Обновлено: 27.04.2024

Основы напряженного состояния грунтов оснований

Однако при действии внешних сил с давлениями, превышающими структурную прочность грунта, возникают не только упругие, но и значительно большей величины остаточные (пластические) деформации.

Напряжения в массивах грунтов возникают как под действием внешних нагрузок, так и от собственного веса грунта. Знание напряжений необходимо для расчетов деформаций грунтов, обусловливающих осадки и перемещения зданий и сооружений для оценки прочности, устойчивости грунтов и давления на ограждения.

Без учета распределения напряжений в грунте невозможно, например, рассчитать осадки насыпей, устоев мостов, акведуков, лотков, фундаментов искусственных и других сооружений.

Распределение напряжений в грунтовой толще зависит от следующих факторов: характера и режима нагружения массива, инженерно-геологических и гидрогеологических особенностей площадки строительства, состава и физико-механических свойств грунтов.

Давление от нагрузки, приложенной к поверхности грунтового массива, передается в грунте частицами или структурными агрегатами через точки контакта, распределяясь по мере углубления в грунт на все большую площадь.

Чтобы уяснить характер распределения напряжений, сделав допущение, представим себе грунт состоящим из одинаковых по форме и размерам твердых частиц (упрощающая модель), уложенных рядами друг на друге, как показано на рис. 6.1.

Рис. 6.1. Пример модели дискретной среды из одинаковых шаров: а — схема укладки; б — схема передачи (распределения) внешней сосредоточенной силы на частицы грунта

Как видно из рис. 6.1 , на II ряд действует вес частиц I ряда, а на III ряд — частицы I и II ряда и т.д. Согласно рис. 6.1,б, внешняя сосредоточенная сила действует на одну частицу I ряда, которая в свою очередь воздействует на две частицы П.

Таким образом, с увеличением глубины количество твердых частиц, на которые передается давление, увеличивается и в свою очередь происходит рассеивание напряжений (см. рис. 6.1), т.е. напряжение от приложенной внешней силы распределяется в массиве под некоторым углом.

При оценке напряжений, действующих в грунтах, реальные силы, приложенные к отдельным грунтовым частицам, заменяют воображаемыми силами, распределенными по всему объему или сечению грунтового массива.

Величину этих сил, отнесенных к единице площади сечения массива, и принимают условно за величину напряжений в грунте .

Формирование напряжений в грунтовой толще происходит не мгновенно при приложении нагрузки, а может развиваться весьма длительное время. Это связано со скоростью проектирования деформаций и особенно сильно проявляется в глинистых грунтах, где процессы фильтрационной консолидации (консолидация — процесс уплотнения грунта по мере удаления воды из его пор) и ползучести развиваются очень медленно.

Изучение напряженного состояния грунта можно проводить по двум направлениям:

• экспериментальным путем, измеряя непосредственно давления в грунте при помощи специального оборудования;
• теоретическим путем, используя методы теории упругости, так как здесь мы имеем дело с объемным напряженным состоянием грунтов.

Работа грунта основания существенно отличается от работы материала строительной конструкции, сооружений и т.д. Отличия состоят в следующем:

• грунты имеют малую прочность и большую деформируемость по сравнению с материалами конструкций; прочность их в десятки и сотни раз больше по сравнению с грунтом основания, а деформируемость, наоборот, меньше;
• деформация грунта во времени при постоянной нагрузке возрастает (например, для глинистых грунтов процессы консолидации и ползучести) ( рис. 6.2 ).

Работа оснований сооружений рассматривается применительно к плоской, пространственной, осесимметричной или контактной задаче в зависимости от принятой расчетной схемы.

По схеме плоской задачи рассчитываются ленточные фундаменты, основания подпорных стен, насыпей, дамб, а также фундаменты плит водосливных плотин, шлюзов, сухих доков и т.д.

