Роздільний та сумісний розрахунок основ та фундаментів

Тепер при проектуванні найчастіше застосовують роздільний розрахунок основ і споруд. Спочатку розраховують будівлю й визначають навантаження, що передаються на основу так, наче вона абсолютно жорстка та неподатлива. Потім за цими зусиллями, користуючись спрощеними нормативними правилами, визначають деформації фундаментів, які порівнюють з гранично допустимими.

Повне використання переваг принципу граничних станів можливе з переходом на методику сумісного розрахунку роботи основи, фундаментів і споруд у цілому, в результаті котрої відбувається перерозподіл зусиль, що діють на масив ґрунту (С. М. Клепіков - 1987, 1996). При цьому бажано врахувати просто­рову роботу конструкцій, геометричну та фізичну нелінійність, анізотропність, пластичні й реологічні властивості матеріалів і ґрунтів, можливості зміни їх властивостей у процесі зведення (включаючи технологію та послідовність зведення споруд, а також темпи і графік будівництва) й експлуатації споруд.

Залучення цих чинників до вихідних даних наближає прогноз напружено-деформованого стану основи до дійсності. Так, при проектуванні об'єктів по етапах: відривання котловану; зведення фундаментів і підземної частини будівлі; зміна рівня ґрунтових вод; будівництво надземної частини; експлуатація споруди - встановлено, що зусилля в конструкціях зростають у кілька разів і можуть змінювати свій знак на протилежний. При цьому повною мірою враховуються варіантність як конструктивного, так і технологічного рішення зведення споруд, у тому числі чинника часу, а також деформування прилеглої території та навколишніх будівель. Звідси можлива оптимізація технології зведення споруд.

Сучасні задачі механіки ґрунтів дуже різноманітні і мають практичну спрямованість, зокрема: визначення напружень у ґрунтовій товщі; розрахунок деформацій і прогноз осідань фундаментів інженерних споруд; знаходження несучої здатності елементів ґрунтового масиву (навколо фундаментів, паль, підземних споруд); визначення тиску ґрунтів і гірських порід на підпірні стіни й інші огороджуючі споруди; розрахунок стійкості укосів; прогнозування деформацій при утворенні підземних виробок, підтопленні, морозному випинанні, підземних вибухах тощо. їх розв'язання засобами механіки ґрунтів неможливе без широкого використання досягнень теорій пружності, пластичності, повзучості, гідромеханіки, механіки руйнування, математичної фізики й ін. Такі задачі зараз вирішуються, як правило, лише числовими методами із застосуванням сучасних комп'ютерів.

6) Фази напруженого стану ґрунту.

Розглянемо процес деформації масиву ґрунту від дії на нього місцевого зростаючого навантаження. Для цього на поверхні ґрунту, що має структурну міцність, розмістимо жорсткий штамп (чи фундамент), за підошвою якого на ґрунт передається зростаючий тиск σ (рис. 6.1, а). Під його дією відбувається переміщення поверхні ґрунту (осідання штампа 5), величина якого зростає із збільшенням σ. Зразу зазначимо, що ґрунт при цьому відчуває складний напружений стан, який суттєво відрізняється від компресійного стиснення, бо ґрунт, крім нормальних, відчуває й дотичні напруги, які при досягненні певної величини можуть викликати незворотні зрушення.

Рис. 6.1. Схема розвитку деформацій ґрунтового масиву віл дії місцевого зростаючого навантаження: а - випробування ґрунту штампом; б - графік залежності його осідання від тиску за підошвою; в - фаза ущільнення та місцевих зрушень ґрунту; г - фаза розвитку інтенсивних деформацій зрушень і ущільнення; д - фаза випинання ґрунту; 1 - зона зсувів; 2 - лінії ковзання; 3 - ущільнене ядро.

На рис. 6.1, б наведена крива деформації грунту від дії місцевого поступово зростаючого навантаження S=f(a). На ній можна виділити три ділянки (фази): оа, ab, bc. Поки зовнішній тиск не перевищив структурну міцність ґрунту σ_str, він відчуває незначні, переважно пружні, деформації. За межею σ_str - під штампом виникає ущільнення ґрунту за рахунок зменшення його пористості. Із збільшенням навантаження, ґрунт ущільнюється в усе більшій зоні (це показано на рис. 6.1, в). Вплив дотичних напружень τ поки що ледь помітний. Частинки ґрунту рухаються вниз із незначним відхиленням убік від вертикалі. Зона переміщень (деформацій) ґрунту поширюється на значну глибину, як правило, значно більшу за ширину штампа (фундаменту). Чим вища щільність ґрунту, тим на більшій глибині спостерігають рух частинок. На графіку деформації ґрунту S=f(σ) цей етап відповідає ділянці оа. Залежність між тиском на ґрунт і осіданням штампу лінійна. Одночасно в ґрунті під краями штампа, де виникає концентрація напружень, розвиваються пластичні деформації (деформації зрушень). Графік S=f(σ) починає набувати криволінійності. Та все ж при відносно невеликому тискові, що звичайно виникає під підошвою фундаментів будівель, цей графік можна наближено прийняти за пряму. Таку фазу напруженого стану основи називають фазою ущільнення та місцевих зрушень ґрунтів.

Із точки зору міцності ґрунту ця фаза - безпечна, бо ґрунт набуває більш щільної структури, а осідання носять відверто згасаючий у часі характер. У практичних розрахунках у її межах залежність S=f(σ) приймають лінійною. Це дає змогу застосовувати для розрахунків напружень і визначення кінцевих осідань у фазі ущільнення теорію лінійно деформованого середовища. Тиск, що відповідає межі між фазами І і II, називають першим критичним тиском.

Подальше збільшення навантаження на штамп призводить до розвитку зон пластичних деформацій у боки й ущільнення фунтів навколо цих зон (як це показано на рис. 6.1, г). Зони зрушення поступово поширюються, охоплюючи все більший простір. Ця фаза напруженого стану основи отримала назву фази розвитку інтенсивних деформацій зрушень та ущільнення. На графіку S=f(σ) їй відповідає криволінійна ділянка ab. Деякі площадки зрушень, що виникають протягом цієї фази, поступово з'єднуються, утворюючи під навантаженим штампом суцільну поверхню ковзання.

Як показали досліди В. Г. Березанцева та В. О. Ярошенка, ущільнене ядро (див. рис. 6.1, д)_ь котре почало утворюватись під штампом у двох перших фазах, повністю формується із досягненням ґрунтом максимальної несучої здатності. Надалі ядро залишається незмінним. Воно рухається разом із штампом, працюючи як клин, розсуваючи ґрунт в боки й зумовлює значні осідання штампа. Тиск, що відповідає межі між фазами II і III, називають другим критичним тиском або межею.міцності чи межею несучої здатності основи.

Нарешті, під дією деякого тиску відбувається різке осідання штампа з випинанням ґрунту в боки та нагору. На кривій S=f(σ) з'являється майже вертикальна ділянка be, що відповідає фазі випинання (руйнування) ґрунту. При цьому напруженому стані переважають: бічні зміщення часток, розвиток суцільної поверхні ковзання, втрата стійкості товщі ґрунту (як це показано на рис. 6.1, д).

Лекція №8

Дата добавления: 2014-01-04