменту від чинного тиску на його підошві має складний вид (рис.2). Для маловологого лесового грунту ділянку оа відповідає фазі ущільнення, при якій осаду

пропорційна прикладеному навантаженню, в основному вона обумовлена вертикальним переміщенням частинок грунту вниз. Через порівняно високою розподільною здатності маловологого грунту ПДВ в підставі охоплює в ширину область трохи більшу ширини підошви фундаменту. В кінці фази ущільнення ПДВ може поширитися воснованіі на глибину близько 1,5-2,0b (Де параметр b - ширина підошви фундаменту).

На початку фази зрушень через концентрацію напружень під краями фундаменту відбувається руйнування грунту в локальних областях. У міру зростання зовнішнього навантаження порушується лінійна залежність між осіданням і тиском. Графік S = f(p) на ділянці ab характеризується значною кривизною. Тиск, відповідне початку появи областей пластичних деформацій (зрушень

і руйнування грунту) під краями фундаменту називають початковим критичним тиском, Яке позначається р1.

Мал. 2. Залежність вертикальних переміщень фундаменту від дії

тиску на його підошві при випробуванні грунту:

1 - маловологого; 2 - водонасиченого

Формула для визначення початкового критичного тиску р1 за умови розвитку пластичних деформацій під краями фундаменту на глибину z = 0 може бути представлена в наступному вигляді:

, (3.1)

де ? - Питома вага грунту;

с и ? - Показники міцності грунту;

d - Глибина закладання підошви фундаменту.

Положення фундаменту і його осаду в окремих фазах різні (рис. 3).

Як випливає з рис. 3а в фазі ущільнення по глибині не спостерігається пластичних деформацій (руйнування грунту), глибина їх розвитку z = 0. При зростанні зовнішнього навантаження настає друга фаза - фаза зрушень. Під краями фундаменту формуються області пластичних деформацій (руйнування грунту), які розвиваються в сторони і глибину (рис. 3б).

При середньому тиску по підошві фундаменту р > p1 лесовий грунт в загальному випадку деформується по нелінійному закону. Одночасно слід зазначити, що грунт має властивості неоднорідності і анізотропності.

Мал. 3. Фази ПДВ в основі фундаменту при зростанні тиску по підошві:

а - Ущільнення грунту; б, в - Зрушень; г - Випирання грунту.

При проектуванні основ і фундаментів виникає необхідність унормувати тиск на грунт і використовувати певні розрахункові моделі або схеми, що дозволяють з відомим наближенням оцінити його ПДВ. З цією метою грунт умовно вважають ізотропним, квазіоднородним. Обмежуючи тиск по підошві фундаменту певними значеннями, приймають залежність між переміщеннями (осадкою) фундаменту і тиском в розглянутому діапазоні лінійної. Таке спрощення дозволяє з достатньою для інженерних розрахунків точністю використовувати математичний апарат теорії пружності. Відповідно до чинних нормативів найбільша глибина розвитку областей пластичних деформацій під краями фундаменту не повинна перевищувати zmin = 0,25b. Середній тиск по підошві фундаменту, при якому під його краями в підставі області пластичних деформацій на глибину zmin = 0,25b, Прирівнюється до розрахункового опору грунту R (Рис. 3в). Таким чином, розрахунковий опір ґрунту R відповідає тиску по підошві, при якому для проектування грунтових підстав допустимо застосування розрахункових формул теорії пружності.

величину R можна визначити, якщо при виведенні формули для початкової критичного навантаження прийняти глибину розвитку області пластичних деформацій zmin = 0,25b. Формула для розрахункового опору грунту в загальному випадку може бути представлена в наступному вигляді:

, (3.2)

де ?з 1, ?с2 - Коефіцієнти умов роботи відповідно грунтової основи і споруди у взаємодії з основою по СНиП;

k - Коефіцієнт, який при визначенні показників міцності грунту cII и ?II за результатами випробувань зразків в лабораторних умовах приймається 1,0, а по регіональним таблицями нормативних документів - 1,1;

М?, Мq, Мc - Коефіцієнти, що залежать від кута внутрішнього тертя ?II грунту і прийняті за таблицями СНиП 2.02.01-83*;

kz - Коефіцієнт, що враховує ступінь впливу ширини фундаменту на розрахунковий опір ґрунту; при ширині підошви фундаменту b <10 м, kz = 1,0; при b > 10 м

, z0 = 8 м;

-осредненние значення питомої ваги грунтів, що залягають відповідно нижче і вище підошви фундаменту, кН / м3;

d1 - Глибина закладання підошви фундаменту; при відсутності підвалу d1 = d, Т. Е. Дорівнює відстані від рівня планування ґрунту до підошви фундаменту (при зрізанні); при наявності підвалу d1 - Приведена глибина закладення фундаменту від підлоги підвалу до підошви визначається за формулою

, (3.3)

де hs - Товщина шару грунту вище підошви фундаменту з боку підвалу, м;

hcf - Товщина конструкції підлоги підвалу, м;

?cf - Розрахункове значення питомої ваги конструкції підлоги підвалу, кН / м3;

db - Глибина підвалу - відстань від рівня планування до підлоги підвалу, м; при відсутності підвалу або його ширині В> 20 м приймається db = 0, для споруд з підвалом шириною В < 20 м і глибиною понад 2 м - db = 2 м;

cII - Розрахункове значення питомої зчеплення грунту, що залягає безпосередньо під підошвою фундаменту, кПа.