Таким образом, по этой схеме напряжения распределяются в одной плоскости, а в перпендикулярном направлении они будут равны нулю или постоянны ( рис. 6.3 ).

Рис. 6.3. Схема к плоской задаче

По схеме осевой симметрии ( рис. 6.4 ) рассчитываются фундаменты водонапорных башен, доменных печей, фабричных труб, днища резервуаров, газгольдеров и т.д.

Рис. 6.4. Схема к осесимметричной задаче

По схеме пространственной задачи рассчитываются фундаменты под отдельные колонны и сплошные фундаментные плиты под сетку колонн.

Представлены результаты расчетов грунтового основания многоугольных фундаментов. В современных строительных нормах и правилах не рассматривается расчет фундаментов сложной многоугольной формы c учетом их взаимного влияния. Взаимное влияние фундаментов сложной конфигурации под элеваторы аналитическими методами произвести не представляется возможным. Целью проведенной работы являлась оценка напряжений и деформаций в основании фундаментов элеватора конструкций датской компании SKIOLD A/S в местных инженерно-геологических условиях. В геологическом строении площадки принимают участие элювиально-делювиальные четвертичные отложения, подстилаемые отложениями верхнетатарского яруса верхней перми. Одновременный учет прочностных и деформационных свойств грунта в расчетах напряженно-деформированного состояния оснований был осуществлен в решении пространственной упругопластической задачи МКЭ. В качестве условия текучести при решении задачи было принято условие предельного равновесия Мора-Кулона. Ступени нагрузки коррелируют с образованием зон предельного равновесия в основании и переходом грунта из упругого состояния в упругопластическое. Проведенные исследования подтверждают целесообразность проектирования фундаментов по предельно допустимым осадкам. Статья предназначена для специалистов в области промышленного и гражданского строительства и инженеров-геотехников.

1. Глушков В.Е., Глушков А.В. Оптимизация формы подошвы фундаментов // Материалы V международной конференции «Городские агломерации на оползневых территориях». – Волгоград, ВолгГАСУ, 2010. – С. 49-52.

2. Крестообразный фундамент с выступом по подошве : Патент на полезную модель № 108053. – М., Роспатент, 2011.

5. Тугаенко Ю.Ф., Алонсо Ф.Р. Влияние формы фундаментов на развитие деформаций основания в грунтовых условиях республики Куба // Изв. вузов. Строительство и архитектура. – 1988. - № 2. – С. 21-24.

В Российской Федерации интенсивно возрождается строительство крупных комплексов для развития сельского хозяйства. Качественно новые технологии в отрасль внедряются путем привлечения опыта европейских проектных отраслевых организаций. Конструктивные решения фундаментов проходят доработку в соответствии с требованиями российских строительных норм и правил.

В современных строительных нормах и правилах не рассматривается расчет фундаментов сложной многоугольной формы. Взаимное влияние фундаментов сложной конфигурации под элеваторы аналитическими методами произвести не представляется возможным.

Конструкции элеваторов были разработаны датской компанией SKIOLD A/S – одним из ведущих европейских производителей оборудования для производства кормов. Фундаменты элеваторов запроектированы в форме 5-ти сблокированных многоугольников с габаритными размерами подошвы отдельных блоков 11,0 и 16,0 м. Фундаменты имеют сложную конфигурацию в плане и по подошве с учетом расположения технологических каналов. Глубина заложения подошвы фундаментов составляет 3,40 м.

Возникла необходимость в оценке напряженно-деформированного состояния основания и прогнозе осадок фундаментов элеватора с учетом взаимного влияния отдельных блоков.

По данным инженерно-геологических изысканий, выполненных ЗАО «ПИ Агропроект», в геологическом строении площадки принимают участие элювиально-делювиальные четвертичные отложения (edQ), подстилаемые отложениями верхнетатарского яруса верхней перми (P2t2) (рис. 1).

