39. Основные расчетные модели грунтов. Требования к расчетным моделям.

Требования к расчетным моделям. Выше отмечалось, что точ­ность прогнозов в механике грунтов в большой степени определяет­ся тем, с какой полнотой в уравнениях состояния отражаются особенности деформирования грунтов. Следовательно, в общем случае единая модель грунта и соответствующие ей уравнения состояния должны отображать все процессы. Однако построение такой модели потребовало бы разработки очень сложного математического аппарата расчетов и проведения гро­моздких трудоемких экспериментов для определения параметров модели. Во многих случаях это не оправдывало бы относительно небольшой экономический эффект, который может быть получен при решении достаточно простых инженерных задач. Поэтому в практике проектирования для конкретных случаев используются расчетные модели грунта разной сложности. Для широкого круга задач строительства оказалось возможным выделить те, где основной является оценка несущей способности (прочности и устойчивости) грунтов. Напротив, в других задачах наиболее важным будет прогноз деформаций основания и сооруже­ния. Наконец, в некоторых задачах необходимы и оценка несущей способности, и прогноз деформаций грунтов. Однако эти расчеты можно проводить раздельно. Это позволило распространить на расчеты оснований общие принципы расчетов по предельным состо­яниям:

по несущей способности (потеря устойчивости; хрупкое, вяз­кое или иного характера разрушение грунта; чрезмерные пластичес­кие деформации или деформации неустановившейся ползучести и т.

п. );

по деформациям (достижение состояния, затрудняющего нор­мальную эксплуатацию сооружения или снижающего его долговеч­ность вследствие недопустимых перемещений — осадок, разности осадок, кренов и т, п. ).

Существо расчетов по первой группе предельных состояний заключается в том, что расчетная нагрузка на основание не должна превышать силу предельного сопротивления грунтов основания. По второй группе предельных состояний совместная деформация со­оружения и основания не должна превышать предельной для конст­руктивной схемы данного сооружения.

Во многих случаях для промышленного и гражданского стро­ительства расчеты по второй группе предельных состояний (по деформациям) являются определяющими.

Такой подход обусловил возможность использования наиболее простых расчетных моделей грунтов: для расчетов конечных напря­жений и стабилизированных осадок — теории линейного дефо­рмирования грунта; для расчетов развития осадок во времени — теории фильтрационной консолидации грунта; для расче­тов несущей способности, прочности, устойчивости и давления гру­нта на ограждения — теории предельного напряженного со­стояния грунта. Теория линейного деформирования грунта базируется на пред­положении, что при однократном нагружении (или разгрузке) зави­симость между напряжениями и деформациями в грунтах линейна. Кроме того, при нагружении рассматривается лишь общая дефор­мация грунта без разделения ее на упругую и пластическую состав­ляющие. Первое допущение обеспечивает возможность использова­ния для расчетов напряжений в массиве грунта аппарата теории упругости, а второе — при известных напряжениях рассчитывать конечные деформации основания. Возвращаясь к рис. 3. 2, б, можно заключить, что это соответ­ствует не всей кривой осадок Оабв, а только отрезку Оа. Поскольку в некотором (а для многих грунтов — весьма значительном) ин­тервале изменения давления линейный участок Оа близко совпадает с опытной кривой, в пределах этого интервала считается возмож­ным использовать зависимости теории линейной деформируемости. Таким образом, использование теории линейного дефор­мирования грунта всегда требует установления предела ее применимости. Модель теории фильтрационной консолидации. В наиболее про­стой постановке теория описывает деформирование во времени полностью водонасыщенного грунта (грунтовой массы). Принима­ется, как было показано выше (см. рис. 3. 5), что полное напряжение, возникающее в элементе грунта от приложенной нагрузки, разделя­ется на напряжения в скелете грунта (эффективные напряжения) и давление в поровой воде (поровое деление). В различных точках массива грунта под действием нагрузки возникают разные значения порового давления. Вследствие этого образуется разность напоров в поровой воде и происходит ее отжатие в менее нагруженные области массива.

Одновременно под действием эффективных напряжений проис­ходят перекомпоновка частиц и уплотнение грунта. Модель теории предельного напряженного состояния грунта. Если две предыдущие модели описывали закономерности деформирова­ния грунта, справедливые только при условии прямой пропорци­ональности между напряжениями и деформациями в каждой точке массива, то рассматриваемая модель относится только к предель­ному состоянию, т. е. к такому напряженному состоянию, когда в массиве грунта от действующих нагрузок сформировались значи­тельные по размерам замкнутые области, в каждой точке которых устанавливается состояние предельного равновесия. Поэтому те­орию предельного напряженного состояния часто называют те­орией предельного равновесия грунта.