- •Механика грунтов, основания и фундаменты Конспект лекций Северодвинск
- •Isbn 5-7723-0078-4 Севмашвтуз, 2010 Содержание
- •1. Физические свойства грунтов 7
- •2. Механические свойства грунтов 23
- •3. Определение напряжений в массиве грунта 39
- •4. Теория предельного напряженного состояния грунтов 51
- •5. Расчет осадок фундаментов 56
- •6. Изменение осадок во времени 68
- •7. Проектирование оснований и фундаментов по предельным состояниям 81
- •8. Фундаменты на естественных основаниях 96
- •9. Свайные фундаменты 114
- •Введение
- •Физические свойства грунтов
- •Состав грунтов и свойства их составных частей
- •Классификация по происхождению
- •Классификация по зерновому составу
- •Виды воды в грунте и их свойства
- •Влияние газа, содержащегося в порах грунта, на его свойства
- •Структура и текстура грунтов
- •Характеристики физического состояния грунтов
- •Определяемые характеристики грунта
- •Вычисляемые характеристики грунта
- •Состояния пылевато-глинистых грунтов
- •Состояния сыпучих грунтов по плотности сложения
- •Классификация грунтов по гост 25100-95
- •Механические свойства грунтов
- •Основные закономерности механики грунтов
- •Закон уплотнения
- •Компрессионная зависимость
- •Коэффициент относительной сжимаемости
- •Закон уплотнения и линейная деформируемость грунтов.
- •Структурная прочность грунтов.
- •Напряженное состояние грунта при компрессионных испытаниях.
- •Определение модуля деформации грунта
- •Водопроницаемость грунтов
- •Закон ламинарной фильтрации
- •О начальном градиенте в глинистых грунтах
- •Давление в водонасыщенных грунтах
- •Сопротивление грунтов сдвигу
- •Сопротивление сдвигу сыпучих грунтов
- •Сопротивление сдвигу связных грунтов
- •Сопротивление грунтов сдвигу при трехосном сжатии
- •Определение напряжений в массиве грунта
- •Применимость решений теории упругости к грунтам
- •Фазы напряженного состояния грунта
- •Основные допущения
- •Определение напряжений в массиве грунта от действия внешних нагрузок
- •Действие сосредоточенной силы на упругое полупространство (задача Буссинеска)
- •Действие нескольких сил
- •Действие равномерно распределенного давления
- •Действие равномерно распределенной полосовой нагрузки (плоская задача)
- •Напряжения от действия собственного веса грунта
- •Распределение напряжений по подошве жестких фундаментов (контактная задача)
- •Определение перемещений
- •Теория предельного напряженного состояния грунтов
- •Общие положения
- •Устойчивость грунтов в основании сооружений
- •Развитие предельного напряженного состояния в основании жестких штампов
- •Критические нагрузки на грунт основания при полосообразной нагрузке
- •Расчет осадок фундаментов
- •Осадка слоя грунта при сплошной нагрузке
- •А) расчетная схема нагруженного слоя; б) компрессионная кривая
- •Метод послойного суммирования
- •Метод эквивалентного слоя
- •Вывод основной зависимости
- •Определение осадки при слоистом основании
- •Метод линейно деформируемого слоя
- •Определение осадки
- •Определение толщины линейно деформируемого слоя
- •Изменение осадок во времени
- •Теория фильтрационной консолидации
- •Осадка слоя грунта при сплошной нагрузке
- •Степень консолидации осадки и эпюры уплотняющих давлений
- •Однородный грунт при двусторонней фильтрации
- •Реологические процессы в грунтах
- •Длительная прочность и релаксация напряжений
- •Деформации ползучести грунтов и методы их описания
- •Учет ползучести грунтов при прогнозе осадок сооружений
- •Проектирование оснований и фундаментов по предельным состояниям
- •Метод расчета конструкций по предельным состояниям
- •Сущность метода
- •Две группы предельных состояний
- •Классификация нагрузок
- •Нормативные и расчетные характеристики материалов
- •Степень ответственности зданий и сооружений
- •Коэффициент условий работы конструкции
- •Основные типы сооружений по жесткости и характер их деформаций
- •Формы деформаций и смещений сооружений
- •Предельные состояния оснований и фундаментов
- •Причины возникновения неравномерных осадок
- •Выбор типа и глубины заложения фундаментов
- •Инженерно-геологические условия площадки строительства
- •Климатические факторы
- •Особенности сооружений
- •Фундаменты на естественных основаниях
- •Определение расчетного сопротивления грунта
- •Центрально нагруженный фундамент
- •Внецентренно нагруженный фундамент
- •Проверка давления на подстилающий слой слабого грунта
- •Конструкции фундаментов
- •Типы фундаментов
- •Каменные и бетонные фундаменты
- •Железобетонные монолитные фундаменты
- •Сборные ленточные фундаменты
- •Защита помещений от подземных вод и сырости
- •Расчет фундаментов на продавливание
- •Свайные фундаменты
- •Типы свай и виды свайных фундаментов
- •Сваи, погружаемые в грунт в готовом виде
- •Сваи, изготавливаемые в грунте
- •Определение несущей способности свай
- •Расчет на прочность свай по материалу
- •Расчет на прочность свай по грунту
- •Проектирование свайных фундаментов.