Под подошвой фундаментов элеваторов залегает слой ИГЭ-2 суглинок тугопластичный средней мощностью 0,4 м. Ниже расположен слой ИГЭ-3 суглинок мягкопластичный и ИГЭ-4 суглинок текучепластичный средней мощностью 0,8 и 1,2 м соответственно. Подстилаются ИГЭ-6 глиной полутвердой, вскрытой до пределов исследуемой области.

Геологическое строение площадки с поверхности и до глубины изучения представлено нижеследующим сводным инженерно-геологическим разрезом.

На период проведения изысканий (ноябрь 2009 г.) подземные воды типа «верховодка» встречены буровыми скважинами на глубинах 2,5-3,5 м (усл. отм. 71,50-72,41 м). Водовмещающими грунтами подземных вод являются прослои мелкого песка в текучепластичных суглинках ИГЭ № 4. Горизонт подземных вод безнапорный.

При возведении здания или сооружения на лессовых грунтах наблюдается постепенное возрастание давления по подошве фундаментов. В результате такого взаимодействия возникает напряженно-деформированное состояние (НДС), адекватное интенсивности приложенной внешней нагрузки и обусловленное прочностными показателями лессового грунта.

Известно, прочностные показатели лессового грунта зависят от его плотности - влажности. Поэтому формирование НДС лессового грунта естественного сложения следует рассматривать во взаимосвязи с его состоянием по влажности.

При возрастании внешней нагрузки следует выделить три фазы НДС: уплотнение (затухающих деформаций); сдвигов (незатухающих пластических деформаций); выпирания грунта (прогрессирующих деформаций).

Зависимость вертикальных перемещений фундамента от действующего давления по его подошве имеет сложный вид (рис.2). Для маловлажного лессового грунта участок оа соответствует фазе уплотнения, при которой осадка

пропорциональна приложенной нагрузке, в основном она обусловлена вертикальным перемещением частиц грунта вниз. Из-за сравнительно высокой распределительной способности маловлажного грунта НДС в основании охватывает в ширину область несколько большую ширины подошвы фундамента. В конце фазы уплотнения НДС может распространиться восновании на глубину около 1,5-2,0b (где параметр b – ширина подошвы фундамента).

В начале фазы сдвигов из-за концентрации напряжений под краями фундамента происходит разрушение грунта в локальных областях. По мере роста внешней нагрузки нарушается линейная зависимость между осадкой и давлением. График S = f(p) на участке ab характеризуется значительной кривизной. Давление, соответствующее началу появления областей пластических деформаций (сдвигов

и разрушение грунта) под краями фундамента называют начальным критическим давлением, которое обозначается р₁.

Рис. 2. Зависимость вертикальных перемещений фундамента от действия

давления по его подошве при испытании грунта:

1 – маловлажного; 2 – водонасыщенного

Формула для определения начального критического давления р₁ при условии развития пластических деформаций под краями фундамента на глубину z = 0 может быть представлена в следующем виде:

где γ – удельный вес грунта;

с и φ – показатели прочности грунта;

d – глубина заложения подошвы фундамента.

Положение фундамента и его осадка в отдельных фазах различны (рис. 3).

Как следует из рис. 3а в фазе уплотнения по глубине не наблюдается пластических деформаций (разрушение грунта), глубина их развития z = 0. При возрастании внешней нагрузки наступает вторая фаза – фаза сдвигов. Под краями фундамента формируются области пластических деформаций (разрушение грунта), которые развиваются в стороны и глубину (рис. 3б).

При среднем давлении по подошве фундамента р > p₁ лессовый грунт в общем случае деформируется по нелинейному закону. Одновременно следует отметить, что грунт обладает свойствами неоднородности и анизотропности.

Рис. 3.Фазы НДС в основании фундамента при возрастании давления по подошве:

а – уплотнения грунта; б, в – сдвигов; г - выпирания грунта.

