ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Основные исходные положения

Раздел 5. ДЕФОРМАЦИИ ГРУНТОВ И прогноз ОСАДОК ОСНОВАНИЙ

При работе грунта основания сооружения наибольший интерес для строителей представляет осадка, т.е. вертикальные деформации, происходящие в основании за счет уплотнения грунта.

Полная величина осадки, как уже было рассмотрено выше, состоит из упругой и остаточной частей. В отличие от твердых тел, остаточными деформациями которых можно пренебречь, для грунтов остаточные деформации играют основную роль, в большинстве случаев в несколько раз превосходя по величине упругие деформации.

Следует различать абсолютную величину осадки и разность осадок отдельных частей сооружения. Равномерная осадка сооружения, находящегося под преобладающим воздействием постоянной статической нагрузки, даже при значительных размерах последней, не может представлять опасности для существования сооружения, в то время как разность осадок, хотя бы незначительная, может существенно повлиять на работу сооружения, особенно на работу статически неопределенных систем. В практике случаев равномерной осадки всех частей сооружения почти не наблюдается, что связано с различием свойств грунтов под отдельными частями сооружения и неравномерностью давлений на грунт, различием формы и площади фундаментов.

На базе развития теории расчета оснований и обработки результатов наблюдений за осадками зданий разработан метод расчета фундаментов по предельным деформациям оснований. При этом необходимо, чтобы соблюдались условия

(5.1)

т.е. расчетная осадка оснований фундаментов S_расч и разность осадок соседних фундаментов DS_расч должны быть меньше предельных значений S_пр и DS_пр, регламентируемых соответствующими СНиПами.

Грунты представляют собой сложную многофазную систему (твердую фазу, жидкость, защемленный в порах воздух), вода в грунте может быть свободной и связной. Деформации грунта зависят как от общего изменения его объема: уплотнения, набухания, так и от деформируемости всех компонентов, составляющих грунт: ползучести скелета, сжимаемости поровой воды, паров и газов.

Различают следующие виды деформаций:

- упругие (изменение объема, искажение формы);

- неупругие остаточные (уплотнения, набухания, ползучести);

- чисто остаточные (разрушение структуры, излом частиц).

Упругие деформации возникают при периодической нагрузке и разгрузке грунта; упругие деформации без изменения объема наблюдаются при мгновенных нагрузках. В последнем случае изменения объема пор не происходит, т.к. деформации не успевают развиваться. При периодической нагрузке продолжительность ее действия оказывается недостаточной для полного развития деформаций уплотнения грунта.

Неупругие остаточные деформации уплотнения протекают в течение длительного времени, т.к. обусловлены изменением пористости за счет отжатия воды и воздуха из пор грунта. Кроме того, остаточные деформации возникают за счет взаимных перемещений частиц грунта (сдвигов), образуя зоны пластических деформаций в основании фундамента.

Влияние условий загружения в значительной степени сказывается на развитии того или иного вида деформаций. Периодически действующая нагрузка вызывает нарастание полной величины осадки от каждого последующего цикла. Вместе с тем упругая и, особенно, остаточная деформации от каждого цикла с увеличением числа последних уменьшаются. После достаточно большого числа циклов загружения проявляется лишь упругая деформация, т.е. грунт начинает работать как упругое тело.

Непрерывно возрастающая нагрузка вызывает три переходящих одна в другую фазы деформаций: фазу уплотнения, фазу местных сдвигов и фазу выпирания (пластического течения). Нагрузку от сооружений выбирают в большинстве случаев из условий ограниченного развития фазы сдвигов, т.е. начального развития пластических деформаций в краевых участках фундамента. Поэтому для работы сооружений особое значение имеет фаза уплотнения.

Постоянная нагрузка вызывает развитие осадки во времени, по-разному протекающее для различных величин нагрузки и для различных видов грунтов. Для одного и того же грунта, нагруженного давлением, не превосходящим величины предела пропорциональности, осадка с течением времени прекратится (произойдет стабилизация осадки), и для того же грунта при большей величине нагрузки осадка может оказаться не затухающей во времени. При одной и той же величине нагрузки, не выходящей за величину предела пропорциональности, стабилизация осадки фундамента на крупнозернистом или песчаном грунте произойдет значительно раньше, чем на глинистом. Постоянные по величине осадки дает, например, памятник Вашингтону в США (0,6 мм в год), здание почтовой конторы в Австрии (8,1 мм в год). Весьма длительные деформации наблюдаем мы на примере Исаакиевского собора в Санкт-Петербурге.

Влияние размеров загруженной площади на величину осадки при одном и том же удельном давлении на грунт сказывается по-разному. Например, штампы малых размеров (до 0,2…0,3 м²) дают увеличение осадки с уменьшением размера штампа, что объясняется значительным развитием пластических деформаций грунта, как бы внедрением штампа в грунт наподобие свай с тупым концом (рис.5.1).

Рис.5.1. Зависимость осадки от площади штампа (для песка)

При больших размерах штампа осадки возрастают прямо пропорционально корню квадратному из площади штампа (рис.5.2). Это объясняется распределением существенных по величине напряжений на большую глубину и вовлечением в работу значительной части массива грунта. Опыты со штампами больших размеров (2500…80000 см²) подтвердили, что влияние размеров штампа на величину осадки подчиняется следующей зависимости:

, (5.2)

где k – коэффициент пропорциональности, постоянный для каждого вида грунта, значение которого будет найдено нами далее; Р – величина внешнего давления на единицу площади; F – площадь штампа от 0,5…50 м².

Рис.5.2. Зависимость осадки от размеров стороны фундамента:

I – малые размеры штампов;

II – реальные фундаменты F=0,5-50м²;

III – фундаменты больших размеров F>50 м²

На штампы большой площади пропорциональная зависимость не распространяется, т.к. деформации в этом случае захватывают глубоко расположенные слои грунта (см. раздел 3).

Деформации оснований

В общем случае осадка фундамента может складываться из следующих составляющих:

S = S₁ + S₂ + S₃ + S₄. (5.3)

При разработке котлована происходит разгрузка грунта и упругое поднятие дна после загрузки основания весом, равным весу вынутого грунта, в результате чего фундамент получит дополнительную осадку, называемую осадкой разуплотнения S₁.

Осадки уплотнения S₂ возникают вследствие уменьшения объема пор от давлений, передаваемых на основание через подошву фундамента. При этом давления должны быть больше структурной прочности. Если осадки уплотнения окажутся различными для фундаментов в пределах одного и того же здания, то они будут неравномерными. Нужно так запроектировать фундаменты, чтобы разность осадок была меньше предельно допустимой.

СНиП допускают развитие в краевых участках фундамента зон пластической деформации на глубину 1/4 ширины фундамента. Образование этих зон и приводит к возникновению осадок неупругого деформирования S₃.

При разработке котлованов тяжелыми механизмами, при промерзании и оттаивании грунтов, их набухании, замачивании и других явлениях происходит нарушение естественной структуры и увеличивается сжимаемость грунтов, что и является причиной возникновения осадки расструктуривания S₄.