Значение kst < 1 показывает, что прочность объекта не обеспечена, то есть неизбежно его разрушение

 

27 - Расчет фундамента по схеме глубинного сдвига.

При большой глубине подвала стены испытывают давление грунта засыпки с внешней стороны здания. Потеря устойчивости может иметь форму поворота фундамента вокруг некоторого центра вращения. В этом случае проводятся расчеты устойчивости фундамента в предположении кругло цилиндрической поверхности скольжения

Исходя из кинематических условий в качестве центра вращения принимается точка О, лежащая на краю верхнего обреза фундамента. Принимается, что след поверхности скольжения в плоскости рисунка 22 соответствует части окружности радиусом r, выходящей из точки, лежащей на противоположном краю подошвы фундамента и заканчивающейся в точке пересечения ее с основанием. Фундамент и прилегающий к нему грунт выше поверхности скольжения называются отсеком обрушения.

Рисунок 22 - Схема к расчету устойчивости фундамента

методом кругло цилиндрических поверхностей скольжения

 

28 - Расчет на опрокидывание.

Этот расчет выполняется для безрапорных конструкций, имеющих достаточно большую высоту и нагруженных горизонтальными силами. К таким конструкциям можно отнести подпорные стены, высокие дымовые трубы, опоры линий электропередачи. Устойчивость на опрокидывание оценивается по отношению моментов удерживающих М_уд и опрокидывающих М_опр сил относительно условно принимаемого центра поворота (6.14):

 

 

k _st = М_уд / М_опр , (6.12)

 

Это отношение не должно быть меньше устанавливаемого нормативного значения k ^н_st.

 

29 - Устойчивость откосов и склонов.

Откосом называют искусственно созданную поверхность, ограничивающую природный грунтовый массив, выемку или насыпь (дорожное полотно, дамбы, земляные плотины, котлованы, траншеи, канавы и т.д.).

Склоном называют откос, образованный природным путем и ограничивающий массив грунта естественного сложения.

Выбор оптимальной крутизны откосов при проектировании насыпей и выемок позволяет, с одной стороны, избежать аварии, а с другой – снизить объемы земляных работ, тем самым удешевить строительство.

Основными причинами потери устойчивости откосов и склонов являются:

- устройство недопустимого крутого откоса или подрезка склона, находящегося в состоянии, близком к предельному;

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

- изменение внутренних сил (увеличение удельного веса грунта при возрастании его влажности или, напротив, влияние взвешивающего давления воды на грунты);

- неправильное назначение расчетных характеристик прочности грунта или снижение его сопротивления сдвигу за счет повышения влажности и других причин;

- проявление гидродинамического давления, сейсмических сил, различного рода динамических воздействий (движение транспорта, забивка свай и т.п.).

Обычно все эти факторы проявляются во взаимодействии., важнейшую роль играет тщательный анализ инженерно-геологической обстановки объекта.

В проектной практике используют большое количество различных методов оценки устойчивости откосов и склонов, изложенных в работах ученых: К.Тертаги, Г. Крея, Д. Тейлора, Р. Р. Чугаева, Н.Н. Маслова, М.Н. Гольдштейна, А.Л. Можевитинова и ряда других. При этом обычно анализируются два типа задач:

1) оценка устойчивости откоса или склона заданной крутизны;

2) определение оптимальной крутизны откоса или склона при заданном нормативном коэффициенте устойчивости.

если угол заложения откоса равен или меньше угла внутреннего трения грунта, устойчивость откоса обеспечена.

 

30 - Устойчивость откоса в идеально сыпучих грунтах.

 

устойчивость частицы обеспечена, если сдвигающая сила Т будет равна или меньше удерживающей силы трения Т '. При весе частицы Р и коэффициенте внутреннего трения грунта f = tg φ, это условие примет вид (7.2):

 

Т = sin α; Т ' = Р cos α tg φ; Т ≤ Т ', (7.2)

 

Откуда: tg α ≤ tg φ или α ≤ φ,

31 - Учет влияния фильтрационных сил.

