Глубина сжимаемой толщи грунтов основания обозначается

6.1. Определение глубины сжимаемой толщи фундаментами

1. Определяются дополнительные вертикальные напряжения по оси фундамента на глубине z от подошвы фундаментной плиты усиления, рассчитываемые по формуле (табл.2):

_zр=  р_о , (32)

где  – коэффициент изменения дополнительного напряжения по глубине основания, принимаемый по прил. 2 [4] в зависимости от относительной глубины, равной ;

–дополнительное вертикальное давление на основание, кПа;

p  среднее давление под подошвой фундамента, кПа (см. формулу 19); d – глубина заложения фундамента, м.

		
0
0,8
…
10,0

3. По данным табл.2 строятся эпюры дополнительного вертикального напряжения по оси фундамента на глубине z от подошвы фундаментной плиты усиления _z_р и вертикального напряжения от собственного веса грунта _zg (рис. 16). 4. Находят глубину сжимаемой толщи по осям А и Б при z=H_c там , где выполняется условие σ_zp=0,2σ_zg .

6.2. Расчет дополнительных осадок фундаментов

Расчет осадки S производится по формуле [4, прил. 2]: (34) c последующей оценкой выполнении условия (35) в котором S_u – предельное значение совместной деформации основания и здания [8, табл. П.2.2]. Рис. 16. Схема к определению дополнительной осадки фундамента по его оси после надстройки здания: d – глубина заложения фундамента; Н_с – глубина сжимаемой толщи Вычисляется относительная разность осадок фундаментов S по осям А и Б с проверкой выполнения условия , (36) где ()_и–предельный дополнительный крен [8, табл.П.2.2 ]. ∆S = S_A – S_Б , (37) S_А и S_Б – осадка фундамента под стены здания по осям А и Б, м; L– расстояние между осями А и Б, м. Необходимо сделать вывод о согласованности осадки и крена фундамента с требованиями прил.2. 7. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ НАДСТРОЕННОГО ЗДАНИЯ НА ОСАДКУ РАСПОЛОЖЕННОГО РЯДОМ [4] В основу рассматриваемой оценки положена методика, разработанная на кафедре геотехники СПбАСУ [8].

Дополнительные вертикальные напряжения σ_zpαf на глубине z по вертикали, проходящей через центр фундамента рядом стоящего здания Ф-2 с учетом влияния фундамента надстраиваемого здания Ф-1, определяются по формуле ( рис. 17):

, (38) где σ_zpα_i– напряжения, определенные методом угловых точек [4, прил.2 п.3].

Вертикальное напряжение от собственного веса грунта σ_z_q на границе слоя, расположенного на глубине z от подошвы фундамента

Ф-1, вычисляется по формуле , ( 39) γ ‘ _II – удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента; d – глубина заложения фундамента Ф-1; γ_i_,h_i – соответственно удельный вес и толщина i-го слоя грунта. Удельный вес грунта, залегающий ниже уровня подземных вод, но выше водоупора, должен приниматься с учетом взвешивающего действия воды (см. п.1). При определении σ_zq в водоупорном слое следует учитывать давление столба воды, расположенного выше .

При определении дополнительного давления σ_zpαf по оси фундамента Ф-2 от влияния фундамента Ф-1 (см. рис.17) значение давления σ_zpαf определяется попарным суммированием дополнительных напряжений σ_zp__i₁ и σ_zp__i₂ от влияния фундамента Ф-1. Расчет ведется методом угловых точек по формуле

, (40) где α – коэффициент, принимаемый по табл.1 прил.2 [4]; р_о=р–σ_zqo – дополнительное вертикальное давление на основание; р – среднее давление под подошвой фундамента (19); σ_zqo = _IId – вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента; σ_zpα_i₁– принимается как алгебраическая сумма напряжений на рассматриваемой глубине в угловой точке М двух загруженных площадей (фиктивных фундаментов):MLEJ и MNDL с положительным давлением p_o. σ_zpα_i₁= 0,25(_MLEJ + _MNDL )р_о.σ_zpα_i₂– принимается как алгебраическая сумма напряжений на рассматриваемой глубине в угловой точке М двух загруженных площадей (фиктивных фундаментов): MLEJ и MNDL с положительным давлением p₀. σ_zpα_i₂=0,25(_M_К_FJ + _MN_СК )(-р_о). Определение напряжений следует вести в табличной форме ( табл.3). Величина дополнительной осадки фундамента Ф-2 определяется по формуле . (41) Таблица 3 Определение вертикальных напряжений по оси фундамента Ф-2

