Фазы напряженного состояния грунта

При приложении нагрузки на штамп отдельными ступенями скорость деформаций грунта под подошвой штампа будет меняться. Большие вертикальные напряжения приводят к возникновению предельного напряженного состояния в этих местах. В этих зонах развиваются пластические деформации. Весь процесс деформирования грунта под нагрузкой разделяют на 2 фазы:

1) Фаза уплотнения

2) Фаза сдвигов

В первой фазе зависимость между напряжениями и осадкой с достаточной для практических целей точностью может быть принята линейной, что на графике соотв-ет отрезку АС. При дальнейшем увеличении нагрузки кривая зависимости осадки от нагрузки становится явно криволинейной (отрезок СД). Заканчивается формирование уплотненного ядра, исчерпывается несущая способность грунта, что соответствует макс.несущей способности или предельной нагрузке на грунт.

Возникновение зон пластических деформаций под жестким штампом приводит к перераспределению давления по подошве.

По мере увеличения нагрузки эпюра меняется от седлообразного вида до параболического. Точное значение реактивного давления в каждой точке определить затруднительно, в связи с этим давление по подошве условно принимается равномерно-распределенным для центр.загруж.фундамента и трапецеидальным –для внецентренно-загруженного фундамента.

46. Понятие о предельном равновесии грунта в точке.

Предельным состоянием грунта является такое состояние, при котором малейшее добавочное силовое воздействие или уменьшение прочности грунта приводит к нарушению существующего равновесия – к потере устойчивости его массива. В грунте возникают поверхности скольжения, разрыва, просадки, нарушается прочность между частицами и их агрегатами. Это приводит к просадке фундамента, сползанию грунта в откосах, горизонтальными смещениями конструкций и т.д.

Под действием внешней нагрузки в основании возникает напряжённое состояние, которое характеризуется нормальными и касательными напряжениями. При возрастании нагрузки в основании возникает предельное напряжённое состояние, при котором касательные напряжения достигают сопротивления грунта сдвигу при действующих по площадкам нормальных напряжений. Так как нарушение прочности грунта сопровождается сдвигом по поверхности скольжения, предельное состояние по прочности в данной точке характеризуется равенством касательного напряжения, действующего по элементарной площадке, величина сопротивления сдвигу по этой же площадке. Т.о., условие возникновения предельного состояния грунта по несущей способности представляет собой условие предельного равновесия при сдвиге.

При этом считают, что нормальные и касательные напряжения σ и τ по всей поверхности скольжения достигают значения, соответствующего предельному равновесию, вычисленному по формуле:

σ _n= σ tgφ ₁+C₁

где φ ₁– расчётный угол внутреннего трения угла, град.; C₁–расчётное удельное сцепление грунта, кПа.

47. Уравнение предельного равновесия для сыпучих и связных грунтов.

Уравнение предельного равновесия для сыпучих грунтов:

Для связных:

48. Начальная критическая нагрузка на грунт.

Начальная критическая нагрузка σ _cr^b соответствует случаю, когда в основании под подошвой фундамента при равномерном распределении нагрузки возникает предельное состояние лишь в отдельных его точках. Для нахождения σ _cr^b в случае плоской задачи необходимо рассмотреть условие возникновения предельного равновесия в точке М под полосовой равномер.распред. нагрузкой Р, по сторонам которой приложена вертикальная пригрузка γ ^’d(рис.1). Здесь γ ^’ –удельный вес грунта в пределах глубины заложения фундамента d. Тогда начальное критическое давление при котором предельное напряженное состояние возникает лишь в точках, расположенных под краями полосовой нагрузки, при τ _max=0 будет равно:

Определяемое давление по формуле привед.выше незначительное, в связи с этим допускается развитие зон сдвигов на глубину 0, 25b (где b – ширина подошвы фундамента). В этом случае условное критическое давление будет равно:

Это выражение можно привести к следующему виду

Коэффициенты несущей способности (значения My, М_q, М_с приведены в табл).

Для глинистых грунтов:

Расчётная схема

49. Понятие о расчетном сопротивлении грунта.

Под расчетным сопротивлением R понимается такое давление при котором зоны пластических деформаций равны 1/4b.

Расчетное сопротивление грунта R по формуле:

где b - ширина подошвы фундамента, м;

γ _с1 и γ _с2 - коэффициенты условий работы, принимаемые по табл.

К- коэффициент, принимаемый равным: К=1, 1;

K_z - коэффициент, принимаемый равным 1, 0;

у_II - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, залегаю­щих ниже подошвы фундамента;

у^’_II - то же, залегающих выше подошвы фундамента;

При наличии подземных вод определяется удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды по формуле:

,

где h_s - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны под­вала, м;

γ _cf - расчетное значение удельного веса материала пола подвала, γ _cf=20…… 22 кН/м³;

h_cf - толщина конструкции пола подвала, м;

d_b - глубина подвала - расстояние от уровня планировки до пола под­вала, м.

