Зависимость между деформациями и напряжениями в грунта.

 

Грунты - сложные минерально-дисперсные образования, состоящие их частиц разной крупности с разными механическими свойствами, с разным уровнем взаимодействия между собой. При создании внешних нагрузок, усилия от одной частицы к другой передаются только в зонах контакта, которые в большинстве случаев размещены неравномерно в массиве грунта, из-за его неоднородности. По результатам исследований было установлено, что в грунтах для оценки распределения напряжений можно применить решения, полученные по общей теории сплошных тел с учетом особенностей строения и фазового состояния дисперсных тел.

Значительное влияние на напряженно-деформированное состояние грунтов оказывают отдельные его моменты - фазы: скелет грунта - твердая фаза; поровая вода – жидкая фаза; газы и пар в поровом пространстве - газообразная фаза. При создании внешней нагрузки на грунт они перераспределяются между составляющими его фазами и деформирование грунта происходит во времени с проявлением сложных процессов уплотнения, вязкого течения и ползучести. Анализ общей зависимости деформаций от напряжения производится при достижении грунтом конечного состояния. В сыпучих грунтах при создании нагрузки возникают смещения зерен относительно друг друга, что обеспечивает уменьшение порового объема- уплотнение грунта. В связных грунтах на характер деформирования влияют структурные связи жесткие и вязкие. Если величина нагрузки не приводит к разрушению связей, то грунт будет деформироваться как квазитвердое тело, деформации грунта практически упругие. При наличии только вязких (водно-коллоидных) связей в грунтах при действии нагрузки некоторые связи начинают разрушаться из-за концентрации напряжений в отдельных зонах, что обуславливает проявление обратимых и остаточных деформаций.

При увеличении нагрузок, после превышения сопротивления структурных связей в связных грунтах доля остаточных деформаций значительно превосходит долю упругих.

В целом на начальном этапе нарушения грунтов связных и сыпучих наблюдается их уплотнение с улучшением строительных свойств основания. Многочисленные опыты на грунтовых основаниях со штампами разных размеров показали, что уплотнение грунтов происходит только до некоторой величины внешнего давления. Напряженно- деформированное состояние грунта сопровождающееся его уплотнением получило название фазы уплотнения. Зависимость осадки штампа (фундамента) в фазе уплотнения грунта имеет очертание близкое к линейному (рис. 9.1. участок о-а). При дальнейшем увеличении давлений в грунте возникают и развиваются зоны сдвиговых деформаций (без изменения объема пор в грунте).

 

 

а)	Рис. 9.1 Зависимость между давлениями на грунт (Р) и осадками штампа. а) Зависимость конечных осадок от нагрузок; б) Схема смещения частиц грунта под штампом; в) Зависимости затухания осадок штампа в разных фазах работы грунта.
б)
в)

 

По экспериментальным данным сдвиговые деформации первоначально возникают под краями жесткого штампа (фундамента) и соответствуют давлению на грунт по подошве штампа Р_н.к. (начальное критическое давление). С ростом давления на грунт зоны сдвиговых деформаций увеличивается. Работа грунта под штампом в режиме развития зон сдвиговых (пластических) деформаций получила название фазы сдвигов. Зависимость между деформациями грунта и давлениями под штампом нелинейная (участок а-в на рис. 9.1). Во второй фазе работы под штампом формируется жесткое ядро ограниченных смещений частиц. Жесткое грунтовое ядро полностью формируется в конце второй фазы и соответствует характерному давлению под штампом Р_кр.(критическое давление). Сформировавшееся грунтовое ядро клиновидной формы разжимает окружающие его зоны пластических деформаций в стороны, их смещению препятствует окружающей грунтовый массив, в любой точке которого напряженное состояние характеризуется предельным сопротивлением сдвигу. При увеличении нагрузок жесткое грунтовое ядро приводит в движение массив грунта по сформировавшимся поверхностям предельного сопротивления, на поверхности грунта образуется зона выпора. Грунтовое основание теряет устойчивость, осадки штампа имеют провальный характер. Работа грунта в режиме потери устойчивости с развитием процессов выпора получило название – фаза выпора.