 

Если уровень подземных вод в массиве сыпучего грунта находится выше подошвы откоса, возникает фильтрационный поток, выходящий на его поверхность (б), что приводит к снижению устойчивости откоса. Рассматривая равновесие частицы на поверхности откоса, к сдвигающей силе необходимо добавить гидродинамическую составляющую D. угол заложения откоса при заданном нормативном коэффициенте устойчивости определится по формуле (7.11):

 

α = arctg (γ _sb tg φ) / (γ _w n + γ _sb) k ^н_st,

32 - Устойчивость вертикального откоса в идеально связных грунтах.

В отличие от сыпучих грунтов предельный угол заложения откосов, сложенных связными грунтами (φ = 0, с не равно нулю), не является постоянным и меняется с увеличением высоты откоса. Более того, если высота не превышает предельного значения h_о, то связный грунт может держать вертикальный откос.

Расчеты показывают, что наиболее неблагоприятное напряженное состояние возникает у подошвы откоса в точке А (Рисунок 23, в). Именно здесь с увеличением высоты вертикального откоса начинает формироваться состояние предельного равновесия, захватывающее все большую область и приводящее к обрушению массива по некоторой поверхности АВ. Тогда можно принять, что предельная высота вертикального откоса h_о соответствует тому напряженному состоянию в точке А, при котором здесь выполняется условие предельного равновесия.

Максимальное главное напряжение в этой точке будет равно природному давлению, то есть σ ₁ = γ h_о. Поскольку откос ограничен свободной вертикальной поверхностью, минимальное главное напряжение в точке А будет равно нулю, то есть σ ₃ = 0. Учитывая, что для идеально связных грунтов φ = 0, и подставив в условие предельного равновесия (5.3) приведенные выше значения σ ₁ и σ ₃, после преобразований будем иметь (7.12):

 

h_о = 2 с / γ, (7.12)

 

Аналогично предыдущему коэффициент устойчивости вертикального откоса при h ≤ h_о можно получить в виде (7.13):

 

k _st = 2 с / h γ, (7.13)

 

Тогда высота вертикального откоса в идеально связных грунтах, отвечающего заданному запасу устойчивости, определится из (7.13) как:

 

k _st = 2 с / (k ^н_st γ),

 

33 - Устойчивость вертикального откоса в грунтах, обладающих трением и сцеплением.

Для предельного значения высоты вертикального откоса в грунтах, обладающих трением и сцеплением (когда угол внутреннего трения и сцепление не равны нулю) при σ ₁ = γ h_о и σ ₃ = 0 формула будет иметь вид (7.15):

 

h_о = 2 с cos φ / [γ (1 - sin φ)], (7.15)

 

При φ ' = 0 выражение (7.15) переходит в (7.12). Учет внутреннего трения грунта приводит к некоторому увеличению предельной высоты вертикального откоса.

В практической деятельности важно иметь в виду, что сцепление глинистых грунтов очень активно реагирует на изменение влажности, резко уменьшаясь с увеличением последней. Поэтому при возможности интенсивного дополнительного увлажнения грунта водами из-за таяния снега и т.п. следует ожидать обрушения или частичного оползания незакрепленного вертикального откоса, запроектированного без учета этих факторов.

 

34 - Определение предельного давления на горизонтальную поверхность, ограничивающую откос.

Пусть задан откос с известным углом заложения α и характеристиками грунта φ, c и γ. Требуется определить эпюру вертикальной нагрузки на поверхности, при которой массив грунта будет находиться в состоянии предельного равновесия.

Расчетная схема этой задачи приведена на рисунке 24. Решение получено в безразмерных показателях и имеет вид (7.16)

_

Р_и (х) = σ _z с + с ctg φ, (7.16)

 

 

где х = х (с / γ) – расстояние от точки О до точки приложения рассчитываемой ординаты эпюры нагрузки (γ - удельный вес грунта); σ _z - безразмерная величина этой ординаты.

 

 

35 - Определение формы равно устойчивого откоса.

