Механика грунтов / УМК по механике грунтов / Лекция 12 Деформации грунтов и расчет осадок фундаментов

несущих конструкциях могут образоваться значительные повреждения в виде трещин , отрыва закладных деталей , крена всего сооружения . Развитие данных повреждений происходит , как правило , при значительных

неравномерных деформациях грунтового основания и нередко заканчивается обрушением здания или отдельных его частей .

Полностью избежать деформации грунтовых оснований невозможно . Как уже отмечалось выше ( лекция 4), современные осадочные отложения

обладают деформативностью в сотни и даже в тысячи раз больше чем конструкционные материалы . Из - за деформации грунтового основания , особенно если они неравномерные , предельное состояние в надземных конструкциях зачастую наступает гораздо раньше , чем потеря устойчивости основания .

В действующих нормах проектирования законодательно установлено , что расчет оснований и фундаментов по деформациям выполняется в обязательном порядке во всех случаях , для всех зданий и сооружений независимо от категории ответственности . Расчет по

деформациям фактически является определяющим при проектировании фундаментных конструкций .

расчете оснований по деформациям необходимо

что процесс деформирования грунта может растянуться на

значительный период времени . Этот период может измеряться

и даже сотнями лет . К примеру , неравномерные деформации

основания всемирно известной Пизанской башни были зафиксированы и в наше время спустя 800 лет после начала ее строительства .

Особо следует отметить и то обстоятельство , что под влиянием

техногенных факторов различного рода в основании уже существующих много лет зданий могут развиваться дополнительные неравномерные деформации с образование повреждений в несущих конструкциях . К таким

факторам можно отнести подтопление или осушение прилегающей

территории , появление источников динамических и вибрационных колебаний , строительство вблизи существующего здания новых сооружений и т . п .

12.2. Основные виды деформаций грунта

В зависимости 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

в механике 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 ).

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

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

∙ Местные – приложенная по 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

сжимаемого слоя ). К примеру ,

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 :

δ el - 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 .

δ ch - 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 = S ec + S pe + S ch

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 . фазы напряженно - деформируемого состояния , лекция 8)

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 ( согласно принципа линейной деформируемости грунта ), а

грунт рассматривается изотропным . При этом в качестве коэффициента

пропорциональности между напряжениями и деформациями будет выступать модуль общих деформаций Е 0 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).

12.5. Определение деформаций грунтовых оснований как линейнодеформируемой среды

12.5.1. Основные допущения при определении деформаций грунтового основания в линейной постановке

Основные допущения методов определения деформаций в линейной постановке можно сформулировать в виде :

∙ Осадка грунтового основания происходит лишь от действия

сжимающих нагрузок однократного приложения .

∙ Зависимость между напряжениями и деформациями принимается линейной .

∙ Нагрузка на основание не превышает предела пропорциональности ( начальной критической нагрузки ).

∙ Грунт рассматривается как изотропная среда .

∙ Грунт представляет собой полупространство , бесконечно простирающееся по глубине и в стороны .

12.5.2. Определение осадки однородного линейнодеформируемого полупространства

Исходной зависимостью при определении общих деформаций полупространства от местной нагрузки является формула Буссинеска для вертикальных перемещений точек лежащих на границе полупространства от сосредоточенной силы :