05 марта 2016г.
Просадочные грунты относятся к нелинейно-деформируемым телам. Об этом свидетельствуют многочисленные полевые и лабораторные экспериментальные исследования. Кривые зависимости относительной просадочности лессовых грунтов различных районов, в зависимости от давления приводятся в работе [1].
Нелинейная с начала загружения зависимость между δпр и σ в виде монотонно возрастающей кривой может быть с достаточной степенью точности аппроксимирована степенной функцией
где β и т - коэффициенты, определяемые опытным путем. Причем β соответствует обратной величине модуля общей деформации грунта, a m – отвлеченное число, большее или меньшее единицы. Зависимость (1) вполне соответствует интересам инженерных расчетов, так как в настоящее время в большинстве случаев строительство сооружений на просадочных грунтах АД при давлениях на подошве фундамента > 4 кгс/см2 не проектируется. При этом параметры β и т определяются по результатам эксперимента, нанесенных на логарифмическую сетку. Все экспериментальные точки располагаются в виде прямой и параметры зависимости (1) определяются коэффициентами этой прямой. Предлагается параметры β и т вычислять по результатам компрессионного испытания при помощи следующих зависимостей:
где σ1, σ2 - два произвольных значения уплотняющей нагрузки;
δпрσ 1 ,δпрσ 2 - соответствующие им величины относительной просадочности грунта.
Многочисленные экспериментальные исследования показывают, что параметры β и т зависят от степени просадочности лессовых грунтов; чем больше просадочность, тем больше значения параметров β и т. Если условно за характеристику степени просадочности грунта принять относительную деформацию при 3 кгс/см 2, то зависимости β и т от δпр изобразятся в виде графиков, представленных на рисунке 1. Зависимость (1) является весьма важной характеристикой и для обычных грунтов, если рассматривать их как нелинейно-деформируемые тела. При т = 1 и β = const , очевидно будем иметь следующую линейную зависимость между общими деформациями и напряжениями в грунтах:
которая широко используется в расчетах в механике грунтов. Сравнение последней зависимости с (1) приводит к формуле:
которая также применяется в задачах механики грунтов, когда приходится учитывать зависимость модуля деформации от напряженного состояния грунтового массива.
Известно, что потери прочности лессового основания происходят вследствие уменьшения прочностных параметров в результате их увлажнения. Поэтому предельное равновесие в этих грунтах, в отличие от обычных грунтов, где при любых напряженных состояниях их прочностные параметры принимаются постоянными, наступает гораздо реже, так как потере прочности в этих грунтах в значительной степени способствует процесс увлажнения.
Процесс просадки
в расчетных схемах
должен быть приближенно рассмотрен как одномерное течение структурных элементов
грунта сверху вниз в пределах
области замачивания, сопровождаемое постепенной упаковкой частиц грунта.
Это дает нам основания считать, что просадочные основания в основаниях сооружений может быть принята
равномерной без выпирания грунта в стороны. Это предположение подкреплено рядом специалистов [2, 3, 4, 14], хотя и требует дополнительного экспериментирования с целью более строгого обоснования, так как в литературе встречаются и другие взгляды [5, 6]. На наш взгляд зависимость (1), полученная по данным компрессионных испытаний, служит основой для построения зависимостей для расчета лессового основания.
Выявленная зависимость между δnp и σ позволяет установить ряд расчетных формул.
Установлено [7,8], что просадка лессового грунта проявляется только при некотором значении действующего напряжения (начального давления
проса-дочности), при котором под влиянием замачивания нарушается
структурная прочность грунта.
Определение величины
«начального давления»
для каждого вида лессового
грунта имеет важное значение для обоснованного расчета лессового основания.
До настоящего времени отсутствует теоретическая зависимость для определения величины
«начального давления». Существуют лишь результаты полевых
экспериментальных исследований по его определению как в условиях природного нагруженного состояния, так и при действии
внешней нагрузки [9,10].
Зависимость между (1) δпр и σ позволяет предложить формулу «начального давления» как для просадки, так и для дополнительной осадки. При определении «начального давления» необходимо исходить из такой величины деформации лессового грунта, при которой
она может быть оценена
как просадка.
Согласно нормам, просадочными считаются грунты с относительной просадочностью при фактическом давлении δпр ³ 0,01.