При рассмотрении изменения деформаций во времени было установлено: в первой фазе нагружения, грунт всегда достигает стабилизации деформаций во времени; во второй фазе, после стабилизации деформация уплотнения, развиваются пластические деформации, которые на начальном участке интервала давлений между Р_н.к. и Р_кр. достигают стабилизированного состояния, а на конечном участке характеризуются незатухающими деформациями во времени; в третьей фазе нагружения Р≥Р_кр. деформации грунта не затухают во времени и переходят в провальные деформации.

Работа грунта в фазе уплотнения является безопасной для зданий и сооружений различного назначения и характеризуется зависимостью f=f(Р) с очертанием близким к линейному. Приведенные условия позволяют сформировать принцип линейной деформируемости: при давлениях на грунт не превышающих величины начального критического, его можно рассматривать как линейно деформируемое тело. Начальное критическое давление на грунт определяется из условия, что зоны сдвигов под краями подошвы развились на глубину z_max=0

(рис. 9.2).

Рис 9.2 Схема к определению начального критического давления на грунт под штампом. сII, φII- расчетная средняя величина сцепления и угла внутреннего трения с доверительной вероятностью α =0,85. ; γII – расчетные средние величины удельного веса грунта выше подошвы и ниже подошвы штампа, с доверительной вероятностью α=0,85.

В практике строительства для увеличения экономических показателей принимаемых решений по системе основания- фундаменты принимается, что линейная зависимость уменьшения осадок от давлений дает малые ошибки при изменении давлений от фундаментов от 0 до R (расчетного сопротивления), при этом стабилизация деформаций во времени обеспечивается

γ_СI- коэффициент условий работы грунта под подошвой фундамента (принимается по СНиП «Основания и фундаменты»);

γ_СII- коэффициент условий работы для зданий с жесткой конструктивной схемой;

к- коэффициент надежности на способ определения характеристик С и φ.

Предельная нагрузка на грунт по подошве штампа- фундамента для условий применимости теории линейно- деформируемых тел определяется:

(l- длина подошвы фундамента).

Применение фундаментов с давлением Р=Р_кр=Р_U недопустимо, величина критического давления определяется с учетом формы подошвы фундамента и эксцентриситета приложения нагрузок.

а)

б)

в)

Рис 9.3. Схема к расчету критического давления на грунт под подошвой штампа- фундамента.

а- при центральном приложении нагрузки; б- при внецентренном приложении нагрузки; в- схема влияния эксцентриситетов.

 

N_γ; N_g; N_c- прочностные коэффициенты = f(φ_I; δ_I);

(принимаются по табл. 9.3)

γ_I; γ^,_I- расчетные средние величины удельного веса грунта ниже и выше подошвы фундамента- штампа при доверительной вероятности α=0,95.

φ_I и с_I- расчетные средние величины угла внутреннего трения и сцепления при α=0,95.

В практике строительства предельные давления на грунты под фундаментами ограничиваются величиной

γ_с- коэффициент условий работы грунтового основания принимаемый:

- для песков, кроме пылеватых- 1,0;

- для песков пылеватых и пылевато-глинистых грунтов в стабилизированном состоянии- 0,9;

- для пылевато-глинистых грунтов в нестабилизированном состоянии- 0,85.

γ_п- коэффициент надежности по назначению сооружения, принимается 1,2; 1,15; 1,1 соответственно для сооружений I, II, III классов.

Предельная нагрузка на грунт под фундаментом по условиям устойчивости:

При давлениях на грунт основания под подошвой фундамента Р_I≥Р>R расчет деформаций основания должен производиться с учетом пластических составляющих.

 

 

Таблица 9.1

Грунты	Коэфф.	Коэффициент для сооружений с жесткой конструктивной схемой при отношении длины сооружения или его отсека к высоте L / H, равном
		4 и более	1,5 и менее
Крупнообломочные с песчаным заполнителем м песчаные, кроме мелких и пылеватых	1,4	1,2	1,4
Пески мелкие	1,3	1,1	1,3
Пески пылеватые:
маловлажные и влажные	1,25	1,0	1,2
насыщенные водой	1,1	1,0	1,2
Пылевато-глинистые, а также крупнообломочные с пылевато-глинистым заполнителем с показателем текучести грунта или заполнителя £ 0,25	1,25	1,0	1,1
То же, при 0,25 < £ 0,5	1,2	1,0	1,1
То же, при > 0,5	1,0	1,0	1,0
Примечания: 1. К сооружениям с жесткой конструктивной схемой относятся сооружения, конструкции которых специально приспособлены к восприятию усилий от деформации оснований. 2. Для зданий с гибкой конструктивной схемой значение коэффициента принимается равным единице. 3. При промежуточных значений L / H коэффициент определяется по интерполяции.

