Проверка слабого слоя грунта

Если в пределах сжимаемой толщи есть слой более слабого грунта, чем непосредственно под подошвой, необходимо проверить возможность его расчета по деформациям. Для этого надо выполнить условия:

σ_бII + σ_дII ≤ R_cII, (12.11)

где σ_бII – бытовое давление на глубине II кровли слабого слоя;

σ_дII – дополнительное давление от сооружения на этой же глубине;

R_cII – расчетное давление на грунт слабого слоя, определяемое по формуле (10.4) при b = b_у, d = II;

b_у – ширина подошвы условного фундамента;

II – глубина подошвы условного фундамента.

При этом b_у определяется но формуле

, (12.12)

, (12.13)

, (12.14)

где l, b – длина и ширина реального фундамента;

А – площадь подошвы реального фундамента;

σ_d – среднее давление от сооружения на уровне подошвы реального фундамента;

σ_II – то же давление, но на уровне подошвы условного фундамента.

При невыполнении условия (12.11) размеры фундамента увеличивают, или устраивают искусственное основание, или используют другие мероприятия (гл. 9).

№33 деформация грунтов

12.2.Основные виды деформаций грунта

Взависимости от направления перемещений поверхности грунтового основания и фундаментных конструкций различают следующие виды деформации:

∙Осадка (S) – вертикальное смещение грунта по направлению действия сил гравитации.

∙Сдвиг (U)– горизонтальное смещение фундамента и окружающего грунта.

∙Подъем (пучение) (S’) – вертикальное смещение грунта вверх вследствие действия сил пучения или набухания грунтов.

∙Крен (i) – неравномерная осадка фундамента или всего сооружения.

Рис. 12.1. Основные виды деформаций грунтового основания а) – осадка; б) – сдвиг; в) – подъем

Осадка – основной вид деформации грунтовых оснований, которому

вмеханике грунтов уделяется наибольшее внимание.

12.3.Причины развития деформации грунта

Деформации грунтов могут быть вызваны различными причинами. Среди основных необходимо выделить следующие:

∙Действие внешней нагрузки от сооружений (давление на грунт от фундамента, пригрузка основания при планировке отсыпкой, давление от земляных сооружений и т.п.);

∙Изменение влажности грунтов (набухание и усадка, просадка грунтов);

∙Расструктуривание грунтов под действием вибрационных или динамических колебаний;

∙Изменение температурного режима (замораживание и оттаивание грунтов).

Вданной лекции мы будем рассматривать деформации Рассмотрим методы определения деформаций грунтов от действия внешних нагрузок.

Взависимости от вида сооружения, его размеров, соотношения сторон фундаментов нагрузки от сооружения можно рассматривать как:

∙Местные –приложеннаяпо ограниченной площади.

∙Полосовые – от фундаментов протяженных конструкций и сооружений(ленточные фундаменты, насыпи дорог, дамбами и пр.)

∙Сплошные – приложенная на значительной по размерам площади

(длина и ширина нагрузки

значительно

больше толщины

сжимаемого слоя). К примеру,

отсыпка насыпи

при инженерной

подготовке территорий, сложенных слабыми грунтами.

12.4.Основные слагаемые деформаций

Грунт, как уже отмечалось ранее, представляет собой сложную многофазную систему. Объемные и сдвиговые деформации происходят как вследствие изменения объема составляющих грунт компонентов(твердой, жидкой и газообразной фазы)так и в результате изменения общей структуры грунта(смещения твердых частиц относительно друг друга).

В общем случае деформация основания от действия нагрузок может быть найдена как сумма следующих основных слагаемых:

δel - упругие деформации изменения формы вследствие деформаций кристаллической решетки твердых частиц грунта, изменения толщины пленки связанной воды, сжатия замкнутых пузырьков воздуха, растворенного в паровой воде.

δ pe - остаточные деформации уплотнения грунта вследствие

перекомпоновки твердых частиц и уменьшения пористости грунта.

δch - остаточные деформации ползучести скелета грунта при

взаимном сдвиге твердых частиц.