 

Равно устойчивым будет называться такой откос криволинейного очертания, при котором ограниченный им массив грунта находится в состоянии предельного равновесия. Решение этой задачи получено в виде графиков в безразмерных координатах х и z, отражающих форму равно устойчивого откоса при заданных значениях φ (Рисунок 25). Здесь х = х γ /с и z = z γ /с; х и z - действительные координаты соответствующих точек откоса при задании начала координат в точке х = z = 0.

 

Практически построение равно устойчивого откоса производится следующим образом. На рисунке 25 выбирается кривая, соответствующая заданному значению φ. Начало координат располагается на верхней границе откоса.

Для нескольких точек этой кривой с безразмерными координатами х и z при известных значениях с и γ по приведенным выше формулам вычисляются действительные координаты х и z. Тогда кривая, проведенная через точки с координатами х и z, и будет соответствовать форме равно устойчивого откоса при заданных исходных данных.

Построенный таким образом равно устойчивый откос может нести на горизонтальной поверхности равномерно распределенную нагрузку интенсивностью (7.17):

 

р_о = 2 с cos φ / (1 - sin φ), (7.17)

 

Если нагрузка на поверхности отсутствует, то верхняя часть откоса на глубину h_о,, может иметь вертикальное заложение.

 

36 - Метод кругло цилиндрических поверхностей скольжения.

Сложность при практических расчетах заключается в том, что положение наиболее опасной поверхности скольжения неизвестно (неизвестно положение центра вращения и радиус дуги). Поэтому обычно проводится серия подобных расчетов при различных положениях центров вращения О и значениях r. Чаще всего наиболее опасная поверхность скольжения проходит в районе нижней точки (подошвы) откоса или склона.

Один из приемов определения положения наиболее опасной поверхности скольжения заключается в следующем. Задаваясь координатами центров вращения О₁ , О ₂ , …, О _n на некоторой прямой положения центров вращения, определяют коэффициенты устойчивости k _{st, i} для соответствующих поверхностей скольжения и строят эпюру значений этих коэффициентов (Рисунок 26, в). Через точку О_min, соответствующую минимальному коэффициенту устойчивости, проводят по нормали второй отрезок и, располагая на нем новые центры вращения О'₁ , О'₂ , …, О'_n, определяют коэффициенты устойчивости

k _{st, i}, для соответствующих поверхностей скольжения и строят эпюру этих коэффициентов (Рисунок 26, в). По этой эпюре вновь оценивают минимальное значение коэффициента устойчивости k _{st min}. Полученное значение k _{st min} и является мерой оценки устойчивости откоса или склона. Соответствующая этому значению коэффициента устойчивости кругло цилиндрическая поверхность скольжения рассматривается как наиболее опасная. Приведенная выше технология поиска наиболее опасной поверхности скольжения скорее соответствует технике «ручного» счета. В современных компьютерных программах при поиске наиболее вероятных поверхностей скольжения, как правило, назначается область возможных центров вращения с вариациями радиусов дуги скольжения. При k _{st min} ≥ k ^н_st устойчивость откоса и склона, согласно проектному заданию, считается обеспеченной.

37 - Учет действия подземных вод.

Действие подземных вод на состояние оползневого склона проявляется различными путями. Вода оказывает взвешивающее действие на слагающие склон грунты, изменяя силы гравитации. Насыщая грунты, вода изменяет их физико-механические характеристики, уменьшая сопротивление сдвигу. Создавая поровое давление, подземные воды в еще большей степени снижают несущую способность грунтов.

Другим важным фактором является проявление гидродинамических (фильтрационных) сил. Обычно фильтрационный поток направлен в сторону подошвы склона и с этим направлением совпадают векторы гидродинамических сил. Таким образом, гидродинамические силы по общему направлению воздействия увеличивают результирующую сдвигающих усилий.

Методика учета воздействия фильтрационного потока на устойчивость склонов заключается в следующем. Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод, принимается с учетом взвешивающего действия воды, характеристики сопротивления сдвигу грунтов – соответствующими полному водонасыщению. В границах каждого элемента определяют гидравлический градиент (7.26):

 

i _i = sin β = Δ h_w / l_w, (7.26)

 

где Δ h_w - разница отметок поверхности подземных вод в границах элемента, l_w - длина участка депрессионной поверхности в пределах элемента.

