книги / Механика грунтов, основания и фундаменты.-1

4.6.Определение расчетных характеристик механических свойств грунтов

Понятия о нормативных и расчетных значениях физических ха­ рактеристик грунтов, связанные с их неоднородностью в естествен­ ных условиях залегания, были рассмотрены в § 2.1. Там же приведены правила определения нормативных характеристик физи­ ческих свойств, которые остаются справедливыми и для нахождения нормативных значений модулей деформации нескальных грунтов и предела прочности на одноосное сжатие скальных грунтов. Было показано, что расчетные значения характеристик X определяются делением соответствующей нормативной характеристики Хл на ко­ эффициент надежности по грунту yt:

(4.52)

В соответствии со СНиП 2.02.01 — 83* коэффициент надежности по грунту ук при вычислении расчетных значений прочностных характеристик (угла внутреннего трения <р, удельного сцепления с нескальных грунтов и предела прочности на одноосное сжатие скальных грунтов Ас, а также плотности грунта р) устанавливается в зависимости от изменчивости этих характеристик, числа определе­ ний и значения доверительной вероятности. Для прочих характери­ стик грунта допускается принимать yg= 1.

Расчетное значение модуля деформации грунта. Таким образом, действующий СНиП допускает принимать расчетное значение мо­ дуля деформации нескального грунта равным его нормативному значению. При этом определение модуля деформации грунта в ла­ бораторных условиях должно проводиться не менее чем по шести образцам. В полевых условиях при испытаниях штампом можно ограничиваться тремя опытами (или даже двумя, если их резуль­ таты отличаются от среднего не более чем на 25%).

Нормативные значения характеристик сопротивления сдвигу грун­ та. Прочностные характеристики сопротивления сдвигу ф я с опре­ деляются не непосредственно из опытов, а после построения графи­ ков Tnp=fftgp+c (см. рис. 4.11, 4.12). При этом учет естественного разброса опытных точек при аппроксимации их линейной зависимо­ сти производится обработкой экспериментальных данных методом наименьших квадратов. Тогда нормативные значение tg фя и ся на­ ходятся по формулам:

(4.53)

122

где п — число экспериментов по определению предельного сопро­ тивления сдвигу Т( при данных of, А — общий. знаменатель этих выражений:

Расчетные значения прочностных характеристик и плотности грун­ та. Эти величины определяются по формуле (4.52), где коэффициент надежности по грунту вычисляют из выражения

где 8 — доверительный интервал, характеризующий область вокруг среднего значения (в данном случае — среднего арифметического), в пределах которого с заданной вероятностью а находится «истин­ ное» (генеральное) среднее значение. Знак перед показателем 8 вы­ бирают так, чтобы обеспечить большую надежность расчета.

Для Д. и р

где ta— коэффициент, принимаемый по табл. 4.1 в зависимости от заданной вероятности (надежности) а и числа определений п.

В формулах (4.56) и (4.57) V — коэффициент вариации определя­ емой характеристики, который вычисляется по формуле

123

ГЛАВА 5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ

ВМАССИВАХ ГРУНТОВ

5.1.Основные положения

Напряжения в массивах грунтов, служащих основанием, средой или материалом для сооружения, возникают под воздействием внешних нагрузок и собственного веса грунта. Знание напряжений необходимо для расчетов деформаций грунтов, обуславливающих осадки и перемещения сооружений, для оценки прочности, устой­ чивости грунтов и давления на ограждения. Кроме того, для рас­ четов конструкций фундаментов сооружений необходимо знать ре­ активные напряжения, возникающие в контакте между фундамен­ том и основанием.

Распределение напряжений в грунтовой толще зависит от мно­ гих факторов. Прежде всего к ним относятся характер и режим нагружения массива, инженерно-геологические и гидрогеологичес­ кие особенности площадки строительства, состав и физико-механи­ ческие свойства грунтов. Формирование напряжений в грунтовой толще происходит не мгновенно при приложении нагрузки, а может развиваться весьма длительное время. Это связано со скоростью протекания деформаций и особенно сильно проявляется в пылевато­ глинистых грунтах, где процессы фильтрационной консолидации и ползучести развиваются очень медленно.

Под действием собственного веса в массивах грунтов всегда формируется начальное напряженное состояние, иногда осложня­ емое различными геодинамическими процессами. Поэтому напря­ жения, возникающие в массивах грунтов от действия сооружения, накладываются на уже имеющиеся в нем сообственные напряжения. Это приводит к формированию сложного поля напряжений в грун­ товой толще.

Таким образом, определение напряжений в массиве грунтов представляет собой сложную задачу. Во многих случаях при ин­ женерных расчетах решение этой задачи основывается на ряде упрощающих допущений, которые были рассмотрены в гл. 3. Напо­ мним, что к ним относятся предположения об однородности строения массива, изотропии механических свойств грунтов и их линейной деформируемости. Это позволяет для расчетов на­ пряжений в грунтах использовать хорошо разработанный аппарат линейной теории упругости.

Определенное с помощью теории упругости поле напряжений соответствует конечному, стабилизированному, состоянию грун­ тов, т. е. тому моменту времени, когда все деформации, вызванные

125

1) абсолю тно жесткие сооружения, когда деформируемость сооружения ничтожно мала по сравнению с деформируемостью основания, и при определении контактных напряжений сооружение можно рассматривать как недеформируемое;

2) абсолю тно гибкие сооружения, когда деформируемость сооружения настолько велика, что оно свободно следует за деформациямй основания;

3) сооружения конечной жесткости, когда деформируемость сооружения соизмерима с деформируемостью основания; в этом случае они деформируются совместно, что вызывает перераспреде­ ление контактных напряжений.

Характерными примерами абсолютно жестких конструкций яв­ ляются массивные фундаменты под мостовые опоры, дымовые трубы, тяжелые прессы, кузнечные молоты и т. д., абсолютно гибких — земляные насыпи, днища металлических резервуаров и т. п. Большинство сооружений (плитные фундаменты, балки, ленточные фундаменты) по условиям работы конструкций имеют конечную жесткость.

Критерием оценки жесткости сооружения может служить пока­ затель гибкости по М. И. Горбунову-Посадову

где Е и & — модули деформации грунта основания и материала конструкции; / и h — длина и толщина конструкции.

Конструкция сооружения или фундамента считается абсолютно жесткой, если /< 1. В первом приближении жесткость конструкции можно оценить исходя из соотношения ее толщины и длины. При h/I> 1/3 конструкция может рассматриваться как абсолютно жест­ кая.

Существенное значение имеет также соотношение длины / и ши­ рины b сооружения. При Ijb>10 распределение контактных напря­ жений соответствует случаю плоской задачи, при //6 <10 — про­ странственной.

При определении контактных напряжений важную роль играет выбор расчетной модели основания и метода решения контактной задачи, причем расчетная модель основания часто бывает не связа­ на собственно с моделью грунтов, слагающих массив, поэтому модели грунтового основания для расчетов контактных напряжений иногда называют контактными моделями.

Наибольшее распространение в инженерной практике получили следующие модели основания: местных упругих деформаций и упругого полупространства.

Основные предпосылки расчета контактных напряжений для слу­ чая плоской задачи заключаются в следующем. Из балки (рис. 5.2,

128

на рис. 5.3, а. Видно, что в соответствии с моделью местных упругих деформаций осадки поверхности основания за пределами габаритов фундамента отсутствуют, т. е. фундамент как бы установлен на пружинах, сжимающихся только в пределах его контура.

Модель упругого полупространства. Эта модель была предложе­ на Г. Э. Проктором в 20-х годах нашего столетия и развита благодаря работам Н. М. Герсеванова, М. И. Горбунова-Посадова,

Б.Н. Жемочкина, А. П. Синицына и других ученых.

Вотличие от предыдущей модели в этом случае поверхность грунта оседает как в пределах площади загрузки, так и за ее пределами (рис. 5.3, б), причем кривизна прогиба зависит от меха­ нических свойств грунтов и мощности сжимаемой толщи в основа-

Вслучае плоской деформации прогиб-поверхности под действи­ ем сосредоточенной силы Р описывается уравнением

где С=— р — коэффициент жесткости основания; х — коор­

дината точки поверхности, в которой определяется осадка; £ — ко­ ордината точки приложения силы Р; D — постоянная интегрирова­ ния. При определении прогибов поверхности от действия распреде­ ленной нагрузки уравнение (5.4) следует проинтегрировать по пло­ щади за1ружения.

Недостаток модели упругого полупространства заключается

втом, что в ней не ограничивается мощность сжимаемой толщи

восновании сооружения. В реальных условиях взаимодействия фундамента и основания мощность сжимаемой толщи обычно бы­

вает ограничена, что влияет на характер распределения контакт­ ных напряжений. В связи с этим разработаны различные модифика­ ции модели упругого слоя, грунта, подстилаемого недеформируемой толщей, приведенные в работах О. Я. Шехтер, К. Е. Егорова,

И.К. Самарина, Г. В. Крашенинниковой и др.

Общая схема определения контактных напряжений с использова­

130