Как учитывается наличие нагрузки на горизонтальной поверхности засыпки

При наличии на поверхности сплошной равномерно распределенной нагрузки интенсивностью (рис. а) выражение будет иметь вид

Рис Схемы для определения активного давления:
а – при равномерно распределенной нагрузке; б – при местной нагрузке; в – для случая засыпки связным грунтом

Из приведенных выражений можно получить значения при и при и убедиться, что эпюра активного давления имеет вид трапеции. Точка приложения равнодействующей будет находиться в центре тяжести площади трапеции, и расстояние от подошвы стенки до направления действия этой силы составит .

Если на поверхности засыпки в пределах призмы обрушения приложена местная полосовая нагрузка шириной , то для определения дополнительного влияния этой нагрузки на величину активного давления используется следующий прием (рис б). Считают, что воздействие нагрузки на стенку передается под углом к горизонтали , а дополнительное активное давление от нее составляет

Эпюра активного давления для этого случая показана на рис. б. Равнодействующая активного давления находится как площадь полной эпюры, а точка ее приложения соответствует центру тяжести эпюры активного давления.

Учет сцепления грунта. Для связного грунта, обладающего внутренним трением и сцеплением, условие предельного равновесия может быть представлено в виде

Тогда значение ординаты активного давления связного грунта на глубине z можно получить в виде

Известно, что связный грунт обладает способностью держать вертикальный откос высотой , определяемой по формуле . Она может быть преобразована к виду

.

Отсюда следует, что в пределах глубины от свободной поверхности засыпки связный грунт не будет оказывать давления на стенку. Максимальная ордината эпюры активного давления связного грунта в соответствии определится как

Характер эпюры активного давления приведен на рис, в. Можно заметить, что учет сцепления грунта приводит к уменьшению активного давления. Значение результирующей силы определяется как площадь треугольной эпюры , имеющей высоту и максимальную ординату .

      -//-//-//-//-//-//-//-

 

 