При проектировании оснований и фундаментов возникает необходимость нормировать давление на грунт и использовать определенные расчетные модели или схемы, позволяющие с известным приближением оценить его НДС. С этой целью грунт условно считают изотропным, квазиоднородным. Ограничивая давление по подошве фундамента определенными значениями, принимают зависимость между перемещениями (осадкой) фундамента и давлением в рассматриваемом диапазоне линейной. Такое упрощение позволяет с достаточной для инженерных расчетов точностью использовать математический аппарат теории упругости. В соответствии с действующими нормативами наибольшая глубина развития областей пластических деформаций под краями фундамента не должна превышать z_min = 0,25b. Среднее давление по подошве фундамента, при котором под его краями в основании области пластических деформаций на глубину z_min = 0,25b, приравнивается к расчетному сопротивлению грунта R (рис. 3в). Таким образом, расчетное сопротивление грунта R соответствует давлению по подошве, при котором для проектирования грунтовых оснований допустимо применение расчетных формул теории упругости.

Величину R можно определить, если при выводе формулы для начальной критической нагрузки принять глубину развития области пластических деформаций z_min = 0,25b. Формула для расчетного сопротивления грунта в общем случае может быть представлена в следующем виде:

где γ_с1, γ_с2 - коэффициенты условий работы соответственно грунтового основания и сооружения во взаимодействии с основанием по СНиП;

k – коэффициент, который при определении показателей прочности грунта c_II и φ_II по результатам испытаний образцов в лабораторных условиях принимается равным 1,0, а по региональным таблицам нормативных документов – 1,1;

М_γ, М_q, М_c - коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения φ_II грунта и принимаемые по таблицам СНиП 2.02.01-83 * ;

k_z – коэффициент, учитывающий степень влияния ширины фундамента на расчетное сопротивление грунта; при ширине подошвы фундамента b < 10 м, k_z = 1,0; при b > 10 м

-осредненные значения удельного веса грунтов, залегающих соответственно ниже и выше подошвы фундамента, кН/м 3 ;

d₁ – глубина заложения подошвы фундамента; при отсутствии подвала d₁ = d, т.е. равна расстоянию от уровня планировки грунта до подошвы фундамента (при срезке); при наличии подвала d₁ – приведенная глубина заложения фундамента от пола подвала до подошвы определяемая по формуле

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

h_cf - толщина конструкции пола подвала, м;

γ_cf - расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, кН/м 3 ;

d_b – глубина подвала – расстояние от уровня планировки до пола подвала, м; при отсутствии подвала или его ширине В > 20 м принимается d_b = 0, для сооружений с подвалом шириной В 20 м и глубиной свыше 2 м - d_b = 2 м;

c_II - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа.

При дальнейшем возрастании давления по подошве фундамента p > R области (зоны) локального разрушения грунта развиваются в глубину и по ширине основания. Одновременно формируется непосредственно под подошвой фундамента уплотненное ядро в виде клина. В определенный момент времени краевые области разрушенного грунта смыкаются на глубине и в результате расклинивающего действия уплотненного ядра устанавливается состояние грунтового основания, при котором малейшее увеличение внешней нагрузки приводит к исчерпанию его несущей спосчобности. На графике (рис.2) такое давление соответствует точке b, являющейся переходной от второй к третьей фазе НДС. Именуют это давление предельным критическим р₂.

Если напряженное состояние в грунтовом основании при давлении по подошве p ≤ R находят согласно решениям теории упругости, то при R < p ≤ p₂ его определяют, используя решения теории предельного равновесия. Под влиянием сформировавшегося жесткого ядра грунт начинает перемещаться в стороны и вверх (рис. 3г).