Глубина z,м		Коэффициенты				Напряжения, кПа					Модуль дефор-мации грунта, МПа
		_MLEJ	_MNDL	_MKFJ	_MNCK	от внешней нагрузки			от собст-венного веса груза
						σ_zp__i1	σ_zp__i2	σ_zp__f	σ_zq	0.2σ_zq
0	0 0,4 0,8 1,2 4,0 4,4	1,00	1,00	1,00	1,00

Нижняя граница сжимаемой толщи основания ВС (см.рис.17) принимается на глубине z=H_c , где выполняется условие σ_zp +σ_zp__f= 0,2 σ_zg , в котором: σ_zp – напряжение на глубине z=H_c, по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, определяемое по формуле ( 32); σ_zg – вертикальное напряжение от собственного веса грунта, определяемое по формуле (33). Величину дополнительной осадки S_ad_._max сравнивают с предельной величиной наибольшей дополнительной осадки S_ad_._max_,_u (см. прил.2 табл. П 2.2) S_adu S_ad_,_max_,_u . (42) Необходимо сделать вывод о выполнении этого условия 8. ЗАКЛЮЧЕНИЕ В заключении делается вывод о возможности надстройки здания заданным количеством этажей, при условии усиления его фундаментов. Приводится перечень конструктивных мероприятий с значениями параметров, обеспечивающих эксплуатационную надежность здания.

ОПРЕДЛЕНИЕ ГЛУБИНЫ СЖИМАЕМОЙ ТОЛЩИ ОСНОВАНИЯ С УЧЕТОМ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Халтурина Л. В., Криворотов А. П., Кусковский В. С.

На основании экспериментальных исследований сделан вывод о необходимости учета реальных свойств грунтов и процессов, происходящих в грунтовых основаниях, в расчете оснований по деформациям. Глубину сжимаемой толщи оснований, сложенных лессовидными грунтами , рекомендовано определять с учетом величины структурной прочности грунта.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «ОПРЕДЛЕНИЕ ГЛУБИНЫ СЖИМАЕМОЙ ТОЛЩИ ОСНОВАНИЯ С УЧЕТОМ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ»

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ВИНТОВЫХ СВАЙ В ГРУНТОВЫХ ОСНОВАНИЯХ

ПО ВЕЛИЧИНЕ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА

Следует также заметить, что взаимосвязь крутящего момента, необходимого для погружения сваи, и прочностных характеристик грунтов позволяет получать дополнительную информацию об инженерно-геологических условиях площадки строительства и может в значительной мере дополнять стандартные методы инженерно-

геологических изысканий, особенно при недостаточном количестве последних.

Очевидно, что необходима разработка нормативного документа регламентирующего метод определения несущей способности винтовых свай по величине крутящего момента, необходимого для ее закручивания. Данный документ позволит повысить уровень надежности объектов, возводимых на винтовых сваях, при низкой себестоимости предлагаемого метода.

1. СП 24.13330.2011. Свайные фундаменты. — М.: ОАО «ЦПП», 2011. — 90 с.

2. Hoyt, R.M. Uplift Capacity of Helical Anchors in Soil / R. M. Hoyt, S. P. Clemence // Proceedings of the 12th International Conference on Soil Mechanics

and Foundation Engineering. — Rio de Janeiro, 1989. — Vol. 2. — P. 1019-1022.

3. Perko, H. A. Helical Piles: A practical guide to design and installation. — New Jersey: John Wiley and Sons, 2009. — 512 p.

4. Livneh, B. Axial testing and numerical modeling of square shaft helical piles under compressive and tensile loading / B. Livneh, M. H. El Naggar // Canadian Geotechnical Journal. — 2008. — Vol. 45, № 8. — P. 1142-1155.

5. Tsuha, C. de H. C. Relationship between installation torque and uplift capacity of deep helical piles in sand / C. de H. C. Tsuha, N. Aoki // Canadian Geotechnical Journal. — 2010. — Vol. 47, № 6. — P. 635647.

6. Ghaly, A. Installation torque of screw anchor in dry sand / A. Ghaly, A. Hanna, M. Hanna // Soils and foundations. — 1991. — Vol. 31, № 2. — P. 77-92.

7. Ghaly, A. Drivability and pullout resistance of helical units in saturated sands // Soils and foundations. -1995. — Vol. 35, № 2. — P. 61-66.

Железков, В.Н. Винтовые сваи в энергетических и других отраслях строительства. — СПб.: Издательский дом «Прагма», 2004. — 125 с.

Халтурин А.Ю. — аспирант, Алтайский государственный технический университет, E-mail: khalt.alex@gmail.com.

ОПРЕДЛЕНИЕ ГЛУБИНЫ СЖИМАЕМОЙ ТОЛЩИ ОСНОВАНИЯ С УЧЕТОМ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ

Л.В. Халтурина, А.П. Криворотов, В.С. Кусковский

На основании экспериментальных исследований сделан вывод о необходимости учета реальных свойств грунтов и процессов, происходящих в грунтовых основаниях, в расчете оснований по деформациям. Глубину сжимаемой толщи оснований, сложенных лессовидными грунтами, рекомендовано определять с учетом величины структурной прочности грунта.

Ключевые слова: пылевато-глинистое основание, глубина сжимаемой толщи, напряженное и деформирование состояние, структурная прочность, лессовидные грунты.

В действующем с 20 мая 2011 г. СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений» [1], в части указаний по расчету деформаций оснований имеется ряд изменений по сравнению со СНиП 2.02.01-83*. Согласно п. 5.6.6 СП 22.13330.2011 «расчет деформаций основания фундамента при среднем давлении под подошвой фундамента р, не превышающем расчетное сопротивление грунта R, следует выполнять, применяя расчетную схему в виде линейно деформируемого полупространства с условным ограничением глубины сжимаемой толщи Нс». Расчет-

ную схему в виде линейно деформируемого слоя допускается применять только для предварительных расчетов деформаций основания фундаментов сооружений II и III уровней ответственности при соблюдении ряда оговоренных условий. Для определения осадки основания фундамента с использованием расчетной схемы в виде линейно деформируемого полупространства, рекомендован метод послойного суммирования. Но, согласно п. 5.6.31 СП 22.13330.2011, осадку основания фундамента следует определять с учетом как среднего значения вертикального

При этом в расчете осадок используются модули деформации ¡-го слоя грунта по ветви первичного нагружения E¡ и по ветви вторичного нагружения Ее,¡. Таким образом, учтен фактор разгрузки основания при отрывке котлована. В соответствии с п. 5.6.41 СП 22.13330.2011, нижнюю границу сжимаемой толщи основания в общем случае следует принимать на глубине, где вертикальные напряжения от внешней нагрузки

Очевидно, что корректировка размеров сжимаемой толщи основания в нормативном расчете осадок фундаментов [1] произведена на основании многочисленных экспериментальных исследований по установлению фактических размеров зоны сжатия и обоснованию справедливости ограничения зоны сжатия основания. Такие исследования в натурных условиях проводились Р.Х. Хакимовым, К.Е. Егоровым, П.А. Коноваловым, Ю.Ф. Туга-енко, В.В. Михеевым, Л.А. Шелестом, В.Б. Швецом, Г.Б. Кульчитским и другими авторами. Несмотря на различные условия проведения опытов и на отличающиеся свойства грунтов в основаниях, большинство авторов получили важный вывод о том, что фактическая глубина зоны сжатия исследуемых грунтовых оснований в 1,5 — 3 раза меньше, чем по расчету методами линейно деформируемой среды, и расчетные осадки (при прочих равных условиях) получаются больше измеренных.

Комплексные экспериментальные исследования по измерению всех компонент тензора напряжений и тензора деформаций в пылевато-глинистом основании жесткого штампа, проведенные в лабораторных условиях автором статьи Л.В. Халтуриной и профессором А.П. Криворотовым, позволили также сделать важные выводы о поведении системы «жесткий штамп — грунтовое осно-

вание, сложенное плотными маловлажными суглинками нарушенной структуры» [2]. В опытах были созданы условия плоской деформации основания (рисунки 1, 2). Исследовался суглинок со следующими характери-

стиками: плотность р = 1,95 т/м ; влажность И/= 0,15; число пластичности = 0,12; показатель текучести ^ = -0,3; модуль деформации по результатам компрессионных испытаний Е = 8 МПа, угол внутреннего трения

Рисунок 1 — Положение датчиков давление в лотке после частичного удаления грунта по окончании опыта по измерению вертикальных напряжений

Рисунок 2 — Положение деформометров в лотке после частичного удаления грунта по окончании опыта по измерению вертикальных деформаций

Как видно из рисунка 3, по опытным данным вертикальные напряжения а2 с глубиной убывают значительно быстрее, чем это следует из решений теории линейно деформируемой среды, как для жесткого штампа, так и для равномерно-распределенной нагрузки на поверхности основания. Величина измерен-

ных вертикальных напряжений на глубине 3,67Ь оказалась на 50 % меньше расчетных для обоих решений линейной задачи. По результатам измерения напряжений глубина зоны получилась значительно меньшей, чем вычисленная с применением расчетной схемы в виде линейно деформируемого полупространства: по СНиП 2.02.01- 83* эта разница составила более чем в 3 раза, по СП 22.13330.2011 — примерно в 2,4 раза.

