26.Причины нарушения устойчивости откосов.

1. Увеличение крутизны откоса (подмыв берегов реки).

2. Увеличение нагрузки на откос (строительство на бровке).

Схема возможного нарушения устойчивости откоса при строительстве на бровке.

3. Обводнение грунтов (уменьшение механических характеристик: c; φ и увеличение объемного веса грунта).

4. Деятельность строителей (устройство котлованов, выработок с вертикальными стенками).

Устройство вертикальных стенок котлована - одна из возможных причин нарушения устойчивости откосов.

27.Распределение напряжений от нагрузки, меняющейся по закону прямой.

Сформулируем принцип линейной деформируемости для грунтов: при небольших изменениях давлений грунты можно рассматривать как линейно-деформируемые тела, то есть зависимость между общими деформациями и напряжениями для грунтов может быть принята линейной: σ = Е · ε.

напряжение, передаваемое грунту по подошве фундамента

Это напряжение не остается по глубине постоянным, а в некоторой области грунтовой толщи рассеивается. Для решения задач о распределении напряжений применяют уравнения теории упругости, рассматривая грунты как тела однородные, изотропные и линейно-деформируемые, подчиняющиеся закону Гука. Для оснований гражданских и промышленных зданий назначают такую величину допустимых напряжений, при которой в грунте не возникают пластические (остаточные) деформации.

Рассмотрим случай плоской задачи: фундаменты передают на грунт сплошную, распределенную полосовую нагрузку:

Изменение напряжений σпо различным вертикальным (z) и горизонтальным (x) сечениям характеризуется эпюрамиσ_zиσ_x(рис. 2). Как видно из рисунка, напряжения в грунтовой толще изменяются, как непрерывные функции отσ_maxдоσ_minкак по вертикальному, так и по горизонтальному направлению.

В напряженной зоне грунта имеются точки с одинаковыми напряжениями, через которые можно провести линии (т.н. кривые равных напряжений). Например, линии, проходящие через точки с одинаковым вертикальным напряжением σ_z, называются изобарами. В сжимаемой толще можно провести какое угодно число изобар (в зависимости от того, какие по величине напряжения соединяются линиями).

28.Фазы напряженного состояния грунта.

При возведении зданияилисооружения 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 грунтовпод 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) участокоасоответствует фазе уплотнения (I), при которой осадка пропорциональна приложенной нагрузке. Эта фаза обусловлена вертикальным перемещением частиц грунта внизР≤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 абхарактеризуется 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:

(6.1)

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 глубинуz_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

(6.2)

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).

Пример 6.1.

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 напряженияσ_х, σ_у, σ_zи три пары касательных напряжений —τ_xу и τ_ух, τ_xz и τ_zx, τ_yz и τ_zy.

Рис. 6.8.См. пояснения к рис. 6.7.

Рис. 6.9.Компоненты напряжений в грунте