Решение дифференциальных уравнений равновесия совместно с условиями предельного равновесия позволяет найти математически точные очертания поверхностей скольжения, дает возможность достаточно строго вычислить значение предельного критического давления на грунт. Однако для оснований массивных фундаментов предельное критическое давление необходимо определять с учетом жесткости ядра, формирующегося под подошвой фундамента. Нахождение предельного давления в этом случае является математически сложной задачей. Тогда используют приближенный прием, который состоит в том, что задаются формой жесткого ядра и поверхностей скольжения. Они должны совпадать с точными очертаниями, вытекающими из численного решения системы дифференциальных уравнений предельного равновесия. На основе опытных данных для случая пространственной осесимметричной задачи очертание жесткого ядра принимается в виде конуса с углом при вершине 90º, а для случая плоской задачи (ленточных фундаментов) – в виде прямоугольного треугольника. При рассмотрении фундаментов мелкого заложения (a/b 0,5) предельное критическое давление на грунт получено путем решения соответствующего уравнения при очертании линии скольжения в области радиальных сдвигов (вблизи ядра) по логарифмической спирали, а в боковых областях – по наклонным под определенным углом сопряженным прямым. Формула для предельного критического давления в рассматриваемых случаях имеет следующий вид:

где N_γ, N_q, N_c – коэффициенты несущей способности, зависящие от расчетного значения угла внутреннего трения грунта φ_I и принимаемые по соответствующим таблицам для плоской и осесимметричной задачи;

- осредненные значения удельного веса грунтов, залегающих соответственно ниже и выше подошвы фундамента, кН/м 3 ;

b₁ – полуширина ленточного или половина стороны квадратного или радиус круглой площади подошвы фундамента, м;

d - глубина заложения подошвы фундамента, м;

с_I – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента, кПа.

Несколько по иному формируются области НДС в водонасыщенном лессовом грунте основания. При возрастании давления под подошвой фундамента в начальной стадии нагружения наблюдается фаза допросадочного уплотнения грунта (отрезок оа' рис. 2). При давлении, равном начальному просадочному (р =

р_sl), происходит резкое оседание фундамента и проявляется потенциальная просадочная деформация. Эта фаза, соответствующая на графике отрезку a'b', именуется фазой просадки. Грунт после деформации просадки приобретает новое состояние по плотности. В нем возрастают силы межмолекулярного взаимодействия, что приводит к повышению сопротивляемости внешним воздействиям. Наступает третья фаза после просадочного уплотнения, которая характеризуется меньшей интенсивностью вертикальных перемещений фундамента, чем в фазе допросадочного уплотнения (отрезок b'c').

В последующем, по мере возрастания внешней нагрузки в водонасыщенном лессовом грунте наблюдаются фазы сдвигов и выпирания, границы перехода которых несколько смещены в сторону начала координат. На рис. 2 этим фазам соответствуют отрезки c'd и de. Расчетное сопротивление маловлажного природного грунта R несколько превышает расчетное сопротивление водонасыщенного R_sat.

Результаты изменения во времени показателей прочности лессового грунта в процессе его замачивания под нагрузкой могут быть графически представлены следующим образом (рис. 4).

Рис. 4. Зависимость показателей прочности лессового грунта

от времени, истекшего после начала его замачивания

При замачивании происходит ослабление связей между частицами, что обуславливает снижение значений удельного сцепления с_п и угла внутреннего трения φ_п природного грунта. Наименьшие значения показателей прочности с' и φ' соответствуют периоду полного промачивания (t = t₁) образца грунта и интенсивного проявления просадочной деформации.

С течением времени (t = t₂), по мере послепросадочного уплотнения, показатели прочности водонасыщенного лессового грунта c_sat и φ_sat несколько возрастают. С учетом изменения c и φ в процессе просадки для проектирования могут быть рекомендованы следующие показатели прочности с целью определения:

1) расчетного сопротивления R по формуле (3.2) грунта природной влажности – значения с_п и φ_п;

2) расчетного сопротивления R по формуле (3.2) водонасыщенного грунта - значения c_sat и φ_sat;

3) начального просадочного давления p_sl = p'₁ по формуле (3.1) – наименьшие значения с' и φ'.

