Природное вертикальное эффективное напряжение

Природное вертикальное эффективное напряжение

В практике проектирования неоднородность основания учитывается в следующих случаях:

• – слой сжимаемого грунта залегает на практически несжимаемом (например, скальном) основании;
• – под сравнительно малосжимаемым слоем залегает более сжимаемый грунт.

На рис. 5.12 приведены схематические эпюры вертикальных нормальных напряжений под центром прямоугольной площадки, загруженной равномерно распределенной нагрузкой при жестком (кривая 2) и слабом (кривая 3) подстилающих слоях. Кривая 1 показывает распределение напряжений в однородном основании. Как видно из рис. 5.12, при жестком подстилающем слое напряжения на границе слоев увеличиваются, а при слабом подстилающем слое уменьшаются.

Значения σ_z/p на кровле несжимаемого слоя, расположенного на глубине Н , под центром равномерно загруженной площади приведены в табл. 5.7.

Напряжения при слабом подстилающем слое определяются в зависимости от E₁/E₂ (где E₁ и E₂ — модули деформации верхнего и подстилающего слоя). В табл. 5.8 приведены значения σ_z/p на контакте со слабым подстилающим слоем по оси полосы, загруженной равномерно распределенной нагрузкой, при отсутствии трения по контактной плоскости.

ТАБЛИЦА 5.7. ЗНАЧЕНИЯ σ_z/p НА КОНТАКТЕ С НЕСЖИМАЕМЫМ СЛОЕМ

H/b1	σz/p для площадки
	круглой ( r = b1 )	прямоугольной с отношением сторон η = l/b				полосовой ( η = ∞)
		1	2	3	10
0	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000
0,25	1,009	1,009	1,009	1,009	1,009	1,009
0,5	1,064	1,053	1,033	1,033	1,033	1,033
0,75	1,072	1,082	1,059	1,059	1,059	1,059
1	0,965	1,027	1,039	1,026	1,025	1,025
2	0,473	0,541	0,717	0,769	0,761	0,761
3	0,249	0,298	0,474	0,549	0,560	0,560
5	0,098	0,125	0,222	0,287	0,359	0,359
10	0,025	0,032	0,064	0,093	0,181	0,185

ТАБЛИЦА 5.8. ЗНАЧЕНИЯ σ_z/p ПО ОСИ ПОЛОСЫ НА КОНТАКТЕ СО СЛАБЫМ ПОДСТИЛАЮЩИМ СЛОЕМ (ПО ДАННЫМ А.А. КУЛАГИНА)

H/b1	σz/p при E1/E2
	1	2	5	10
0	1,000	1,000	1,000	1,000
1	0,818	0,755	0,639	0,541
2	0,550	0,478	0,378	0,307
3	0,396	0,339	0,262	0,206
4	0,306	0,258	0,194	0,148
5	0,248	0,206	0,150	0,113

5.2.3. Напряжения от собственного веса грунта

Вертикальное нормальное напряжение σ_z от собственного веса грунта определяется по формуле

где n — число слоев грунта, расположенных выше рассматриваемой глубины; γ_i — удельный вес грунта i -го слоя; h_i — толщина i -го слоя грунта.

Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод, но выше водоупора, определяется с учетом взвешивающего действия воды по формуле

где γ_s — удельный вес частиц грунта; γ_ω — удельный вес воды, принимаемый равным 10 кН/м 3 ; е — коэффициент пористости грунта.

Если удельный вес грунта определен при его полном водонасыщении (степень влажности S_r = 1, γ = γ_sat ), то

При определении σ_z от собственного веса грунта в водоупорном слое необходимо учитывать давление столба воды, расположенного выше водоупора.

Горизонтальные нормальные напряжения от собственного веса грунта

где ξ = v/(1 – v) — коэффициент бокового давления грунта (здесь v принимается по табл. 1.15).

Пример 5.3. Определить вертикальное нормальное напряжение σ_z от собственного веса грунта на глубине z = 9 м при грунтовых напластованиях, показанных на рис. 5.13.

Слой 1 — суглинок (толщина слоя h₁ = 2 м, удельный вес γ₁ = 17,8 кН/м 3 ); слой 2 — песок средней крупности ( h₂ = 2 м, удельный вес частиц γ_s = 26,6 кН/м 3 , γ₂ = 18,3 кН/м 3 , коэффициент пористости е = 0,61, влажность ω = 0,11); слой 3 — тот же песок ниже уровня подземных вод ( h₃ = 3 м, γ₃ = 20,3 кН/м 3 при степени влажности S_r = 1); слой 4 — глина, служащая водоупором ( γ₄ = 20,2 кН/м 3 ).

Решение, по формуле (5.22) удельный вес грунта слоя 3

По формуле (5.20) на глубине z = 9 м получаем: σ_z = 17,8 × 2+ 18,3 × 2 + 10,3 × 3 + 20,2 × 2 + 10 × 3 = 173,6 кПа.

Значения ординат эпюры σ_z приведены на рис. 5.13.

5.3. НАГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ, УЧИТЫВАЕМЫЕ В РАСЧЕТАХ ОСНОВАНИЙ

Нагрузки и воздействия, передаваемые фундаментами сооружений на основания, как правило, должны устанавливаться расчетам исходя из рассмотрения совместной работы сооружения и основания или фундамента и основания. Учитываемые при этом нагрузки и воздействия на сооружение или отдельные его элементы, а также возможные их сочетания применяются согласно требованиям норм [3].

Характер и степень перераспределения нагрузок на основание, а следовательно, и дополнительные усилия в конструкциях сооружения зависят от вида, состояния и свойства грунтов, характера их напластования, статической схемы сооружения, его пространственной жесткости и многих других факторов.

Нагрузки на основание допускается определять без учета их перераспределения над фундаментной конструкцией при расчете:

а) оснований зданий и сооружений III класса;

б) общей устойчивости массива грунта основания совместно с рассматриваемым сооружением;

в) средних значений деформаций основания;

г) деформаций основания в стадии привязки типовых проектов к местным грунтовым условиям.

Все расчеты оснований должны производиться на расчетные значения нагрузок, которые определяются как произведение их нормативных значений на коэффициент надежности по нагрузке γ_f . Этот коэффициент, учитывающий возможное отклонение нагрузок в неблагоприятную сторону, принимается при расчете оснований по несущей способности по указаниям [3], а при расчете оснований по деформациям равным единице.

Расчет оснований по деформациям производится на основное сочетание нагрузок, по несущей способности — на основное сочетание, а при наличии особых нагрузок и воздействий — на основное и особое сочетания. Нагрузки на перекрытия зданий и снеговые нагрузки, которые согласно нормам [3] могут относиться как к длительным, так и к кратковременным, при расчете оснований по несущей способности считаются кратковременными, а при расчете по деформациям — длительными. Нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования в обоих случаях считаются кратковременными.

В расчетах оснований необходимо учитывать нагрузки от складируемого материала и оборудования, размещаемого вблизи фундаментов.

Усилия в конструкциях, вызываемые климатическими температурными воздействиями, при расчете оснований по деформациям допускается не учитывать, если расстояния между температурно-усадочными швами не превышают значений, указанных в нормах проектирования соответствующих конструкций. Технологические температурные воздействия учитываются в расчетах оснований по деформациям при соответствующем обосновании в зависимости от продолжительности этих воздействий.

Сорочан Е.А. Основания, фундаменты и подземные сооружения

Природное вертикальное напряжение в грунтах и учёт его при определении осадки фундамента. Возможные виды эпюр природного напряжения.

Природное напряжённое состояние грунтов обычно выражают эпюрой вертикальных природных напряжений, которая, согласно формуле , для однородного массива имеет вид треугольника.

Основания фундаментов, особенно гидротехнических сооружений, имеющих, как правило, широкую подошву, зачастую бывают сложены неоднородными грунтами, а вернее, состоят из нескольких слоёв грунта, различным по составу и свойствам.

В этом случае напряжение в нижележащих слоях определяют суммированием напряжений от каждого вышележащего слоя, а каждый отдельный, сложенный одним грунтом слой считают однородным и напряжение от собственного веса грунта каждого слоя определяют по формуле или . Но кроме наличия в том или ином слое грунтовой свободногравитационной воды, учитывают наличие водонепроницаемого слоя и слоя с напорными грунтовыми водами, а для построения эпюры природных вертикальных напряжений на заданной вертикальной оси геологического разреза выделяют характерные точки. Тогда с учётом вышескозанного в каждой i-ой характерной точке природное вертикальное напряжение можно найти по формуле: , где — природное напряжение в предыдущей характерной точке, — удельный вес слоя грунта, в котором находится характерная точка,

— мощность этого слоя (до i-ой характерной точки).

При расчёте оснований следует учитывать прогнозируемое изменение природных условий существования грунтов, например изменение уровня грунтовых вод. При подъёме уровня грунтовых вод в результате взвешивающего действия воды природное напряжение уменьшается и может произойти разуплотнение грунта, а при понижении, наоборот – уплотнение.

35. Сопротивление грунтов сдвигу. Сущность, нормативные и расчетные прочностные характеристики, практическое приложение закономерностей сопротивления грунтов сдвига.

Изучение сопротивления грунтов сдвигающим усилиям, возникающим в результате воздействия различных инженерных сооружений, имеет большое значение для правильного расчета устойчивости оснований (несущей способности оснований), оценки устойчивости откосов, расчета давления грунтов на подпорные стенки и других инженерных расчетов.

В настоящее время нет единой точки зрения на природу сопротивления глинистых пород сдвигу. Одни исследователи считают, что сопротивление глинистых пород сдвигу обусловлено только сцеплением между частицами, показателем которого является коэффициент сцепления. Другие полагают, что сопротивление глинистых пород сдвигу зависит как от сил трения, так и от сил сцепления. Показателями сил трения, действующих в грунте, считают угол внутреннего трения икоэффициент трения.

Вследствие неясности природы сопротивления глинистых пород сдвигу и условности разделения его на внутреннее трение и сцепление, некоторые исследователи предлагают вообще отказаться от такого разделения и характеризовать сопротивление глинистых пород сдвигу так называемым углом сдвига φ соответственно тангенс этого угла называют коэффициентом сдвига tgφ.

Сопротивление сдвигу одного и того же грунта непостоянно и зависит от физического состояния грунта — степени нарушенности естественной структуры, плотности, влажности, а также от условий производства испытаний (конструкция прибора, размеры образца, скорость сдвига и т. д.). Для получения наиболее достоверных данных испытания на сдвиг должны всегда проводиться в условиях, максимально приближающихся к условиям работы грунта под сооружением или в самом сооружении.

Показатели сопротивления грунта сдвигу определяются различными способами, среди которых можно выделить три группы:

· • способы определения сопротивления сдвигу по одной или двум заранее фиксированным плоскостям в сдвиговых приборах;

· • способы определения сопротивления сдвигу путем раздавливания при одноосном и трехосном сжатии;

· • способ определения сопротивления сдвигу по углу естественного откоса.

Способы первой группы могут быть в свою очередь разделены на две подгруппы:

· а) способы поперечного сдвига с конечной плоскостью сдвига;

· б) способы кольцевого сдвига с бесконечной (замкнутой) плоскостью сдвига.

Лабораторные испытания грунтов для определения показателей трения и сцепления способом поперечного сдвига производят путем среза нескольких образцов исследуемого грунта. При этом в зависимости от характера предварительной подготовки образцов к опыту различают:

· а) сдвиг нормально уплотненных образцов (завершенное уплотнение), когда образцы перед опытом предварительно уплотняются под разными нагрузками до окончания процесса консолидации; срез каждого образца производится при той же вертикальной нагрузке, под которой он предварительно уплотнялся;

· б) сдвиг переуплотненных образцов, когда образцы предварительно уплотняются до окончания процесса консолидации, а сдвигаются без нагрузки или при меньших нагрузках;

· в) сдвиг недоуплотненных образцов (незавершенное уплотнение), когда образцы предварительно не уплотняются или уплотняются в продолжение короткого времени, за которое не наступает полная консолидация; срез производится при различных вертикальных нагрузках.

В зависимости от скорости приложения сдвигающего усилия в процессе опыта различают медленный сдвиг и быстрый сдвиг. При медленном сдвиге сдвигающую силу увеличивают только после прекращения деформации, вызванной предыдущей ступенью этой силы. При быстром сдвиге увеличение сдвигающей силы производят быстро, не дожидаясь прекращения деформаций.

Источник