При подальшому зростанні тиску по підошві фундаменту p> R області (зони) локального руйнування грунту розвиваються в глибину і по ширині підстави. Одночасно формується безпосередньо під підошвою фундаменту ущільнене ядро у вигляді клина. У певний момент часу крайові області зруйнованого грунту змикаються на глибині і в результаті расклинивающего дії ущільненого ядра встановлюється стан грунтової основи, при якому найменше збільшення зовнішнього навантаження призводить до вичерпання його несучої спосчобності. На графіку (рис.2) такий тиск відповідає точці b, Що є перехідною від другої до третьої фази ПДВ. Іменують це тиск граничним критичним р2.

Якщо напружений стан в грунтовому підставі при тиску по підошві p ? R знаходять згідно з рішеннями теорії пружності, то при R

2 його визначають, використовуючи рішення теорії граничної рівноваги. Під впливом сформованого жорсткого ядра грунт починає переміщатися в сторони і вгору (рис. 3г).

Рішення диференціальних рівнянь рівноваги спільно з умовами граничної рівноваги дозволяє знайти математично точні обриси поверхонь ковзання, дає можливість досить строго обчислити значення граничного критичного тиску на грунт. Однак для підстав масивних фундаментів граничне критичне тиск необхідно визначати з урахуванням жорсткості ядра, що формується під підошвою фундаменту. Знаходження граничного тиску в цьому випадку є математично складним завданням. Тоді використовують наближений прийом, який полягає в тому, що задаються формою жорсткого ядра і поверхонь ковзання. Вони повинні збігатися з точними обрисами, що випливають з чисельного рішення системи диференціальних рівнянь граничної рівноваги. На основі дослідних даних для випадку просторової осесиметричної задачі обрис жорсткого ядра приймається у вигляді конуса з кутом при вершині 90?, а для випадку плоскої задачі (стрічкових фундаментів) - у вигляді прямокутного трикутника. При розгляді фундаментів мілкого закладення (a / b < 0,5) граничне критичне тиск на грунт отримано шляхом рішення відповідного рівняння при контурі лінії ковзання в області радіальних зрушень (поблизу ядра) за логарифмічною спіралі, а в бічних областях - по похилим під певним кутом зв'язаних прямим. Формула для граничного критичного тиску в розглянутих випадках має наступний вигляд:

, (3.4)

де N?, Nq, Nc - Коефіцієнти несучої здатності, що залежать від розрахункового значення кута внутрішнього тертя грунту ?I і прийняті за відповідними таблицями для плоскої і осесиметричної задачі;

- Усереднені значення питомої ваги грунтів, що залягають відповідно нижче і вище підошви фундаменту, кН / м3;

b1 - Полушіріна стрічкового або половина боку квадратного або радіус круглої площі підошви фундаменту, м;

d - глибина закладання підошви фундаменту, м;

сI - Розрахункове значення питомої зчеплення грунту, що залягає безпосередньо під підошвою фундаменту, кПа.

Дещо по іншому формуються області ПДВ в водонасиченому лесових грунтів підстави. При зростанні тиску під підошвою фундаменту в початковій стадії навантаження спостерігається фаза допросадочного ущільнення грунту (відрізок оа ' Мал. 2). При тиску, рівному початковий просадний (р =

рsl), Відбувається різке осідання фундаменту і проявляється потенційна просадними деформація. Ця фаза, відповідна на графіку відрізку a'b ', іменується фазою просадки. Грунт після деформації просідання набуває новий стан по щільності. У ньому зростають сили міжмолекулярної взаємодії, що призводить до підвищення опірності зовнішніх впливів. Настає третя фаза після просадного ущільнення, яка характеризується меншою інтенсивністю вертикальних переміщень фундаменту, ніж в фазі допросадочного ущільнення (відрізок b'c ').

В подальшому, в міру зростання зовнішнього навантаження в водонасиченому лесових грунтів спостерігаються фази зрушень і випирання, межі переходу яких дещо зміщено в бік початку координат. На рис. 2 цих фаз відповідають відрізки c'd и de. Розрахунковий опір маловологого природного грунту R трохи перевищує розрахунковий опір водонасиченого Rsat.

Результати зміни в часі показників міцності лесового грунту в процесі його замочування під навантаженням можуть бути графічно представлені таким чином (рис. 4).

Мал. 4. Залежність показників міцності лесового грунту

від часу, який минув після початку його замочування

При замочуванні відбувається ослаблення зв'язків між частинками, що обумовлює зниження значень питомої зчеплення сп і кута внутрішнього тертя ?п природного грунту. Найменші значення показників міцності з ' и ? ' відповідають періоду повного промачивания (t = t1) Зразка грунту і інтенсивного прояву просідання деформації.

З плином часу (t = t2), У міру послепросадочного ущільнення, показники міцності водонасиченого лесового грунту csat и ?sat кілька зростають. З урахуванням зміни c и ? в процесі осідання для проектування можуть бути рекомендовані наступні показники міцності з метою визначення:

1) розрахункового опору R за формулою (3.2) грунту природної вологості - значення сп и ?п;

2) розрахункового опору R за формулою (3.2) водонасиченого грунту - значення csat и ?sat;

3) початкового просадного тиску psl = p '1 за формулою (3.1) - найменші значення з ' и ? '.

Ростовської області «-- попередня | наступна --» Проектування лесових основ за групами граничних станів
загрузка...
© om.net.ua