Модели линейно-деформируемого полупространства

При замачивании лессового грунта возникает реальная возможность развития просадки основания фундаментов зданий и сооружений. Она может проявляться как в деформируемой зоне, прилегающей к подошве фундамента, так и на определенной глубине основания, на которой вертикальные напряжения от собственного веса водонасыщенного грунта превосходят начальное просадочное давление. В отличие от осадки, деформации просадки проявляются не от дополнительных напряжений, а от полных σ_z, равных сумме напряжений от собственного веса водонасыщенного грунта σ_zg и дополнительных σ_zр.

На рис. 8 б показана схема определения просадки в деформируемой зоне глубиной h_sl,p и в зоне глубиной h_sl,g от действия собственного веса грунта. Наиболее неблагоприятным будет случай, когда замачивание грунта произойдет в пределах замачиваемой толщи основания, начиная с уровня подошвы фундамента. При этом напряжения от собственного веса грунта рассчитываются по формуле (5.5) с учетом водонасыщенного состояния грунта

, (5.9)

где п – число слоев, на которое разбита просадочная толща основания ниже подошвы фундамента;

γ_sat,i - удельный вес i- го слоя грунта по формуле (4.8);

h_i - толщина i- го слоя грунта.

Принимая во внимание многообразие грунтовых условий, характер напластования просадочных слоев грунта и особенности изменения по глубине начального просадочного давления, выделяются основные случаи проявления деформаций просадки (рис. 9).

Рис. 9. Схемы к расчету просадки лессового основания

 

Схема (а) относится к случаю, когда суммарные вертикальные напряжения σ_z превышают начальное просадочное давление p_sl только в верхней зоне, примыкающей к подошве фундамента. Просадки от внешней нагрузки проявляются в деформируемой зоне глубиной h_sl,p. Ниже из-за невысоких значений σ_z по сравнению с p_sl просадки от собственного веса не возникают.

Схема (б) относится к случаю проявления просадки как в деформационной зоне от внешней нагрузки, так и на глубине z_g от действия собственного веса грунта в пределах слоев толщиной h_sl,g. Верхняя и нижняя зоны разделены слоями грунта h_n, в которых не возникают просадочные деформации. В сильно просадочных грунтах верхняя и нижняя зоны сливаются (в). В этом случае считается, что деформируемая зона толщиной h_sl,p соответствует глубине z_g, на которой полные (суммарные) напряжения σ_z минимальны.

В отдельных случаях, когда вблизи дневной поверхности залегают слабопросадочные грунты или применяются уширенные фундаменты, передающие небольшое давление по их подошве, просадка проявляется только на глубине основания z_g от действия собственного веса грунта (схема г).

Расчет просадки основания фундамента от действия внешней нагрузки производится с использованием модели линейно-деформируемого полупространства.

Грунт ниже подошвы фундамента в пределах просадочной толщи H_sl разделяется на однородные по физико-механическим характеристикам слои толщиной: в пределах деформируемой зоны по h_i ≤ 0,4 b, ниже ее h_i ≤ 2 м.

Сначала находятся напряжения от собственного веса грунта на различных глубинах по формуле (5.9), а затем определяются дополнительные напряжения по формулам (5.7) и (5.8) в пределах сжимаемой толщи. Напряжения σ_zg и σ_zр суммируются.

Просадка грунта от внешней нагрузки вычисляется по формуле

, (5.10)

где ε_sl,i - относительная просадочность от действия полного вертикального напряжения σ_z в середине i- го слоя грунта;

h_i - толщина i- го слоя грунта;

k_sl,I - коэффициент, учитывающий возможные горизонтальные перемещения лессового грунта при просадке и принимаемый в зависимости от ширины или диаметра подошвы фундамента b. При b ≤ 3 м коэффициент для слоя грунта вычисляется по формуле

, (5.11)

где p – среднее давление по подошве фундамента, кПа;

p_o – давление, принимаемое равным 100 кПа.

Для фундаментов с размером b ≥ 12 м k_sl принимают равным 1,0 для всех слоев грунта согласно комментариям к формуле (4.5). При 3 < b < 12 м коэффициент определяется по интерполяции между соответствующими значениями.

Применительно к схемам (б) и (в) на рис. 9 в дополнение к просадке основания фундамента от действия внешней нагрузки вычисляется по формуле (4.5) просадка от собственного веса просадочных слоев грунта толщиной h_sl,g. Полная (суммарная) деформация основания фундамента определяется по формулам (5.1) и (5.2).