 

Результирующая гидродинамической силы для элемента G_wi вычисляют по формуле (7.27):

G_wi = γ _w i_i Ω _wi, (7.27)

 

где Ω _wi – объем водонасыщенного грунта в пределах элемента.

 

Угол наклона результирующей принимают равным β. Результирующая гидродинамической силы проектируется на нормаль и касательное направление к подошве элемента и суммируется с нормальным и сдвигающим усилиями.

 

38 - Учет сейсмических воздействий.

Сейсмические воздействия являются мощным фактором активизации оползневых процессов. В истории известны многие примеры катастрофических оползней, сопровождающих землетрясения. С этим необходимо считаться при оценке устойчивости природных склонов и искусственных откосов в регионах повышенной сейсмоопасности.

Техника учета сейсмических сил в методе кругло цилиндрических поверхностей скольжения состоит в следующем. Вычисляется вес грунтов и насыщающей его воды в объеме каждого элемента. Сейсмическая сила G_si, приложенная к элементу, определяется по формуле (7.28):

 

G_si = μ P_gi, (7.28)

 

где P_gi - вес грунта и воды в объеме элемента отсека;

μ - коэффициент динамической сейсмичности, принимаемый при расчете естественных склонов по таблице В силу неопределенности прогноза направления действия сейсмической силы, чаще всего ее прикладывают горизонтально (из глубины массива грунтов в сторону свободной поверхности).

 

39 - Другие методы расчета устойчивости откосов.

Определение устойчивости откосов и склонов при произвольной поверхности скольжения (слабые грунты, трещины в скальных породах, контакт дисперсных пород и скального основания – прислоненные откосы) отличается от решения плоских и кругло цилиндрических.

Метод Г.М. Шахунянца имеет широкое применение при расчете устойчивости прислоненных откосов, когда поверхность скольжения определена инженерно-геологическими условиями. В этом методе достаточно строго соблюдены законы строительной механики (законы равновесия).

Как и в методе кругло цилиндрических поверхностей скольжения, выделенный потенциальный оползневый отсек разбивается на ряд элементов. Все силы, действующие на элемент (вес грунта в пределах элемента P_gi, внешняя нагрузка Р_qi и т.д.), приводятся к равнодействующей Р_i, которая раскладывается в основании элемента на составляющие: нормальную N_i и тангенциальную T _i к плоскости основания элемента.

При рассмотрении условий равновесия i-го элемента в отличие от схемы отвердевшего отсека учитывают влияние на него вышележащего и нижележащего элементов отсека: Е_i-1 и Е _I

 

В общем случае Г.М.Шахунянц предполагает, что указанные силы на контакте элементов направлены под некоторыми углами к горизонтали. В упрощенном варианте эти силы принимают горизонтальными.

Также могут быть использованы численные методы, позволяющие более строго оценить напряженное состояние массивов с учетом современных теорий описания прочности и деформирования грунтов.

Одним из наиболее эффективных способов повышения устойчивости откосов и склонов является их выполаживание или создание уступчатого профиля с образованием горизонтальных площадок (берм) по высоте откоса. Однако это всегда связано с большим объемом земляных работ. При относительно небольшой высоте откоса может оказаться эффективной пригрузка подошвы в его низовой части или устройство подпорной стенки, поддерживающей откос. Положительную роль также играет закрепление поверхности откоса одерновкой, мощением камнем (щебневание в ячейках), укладкой бетонных (железобетонных) плит, покрытие откосов геотекстилем с гидропосевом трав.

 

40 - Расчет устойчивости подпорных стенок.

 

Ограждающие конструкции предназначены для того, чтобы удерживать от обрушения находящийся за ними грунтовый массив.