21. Распределение напряжений в случаеплоскойзадачи По мере увеличенияотношениядлиныплощадизагруженияl к ширине задача по определению напряжений все с большимоснованиемможетрассматриватьсякакплоскаяОпределяют три составляющие: нормальноенапряжение , и касательныенапряжения . Если в изотропномтелевовсех точках сечения, перпендикулярного продольной оси нагрузки, определить , . И соединить точки с одинаковымизначениямикаждойизэтих величин линиям и равных напряжений, то полуяимсвоеобразныеграфики. Последниепоказывают, чтонормальныенапряжения распространяются на значительнуюглубину, а нормальныенапряжения и касательныенапяржения - преимущественно в пределахполутора-двухширинполосызагружения.       -//-//-//-//-//-//-//-     22. Определение прочностных характеристик лабораторным и полевым методом Характеристики прочности φ и с определяют в лабораторных и полевых условиях. Определение прочностных характеристик в лабораторных условиях В практике исследований грунтов применяют метод среза грунта по фиксированной плоскости в приборах одноплоскостного среза. Для получения φ и с необходимо провести срез не менее трех образцов грунта при различных значениях вертикальной нагрузки. По полученным в опытах значениям сопротивления срезу τ строят график линейной зависимости τ = f (σ) и находят угол внутреннего трения φ и удельное сцепление с (рис. 1.5).   Рис. 1.5. Зависимость сопротивления срезу грунта τ от нормального напряжения σ Различают две основные схемы опыта: медленный срез предварительно уплотненного до полной консолидации образца грунта (консолидировано-дренированное испытание) и быстрый срез без предварительного уплотнения (неконсолидировано-недренированное испытание). Значения φ и с, полученные по методике медленного консолидированного среза, используются для определения расчетного сопротивления грунта, а также для оценки несущей способности основания, находящегося в стабилизированном состоянии (все напряжения от внешней нагрузки восприняты скелетом грунта). Значения φ и с, полученные по методике быстрого неконсолидированного среза, используются для определения несущей способности медленно уплотняющихся водонасыщенных суглинков и глин, илов, сапропелей, заторфованных грунтов и торфов. Полевое испытание на срез в заданной плоскости целика грунта, заключенного в кольцевую обойму, аналогично лабораторному испытанию на срез в одноплоскостных срезных приборах. Испытания проводятся в шурфах, котлованах, штреках и т.д. Для получения характеристик φ и с определяют сопротивление срезу не менее чем трех целиков при различных вертикальных нагрузках. Схемы испытаний принимаются те же, что и в лабораторных условиях. Значения φ и с находят на основе построения зависимости (1.5), как это показано на рис. 1.5. Полевое определение характеристик φ и с в стенах буровой скважины проводится методами кольцевого и поступательного среза. Эти методы применяются для испытаний грунтов на глубинах до 10 м (кольцевой срез) и до 20 м (поступательный срез). В методе кольцевого среза используется распорный штамп с продольными лопастями, в методе поступательного среза — с поперечными лопастями. Метод вращательного среза с помощью крыльчатки, вдавливаемой в массив грунта или в забой буровой скважины, позволяет определить сопротивление срезу τ, поэтому его рекомендуется применять при слабых пылевато-глинистых грунтах, илах, сапропелях, заторфованных грунтах и торфах, так как для них угол внутреннего трения практически равен нулю и можно принять с = τ.       -//-//-//-//-//-//-//-   23. Расчетные модели оснований Для учета изменения сопротивления грунтовых оснований по мере деформирования пользуются расчетными моделями. Наибольшее распространение имеют следующие модели и соответствующие им гипотезы: гипотеза Фусса — Винклера (или гипотеза коэффициента постели). Грунтрассматривается как система опирающихся на жесткое горизонтальное основание и не связанных между собой пружин, сжатие которых возрастает прямо пропорционально приложенной нагрузке. Коэффициент пропорциональности между нагрузкой и деформацией называется коэффициентом постели. Таким образом, сопротивление грунта развивается только непосредственно под нагрузкой и в этом сопротивлении не участвует грунт, расположенный сбоку, который не испытывает осадки. Основным недостатком данной модели является то, что поверхность грунта, как показывают эксперименты, оседает не только непосредственно под штампом (фундаментом), но и вокруг него; модель линейно-деформируемого полупространства. Грунт рассматривается как сплошное однородное линейно-деформируемое тело, бесконечно простирающееся вглубь и в стороны и ограниченное сверху плоскостью. В этом случае в сопротивление внешней нагрузке вовлекается все полупространство, и поэтому осадка поверхности полупространства происходит также и сбоку от места приложения нагрузки, распространяясь на большие расстояния В расчет вводится не полупространство, а лишь его верхний слой, ниже которого грунт считается несжимаемым Такая модель основания принимается в тех случаях, когда на некоторой глубине залегают скальные породы или слабосжимаемые грунты. Практически за такое основание можно принимать грунты с модулем деформации Е≥100 МПа; модель среды теории предельного равновесия (модель среды теории пластичности). Эта модель основана на предположении, что во всех точках грунтовой среды имеются площадки, по которым выполняется условие предельного равновесия. В этой модели принимается положение, что во всех точках грунтовой среды возникает начало состояния предельного равновесия, начало развития пластических деформаций. На рис. 6.13,априведена модель основания, работающего в условиях предельного равновесия; модель упруго-пластической среды (смешанная модель теории линейно-деформируемой среды и среды теории предельного равновесия). Эта модель является синтезом двух выше рассматриваемых моделей. Данная модель предполагает наличие в грунтовой среде как области среды теории линейно-деформируемого тела, так и области состояния предельного равновесия (см. рис. 6.13,б).       -//-//-//-//-//-//-//- 25.Условия загружения – непрерывно возрастающая нагрузка Чаще всего, практически в строительстве рассматриваются линейные деформации, т.е. до напряжений, равных R.В этом случае правомерно в расчётах механики грунтов использовать аппарат теории упругости и инженерные методы расчёта осадок. Условия загружения – периодически действующая нагрузка При многократном нагружении основания общие деформации грунта стремятся к некоторому пределу. При большом числе циклов нагружения появляются лишь упругие деформации, т.е. грунт приобретает упруго - уплотненное состояние. (Имеет практическое значение для строителей дорог, насыпей и т.д.) Деформации грунта во времени При уплотнении оснований скорость осадки фундамента (сооружения) зависит прежде всего от скорости отжатия воды из пор грунта (фильтрационная консолидация). Затем возникают осадки реологического характера (ползучесть скелета грунта). Такие осадки (деформации грунта во времени) могут для связных глинистых грунтов продолжаться сотни лет (пример:Пизанская башня в Италии). Для песчаных грунтов деформации могут стабилизироваться уже в период возведения здания, т.е. примерно через 3…5 лет. Характер деформации основания зависит от индивидуальных особенностей грунтов и оказывает существенное влияние на работу всего сооружения в целом.       -//-//-//-//-//-//-//- 24.Основными являются характеристики, определяемые из опыта. Остальные физические характеристики являются расчетными. Основные физические характеристики грунта  