50. Предельная критическая нагрузка на грунт.

Предельная критическая нагрузка Р_u соответствует напряжению под подошвой фундамента, при котором происходит исчерпание несущей способности грунтов основания

При центральном загружении среднее предельное давление по подошве жестких фундаментов с учетом возникновения под ними уплотненного ядра находят по формулам:

при полосовой нагрузке:

при круглом фундаменте:

где , , , , , - табличные коэф.несущей способности, пинимаемый в зависимости от φ.

γ, γ ’ – средний удельный вес грунта соответственно ниже и выше подошвы фундамента.

b-ширина фундамента; D-диаметр круглого фундамента; d- глубина заложения подошвы фундамента; С- удельное сцепление.

Рис. Обертывающие поверхности скольжения для осесимметричнойзадачи

51. Устойчивость грунтов в откосах. Устойчивость откосов, обладающих только трением и только сцеплением.

При разработке котлованов, вертикальной планировке площадок с уступами, устройстве выемок и насыпей, возведе­нии сооружений на склонах и в ряде других случаев приходится оценивать устойчивость массивов грунтов в откосах. Устройство пологих откосов резко удорожает строительство. Крутые откосы могут привести к авариям. Задачей является отыскание опти­мальной крутизны откоса.

Основными причинами потери устойчивости откосов яв­ляются:

устранение естественной опоры массива грунта вследствие разработки котлованов, траншей, подмыва откоса и т. п.;

увеличение внешней нагрузки на откос (возведение соору­жений или складирование материалов на откосе или вблизи его бровки);

устройство недопустимо крутого откоса;

увеличение удельного веса грунта в призме обрушения в результате заполнения водой его пор (в случае грунта, не пол­ностью насыщенного водой);

влияние взвешивающего действия воды на грунты в осно­вании;

увеличение гидродинамического давления воды, выходящей через поверхность откоса;

снижение сцепления и трения грунта при его увлажнении, которое часто обусловлено поднятием уровня подземных вод, а также при разрыхлении вследствие промерзания и оттаи­вания;

динамические воздействия при движении транспорта, за­бивке свай, проявлении сейсмических сил и др.

Нарушение устойчивости откосов часто является результа­том нескольких причин. При расчетах устойчивости откосов необходимо оценивать вероятные изменения условий существования грунтов в откосах в течение всего периода их эксплуа­тации и своевременно принимать меры по исключению возмож­ного уменьшения коэффициента надежности по устойчивости.

52. Устойчивость откосов по теории предельного равновесия.

1)Используя теорию предельного равновесия грунтов, можно определить наибольшую интенсивность внешней нагрузки на верхней горизонтальной поверхности грунта;

2)Задана интенсивность нагрузки на верхней горизонтальной поверхности грунта. Требуется определить равноустойчивое очертание откоса.

При однородных грунтах и плоском откосе задача первого типа решена в безразмерных величинах P и определяются по таблицам. (рис 1.)

Рис.1 Схема к расчёту устойчивости плоского откоса по теории предельного равновесия.

Предельную нагрузку на верхней горизонтальной поверхности откоса определяют по формуле

Задача второго типа:

Для нахождения равноустойчивого откоса используют формулы:

53.Метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения.

Сущность метода заключается в определении минимального коэф-та запаса устойчивости y_n отвечающего заданным условиям и нагрузкам. Коэф. y_n опред-ся как отношение суммы моментов всех сил, удерживающих основание относительно центра вращения О, к сумме моментов всех сил, сдвигающих основание : . При определении сдвигающих сил учитывают нагрузку от веса сооружения N₁ и горизонтальную нагрузку действующую на него. К удерживающим силам относят силы трения Т_i развивающиеся по поверхности скольжения под действием веса грунта и сооружения, и силы сцепления грунта С, действующие по той же поверхности скольжения. Для нахождения действующих сил сдвигающийся массив разбивают на блоки, определяют вес каждого блока G и центры их тяжести. Вес каждого блока прикладывают к неподвижной части основания в точке пересечения вертикали, проходящей через центр тяжести блока с поверхностью скольжения. Сила трения каждого блока: таким образом, удерживающий момент относительно точки О: , гдеR –радиус поверхности скольжения, С – расчетное сцепление, l_i – участок проекции поверхности скольжения. Сдвигающий момент: . Таким образом коэфиц.запаса устойчивости основания сооружения для двумерной задачи определяется формулой