- •Работа свай в кусте.
- •Центрально нагруженные фундаменты
- •Внецентренно нагруженные фундаменты.
- •Свайные фундаменты, воспринимающие горизонтальную нагрузку
- •Определение осадки свайных фундаментов
- •Возникновение отрицательного трения
- •Литература
Изменение осадок во времени
Опыт строительства сооружений на пылевато-глинистых грунтах показывает, что осадки фундаментов происходят не мгновенно, а развиваются постепенно. В некоторых случаях нарастание осадок происходит несколько лет, десятилетий и даже столетий.
В то же время осадки зданий, возводимых на песчаных грунтах, происходят, в основном, за время строительства.
Медленное нарастание осадок насыщенных водой пылевато-глинистых грунтов обусловлено тем, что для их уплотнения необходимо вытеснить из пор воду. Вследствие малой водопроницаемости таких грунтов этот процесс очень длительный.
Методы определения осадок, рассмотренные выше, позволяют рассчитать конечную осадку фундамента, но оставляют без ответа вопрос, сколько времени она будет продолжаться.
Процесс постепенного уплотнения грунтов, связанный с выдавливанием воды из пор, называется фильтрационной консолидацией грунта.
Деформация во времени пылевато-глинистых грунтов связана не только с процессом уплотнения, но и с явлением ползучести грунта. Ползучестью материала называется процесс увеличения деформации при постоянных напряжениях.
Ползучесть пылевато-глинистых грунтов объясняется ползучестью тонких пленок связанной воды, окружающей твердые частицы, а также ползучестью цементирующего вещества.
Ползучесть грунтов называется вторичной консолидацией грунта.
Теория фильтрационной консолидации
Осадка слоя грунта при сплошной нагрузке
Теория фильтрационной консолидации основана на следующих предпосылках (рис. 6 .41):
рассматриваемый слой толщиной сложен однородным грунтом, полностью насыщенным свободной, несжимаемой и гидравлически непрерывной водой;
скелет грунта представляет собой линейно деформируемое тело; напряжения, возникающие в нем, мгновенно вызывают его деформации;
грунт не обладает структурой прочностью, поэтому внешнее давление в момент времени, следующий за моментом приложения нагрузки, полностью передается на воду;
движение воды в порах грунта соответствует закону ламинарной фильтрации Дарси.
В 1922 г. акад. Н.Н. Павловский доказал, что на глубине для элементарного слоя в грунтовой массе увеличение удельного расхода воды равно уменьшению пористости грунта :
. (6.0)
Удельный расход воды равен скорости фильтрации: .
Рис. 6.41. Процесс консолидации грунта при сплошной нагрузке
Преобразуем левую и правую части уравнения. Для левой части по закону ламинарной фильтрации ( 2 .0) с учетом ( 2 .0) можно записать:
. (У1)
(Знак минус поставлен потому, что скорость фильтрации ( ) следует считать отрицательной, т.к. вода фильтрует в отрицательном направлении оси , а напор увеличивается в положительном направлении ).
Тогда
.
Но напор, создаваемый внешней нагрузкой, равен:
,
откуда
. (У2)
Следовательно,
. (У3)
Выполним преобразование правой части уравнения ( 6 .0). Учитывая, что ( 1 .0), и пренебрегая в знаменателе изменением коэффициента пористости по сравнению с единицей и взяв его некоторое среднее значение, получим:
. (У4)
Из закона уплотнения ( 2 .0) следует:
.
Подставим значение в уравнение (У4):
. (У5)
Теперь подставим (У3) и (У5) в ( 6 .0):
. (У6)
Обозначив постоянный множитель в левой части , получим дифференциальное уравнение консолидации грунтов при одномерной фильтрации:
, (6.0)
где - коэффициент консолидации грунта, вычисляемый по формуле:
. (6.0)
Уравнение ( 6 .0) – это линейное дифференциальное уравнение второго порядка в частных производных. Его решение находится в виде ряда Фурье для любого отрезка времени с начала загружения:
. (6.0)
Здесь: - положительное целое число натурального ряда; - толщина слоя; - время с момента загружения.
; (6.0)
Абсолютная деформация слоя толщиной в соответствии с ( 5 .0) равна: . Следовательно, осадка поверхности слоя толщиной будет вычисляться по формуле:
. (6.0)