Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Фундаменты

Условия работы грунтов. Фазы напряженно-деформированного состояния


Условия работы грунтов. Фазы напряженно-деформированного состояния

Работа грунтов в основаниях зданий и сооружений имеет некоторую специфику по сравнению с работой материалов, из которых выполняют строительные конструкции, в том числе и фундаменты.

Грунты оснований обладают малой прочностью и большой деформативностью. Прочность грунтов в сотни и тысячи раз меньше прочности камня, бетона, железобетона и металла, деформативность — в десятки тысяч раз больше деформативности упомянутых материалов. Грунты оснований способны воспринимать только, сжимающие и сдвигающие усилия и практически не работают на растяжение.

Рис. 2.1. Зависимости прочности грунта от длительности действия нагрузки: Кшах — мгновенная прочность; Rm — длительная прочность; Rt — временная прочность

К особенностям работы грунтов оснований следует отнести возрастание деформаций во времени при постоянной нагрузке, т. е. после прекращения загружения. Это явление объясняется консолидацией и ползучестью. Консолидация характеризуется постоянным отжатием воды из пор в процессе уплотнения частиц грунта, ползучесть присуща скелету грунта. Для песчаных оснований преобладающим будет первый процесс, для пылевато-глинистых оба процесса протекают одновременно. В большей или меньшей степени ползучесть присуща всем видам грунтов.

Явление ползучести достаточно полно объясняет такие свойства грунтов, как релаксация (уменьшение напряжений при фиксированной деформации) и упругое последействие — частичное восстановление остаточных деформаций после снятия нагрузки. С этим явлением связаны понятия мгновенная, временная и длительная прочность (рис. 2.1).

Прочность, которой обладает грунт в начале приложения при кратковременном действии нагрузки, называют мгновенной прочностью.

Наблюдения за осадками жестких штампов, расположенных на грунтовом основании под действием внешних нагрузок, показали, что по достижении грунтом значительной деформации наступает потеря прочности, сопровождающаяся выпором грунта из-под подошвы штампа, приводящая к катастрофическому нарастанию осадки.

Деформации грунтов оснований завися не только от приложенной нагрузки, но и от особенностей свойств грунтов.

Рис. 2.2. График зависимости осадки штампа от нагрузки

Следует отметить явление существенного нарастания деформаций в присутствии различного вида динамических нагружений, которое часто называют виброползучестью грунтов.

Рассмотрим зависимость осадки жесткого штампа, установленного на основании, сложенном из грунтов, обладающих структурной прочностью, от действия возрастающей с постоянной скоростью внешней нагрузки (рис. 2.2).

На первом участке О А напряжения не превышают структурной прочности, которая обусловлена наличием кристаллизационных связей. Под краями штампа вследствие концентрации напряжений давление может превышать структурную прочность грунта. Внешняя нагрузка, приложенная к штампу, вызывает перемещение частиц грунта в основном вниз, и зона деформации по глубине превышает ширину подошвы штампа (рис. 2.3, а). Осадки на этой стадии нагружения носят в основном упругий характер, поэтому этот участок на графике называют фазой упругих деформаций. На этом участке осадка пропорциональна приложенной нагрузке, т. е. эта зависимость линейна.

При дальнейшем увеличении нагрузки давления под подошвой штампа превысят значение структурной прочности, а под краями штампа будут образовываться пластические зоны деформации или деформации сдвигов 1 (рис. 2.3). Эта фаза деформирования сопровождается уплотнением грунта под подошвой штампа и называется фазой уплотнения и локальных сдвигов. Несмотря на то что на этом участке зависимость между осадкой и нагрузкой имеет нелинейную зависимость (участок АБ на рис. 2.2), эта нелинейность незначительна и в практических расчетах ею пренебрегают, заменяя участок кривой АБ прямой линией.

Рис. 2.3. Схема развития деформаций грунта: а — при уплотнении; 6 — при развитии локальных областей сдвига; в — то же, значительных областей сдвига; £ — при потере устойчивости

При возрастании нагрузки на участке БВ зоны пластических деформаций развиваются в стороны и вглубь, вовлекая в пластическое деформирование все большие объемы грунта (рис. 2.3, в). Кривизна линии БВ еще более возрастает. Эту фазу называют фазой развития значительных сдвигов и уплотнения грунта по сторонам от зон пластических деформаций.

Дальнейшее нарастание нагрузки приводит к формированию под штампом уплотненного ядра, которое, перемещаясь вместе со штампом, способствует расклиниванию грунта и развитию областей сдвига, что приводит к перемещению грунта в сторону наименьшего сопротивления — в стороны и вверх (рис. 2.3, г) по поверхности скольжения. Это вызывает резкую осадку штампа с выпором грунта из-под его подошвы в результате потери устойчивости грунта. На графике эта фаза соответствует линии ВГ, приближающейся к вертикальной линии, и называется фазой выпора.

Рис. 2.4. Схема развития деформаций грунта для фундамента глубокого заложения:
1 — зовы пластических деформаций; 2 — упругое ядро

Для фундаментов глубокого заложения характер деформирования под действием внешней нагрузки имеет несколько иной характер (рис. 2.4), так как выпору грунта из-под подошвы препятствуют вышележащие слои грунта. Поэтому частицы грунта, перемещаясь в стороны и вниз, уплотняют окружающий грунт и явной потери устойчивости грунтов не происходит. О потере устойчивости основания фундамента судят по значительному нарастанию осадки вследствие вдавливания фундамента вместе с уплотненным ядром в нижележащие слои грунта.

Для большинства грунтов структурная прочность невысока, поэтому при незначительном развитии зон пластических деформаций зависимость между осадкой штампа и средним давлением под подошвой фундамента на участке ОБ (см. рис. 2.2) обычно принимается линейной.

При последовательном нагружении и разгружении штампа До значения внешней нагрузки, не влекущей за собой появления

Рис. 2.5. Зависимость осадки от давления при циклическом нагружевии

значительных зон пластических деформаций, кривые нагрузки и разгрузки не совпадают, причем вторичное ыагружеыие увеличивает осадку на As (рис, 2.5).

Полная осадка при однократном цикле нагружение — разгружение будет складываться из двух составляющих: упруговосстанавливающейся srs и остаточной se.

Многократное повторение циклов загружение — разгружение вызывает постепенное накопление остаточных деформаций, а восстанавливающаяся деформация стремится к упругой и при динамических воздействиях приводит к образованию замкнутой петли гистерезиса.





Похожие статьи:
Основания под фундаменты зданий и сооружений

Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Фундаменты

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум