18620 Механика грунтов. 12. Закон Кулона для песчаных и глинистых грунтов. 10

• Название: 12. Закон Кулона для песчаных и глинистых грунтов. 10
• Дата: 25.01.2022
• Размер: 1.01 Mb.
• Имя файла: 18620 Механика грунтов.docx
• Тип: Закон; #342012
• страница: 20 из 20

43.Определение нестабилизированных осадок во времени

Другой важной предпосылкой расчетов деформаций грунтов является введение понятий о стабилизированных и нестабилизированных (развивающихся во времени) перемещениях. Во многих случаях для инженерной практики представляют интерес только наибольшие (конечные, стабилизированные) перемещения, а время, в течение которого происходит стабилизация деформаций, не имеет существенного значения. Такое ограничение в постановке задачи также приводит к значительному упрощению расчетов.

В то же время не всегда удается ограничиваться определением только конечных величин осадок. Поясним сказан­ное на примере. Пусть имеется сооружение, фундамент 1 ко­торого расположен на водонасыщенных глинис­тых, а фундамент 2 - на песчаных грунтах. Пусть также характеристики деформационных свойств и осадки st и s2 будут практически одинаковы и равны sx.

Однако, поскольку время развития осадок водонасыщенных грунтов связано со скоростью фильтрации воды в грунте, а процессы фильтрации в глинистых грунтах протекают существенно медленнее, чем в песчаных, характер кривых s = f(t) для этих фундаментов будет совершенно раз­личным. Может оказаться так, что осадка фундамента 2 стабилизируется в течение срока строительства t, а осадка фундамента 1 к этому времени достигнет лишь некоторой доли конечной величины. Тогда к моменту окончания строительства разность осадок этих фундаментов, может оказаться существенно больше, чем предельная для данного типа сооружения величина.

При этом сооружение может перестать соответствовать предъявленным к нему требованиям нормальной эксплуатации или даже претерпеть аварию, не достигнув времени стабилизации осадок обоих фундаментов.

В этом случае расчетом должен быть получен прогноз развития осадок каждого фундамента во времени и проведен анализ нерав­номерности деформаций сооружения для наиболее опасных пери­одов его строительства и эксплуатации. Такие расчеты выполняют­ся в соответствии с теорией фильтрационной консолидации грунтов.

44.Понятие ползучести грунтов.

Ползучестью грунта называют процесс его деформирования, развивающийся во времени даже при постоянном напряжении. В зависимости от вида грунта, его состояния и действующего напряжения, ползучесть может протекать с уменьшающейся скоростью (затухающая ползучесть) или возрастающей скоростью (незатухающая ползучесть).

Различают три стадии ползучести: I – затухающая (неустановившаяся ползучесть), когда скорость деформаций уменьшается; II – установившееся течение с постоянной скоростью деформаций; III – прогрессирующее течение, когда скорость деформаций возрастает, что приводит к разрушению грунта. Пределом длительной прочности грунта называют такое напряжение, до превышения которого деформация грунта имеет затухающий характер.

Уплотнение грунта связано с уменьшением его пористости, тогда как в водонасыщенных грунтах все поры заняты водой. Вода в порах, как и частицы скелета грунта, считаются несжимаемыми, поэтому уплотнение грунта возможно только при отжатии части воды из его пор.

45.Релаксация напряжений в грунте. Длительная прочность грунта.

Релаксацией называют процесс расслабления (уменьшения) напряжений в грунтах при заданной неизменной деформации. Длительная прочность — прочность грунтов при длительном действии на них нагрузки. Явления релаксации напряжений имеют ту же природу, что и описанные выше явления ползучести. Если задать грунту быстрым загружением ст некоторую деформацию и закрепить его в этом состоянии так, чтобы деформация не менялась — сохранялась постоянной, то с течением времени в грунте уменьшаются напряжения. В результате получается кривая уменьшения напряжений во времени обычно с сохраняющейся частью напряжений даже в течение очень длительного времени ст<х>- Процесс уменьшения напряжений определяется внутренней медленной перестройкой структуры грунта с преодолением прочности хрупких и вязких связей между частицами и созданием новых. Учитывая единую природу реологических механических свойств грунтов, имеются предложения по данным испытаний на релаксацию оценивать ползучесть и длительную прочность грунтов.

Установившаяся, незатухающая ползучесть грунтов при сдвиге ярко проявляется в природе. Имеются многочисленные примеры медленного, но постоянного движения пологих склонов, сложенных глинистыми грунтами. Так, некоторые участки откосов Волго-Балтий- ского канала ежегодно смещаются на 0,5... 1 м, и в канале приходится проводить систематические дноуглубительные работы. Портовые набережные на Черном море при скорости смещения около 1 см в год сместились в сторону моря за 70... 100 лет на 50...80 см. Следует подчеркнуть, что эти откосы и набережные исходя из критерия стандартной прочности являются устойчивыми, причем со значительными запасами.

46 Основные составляющие осадок фундаментов в грунтах.

Осадкой называется медленная и сравнительно небольшая деформация, происходящая в результате уплотнения грунта под действием нагрузок и сопротивляющаяся коренным изменениям его структуры.

При равномерных осадках основания подошва фундамента в любой моент времени опускается на одинаковую величину. Такие осадки не вызывают перераспределения усилий в конструкциях, но затрудняют нормальную эксплуатацию.

При неравномерных осадках основания подошва фундамента опускается на разную величину, вызывая перераспределение усилий и деформаций в надземных частях зданий и сооружений. Такие осадки ухудшают эксплуатацию оборудования, изменяют условия устойчивости сооружений, вызывают перенапряжения в отдельных конструкциях и элементах.

В зависимости от характера развития неравномерных осадок и от жесткости здания или сооружения возникают следующие виды деформаций.

Прогиб и выгиб возникают в протяженных зданиях и сооружениях, не обладающих большей жесткостью.

В случае развития прогиба (рис. 7.1,а) наиболее опасная зона растяжения находится в нижней части здания или сооружения, выгибе (см. рис. 7.1,6), — наоборот, в верхней части сооружения.



Рис. 7.1. Схема прогиба (а) и выгиба (б) сооружения

Относительный прогиб или выгиб (ƒ/L) здания или сооружения оценивается отношением стрелы прогиба или выгиба к длине прогнувшейся части здания и кривизной изгибаемого участка (рис. 7.2) и определяется по формуле (по пособию к СНиП, 1986; СНиП 2.02.01—83):

7.1.

где S1 и S3 — осадки в краях фундамента; S2 — наибольшая или наименьшая осадка фундамента; L — длина фундамента.



Рис. 7.2. Относительный прогиб или выгиб сооружения

Крен (наклон) — поворот фундамента относительно горизонтальной оси, проявляющийся при несимметричной загрузке основания. Наибольшую опасность данный вид деформации представляет для высоких сооружений — дымовых труб, узких зданий повышенной этажности и др., т.е. характерен для жестких сооружений.

Крен рассматривается как разность абсолютных осадок двух точек фундаментов, отнесенных к расстоянию между ними (рис. 7.3), и определяется по формуле

(7.2)

где S1 и S2 — осадки крайних точек сплошного фундамента или двух фундаментов.



Рис. 7.3. Крен сооружения

Перекос зданий и сооружений характерен при резком проявлении неравномерности осадок на участке небольшой протяженности при сохранении относительной вертикальности несущих конструкций (рис. 7.4).

Кручение возникает при неодинаковом крене здания или сооружения по длине, при этом происходит развитие крена в двух сечениях сооружения в разные стороны (рис. 7.5).
Горизонтальные перемещения фундаментов зданий или сооружений возникают при действии на основания горизонтальных нагрузок (рис. 7.6). Например, устои мостов (рис. 7.6,а), гидротехнические сооружения (рис.7.6,б), они возможны при развитии оползней и при выполнении подземных выработок.



Рис. 7.4. Перекос сооружения



Рис. 7.5. Кручение сооружения



Рис. 7.6. Схема горизонтального перемещения устоя моста (а) и гидротехнического сооружения (б)

47.Зависимость осадок фундаментов от площади загружения.

Рассмотрим характерные графики зависимости осадки жесткого штампа от нагрузки при различных режимах нагружения.



Рис. 1.6. Графики зависимости осадки от давления на штамп
а — при непрерывном возрастании нагрузки; б — при перерыве и загруженни; в — осадка во времени при перерыве в загружении;
г — при непрерывном нагруженни — разгружении — нагружении;
1 — слабый грунт; 2 — плотный песок и твердая глина; 3 — пластичным глинистый грунт; 4 — песок

При непрерывном возрастании давления с постоянной скоростью (рис. 1.6, а) на графике нет четко выраженных значении предела пропорциональности p_проп между давлением (напряжением), осадкой (деформацией) и разрушающей нагрузкой (временным сопротивлением) p_разр. Предел пропорциональности p_проп принимается условно на границе, где график имеет небольшую кривизну и может быть заменен прямым участком, а p_разр — равной нагрузке, при которой происходит выпирание грунта из-под штампа или резкое увеличение осадки (более 10 см). В случае перерыва в приложении нагрузки осадка фундамента продолжается (на рис. 1.6, б — вертикальный отрезок aa₁)
В песчаных грунтах осадка затухает быстро, а в глинистых грунтах — медленно. При дальнейшем увеличении давления в некотором интервале (отрезок a₁b) осадка происходит медленнее, чем при непрерывном нагружении (отрезок ab).

При последовательном нагруженни — разгружении — нагружении фундамента кривые нагрузки и разгрузки не совпадают, причем вторичное нагружение вызывает приращение осадки dS (рис. 1.6,г). Полная осадка S складывается из упругой (восстанавливающейся) S_упр и остаточной S_ост.

Многократное нагружение — разгружение фундамента уменьшает полную осадку; остаточная осадка при этом уменьшается, а восстанавливающаяся стремится к полной упругой осадке.

Рис. 1.7. Графики зависимости осадки от размеров штампа при постоянных давлениях
1, 2, 3 — соответственно при давлении p₁, p₂, p₃

На графике зависимости осадки от размеров штампа можно выделить три участка (рис. 1.7): первый для малых штампов площадью F < 0.04 м² — деформация происходит преимущественно за счет выпирания грунта из-под штампа; второй для штампов площадью F 0,04-0,2 м² и третий для штампов площадью F > 0,2м² — деформации происходят в основном от уплотнения грунтов. Для штампов площадью до 10—15м², а иногда и более на третьем участке осадку можно считать пропорциональной площади фундамента. У глубоких фундаментов характер осадки зависит от условий и глубины их погружения. С увеличением глубины заложения осадка уменьшается; кривые зависимости S=f(р) становятся более пологими, на многих из них нет явно выраженных значений p_проп и p_разр.

48.Определение развития осадки по теории фильтрационной консолидации.

В наиболее про­стой постановке теория описывает деформирование во времени полностью водонасыщенного грунта (грунтовой массы).

Одновременно под действием эффективных напряжений проис­ходят перекомпоновка частиц и уплотнение грунта.

Математическое описание этого процесса базируется на основ­ной предпосылке о неразрывности среды, сформулированной акад. Н. Н. Павловским еще в 1922 г., т. е. считается, что уменьшение пористости грунта (его уплотнение) пропорционально расходу воды (оттоку воды из пор грунта).

Следствием этого является важное положение о том, что ско­рость деформации грунта будет находиться в прямой зависимости от скорости фильтрации в нем поровой воды. Поэтому основной характеристикой грунта, определяющей время протекания процесса фильтрационной консолидации, является коэффициент фильтрации к.

В теории фильтрационной консолидации скелет грунта принима­ется линейно деформируемым, т. е. предел применимости этой теории определяется тем же условием, что и в предыдущем случае.

Методы решения задач промышленного и гражданского стро­ительства в такой постановке теории фильтрационной консолида­ции приводятся.

модель теории предельного напряженного состояния грунта

Модель теории предельного напряженного состояния грунта



Развитие зон предельного равновесия грунта в основании при увеличении давления под штампом (а – в) и соответствующая этому зависимость осадки штампа от давления (г):

1 - границы области уплотнения грунта; 2 - то же, зон предельного равновесия; 3 - валы выпирания грунта

Если две предыдущие модели описывали закономерности деформирова­ния грунта, справедливые только при условии прямой пропорци­ональности между напряжениями и деформациями в каждой точке массива, то рассматриваемая модель относится только к предель­ному состоянию, т. е. к такому напряженному состоянию, когда в массиве грунта от действующих нагрузок сформировались значи­тельные по размерам замкнутые области, в каждой точке которых устанавливается состояние предельного равновесия. Поэтому те­орию предельного напряженного состояния часто называют те­орией предельного равновесия грунта.

Предельное состояние грунта определяется таким соотношением между напряжениями, действующими по некоторым площадкам, которое обеспечивает возможность неограниченного развития пластических деформаций, т. е. течения грунта. Тогда состояние предельного равновесия в некоторой точке массива грун­та будет соответствовать соотношению между напряжениями и де­формациями, предшествующему течению грунта, т. е. малейшее нарушение этого соотношения может привести к неограниченному росту пластических деформаций грунта. Если подобные точки мас­сива объединятся в значительные по размерам области, то течение грунта возникнет в пред­елах этих областей, что приведет к неограничен­ному увеличению дефор­маций грунта и полной потере несущей способ­ности основания.