Основные закономерности деформированных грунтов

Грунт под фундаментом подвергается сжатию. Для прогнозирования осадок необходимо знать деформируемость грунта.

1. Компрессионные испытания

Проводятся в приборе – одометре.

Площадь

А=40; 50; 60 см²

H=20-25 мм

Модуль упругости

,

где - коэффициент Пуассона;

- приращение давления.

- относительная сжимаемость – изменение толщины при изменении давления.

Недостаток: при отборе образца из скважины снимается природное давление, которое испытывал грунт в природных условиях, в результате чего грунт разуплотняется, а природная структура разрушается, модуль упругости получается заниженным.

m =2-6

1. Полевые методы определения модуля деформации

По результатам испытаний штампа определяем Е

А=5000 см² (площадь штампа)

А=600 см² (если глубина испытания 6 м и более или высокий уровень грунтовых вод)

где - коэффициент, зависящий от формы штампа для круглой формы,

d - диаметр штампа;

v- коэффициент Пуассона;

- приращение давления;

- приращение осадки.

- берется в средней части графика, отбрасывается 1 ступень и нелинейные участки графика.

На 1 ступени обычно имеется зависимость от подготовки оснований.

Достоинства метода: самый быстрый;

Недостатки метода: 1) очень дорогой,

2) при испытании сжатию подвергается толща, сопоставимая с d штампа ()

3. Прессиометрические испытания

Прессиометр – цилиндр с резиновыми стенками в центральной рабочей части.

где - приращение объема жидкости;

- приращение давления.

Достоинства: метод позволяет определить модуль деформации по всей высоте скважины

Недостаток: испытания грунта производится в горизонтальном направлении, а фундамент сжимает грунт в вертикальном направлении.

Сжимаемость грунта в разных направлениях в некоторых грунтах отличается до 3 раз.

4. Зондирование

Статическое зондирование – зонд погружается с определенной скоростью

Динамическое зондирование – зонд погружается как забивание сваи.

Определение модуля деформации принимаем по результатам статического и динамического зондирования.

Зонд – модель сваи.

Зонт погружается с постоянной скоростью ()

Производится запись сопротивления под конусом и сопротивления по муфте (стат. зонд)

Достоинства: позволяет получить большой объем информации при небольших затратах

Недостатки: при испытании грунт не виден

Статическое зондирование – погружение зонта с постоянной скоростью.

Динамическое зондирование – забивка молотом (чем больше удар для погружения на 10 см, тем больше модуль деформации)

Динамическое зондирование

Определяются Е и R.

Определение осадки фундамента

Причины осадок:

1. Упругие деформации скелета грунта и сжатие пузырьков воздуха в воде (поровая вода). Эти деформации наблюдаются при малых давлениях и обычно незначительны, в расчетах не учитывают.

2. Уплотнение грунтов – это уменьшение пористости грунта, выдавливание поровой воды. Это основная причина осадок фундаментов.

3. Пластические деформации, связанные со сдвигами. В расчетах не учитываются, так как большие сдвиги не допускаются.

Расчет осадки по методике СНиП 2.02.01.-83^*

Метод допущения:

1. При определении напряжений грунт рассматривается как сплошное изотропное линейно-деформированное тело.

2. Осадка обусловлена только напряжениями , остальные компоненты напряженного состояния не учитываются.

3. определяется только под центром фундамента.

4. Боковое расширение грунта не учитывается.

5. Влияние различной сжимаемости отдельных слоёв на распределение не учитывается.

6. Жёсткость фундаментов не учитывается.

7. Коэффициент = 0,8 независимо от вида грунта.

,

где - полное давление,

- природное давление.

,

где - дополнительное напряжение по глубине.

(Определяется по табл. 1 прил.2 СНиП.)

;

Нижняя граница сжимаемой толщи находится там, где дополнительное давление составляет 20% от природного давления:

0,2 при E 5 МПа (хорошие грунты)

0,1 при E < 5 МПа (плохие грунты)

у_zq=г'd_n+∑г_ih_i,

Если в пределах сжимаемой толщи находится грунтовая вода, то удельный вес грунта определяется с учетом взвешиваемого действие воды.

