Деформации грунтов оснований

Уплотнения. метод линейно деформируемого слоя.

Деформации грунтов оснований. Одномерная задача теории компрессионного уплотнения. Метод эквивалентного слоя. Метод послойного элементарного суммирования. Допущения метода послойного суммирования.

Под влиянием особых условий, выражающихся в виде внешних воздействий на грунты основания строительной площадки, основание претерпевает деформации, которые подразделяются на два вида:

1) деформации от внешней нагрузки (осадки, просадки, горизонтальные смещения);

2) деформации от природных изменений и антропогенных воздействий (подъемы и опускания, оседания, горизонтальные смещения).

Осадки - это деформации уплотнения грунта, которые происходят в результате небольших вертикальных перемещений его твердых частиц, без коренного нарушения структурного строения и выдавливания грунта из-под фундамента. Грунт сжимается за счет уплотнения частиц. Это приводит к упрочнению и улучшению его строительных свойств. Для устойчивости и прочности оснований сжатие грунтов безопасно.

Просадки - это деформации, которые происходят в результате больших вертикальных перемещений частиц грунта с коренным изменением его структуры и часто сопровождаются выдавливанием грунта из-под фундамента. Просадки развиваются не только от внешних нагрузок и собственного веса грунта, но и от дополнительных воздействий (деформации лессовых грунтов при замачивании, мерзлых грунтов при оттаивании).

Горизонтальные деформации - сдвиг грунта - это значительные, необратимые наклонные и горизонтальные перемещения частиц грунта, когда горизонтальные составляющие напряжений превышают сопротивление грунтов сдвигу. Сдвиг грунта вызывается действием на основание горизонтальных и наклонных нагрузок. Сдвиг сопровождается изменением сложения грунта, перемещением отдельных больших объемов грунта, нарушением его сплошности, местной или общей потерей его устойчивости.

Подъемы и опускания – деформации, связанные с изменениями объема некоторых грунтов при изменении их влажности (набухание или усадка) и при замерзании или оттаивании льда в порах грунта (морозное пучение или оттаивание).

Одномерная задача теории компрессионного уплотнения

Сжатие слоя грунта рассматривается в условиях невозможности бокового расширения при действии с поверхности безграничной по площади равномерно распределенной нагрузки. Ограниченной мощности слой сжимаемого грунта подстилается снизу скалистым основанием (рис. 4.1). В этом случае сжатие грунта будет аналогично сжатию в условиях компрессионных испытаний.

Рис. 4.1. Схема сжатия слоя грунта при сплошной нагрузке в условиях сжатия

без возможности бокового расширения

Из рисунка видно, что полная величина осадки

, (4.1)

где h – мощность сжимаемого слоя до обжатия его внешним давлением; h₁ – мощность сжимаемого слоя после обжатия.

Объем скелета грунта в единице объема грунта

Объем скелета в выделенной грунтовой массе в виде призмы площадью F до и после деформации остается постоянным

Из этого условия можно найти h₁

, (4.2)

где F – площадь грунтовой призмы; е₁ – коэффициент пористости грунта до приложения нагрузки; е₂ – коэффициент пористости грунта после окончания осадки под нагрузкой.

Подставляя (4.2) в (4.1), получаем

или

Из результатов компрессионных испытаний можно положить, что

где m₀ – коэффициент уплотнения (сжимаемости).

Тогда формула для величины конечной осадки примет вид

или

, (4.3)

где - коэффициент относительной сжимаемости, завися-щий только от компрессионных свойств грунта.

Таким образом, для вычисления величины осадки используются результаты компрессионных испытаний для оценки сжимаемости грунта и коэффициента уплотнения. Величину осадки можно также найти по результатам полевых испытаний, в которых определяется модуль общей деформации грунта Е₀.

При принятой схеме сжатия слоя грунта (рис. 4.1)

, (4.4)

где - коэффициент бокового давления; - коэффициент бокового расширения.

Из курса сопротивления материалов следует, что относительная деформация грунта вдоль оси Z, совпадающей с направлением действия силы Р,

. (4.5)

Подставив (4.4) в (4.5), получим

или, вводя обозначение

получим

Полная величина осадки равна произведению относительной осадки на мощность деформируемого слоя

. (4.6)

Здесь - коэффициент, зависящий только от свойств грунта и вычисляемый на основе опытного определения коэффициента бокового давления или коэффициента бокового расширения .