Если в зависимость (1) вместо относительной деформации
подставить последнее
ее характерное значение, получим:
Отсюда величина начального давления определяется формулой
В формуле (2) q=Р0 обозначает удельное давление по подошве фундамента от расчетных нагрузок,
а φ(у) - непрерывную функцию, характеризующую закономерность изменения давления по глубине , в зависимости от формы и размеров
фундамента. Так, например, согласно решению К.E. Егорова [11] для жесткого ленточного фундамента, функция φ(у) определяется выражением
Решая последнее уравнение
относительно у, получим глубину hs,
определяющую нижнюю границу дополнительной осадки. Далее подставляя найденное
значение hs.в (2), получим выражение « начального давления» для каждого случая загружения лессового основания.
Решение уравнения (3) относительно для каждого случая
загружения основания сопряжено с определенной математической трудностью, поэтому для определения нижней границы области
дополнительной осадки и величины начального давления
под фундаментом можно
использовать графические построение.
Для этого строится эпюра распределения давления
по глубине от внешней нагрузки (рисунок
2, кривая 1- 2). Здесь же в выбранном
масштабе давления строим график распределения напряжения от собственного веса грунта (линия
3-4).
Суммируя построенные эпюры, получим результирующую эпюру распределения нагружений по глубине основания от совместного действия двух нагрузок
(кривая 5 -6).
Далее по данным компрессионного
испытания по формуле
(1) вычисляем величину начального давления для данного вида грунта. От оси у в масштабе построенных эпюр откладываем найденную
величину начального давления и проводим вертикальную линию 7-8, которую мы назовем «линией начального давления». Линия 7-8, пересекаясь с результирующей эпюрой напряжения 5-6, определяет нижнюю границу области дополнительной осадки и в общем случае выделяет
три характерные зоны деформации.
Первая зона – зона дополнительной осадки под совместным действием нагрузки от фундамента и собственного
веса
грунта. Эта зона простирается
от
подошвы
фундамента до первого пересечения линии
«начального давления» с результирующей эпюрой напряжения. Вторая зона – зона, в которой практически отсутствует деформация лессового грунта.
Она находится между двумя границами пересечения линии начального давления с результирующей эпюрой нагружения (при большом давлении и сильнопросадочных грунтах эта зона может исчезать). Третья зона – зона просадки под действием только собственного веса грунта и в отдельных случаях также от внешней
нагрузки. Наличие перечисленных зон деформации лессовых основаниях впервые экспериментально было установлено В.И. Крутовым [5].
Проведенные В.И. Крутовым
и И.В.Тарасовыми [9] полевые и лабораторные исследования по определению величины «начального давления» показали, что данные компрессионного испытания совпадают
с данными полевого испытания штампами. Однако в условиях
природно-напряженного состояния величина «начального давления» оказалась в 2,5 раза больше,
чем по лабораторным и полевым
исследованиям. Это дало возможность авторам
указанного исследования сделать заключение о том, что результаты определения начального давления при просадке
грунта от собственного веса не могут быть использованы для расчета фундаментов ограниченных размеров.
Это явление авторы объясняют наличием перемещения грунта
при просадке в стороны и развитием зон пластических деформаций под подошвой штампов.
Мы считаем, что величина «начального давления» является постоянной характеристикой для лессового грунта
и поэтому оно должно зависеть только от деформационных характеристик грунта,
а не от формы и размеров фундамента.
Что же касается расхождения в величинах
«начального давления» при просадке
и дополнительной осадке, то наличие
этого расхождения полностью
подтверждает высказанное нами положение о невозможности, с точки зрения теории подобия,
моделирования процесса просадки
в условиях компрессионного испытания.
Зная величину начального давления, очевидно, можно установить значение нагрузки по подошве фундамента, при которой
полностью
устраняется
просадка основания.
Если сооружения
с
небольшими нагрузками в основании
возводятся на площадках с грунтовыми условиями первого типа (Snp≤
5а
), то устойчивость основания будет соблюдена при выполнении неравенства:
Рассмотрим просадку лессового грунта в условиях
природно-напряженного состояния. В этих условиях просадка будет возникать под действием собственного веса грунта,
т.е σ = r0 у. Поэтому согласно (1) глубина с которой начинается просадка, т.е верхняя граница ее области
определяется выражением
Полученные выше формулы позволяют
оценить абсолютную просадку
толщи лессовых грунтов, определить величину «начального давления» при котором возникает просадка и установить толщину верхнего слоя основания
грунта, зона дополнительной осадки которой
должна подвергаться последующему уплотнению тяжелыми трамбовками, вытрамбовыванием, грунтовыми сваями и т.п.
При этом методика определения нижней границы зоны дополнительной осадки для каждого
случая фундирования еще не полностью доработана. А расчет лессового основания
по предельному состоянию не может быть произведен без предварительного определения нижней границы зоны дополнительной осадки.
Дадим приближенную формулу для определения нижней границы дополнительной осадки. Как известно, из норм:
Py=α(P0-Pδ) (9)
Напряжением от собственного веса грунта,
ввиду его незначительности по сравнению с давлением
от сооружения, в пределах небольшой зоны дополнительной осадки,
пренебрегаем.
Для простоты эпюру нормальных
напряжений в пределах
небольшой глубины сжимаемого слоя примем трапецеидальной. Такое допущение делается, в частности при расчетах напряжений в основаниях водопроводящих сооружений. При таком допущении
формула (2.9) остается в силе, а закон изменения коэффициента α по глубине определяется выражением
где αh0 – значение коэффициента α на нижней границе
сжимаемой толщи.
Список литературы
1. Григорян А.А., Кулаченок Б.Г. Осредненная кривая зависимости просадочности грунта от давления. «Основания, фундаменты и механика
грунтов» №4, 1965.
2. Потоцкий А.О. О лессовых
грунтах «Азовстали» «Строительная промышленность №12, 1934.
3. Голубков Ю.В., Тугаченко Ю.В. Шеховцев С.С. Полевые исследования зоны деформации в лессовых основаниях « Строительство и архитектура» Изв. высших учебных заведений
№4 1963.
4. Григорян А.А., Кулаченок Б.Г. Полевые исследования деформаций просадочноного грунта под опытными штампами «Основания, фундаменты и механика
грунтов» №3 1965.
5. Крутов В.И. Исследования деформации просадочных грунтов в основании
фундаментов «Основания, фундаменты и механика
грунтов» №3 1962.
6. Гольдштейн М.Н. Просадочность лессовидных грунтов «Вопросы геотехники» Трансжелдориздат,
1959.
7. Абелев Ю.М. Явление просадки и ее закономерности для макропористых (лессовых) грунтов. Вопросы строительства на макропористых просадочных грунтах НИИ оснований Сб.№73,
1959.
8. Денисов Н.Я Строительные свойства лесса и лессовидных суглинков, М., 1953, с.154.
9. Крутов В.И., Тарасов И.В. О методике
определения величины «начального давлении» для просадочных грунтов
«Основания, фундаменты и механика
грунтов» №1, 1964.
10
Шаевич А.Е. Определение «начального давления» для определения просадочных грунтов Новосибирска. «Основания, фундаменты и механика
грунтов»№4,1965.
11
Егоров К.Е. Распределение напряжений в основании
жесткого
ленточного
фундамента. Сб. НИС, Фундаментстроя, №9, 1938.
12 Колосов Г.В. Применение комплексных диаграмм и теории
функций комплексной переменной к теории упругости, ОНТП, 1935.
13
Куликов Г.В. Расчет и проектирование фундаментов сооружений на лессовых просадочных грунтах в ТССР. Изд-во ТГУ, Ашхабад,
1984, с.120.
14 Мустафаев А.А. Расчет оснований
и фундаментов на просадочных грунтах, М.: Высшая
школа,1979.
15
СНиП 3.02.01
– 83.Основания зданий
и сооружений. Нормы проектирования. – Стройиздат, 1984 – 125с.
16 Калачук Т.Г., Юрьев А.Г., Карякин В.Ф., Меркулов С.И. Повышение несущей способности опорных конструкций в дисперсных грунтах//ПГС 11/2014. с 73-75.
17
Черныш А.С., Калачук
Т.Г.,
Ашихмин
П.С. Исследование работы сваи-инъектора в армированном геомассиве//Известия ОрелГТУ. Сер. Строительство. Транспорт. 2008. №4/20
(55). С. 96-103.
18
Черныш А.С., Карякин
В.Ф., Ашихмин П.С. Исследование работы висячей сваи в массиве
закрепленного грунта//Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2008. №3. С. 22-27.
