Фазы напряженного состояния грунта

Распределение напряжений, как под подошвой фундамента, так и на значительной глубине необходимо знать, так как прочность и устойчивость сооружений зависит от сопротивления (R) грунта, не только примыкающей к подошве, но и глубоколежащего.

При деформации грунтов под нагрузкой Н. М. Герсеванов три фазы НДС:

I – фаза нормального уплотнения;

II – фаза сдвигов;

III – фаза выпирания грунта.

Рис. 1. Зависимость осадки S от давления P ( график Н. М. Гкрсеванова).

На графике участок оа соответствует фазе уплотнения (I), при которой осадка пропорциональна приложенной нагрузке. Из – за концепции напряжений под краями фундамента в начале фазы сдвигов (II) происходит разрушение грунта в локальных областях, т. е. происходят местные потери устойчивости. По мере роста внешней нагрузки нарушается линейная зависимость между осадкой и давлением. При дальнейшем возрастании давления под подошвой фундамента формируется уплотненное ядро и при малейшем увеличении внешней нагрузки приведет к исчерпанию несущей способности.

Рис. 2. Компоненты напряжений в грунте. Тензор напряжений.

Грунты в целом не обладают упругостью, т. к. не полностью Восстанавливают форму после снятия нагрузки. Было теоретически обосновано и подтверждено строительной практикой, что в фазе уплотнения (I) для описания работы грунта допустимо использовать решения теории упругости. Работа грунта в этой фазе описывается ТЛДС.

В разделах механики выделяют три типа задач:

Пространственная задача - и возможны во всех направлениях. Плоское напряженное состояние подразумевается отличные от нуля значения напряжений, действующих только в одной плоскости xOz, а деформирование среды возможно во всех трех плоскостях. Плоская деформация предполагает невозможность деформирования тел в направлении, перпендикулярным рассматриваемой плоскости xOz, в то время как напряжения в этом направлении ненулевые. Поскольку грунт практически не работает на растяжение и не может держать форму, очевидно, что для грунта смысл имеют только пространственный случай и плоская деформация, которую в дальнейшем для краткости будем иногда называть просто плоской задачей.

Рис. 3. Виды напряженного состояния: а – пространственное напряженное состояние; б – плоское напряженное состояние; в – плоское деформированное состояние.

А. Плоские схемы – основания ленточных средств, насыпи, тоннели, плотины, откосы, склоны и подпорные стенки. В условиях плоской деформируемой среды все поперечные сечения этих сооружений равноправны.

Б. Пространственные среды – намного сложнее, поэтому часто решения получают обобщением решений плоских задач. Рассчитывают отдельные фундаменты и фундаментные плиты.

2. Характер распределения напряжений ( на примере дискретной модели).

Напряжение с глубиной рассеиваются и распространяются в стороны.

Работа грунта основания существенно отличается от работы материала строительной конструкции, сооружений.

Отличия состоят в следующем:

1. грунты имеют малую прочность и большую деформируемость по сравнению с материалами конструкций; прочность их в десятки и сотни раз больше по сравнению с грунтом основания, а деформируемость, наоборот, меньше;

2. деформация грунта во времени при постоянной нагрузке возрастает ( например, для глинистых грунтов процессы консолидации и ползучести)

Рис. 5. Деформация грунта во времени.

3. неоднородность грунтов и их свойств в основании фундаментов, а следовательно, прочности и деформируемости (понятие анизотропность), т. е. неодинаковые свойства грунтов в различных направлениях;

4. неоднородность напряжений в грунтовой толще в естественных условиях и сложность их измерений под действием внешней нагрузки;

5. различие закономерностей изменения напряженного состояния грунтов, однородных по составу, но при различной величине внешней нагрузки ( график Герсеванова).