д ₌ 0,8 ∑ ,

где: д – осадка,

∑ - суммирование проводится в пределах сжимаемой толщи,

У_zpi – среднее дополнительное напряжение в слое, находится как среднеарифметическое дополнительное напряжение на границах слоев.

Достоинство метода:

- метод универсален,

Недостаток метода:

- слишком много допущений.

Изменение осадок во времени. Понятие о теории фильтрации консолидации.

Фильтрационная консолидация – это постепенное уплотнение глинистых грунтов, связанное с выдавливанием воды из пор грунта.

Теория фильтрации консолидации – это математический аппарат, описывающий данный процесс.

- условие предельного состояния точки

Критические нагрузки на грунт. Расчетное сопротивление грунта.

начальное критическое давление (максимальное давление, до которого грунт работает абсолютно упруго, зона сдвига отсутствует).

предел упругого сжатия грунта – это давление, при котором размеры зон сдвига незначительны, а зависимость осадки от давления.

От давления практически линейная.

Р_пред – предельная нагрузка на грунт, т.е. максимальное давление, которое может выдержать грунт. При этом давлении зоны сдвига смыкаются, под подошвой формируется клин уплотненного грунта. Под действием этого клина возникает боковое давление и происходит выпирание грунта.

у₁ = г_d + гЧz + (p – г’_d)(б + sinб)/р

у₃ = г’_d + гЧz + (p – г’_d)(б - sinб)/р

sinц = (у₁ – у₃)/(у₁+у₃ + 2P_е)

P_е = сЧctgц

где с – сцепление

ц – угол внутреннего трения

d_п – глубина заложения фундамента от природного уровня

г’_d – давление отвеса грунтов

Р – давление на подошве

Р₀ = Р - г’_d

у₁ – максимальное главное напряжение

г – удельный вес грунта под подошвой.

г_d – удельный вес грунта выше подошвы

Задача Митчела:

у₁ = (Р₀/р)Ч(б + sinб)

у₃ = (Р₀/р)Ч(б - sinб)

Найдем такое б, при котором z будет максимально

(

→

при

при

Обозначим:

(в таблице 4 СНиП приведены зависимости , , от )

- повышающий коэффициент, учитывающий качества грунтов, т.е. он позволяет увеличивать давление, если грунт хороший.

- учитывает жесткость здания

– коэффициент, учитывающий способ определения характеристик грунтов (С, )

– слагаемое учитывает влияние подвала.

Устойчивость откосов.

Основные причины потери устойчивости откосов:

1)

2) Увеличение нагрузки на откос

3) Устройство недопустимо крутого откоса

4) Увеличение удельного веса грунта откоса из-за насыщения его водой

5) Уменьшение трения при его увлажнении и оттаивании.

Динамическое воздействие на откос: транспорт, землетрясения, забивка свай.

1. Устойчивость откосов сыпучего грунта обладающего только трением.

N – нормальная составляющая

Т – скатная составляющая

=0; ц=0

Т=G·sinб Т'=N·tgц

Т. о. в предельном состоянии угол откоса сыпучего угла равен углу внутреннего трения. Откос устойчив, если .

2) Устойчивость вершин откоса угла обладающего только сцеплением.

- коэффициент надежности откоса.

Sin2

=45

3) Рассмотрим 3 случай когда грунт обладает трением и сцеплением , .

-общий случай криволинейная, но мы заменяем другой окружностью

Рассмотрим метод круглоцилиндрической поверхности скольжения. -сила тяжести

N,T- составляющие силы тяжести.

Т’- сила препятствующая смещению отсека.

Активное давление сыпучего грунта.

В засыпке рассмотрим элемент на глубине Z.

Допущения:

1) Задняя грань подпорной стенки вертикальная

2) Трение грунта о стенку не учитывается (трение возникает при оседании грунта)

формулы к нему: , , ,

– условие предельного состояния в точке

Пассивное давление сыпучего грунта.

Конструкция рассчитывается на Р_а

Активные и пассивные давления активных грунтов

Возьмём уравнение для сыпучести грунта и к каждой компоненте добавим давление связности. После преобразования получим нужное нам уравнение.