Рисунок 27 – Примеры конструкций подпорных стенок:

а) массивной;

б) тонкостенной;

в) то же, заделанной в основание

 

Характерным примером ограждающей конструкции является подпорная стенка – конструкция, широко применяющаяся в дорожном, промышленном и других областях строительства (Рисунок 27).

Расчет устойчивости подпорных стенок выполняют в плоской постановке. По конструктивному исполнению различают массивные (или гравитационные) и тонкостенные подпорные стенки.

По характеру ограждающие конструкции делят на жесткие и гибкие. К жестким относят конструкции, которые под действием давления грунта практически не сжимаются. Гибкиеподпорные стенки выполняют из шпунта, их называют шпунтовыми стенками. При воздействии нагрузки они изгибаются и характер эпюры давлений грунта на стенку зависит от ее деформаций. В дорожном строительстве наибольшее применение получили жесткие подпорные стенки.

Расчет устойчивости подпорных стенок при соответствующих кинематических схемах (активное давление на разного вида поверхности стенок: при равномерно распределенной нагрузке, при местной нагрузке, для случая засыпки связным грунтом; а также пассивное давление на стенку) производят на плоский сдвиг, глубинный сдвиг и опрокидывание. Расчеты производят аналогично изложенным в лекции № 6 при расчете устойчивости фундаментов.

Необходимо иметь в виду, что в этих расчетах активное давление всегда относится к группе сдвигающих воздействий, а пассивное – к группе удерживающих воздействий на подпорную стенку.

 

41 - Длительная устойчивость откосов, склонов и удерживающих конструкций.

При оценке длительной устойчивости откосов и склонов возникают две проблемы. Первая – оценить устойчивость на заданный период времени, то есть произвести расчет по первой группе предельных состояний с учетом реологических свойств грунтов (длительная прочность и т. д.) и изменения других обстоятельств и ответить на вопрос, когда (или никогда) склон перейдет в неустойчивое состояние. Вторая – прогнозировать скорости и величины оползневых смещений на заданный период времени в соответствии с положениями расчетов по второй группе предельных состояний. Современное состояние науки и экспериментальной практики позволяет теоретически решать указанные выше проблемы.

Крайне важным в этой проблеме является тщательный анализ инженерно-геологической ситуации, опыт наблюдения за динамикой развития оползневых процессов в сходных геологических условиях региона. В ответственных случаях необходимо проводить натурные наблюдения и применять экстренные инженерные мероприятия по предотвращению потери устойчивости.

В качестве ограждающих конструкций на оползневых склонах, территориях набережных часто использовались подпорные стенки гравитационного типа. В последнее время все чаще применяют конструкции из буронабивных свай и столбов, заделанных в коренные породы.

Поскольку подпорные конструкции служат для поддержки в равновесии потенциально неустойчивых откосов грунтов, описанные выше реологические процессы могут проявиться в изменении условий взаимодействия подпорной конструкции и грунтового массива. Взаимодействие грунтов засыпки, медленно движущихся оползневых масс с ограждающими и противооползневыми конструкциями носит сложный пространственно-временной характер.

Известны примеры длительных смещений береговых устоев мостов, подпорных сооружений на авто- и железнодорожных магистралях, на гидротехнических объектах. Скорость смещений может быть разной от 5…6 мм в год в начале развития до 500 мм в год перед разрушением.

Количественная оценка этих процессов может быть выполнена с двух позиций. Первая - оценить длительную устойчивость ограждающей конструкции, взаимодействующей с нагружающим массивом (грунт засыпки, оползневое тело и т. д.), произведя расчет по первому предельному состоянию. Вторая - оценить величины смещений ограждающей конструкции, взаимодействующей с грунтовым массивом, то есть выполнить расчет по второму предельному состоянию.

 

42 - Деформации грунтов и расчет осадок оснований сооружений.

 

Под действием нагрузки, приложенной к основанию сооружения через фундамент, в грунте основания возникает напряженное состояние, которое вызывает развитие его деформаций, приводящих к перемещению (осадке) фундамента и поверхности вокруг него.