Наименование	Обозначение	Размерность	Формула для вычисления
Плотность грунта	ρ	кг/м		ρ = m / V
Удельный вес грунта	γ	кН/м3		γ = ρ ∙ g
Плотность частиц грунта	ρs	кг/м		ρs = ms / Vs
Удельный вес частиц грунта	γs	кН/м3		γs = ρs ∙g
Влажность грунта	W	безразмерна		W = (m – ms)/ ms = mw / ms
Влажность на границе пластичности (раскатывания)	WP	безразмерна		WР = mw,p / ms
Влажность на границе текучести	WL	безразмерна		WL = mw,,L / ms

 

Производные физические характеристики грунта

 

Наименование	Обозначение	Размерность	Формула для вычисления
Плотность сухого грунта	ρd	кг/м3	ρd = ms / V = ρ / (1+ W)
Удельный вес сухого грунта	γd	кН/м3	γd = ρd ∙ g = γ / (1+ W)
Коэффициент пористости	e	безразмерна	e = Vn / Vs = (ρs – ρd) / ρd = ρs / ρd – 1
Пористость	n	безразмерна	n = Vn / V = (ρs – ρd) / ρs = 1 – ρd / ρs
Плотность грунта с учетом взвешивающего действия воды	ρовзв	кг/м3	ρовзв =
Удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды	gовзв	кН/м3	gовзв =

 

 

Таблица 2.4

Классификационные физические характеристики грунта

 

Наименование	Обозначение	Размерность	Формула для вычисления
Число пластичности	Ip	безразмерна	Ip = WL – Wp
Показатель текучести	IL	безразмерна	IL = (W – Wp) / (WL – Wp) = = (W – Wp) / Ip
Степень влажности (коэффициент водонасыщенности)	Sr	безразмерна	Sr = Vw / Vn = (ρs / ρw)∙(W / e)
Полная влагоемкость	Wsat	безразмерна	Wsat = (pw / ps)∙ e (соответствует Sr = 1)
Коэффициент относительной плотности (индекс плотности)	D	безразмерна	D = , e max – коэффициент пористости грунта в max рыхлом его состоянии; e min – коэффициент пористости грунтов в min рыхлом его состоянии
Относительная деформация просадочности		безразмерна	где и – высота образца соответственно природной влажности и после его полного водонасыщения (w = w (sat)) при давлении p, равном вертикальному напряжению на рассмат-риваемой глубине от внешней нагрузки и собственного веса грунта – высота того же образца природной влажности при

 

      -//-//-//-//-//-//-//-

Метод эквивалентного слоя

 

Метод эквивалентного слоя, предложенный Н.А. Цытовичем, позволяет определить осадку с учетом ограниченного бокового расширения. Эквивалентным слоем называется такая толща грунта h_э, которая в условиях невозможности бокового расширения (при загружении всей поверхности сплошной нагрузкой) дает осадку, равную по величине осадке фундамента, имеющего ограниченные размеры в плане при нагрузке той же интенсивности. Другими словами, в данном методе пространственная задача расчета осадок может заменяться одномерной. Мощность эквивалентного слоя зависит от коэффициента Пуассона v, коэффициента формы площади и жесткости фундамента ω и его ширины b.

Сущность метода заключается в определении осадок фундамента заданных размеров на сжимаемом грунте путем расчета равнозначной осадки «эквивалентного» слоя грунта.

Эквивалентным слоем грунта называется слой, осадка которого при сплошной нагрузке в точности равна осадке фундамента на мощном массиве грунта (полупространстве), т.е. .

Поставляя в формуле (5) вместо h мощность эквивалентного слоя h_э, получим выражение для определения осадки упругого слоя при невозможности бокового расширения

.

С другой стороны осадка поверхности изотропного полупространства от местной равномерной нагрузки определяется по формуле Шлейхера

.

Коэффициент осадки зависит от формы площадки нагружения (подошвы фундамента) и жёсткости фундамента.

Так как

– коэффициент эквивалентного слоя, определяется по таблицам в зависимости от вида грунта, размеров и жесткости фундамента.

Таким образом, выражение для расчета осадки по методу эквивалентного слоя будет иметь вид

.

Зная мощность эквивалентного слоя легко найти мощность сжимаемой толщи грунта .

Для грунтов, обладающих структурной прочностью сжимаемая толща будет простираться до глубины, на которой сжимающее давление равно структурной прочности грунта. .

Метод имеет точное решение при следующих допущениях:

1. Однородный грунт имеет бесконечное распространение в пределах полупространства.

2. Деформации в пределах полупространства, пропорциональны напряжениям, то есть полупространство линейно деформируемо.

3. Деформации полупространства устанавливаются методами теории упругости.

Ограничения: F _фунд. ≤ 50 м², Н _{однородн. гр}. ³ 30¸40 м

      -//-//-//-//-//-//-//-