Осадка фундамента в предыдущем описании есть интегральный эффект напряжений и деформаций, действующих в каждой точке основания от передаваемой фундаментом нагрузки. Иначе говоря, осадка определяется напряженно-деформированным состоянием грунта (НДС), описание которого – важная задача механики грунтов.

Поскольку грунт в основании или в массиве находится в пространственном НДС, для его моделирования применяются приборы трехосного сжатия – стабилометры. По конструкции стабилометры разнообразны, но в общем они позволяют управлять одной группой параметров НДС (например, создавать заданные напряжения и управлять ими) и определять как «отклик» грунта другую (например, замерять деформации ).

Наиболее распространен гидравлический стабилометр. При испытании цилиндрический образец грунта первоначально подвергается всестороннему (гидростатическому) сжатию напряжениями . Затем боковые (радиальные) напряжения остаются постоянными , а образец сжимается увеличивающимся вертикальным напряжением с фиксацией вертикальных и горизонтальных деформаций и .

При некотором значении грунт разрушается. Зависимость и разрушающее напряжение зависят от зафиксированного значения , но во всех случаях график зависимости имеет тот же вид, что и показанный на рис. 2.1. Таким образом, для образца грунта справедлива та же самая стадийность деформирования.

В стадии уплотнения и даже в начале стадии сдвигов зависимость деформаций от напряжений близка к линейной. Это позволяет в указанном интервале связь деформаций и напряжений принять в виде закона Гука:

Параметры зависимостей (2.1) в механике грунтов называются: Е – модуль деформации; – коэффициент поперечной деформации, или коэффициент Пуассона. Это деформативные характеристики грунта. Их смысл выявляется из простого испытания на одноосное сжатие, когда и образец грунта сжимается вертикальным напряжением на простейшем прессе. Конечно, так можно испытывать только достаточно прочные связные грунты. При этом из (2.1) получаем: и .

Отсюда ясно, что Е характеризует жесткость грунта и измеряется в единицах напряжения (Па, кПа и т.д.), а – меру деформирования в направлении, перпендикулярном действующему напряжению.

Интервал значений для грунтов составляет обычно 0,1…0,5. Значения модуля деформации оказывают определяющее влияние на рассчитываемую осадку сооружений. Поэтому их определение имеет большее значение, а значения ν на практике часто принимают по справочным данным в зависимости от вида и состояния грунта.

Положение о применимости зависимостей (2.1) в механике грунтов характеризуется как «Принцип линейной деформируемости грунтов». При этом напряжения в грунте должны быть достаточно далеки от разрушающих, т.е. грунт должен работать в стадии уплотнения – начале стадии сдвигов.

Фазы напряженного состояния грунта

При возведении здания или сооружения наблюдается постоянное возрастание давления по подошве фундаментов. При таком характере воздействия в грунтовом основании, как и во всяком твердом теле, возникает напряженно-деформирующее состояние (НДС), которое адекватно интенсивности приложенной внешней нагрузки, причем возникает оно не только в точках контакта подошвы фундамента сооружения и грунта основания, но и на значительной глубине.

Распределение напряжений как под подошвой фундамента , так и на значительной глубине необходимо знать, так как прочность и устойчивость сооружений зависит от сопротивления (R) грунта, не только примыкающей к подошве, но и глубоколежащего.

При деформации грунтов под нагрузкой Н.М. Герсеванов выделил три фазы НДС:

I — фаза нормального уплотнения;
II — фаза сдвигов;
III — фаза выпирания грунта.

Зависимость вертикальных перемещений фундамента от действующего давления по его подошве изображена на рис. 6.5.

