Учение о фазах напряженного состояния грунта и представление о пластических зонах в основаниях сооружений.

При возведении здания или сооружения наблюдается постоянное возрастание давления по подошве фундаментов. При таком характере воздействия в грунтовом основании, как и во всяком твердом теле, возникает напряженно-деформирующее состояние, которое адекватно интенсивности приложенной внешней нагрузки, причем возникает оно не только в точках контакта подошвы фундамента сооружения и грунта основания, но и на значительной глубине.

Распределение напряжений как под подошвой фундамента, так и на значительной глубине необходимо знать, так как прочность и устойчивость сооружений зависит от сопротивления (R) грунта, не только примыкающей к подошве, но и глубоколежащего.

3 фазы:

I — фаза нормального уплотнения (линейной деформации) (уплотнение грунта);
II — фаза сдвигов (пластических деформация) (сдвиг);
III — фаза выпирания грунта (Течение грунта).

Т.е. выделяют 2 состояния грунта:

1-Допредельное состояние (до Рпр)

2-Предельное (после)

От Рнач до Ркрит – фазы сдвига.

При предельном состоянии грунт теряет свою несущую способность.

R – Расчетное сопротивление основания

Из-за концентрации напряжений под краями фундамента в начале фазы сдвигов (II) происходит разрушение грунта в локальных областях, т.е. происходят местные потери устойчивости. По мере роста внешней нагрузки нарушается линейная зависимость между осадкой и давлением. При дальнейшем возрастании давления под подошвой фундамента формируется уплотненное ядро и при малейшем увеличении внешней нагрузки приведет к исчерпанию несущей способности, т.е. при дальнейшем увеличении нагрузки давления под подошвой штампа превысят значение структурной прочности, а под краями штампа будут образовываться пластические зоны деформации или деформации сдвигов.

Фазы напряженно-деформированного состояния в основании фундамента при возрастании давления по подошве: а — уплотнение; б, в — сдвиг; г — выпор грунта.

Во второй фазе под краями фундамента формируются области пластических деформаций (разрушения грунта), которые развиваются в сторону и в глубину (см. рис. 6.6,б), Pcr,1 < Р < R. При дальнейшем увеличении давления по подошве фундамента Р > R области (зоны) локального разрушения грунта развиваются в ширину и в глубину основания, при этом под подошвой фундамента формируется уплотненное ядро в виде клина (см. рис. 6.6,г). В определенный момент времени краевые области разрушения грунта основания смыкаются на глубине и в результате расклинивающего действия уплотненного ядра устанавливается такое состояние, при котором малейшее увеличение нагрузки приводит к потере несущей способности.

3.3

Под большими напряжениями возникают пластические деформации (происходит перераспределение напряжений), так как материал в этом месте будет обладать большей податливостью. Эпюра напряжений под штампом начнет изменяться, почти до треугольной эпюры. Зоны пластических деформаций возникают в крайних точках нагрузки. Затем увеличивая нагрузку Р, зоны пластических деформация (Тау) будут развиваться.

Момент, когда при дальнейшем нагружении зоны пластических деформаций сольются в одной точке. При этом напряженном состоянии грунта преобладают боковые смещения частиц и формируются непрерывные поверхности скольжения, в результате толща грунта теряет устойчивость. (II фаза на графике).

При Р_пр происходит выпор грунта из-под подошвы фундамента, т.е. развитие пластических деформаций в огромной области.

Т.е. При некотором предельном для данного грунта значения Тау, возникает состояние неограниченного пластического деформирования, что называется течением грунта.