Поскольку в общем случае грунты состоят из трех компонентов: твердых частиц (твердых тел), воды (жидкого тела) и воздуха или иного газа (газообразного тела), его деформации будут развиваться в зависимости от деформативности указанных составляющих. Таким образом, составные части грунта находятся в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном. Соотношение этих компонентов обусловливает многие свойства грунтов.

Виды деформаций грунта и физические причины, их вызывающие, систематизированы и приведены в таблице 8.1.

 

 

Таблица 8.1 – Основные физические причины различных видов

деформаций грунтов.

Виды деформаций	Физические причины деформаций
Упругие деформации с упругим последствием: искажения формы   изменения объема	Действие молекулярных сил упругости, развивающихся при искажении структурной решетки твердых частиц и цементирующего коллоидного вещества.   Действие молекулярных сил упругости замкнутых пузырьков воздуха, тонких пленок воды и твердых частиц.
Остаточные деформации: уплотнения     пластические   просадки     набухания	Разрушение скелета грунта и отдельных его частиц в точках контактов, взаимный сдвиг частиц, выдавливание поровой воды, обуславливающие уменьшение пористости (компрессию грунта).   Развитие местных сдвигов в областях предельного напряженного состояния при возможности бокового расширения грунта.   Резкое нарушение природной структуры грунта при изменении условий его существования (замачивание лессов, оттаивание вечномерзлых грунтов, суффозия грунтов и т. д.)   Проявление расклинивающего эффекта в результате действия электромолекулярных сил и выделение из поровой воды растворенного в ней газа при понижении давления

 

 

43 - Виды и природа деформаций грунта.

Виды деформаций	Физические причины деформаций
Упругие деформации с упругим последствием: искажения формы   изменения объема	Действие молекулярных сил упругости, развивающихся при искажении структурной решетки твердых частиц и цементирующего коллоидного вещества.   Действие молекулярных сил упругости замкнутых пузырьков воздуха, тонких пленок воды и твердых частиц.
Остаточные деформации: уплотнения     пластические   просадки     набухания	Разрушение скелета грунта и отдельных его частиц в точках контактов, взаимный сдвиг частиц, выдавливание поровой воды, обуславливающие уменьшение пористости (компрессию грунта).   Развитие местных сдвигов в областях предельного напряженного состояния при возможности бокового расширения грунта.   Резкое нарушение природной структуры грунта при изменении условий его существования (замачивание лессов, оттаивание вечномерзлых грунтов, суффозия грунтов и т. д.)   Проявление расклинивающего эффекта в результате действия электромолекулярных сил и выделение из поровой воды растворенного в ней газа при понижении давления

 

44 - Общие сведения о методах расчета фундаментов мелкого заложения по второй группе предельных состояний (методы расчетов по деформациям).

Расчет по второй группе предельных состояний производят с целью предотвращения предельных деформаций оснований и фундаментов (осадок, кренов, горизонтальных перемещений). К этой же группе относятся расчеты трещиностойкости железобетонных фундаментов, имеющих целью не допустить коррозию арматуры. В общем виде расчеты по второй группе предельных состояний состоят в выполнении условия:

 

S < S _пр, (8.1)

 

где, S - расчетное значение деформации основания фундамента, элемента или всего сооружения в целом (величина фактической совместной деформации основания и здания или сооружения), см;

S _пр - предельно допустимая величина совместной деформации (основания и здания или сооружения), установленная СНиПами в зависимости от требований эксплуатации, см.

В грунтах, находящихся в первой стадии напряженного состояния, напряжения от внешней нагрузки с некоторыми допущениями определяются по формулам теории линейно-деформируемых тел. Напряжения, найденные по формулам этой теории, соответствуют конечным осадкам. Напряжения в основании фундаментов можно определять методом угловых точек и методом элементарного суммирования напряжений. Метод элементарного суммирования более прост в применении. Он позволяет приближенно определить напряжения для любой нагрузки.

Для расчета конечных (стабилизированных) осадок фундаментов мелкого заложения наибольшее распространение получили метод послойного суммирования и метод эквивалентного слоя.

 

45 - Расчет фундаментов мелкого заложения по второй группе предельных состояний методом послойного суммирования.