Рис. 6.5. Зависимость осадки 5 от давления Р (график Н.М. Герсеванова)

На графике (см. рис. 6.5 ) участок оа соответствует фазе уплотнения (I), при которой осадка пропорциональна приложенной нагрузке. Эта фаза обусловлена вертикальным перемещением частиц грунта вниз Р≤P сr,1 (P сr,1 ≈Р проп. ) ( рис. 6.6,а ).

Из-за концентрации напряжений под краями фундамента в начале фазы сдвигов (II) происходит разрушение грунта в локальных областях, т.е. происходят местные потери устойчивости. По мере роста внешней нагрузки нарушается линейная зависимость между осадкой и давлением. График S = ƒ(P) ( см. рис. 6.5 ) на участке аб характеризуется значительной кривизной. При дальнейшем возрастании давления под подошвой фундамента формируется уплотненное ядро и при малейшем увеличении внешней нагрузки приведет к исчерпанию несущей способности. На рис. 6.5,б такое давление соответствует точке б , являющейся переходной от второй к третьей фазе НДС.

Рис. 6.6. Фазы НДС в основании фундамента при возрастании давления по подошве: а — уплотнение; б, в — сдвиг; г — выпор грунта

Давление, соответствующее началу появления областей пластических деформаций (сдвигов и разрушения грунта) под краями фундамента, называется начальным, или первым критическим, давлением ( P cr,1 ).

Начальное критическое давление определяется по формуле Н.П. Пузыревского:

где γ — удельный вес грунта основания; φ — угол внутреннего трения; d — глубина заложения подошвы фундамента; с — удельное сцепление.

Во второй фазе под краями фундамента формируются области пластических деформаций (разрушения грунта), которые развиваются в сторону и в глубину (см. рис. 6.6,б), P cr,1 < Р < R.

Согласно СНиП 2.02.01—83 наибольшая глубина развития области пластических деформаций под краями фундамента не должна превышать z max = 0,25b. Среднее давление под подошвой фундамента, при котором под его краями в основании формируются области пластических деформаций на глубину z max = 0,25b, приравнивается к расчетному сопротивлению (см. рис. 6.6,e) Р = R .

При дальнейшем увеличении давления по подошве фундамента Р > R области (зоны) локального разрушения грунта развиваются в ширину и в глубину основания, при этом под подошвой фундамента формируется уплотненное ядро в виде клина (см. рис. 6.6,г). В определенный момент времени краевые области разрушения грунта основания смыкаются на глубине и в результате расклинивающего действия уплотненного ядра устанавливается такое состояние, при котором малейшее увеличение нагрузки приводит к потере несущей способности.

Таким образом, давление, соответствующее исчерпанию несущей способности грунта основания, называется предельным, или вторым критическим давлением ( P cr,2 ).
Второе критическое давление определяется по формуле

где q — интенсивность боковой пригрузки.

Рассмотрим два примера, как влияет прочность нижележащего слоя на прочность и устойчивость сооружения.
Если в основании находятся слабые грунты, под покровом более устойчивых, то опасность нарушения устойчивости повышается с увеличением ширины фундамента ( рис. 6.7 ).

Рис. 6.7 . Влияние ширины фундамента на прочность и устойчивость сооружения: а — при пластических деформациях; б — при выпоре грунта

Таким образом, если в основании находятся плотные грунты под покровом слабых, то опасность нарушения устойчивости понижается с увеличением ширины фундамента ( рис. 6.8 ).

Если из массива грунта, находящегося под действием какой-либо нагрузки, выделить кубик ( рис. 6.9 ), то на него будут действовать вертикальные и горизонтальные нормальные напряжения σ х , σ у , σ z и три пары касательных напряжений — τ xу и τ ух , τ xz и τ zx , τ yz и τ zy .

Читайте также:

  
• Планировка дома с тремя спальнями с мансардой
  
• Лучшие напольные пылесосы для дома
  
• Оборудование для производства водоэмульсионной краски и грунтовок
  
• Двойное окно своими руками
  
• Кладка из силикатного одиннадцати пустотного кирпича