Особые виды деформации набухания, пучения и т.п. которые

характерны для отдельных типов грунтов и проявляются при соответствующих условиях в данной лекции рассматриваться не будут.

Таким образом, полная осадка основания определяется как сумма

основных составляющих деформаций

S = Sec+ S pe+ Sch

(12.1)

Вклад каждой составляющей в общую осадку зависит от величины сжимающей нагрузки. При небольших нагрузках(до структурной прочности грунта) в основном развиваются упругие деформации. По мере

увеличения нагрузки определяющими становятся деформации уплотнения и затем деформации сдвига (см. фазынапряженно-деформируемогосостояния, лекция8)

Однако определение деформаций грунта по сумме составляющих является очень сложной задачей, не нашедшей практического применения.

Упрощенный метод определения осадки рассматривает общие деформации основания без разделения их на упругие и остаточные.

Зависимость между напряжениями и деформациями принимается линейной (согласнопринципа линейной деформируемости грунта), а

грунт рассматривается изотропным. При этом в качестве коэффициента

пропорциональности между напряжениями и деформациями будет выступать модуль общих деформаций Е0 интегрально учитывающим и упругие и пластические деформации.

При этом необходимо помнить, что рассматриваемые ниже методы расчета осадок справедливы лишь при нагрузках, не превышающих предел пропорциональности, которым является начальная критическая нагрузка(см. тема №9).

 

№34 Влияние размеров фундамента на осадку основания

Осадка основания при одном и том же давлении ро по подошве фундамента зависит от его заглубления в грунт и размеров в плане.
На рис. 4.3 показаны три фундамента, различающиеся шириной и заглублением в грунт, и для каждого из них построены эпюры рg, 0,2 pg и дополнительных давлений р. Значения ро для всех фундаментов одинаковы. Точка пересечения кривой, ограничивающей эпюру р для каждого фундамента, с прямой, ограничивающей эпюру 0,2 pg, определяет положение нижней границы активной зоны, грунта. Размеры da активных зон для всех трех фундаментов различны.
Сопоставим фундаменты, различающиеся глубиной заложения подошвы. Из рис. 4.3, а и б видно, что с увеличением этой глубины дополнительные давления р (на одинаковом расстоянии z от подошвы) и размер da активной зоны грунта уменьшаются. Следовательно, осадка основания с увеличением глубины заложения подошвы фундамента уменьшается.
Сопоставим теперь фундаменты, отличающиеся шириной подошвы. Из рис. 4.3, а и в видно, что с увеличением этой ширины дополнительные давления р и размер da активной зоны грунта увеличиваются. Следовательно, осадка основания с увеличением размеров подошвы фундамента возрастает.

 

Рис. 4.3. Зависимость размера активной зоны от ширины фундамента и его заглубления а — фундамент шириной b и глубиной заложения d; б — фундамент шириной b и глубиной заложения 2d; в — фундамент шириной 2b и глубиной заложения d

Рост осадки во времени

Полную осадку основания можно разделить на две части: строительную и эксплуатационную. Строительной называют осадку, которая происходит в период строительства сооружения. Она, как правило, не является опасной, так как имеется возможность измерить ее и принять меры, если это требуется, к ликвидации ее последствий. Эксплуатационной называют осадку, которая проявляется после окончания строительства сооружения; такая осадка часто представляет опасность для нормальной эксплуатации сооружения, а иногда даже и для его сохранности.
Осадка основания вызывается уплотнением грунта под нагрузкой; при этом объем пор в грунте уменьшается, а содержащаяся в них несвязанная вода отжимается. В крупнообломочных и песчаных грунтах, обладающих высокими коэффициентами фильтрации, отжатие несвязанной воды протекает сравнительно быстро, поэтому осадка песчаных оснований стабилизируется еще в процессе строительства сооружений. В глинистых грунтах процесс стабилизации осадки может протекать в течение многих лет, а иногда и десятилетий.
Разработан способ определения процента консолидации, т. е. той части полной осадки основания, которая проявится через заданный промежуток времени после приложения нагрузки. Этот способ позволяет после вычисления полной осадки рассчитать ее строительную и эксплуатационную части. Однако таких расчетов в практике проектирования, как правило, не производят, ориентировочно принимая, что к концу строительства сооружения осадка фундаментов на песчаных грунтах, а также на глинистых грунтах, находящихся в твердом состоянии, полностью стабилизируется, а осадка фундаментов на глинистых грунтах, находящихся в пластичном состоянии, составляет 50% полной.