Вначале производится привязка фундамента к инженерно-геологической ситуации основания, то есть совмещение его оси с литологической колонкой грунтов. При известных нагрузках от сооружения определяется среднее давление на основание по подошве фундамента р.

Затем от поверхности природного рельефа строят эпюру природного давления нормальных сжимающих напряжений от веса грунта

напряжение (давление) σ _пр на глубине от поверхности z определяют по формуле (8.4):

n

σ _пр = Σ γ _i ^. h _I , (8.4)

i = 1

 

где h _i - толщина i – го слоя грунта;

γ _i - удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды.

 

Если известны объемные массы вышележащих слоев, формула 8.4 приобретет вид (8.5):

n

σ _пр = g Σ m _i ^. h _I, (8.5)

i = 1

 

где g - ускорение свободного падения, g = 9, 8 м / с ².

 

Удельный вес грунта во взвешенном состоянии γ _sb:

 

γ _sb = (γ _s - γ _w) / (1 + е), (8.6)

 

где γ _s - удельный вес частиц грунта;

γ _w - удельный вес воды, принимаемый 10 кН/м³;

е – коэффициент пористости грунта.

 

Затем вычисляют дополнительное вертикальное напряжение в грунте р_о от фундамента сооружения на уровне его подошвы:

 

р_о = р - σ _пр, (8.7)

 

где р - величина среднего давления от нормативных нагрузок;

σ _пр - величина природного напряжения (давления) на уровне подошвы фундамента.

 

После проведенных вычислений строят эпюру дополнительного вертикального напряжения (давления) на грунт от сооружения Осадку фундамента s определяют путем суммирования осадок отдельных слоев

 

46 - Расчет свайных фундаментов по деформациям.

Расчет свайных фундаментов по второй группе предельных состояний (по деформациям) при действии вертикальных нагрузок проводят из условия (8.1):

 

S < S _u, (8.1)

 

где, S - деформация свайного фундамента (осадка и относительная разность осадок), определяемая расчетом;

S - предельно допустимая величина деформации свайного фундамента, устанавливаемая заданием на проектирование или определяемая по СНиП 2.02.01 - 83.

Фундаменты из свай, работающих как сваи – стойки, рассчитывать по деформациям от вертикальных нагрузок не требуется.

Для фундаментов с вертикальными сваями расчетную нагрузку на сваю определяют по формуле (8.13):

 

N = N_d / n +(-) M_x y / ∑ y²_i +(-) M_y x / ∑ x²_i, (8.13)

 

где N_d, M_x, M_y - расчетные усилия (вертикальная нагрузка, изгибающие моменты) в плоскости подошвы ростверка фундамента относительно главных центральных осей (Рисунок 21);

n – количество свай в фундаменте;

x _i, y _i - расстояния от главных осей до оси каждой сваи;

x и y - расстояния от главных осей до оси сваи, для которой вычисляется расчетная нагрузка.

 

Полная нагрузка F на сваю состоит из расчетной нагрузки на сваю N и нагрузки от веса сваи G

F = N + G, (8.15)

 

Для свай, работающих на выдергивание, полная нагрузка:

 

F = N - G, (8.16)

 

Полная нагрузка на сваю должна быть меньше несущей способности сваи по материалу или по грунту

 

47 - Статические методы.

Метод испытания свай вертикальной статической нагрузкой, несмотря на сложность, длительность и значительную стоимость, позволяет наиболее точно установить предельное сопротивление сваи с учетом всех геологических и гидрологических условий строительной площадки. По ГОСТ 5686 – 94 такой проверке подвергают 1 % общего числа погружаемых свай, но не менее двух, если их число меньше 100 штук. Для проведения испытаний оборудуется специальная установка

Осадка сваи измеряется прогибомерами с точностью до 0, 1 мм. При испытании вертикальную нагрузку на сваю увеличивают ступенями, равными 1/10…1/15 от ожидаемого предельного сопротивления сваи. Каждая последующая ступень нагрузки прикладывается после условной стабилизации осадки сваи на предыдущей ступени. Осадка считается условно стабилизировавшейся, если ее приращение не превышает 0, 1 мм за 1 ч наблюдения для песчаных грунтов и за 2 ч для глинистых.

