КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Напряженное состояние грунтовПри рассмотрении задач, связанных с оценкой устойчивости грунтовых массивов и возведенных на них сооружений, необходимо знать, какие напряжения возникают в грунте при действии нагрузок. Без учета распределения напряжений в грунте невозможно, например, рассчитать осадки насыпей, устоев мостов, фундаментов искусственных сооружений на мягких основаниях, определить допустимую нагрузку от сооружения. Расчеты толщины и прочности дорожной одежды основываются на теории распределения напряжения в слоистых системах. Давление от нагрузки, приложенной к поверхности грунтового массива, передается в грунте частицами или структурными агрегатами через точки контакта, распределяясь по мере углубления и грунт на все большую площадь. Среднее значение усилий, действующих на отдельные частицы, при этом уменьшается. Однако и напряжения в отдельных частицах и междучастичных связях в пределах какого-либо выделенного сечения (сечение АВ на рис 7.1) могут превышать их прочность и вызывать разрушение. При рассмотрении напряженного состояния грунта подобная местная концентрация напряжений не учитывается, так как она, отражаясь на условиях взаимного расположения отдельных частиц, не влияет на устойчивость грунтового массива в целом. При оценке напряжений, действующих в грунтах, реальные силы, приложенные к отдельным грунтовым частицам, заменяют воображаемыми силами, распределенными по всему объему или сечению грунтового массива, в том числе и в промежутках между частицами. Величину этих сил, отнесенных к единице площади сечения массива, и принимают условно за величину напряжений и грунте. Это оправдывается тем, что размеры грунтовых частиц существенно малы по сравнению с размерами площадок, через которые давление от сооружений или транспортных средств передается на грунт. Напряженное состояние грунтового массива при действии нагрузки, приложенной к его поверхности, связано со степенью развития деформации (см. рис. 7.1). При воздействии постепенно возрастающих нагрузок происходит изменение закономерностей распределения напряжений. При относительно малых нагрузках и деформациях, соответствующих первой фазе деформации, когда зависимость «нагрузка - деформация» прямолинейна и грунт практически подчиняется закону Гука, напряженное состояние грунта близко к рассматриваемому в теории упругости. Однако при применении к грунтам решений теории упругости грунт рассматривают не как упругое, как линейно деформируемое тело. То обстоятельство, что деформации грунта не полностью упруги (т. е. не протекают мгновенно после приложения нагрузки и не восстанавливаются полностью после ее удаления), не имеет практического значения, поскольку в строительной практике при возведении различных сооружений приходится иметь дело обычно с однократным приложением нагрузки к грунту, без последующей разгрузки. Проф. Н. М. Герсеванов доказал, что при анализе напряженного состояния глинистых грунтов в основаниях сооружений, когда интервалы изменения давления до и после воздействия сооружения невелики, а напряжения малы, выводы теории упругости можно применять к грунтам в фундаментостроении с наименьшей обоснованностью, чем к стали при расчете деталей машин. Однако, применяя к грунтам зависимости теории упругости, не следует забывать, что они предусматривают постоянство или закономерность изменения свойств грунтов по глубине. Фактически грунтовые напластования, образовавшиеся в результате длительно протекавших геологических процессов, неоднородны, что особенно приходится учитывать при расчетах осадок сооружений и допускаемых нагрузок на грунт.
При превышении давлением на грунт некоторой предельной «критической» величины около краев штампа, передающего нагрузку, начинают возникать зоны пластических деформаций, которые, постепенно возрастая, распространяются в глубь грунта, захватывая все больший объем. Этот период работы грунта соответствует II фазе деформации. Наличие зон пластической деформации, в которых грунт не может воспринять на себя ту же нагрузку, что до начала сдвигов, изменяет закономерности, которым подчиняется напряженное состояние грунта. В настоящее время разработано лишь несколько задач, рассматривающих напряженное состояние в грунте вблизи от штампа при частичном развитии зон пластических деформаций. Основные исследования в этом направлении выполнены проф. М. И. Горбуновым-Посадовым. При деформациях, относящихся к III фазе, напряженное состояние соответствует задаче предельного равновесия теории пластичности, решения которой имеются также лишь для ряда частных случаев.
Многочисленные экспериментальные работы показали, что при развитии в грунте пластических деформаций напряжения, измеренные вблизи от подошвы штампов и в верхних слоях не связных грунтов, отличаются от рассчитанных по формулам теории упругости, и совпадение между ними начинается лишь за пределами зоны распространения пластических деформаций с глубин, равных 1...1.5 диаметра площадок, через которые передается давление. На меньших глубинах фактические напряжения по вертикальной оси, проходящей через центр площадки, больше, чем вычисленные по формулам теории упругости, но более быстро уменьшаются по мере удаления от вертикальной оси в стороны. Происходит как бы концентрация напряжений вблизи линии действия нагрузки. При определении напряжений от нагрузок, приложенных к. малым площадкам — диаметром менее 1 м, используют формулы теории упругости с введением в них поправочных коэффициентов концентрации. Следует отметить, что способ определения напряжений в грунтах методами теории упругости не является единственным.
|