№35 Условия в расчетах времени консолидации основания

Консолидация грунта - замедленное уплотнение водонасыщенного грунтового слоя во времени, происходящее за счет выжимания воды или сближения грунтовых частиц.
В зависимости от характера грунта следует различать два типа процесса консолидации. Консолидация первого типа наблюдается в грунтах со слабыми водно-коллоидными связями (пылеватые и песчанистые глинистые грунты), обусловливается водопроницаемостью грунта и условиями оттока выжимаемой из грунта воды; это так называемая фильтрационная консолидация. Консолидация второго типа наблюдается в глинистых грунтах со значительными водно-коллоидными структурными связями, которые осложняют процесс уплотнения.

Фильтрационную консолидацию грунта называют также первичной консолидацией. Первичная консолидация протекает в водонасыщенных грунтах при степени их влажности больше 0,8. При меньшей влажности процессами фильтрационной консолидацией пренебрегают.

Предпосылки теории фильтрационной консолидации сводятся к следующему:

- скелет грунта линейно-деформируемый, деформируется мгновенно после приложения к нему нагрузки и вязкими связями не обладает;

- структурной прочностью грунт не обладает, давление в первый момент полностью передается на воду;

- грунт полностью водонасыщен, вода и скелет объемно несжимаемы, вся вода в грунте гидравлически непрерывна;

- фильтрация подчиняется закону Дарси (закон установившейся фильтрации (при ламинарном течении), показывающий линейную зависимость между скоростью фильтрации (просачивания) в мелкозернистых грунтах (песчаных, глинистых и т.п.) и уклоном (гидравлич. градиентом потерей напора на единицу длины).

Теория фильтрационной консолидации описывает деформирование во времени полностью водонасыщенного грунта. Принимается, что полное напряжение, возникающее в элементе грунта от приложенной нагрузки, разделяется на напряжения в скелете грунта (эффективные напряжения) и давление в поровой воде (поровое давление). 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.

Считается, что уменьшение пористости грунта (его уплотнение) пропорционально расходу воды (оттоку воды из пор грунта). Следствием этого является важное положение о том, что скорость деформации грунта будет находиться в прямой зависимости от скорости фильтрации в нем поровой воды. Поэтому основной характеристикой грунта, определяющей время протекания процесса фильтрационной консолидации, является коэффициент фильтрации. Скелет грунта принимается линейно деформируемым.

Коэффициент консолидации

(м2/с) (чем больше коэффициент консолидации, тем больше скорость прохождения процесса консолидации).

Сv- коэффициент фильтрационной консолидации, прямо пропорциональный коэффициенту фильтрации и обратно пропорциональный коэффициенту относительной сжимаемости грунта.

 

№36 принимаемые при односторонней и двусторонней фильтрация

К водонасыщенным грунтам относят грунты со степенью влажности более 0,8. При 0,8 < Sr < 1 в поровой воде могут содержаться сжимаемые пузырьки воздуха, осложняющие процесс фильтрационной консолидации.

Во многих случаях (b ≥ 10 м, H с / b < 1) изменение напряженно -

деформированного состояния грунта во времени рассматривается в виде одномерной задачи консолидации грунта. Теория фильтрационной консолидации (Терцаги - Герсеванова), разработанная для одномерной задачи консолидации грунта, базируется на следующих предпосылках: скелет грунта рассматривается как упругая пористая среда, т. е. принимается справедливым закон компрессионного уплотнения грунтов; поровая вода принимается несжимаемой; отжатие воды из пор грунта подчиняется закону ламинарной фильтрации Дарси; внешняя нагрузка в грунте уравновешивается суммой эффективных напряжений и давления в поровой воде.