 

Метод статического зондирования грунтов. В настоящее время большое распространение получил метод статического зондирования, как более дешевый и быстрый.

Статическое зондирование заключается во вдавливании в грунт стандартного зонда, состоящего из штанги с конусом на конце (диаметр основания конуса 36 мм, площадь 10 см², угол заострения 60⁰). Конструкция зонда позволяет измерять не только общее сопротивление его погружению, но и величину лобового сопротивления конуса. Существует два типа зондов. Учитывая, что характер деформации грунтов при вдавливании свай и при погружении конического зонда статической нагрузкой аналогичен, полученные данные о сопротивлении грунта вдавливанию зонда можно использовать для определения предельных сопротивлений свай.

 

48 - Основные схемы лабораторных испытаний механических свойств грунтов.

 

 

49 - Режимы испытания образцов.

 

50 - Деформируемость грунтов.

 

51 – Водопроницаемость грунтов.

 

52 – Прочность грунтов.

 

53 – Полевые и лабораторные методы определения.

характеристик деформируемости и прочности грунтов.

Показатели физических свойств грунтов определяются либо на отобранных в натуре в массиве образцах грунтов, либо непосредственно путем испытания грунтов, находящихся в грунтовом массиве, то есть в полевых условиях. При испытаниях следует выполнять требования соответствующих ГОСТов, если они имеются, или ведомственных нормативных документов. Для испытаний используются стационарные либо полевые лаборатории. Предпочтительными являются прямые методы испытаний, но в ряде случаев используются результаты косвенных методов исследования.

Минимально достаточным для последующего осреднения результатов в математической статистике принято считать 6 определений. Однако, чем большее количество результатов определений введено в формулу для статистического нахождения среднего значения, тем " точнее" оказывается результат. В обработку вводятся результаты одной статистической совокупности, характеризующей данный массив. Если прослеживается закономерность в изменении частных интересующих нас значений показателя от точки к точки в одном направлении, то тогда их нельзя обычным путем вводить в одну статистическую совокупность.

Показатели (характеристики) физических свойств грунтов определяются как нормативные.

Нормативными считаются средние значения показателей или характеристик, определяемые как среднеарифметические.

Виды испытаний прочностных характеристик грунтов:

1) Испытания на сдвиговом приборе – при прямом плоскостном срезе цилиндрического образца грунта выполняется в лабораторных условиях.

2) Испытания в приборе трехосного сжатия (стабилометре). Методика проведения испытаний с наибольшей полнотой отражает работу грунта в основании. При загружении грунта в приборе создается трехосное напряженное состояние с измерением каждого компонента напряжения. Конструкция прибора позволяет определить: нейтральное или поровое давление по манометру, продольную и поперечную деформацию образца, изменение объема образца по валюмометру.

Помимо прочностных характеристик на этом приборе можно определить деформационные характеристики (коэффициент Пуассона, модуль деформации).

3) Испытания при одноосном сжатии. Проводятся для тугопластичных и твердых глин, которые хорошо сохраняют форму после обработки образцов. Образцы изготавливают в форме цилиндра с соотношением размеров h=(1, 5 – 2, 0) d. Разрушение образцов будет происходить как у хрупких материалов по плоскости, где касательные напряжения достигают предельного сопротивления сдвигу. Угол наклона этой плоскости стремится к 45 градусов.

4) Лопастные испытания – проводятся в полевых условиях для грунтов, из которых трудно отбирать образцы без нарушения природного строения (торф, илы, глинистые водонасыщенные грунты). Для испытания откапывается небольшой шурф, в грунт вдавливается крестовина прибора и фиксируется крутящий момент, при котором происходит срез грунта лопастью по цилиндрической поверхности. Результаты испытаний используются для расчета ула внутреннего трения и сцепления.

5) Метод шарикового штампа. Применяется для