 

Таблица 9.2

Угол	Коэффициенты	Угол	Коэффициенты
Внутреннего трения , град.				внутреннего трения j II, град.
		1,00	3,14		0,69	3,65	6,24
	0,01	1,06	3,23		0,72	3,87	6,45
	0,03	1,12	3,32		0,78	4,11	6,67
	0,04	1,18	3,41		0,84	4,37	6,90
	0,06	1,25	3,51		0,91	4,64	7,14
	0,08	1,32	3,61		0,98	4,93	7,40
	0,10	1,39	3,71		1,06	5,25	7,67
	0,12	1,47	3,82		1,15	5,59	7,95
	0,14	1,55	3,93		1,24	5,95	8,24
	0,16	1,64	4,05		1,34	6,34	8,55
	0,18	1,73	4,17		1,44	6,76	8,88
	0,21	1,83	4,29		1,55	7,22	9,22
	0,23	1,94	4,42		1,68	7,71	9,58
	0,26	2,05	4,55		1,81	8,24	9,97
	0,29	2,17	4,69		1,95	8,81	10,37
	0,32	2,30	4,84		2,11	9,44	10,80
	0,36	2,43	4,99		2,28	10,11	11,25
	0,39	2,57	5,15		2,46	10,85	11,73
	0,43	2,73	5,31		2,66	11,64	12,24
	0,47	2,89	5,48		2,88	12,51	12,79
	0,51	3,06	5,66		3,12	13,46	13,37
	0,56	3,24	5,84		3,38	14,50	13,98
	0,61	3,44	6,04		3,66	15,64	14,64

 

Таблица 9.3

Угол внутреннего	Обозначение	Коэффициенты несущей способности Ng, Nq, Nc при углах наклона к вертикали равнодействующей внешней нагрузки d, град, равных
грунта j I, град	коэффициентов
	Ng Nq Nc	1,00 5,14	-	-	-	-	-	-	-	-	-
	Ng Nq Nc	0,20 1,57 6,49		d ′ =4,9	-	-	-	-	-	-	-
	Ng Nq Nc	0,60 2,47 8,34	0,42 2,16 6,57		d ′ =9,8	-	-	-	-	-	-
	Ng Nq Nc	1,35 3,94 10,98	1,02 3,45 9,13	0,61 2,84 6,88		d ′ =14,5	-	-	-	-	-
	Ng Nq Nc	2,88 6,40 14,84	2,18 5,56 12,53	1,47 4,64 10,02	0,82 3,64 7,26		d ′ =18,9	-	-	-	-
	Ng Nq Nc	5,87 10,66 20,72	4,50 9,17 17,53	3,18 7,65 14,26	2,00 6,13 10,99	1,05 4,58 7,68		d ′ =22,9	-	-	-
	Ng Nq Nc	12,39 18,40 30,14	9,43 15,63 25,34	6,72 12,94 20,68	4,44 10,37 16,23	2,63 7,96 12,05	1,29 5,67 8,09		d =26,5	-	-
	Ng Nq Nc	27,50 33,30 46,12	20,58 27,86 38,36	14,63 22,77 31,09	9,79 18,12 24,45	6,08 13,94 18,48	3,38 10,24 13,19		d ′ =29,8	-	-
	Ng Nq Nc	66,01 64,19 75,31	48,30 52,71 61,63	33,84 42,37 49,31	22,56 33,26 38,45	14,18 25,39 29,07	8,26 18,70 21,10	4,30 13,11 14,43		d ′ =32,7	-
	Ng Nq Nc	177,61 134,87 133,87	126,09 108,24 107,23	86,20 85,16 84,16	56,50 65,58 64,58	32,26 49,26 48,26	20,73 35,93 34,93	11,26 25,24 24,24	5,45 16,42 15,82		d ′ =35,2
Примечания: 1. При промежуточных значениях j I и d коэффициенты Ng, Nq, Nc допускается определять по интерполяции. 2. В фигурных скобках приведены значения коэффициентов несущей способности, соответствующие предельному значению угла наклона нагрузки d /.

 

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: