4. Распределение напряжений от собственного веса грунта.

Важным фактором для оценки работы грунтов основания является напряженное состояние, возникающее от их собственного веса.

При горизонтальной поверхности грунта вертикальное напряжение Ϭ_zg на горизонтальной площадке, проходящей через точку, расположенную на глубине z от дневной поверхности, в однородной толще определяется по формуле

Ϭ_zg=γ*z,

Где γ=ρ*g –удельный вес грунта; ρ – плотность грунта; g – ускорение свободного падения. (9.81 м/с²)

При пластовой толще грунта и отсутствии грунтовых вод природное (бытовое) давление, отнесенное к границам геологических слоев определяется по формуле:

Ϭ_zg=_i=1Σⁱ⁼ⁿγ_iz_i

При наличии на некоторой глубине горизонта грунтовых вод бытовое давление определяется с учетом архимедова взвешивания водопроницаемых грунтов, расположенных ниже горизонта грунтовых вод.

К водопроницаемым грунтам относятся пески, супеси, суглинки с показателем текучести I_L>0,25, а так же глины I_L>50. Удельный вес этих грунтов с учетом взвешивания

Γ_sbi= γ_si - γ_ω/(1+l_i),

Где γ_si – удельный вес частиц грунта i-го слоя; γ_si=ρ*g; γ_ω=ρ_ω*g≈10 кН/м³ – удельный вес воды; е_i – коэффициент пористости грунта i-го слоя,

h_i – мощность i-го слоя, h_b –мощность водопроницаемых слоев.

Рис. 4.7. эпюры природного (бытового) давления Ϭ_zg грунта:

а – при отсутствии грунтовых вод;

б- при наличии грунтовых вод и проявлении взвешивания грунта.

В водонепроницаемых грунтах (суглинки I_L<0,25 и глины I_L<0,50) взвешивание не учитывается, а на границе с вышележащим водопроницаемым грунтом происходит скачок интенсивности Ϭ_zg на величину γ_ωh_b (рис 11.19) в ряде случаев требуется определение не только Ϭ_zg, но и горизонтального напряжения Ϭ_xg, действующего по вертикальной площадке, проходящей через рассматриваемую точку грунтовой площади. При этом соотношение

ξ_о= Ϭ_xg/ Ϭ_zg

называется коэффициентом бокового давления грунта в состоянии покоя. Во многих случаях ξ_о=1, что справедливо для глинистых грунтов, не прошедших стадию диагенеза и формирования структурного сцепления С_с. Значение ξ≠1соответствует геостатическому закону распределения бытового давления.

Значения ξ_о≠1 возможно у песчаных и крупнообломочных грунтов, а так же у глинистых грунтов со структурным сцеплением С_с на ранних стадиях породообразования.

В этих случаях для определения ξ_о допустимо использовать формулу:

ξ_о=(1-sinφ)*(1+2/3* sinφ)/(1+ sinφ) для песчаных грунтов,

и формулу:

ξ_о=1/(1+2*tgψ)

При этом tgψ= tgφ+с/ Ϭ_zg,

Где φ- угол внутреннего трения; С- сцепление грунта; Ϭ_zg- уровень вертикального природного давления в точке определения ξ_о.

Значение ξ_о можно определить путем компрессионных испытаний. На значение величины ξ могут оказать искажающее влияние тектонические напряжения и явления денудации (сноса вышележащих отложений, приводящее к разгрузке толщи)

Глава 5. Прочность и устойчивость оснований

5.1. Понятие о прочности устойчивости оснований.

Известно, что работа основания сооружения характеризуется темя фазами работы грунта:

- I фазой уплотнения;

- II фазой локального нарушения прочности;

- III фазой нарушения устойчивости основания.

При работе основания сооружения в I^ой фазе напряженное состояние основания оценивается с помощью математического аппарата линейной теории упругости. Это позволило ввести для основания сложенного неупругими грунтами, понятия линейно-деформируемого пространства.

С ростом нагрузки на основание работа грунта переходит во II фазу, когда в некоторых точках возникает нарушение прочности, приводящее к более интенсивному и неравномерному увеличению осадки. Применительно к грунтам под прочностью понимают их предельное сопротивление действию касательных напряжений τ. Прочность в точке основания можно считать обеспеченной, если по любому направлению площадки, проведенной через точку, сопротивляемость сдвигу S выше касательного напряжения τ. Таким образом возможны три варианта при оценке прочности в точке:

- прочность обеспечена, если S>τ;

- выполняется условие предельного состояния, если S=τ;

- прочность не обеспечена, если S<τ.

Степень обеспеченности прочности в точке можно оценить посредством коэффициента запаса прочности

К_зап=S/τ

При этом, когда К_зап>1 прочность обеспечена; К_зап=1 выполняется условие предельного состояния; К_зап<1 прочность не обеспечена.

Переход работы основания во II фазу сопровождается появлением и развитием областей нарушения прочности. При этом сооружения претерпевают существенные неравномерные осадки.

Нагрузка, соответствующая граница между I и II фазами работы грунта, называется начальной критической нагрузкой. Её синонимами также являются первая критическая нагрузка и безопасная нагрузка.

При дальнейшем росте нагрузки на основание зоны нарушения прочности приобретают обширное очертание и в основании формируются поверхности скольжения, на которых τ=3. Работа основания переходит в IIIфазу. В III фазе работы грунта при мелком заглублении фундамента сооружения происходит выпор грунта из-под фундамента, катастрофические осадки и крен сооружения. При наличии эксцентриситета нагрузки происходит односторонний выпор грунта из-под фундамента и опрокидывание сооружения (общая потеря устойчивости, τ>S).

Сооружения с фундаментами глубокого заложения претерпевают катастрофически неравномерные осадки.

Нагрузка, соответствующая границе между II и III фазами, называется предельной нагрузкой (синонимы – вторая критическая нагрузка и несущая способность грунта).