опытные данные; —х— теория

линейно деформируемой среды, жесткий штамп; —*— равномерно распределенная нагрузка на поверхности основания. Рисунок 3 — Распределение вертикальных а2 и горизонтальных

Таким образом, для плотных маловлажных суглинков при определении границы сжимаемой толщи в методе послойного суммирования изменение коэффициента с 0,2 на 0,5 существенно не повлияло на сближение опытных и расчетных данных: разница в осадках исследуемого основания жесткого штампа составила всего 0,001 м.

Экспериментально доказано также, что с ростом давления на основание, мощность сжимаемой толщи увеличивается интенсивнее роста давления. Опыты с плотными суглинками нарушенной структуры, проведенные в лабораторных условиях, согласуются с выводами П.А. Коновалова [3] и других исследователей о значительно более низкой распределительной способности пылевато-глинистых грунтов, чем это предусмотрено моделью линейно деформируемой среды. Г.Е. Лазебник и А.А. Смирнов в 1964 г. по ре-

зультатам полевых опытов по измерению напряжений под жестким ленточным фундаментом сделали вывод, что распределительная способность грунта тем меньше, чем менее связным является грунт.

Отметим некоторые полученные в наших опытах результаты, характеризующие особенности напряженного и деформированного состояний исследуемого основания. Как видно из рисунка 3, в точках центральной вертикали системы «штамп-основание» наблюдается некоторая концентрация напряжений а2 и деконцентрация напряжений ах по сравнению с результатами линейного решения задачи, когда нагрузка на основание передается через жесткий штамп. Вертикальные напряжения а2 имеют максимум на глубине г = (0,170,5) £>; горизонтальные напряжения

Аналогичные результаты при других условиях проведения опытов для глинистых грунтов, включая лессовидные, получены М.Ю. Абелевым, С.С. Вяловым, Г.И. Кравцовым, А.П. Криворотовым, Г.Е. Лазебником, А.П. Миндичем, А.С. Полищуком, В.М. Чики-шевым и др.

В пределах активной зоны сжатия основания, измеренные вертикальные и горизонтальные ех=е3 деформации вдоль центральной вертикали в несколько раз превышают вычисленные по формуле закона Гука с использованием теоретических напряжений в предположении изотропности среды (рисунок 4).

опытные значения; —х— теория

линейно деформируемой среды, жесткий штамп; —*— равномерно распределенная нагрузка на поверхности основания

Рисунок 4 — Распределение главных относительных деформаций вдоль центральной вертикали штампа: а) при р=0,1 МН/м2; б) при р=0,3 МН/м2

В отличие от теоретических данных, опыты показали, что осадка штампа более чем на 80% обусловлена сжатием слоя грунта глубиной около 1,7Ь. Зависимости между нагрузками и измеренными осадками, а также между напряжениями и деформациями, близки к линейным лишь при значениях р

Модули деформации Е-| и Е3, вычисленные по формулам закона Гука с использованием измеренных напряжений и деформаций, в различных «точках» основания штампа различны и изменяются с ростом давления: основание обладает заметной деформационной неоднородностью, характер которой изменяется при увеличении давления на основание (рисунок 5).

Рисунок 5 — Изменение модулей деформации Е-| и Е3 вдоль центральной вертикали штампа при р = 0,1; 0,2; 0,3 МН/м2

Сделан вывод о том, что изменчивость модулей деформации должна, несомненно, подлежать учету в расчете осадок фундаментов. Необходимость такого учета для большинства разновидностей грунтов доказана экспериментальными исследованиями многих авторов и обоснована, например, в работе А.П. Криворотова [4].

Можно предположить, что в СП 22.13330.2011 аналогом формулы (1) послужила формула для расчета осадок методом послойного суммирования, принятая в СП 23.13330.2011 (СНиП 2.02.02-85*) «Основания гидротехнических сооружений».

Но, если для оснований гидротехнических сооружений в расчете осадок учтена изменчивость модулей деформации грунта в

зависимости от уровня действующих напряжений, то в расчете оснований зданий и сооружений по формуле (1), эта изменчивость, как и прежде, не учитывается.

Опыты А.П. Криворотова, А.Л. Крыжа-новского, Г.М. Ломизе, М.В. Малышева, Ю.Н. Мурзенко и многих других показали, что «поведение» песчаных оснований отличается от принятого моделью линейно деформируемой среды, в значительно большей степени, чем «поведение» оснований, сложенных глинистыми грунтами.

Введение коэффициента 0,5 при определении размеров сжимаемой толщи в расчете осадок фундаментов по СП 22.13330.2011, хотя в общем случае и сближает расчетные и опытные размеры сжимаемой толщи, но, по-прежнему, его выбранное значение является достаточно условным. Заложенный в нормативные документы критерий установления глубины сжимаемой толщи не учитывает многие факторы, в том числе свойства грунтов, слагающих основание, а значит и не отражает фактического распространения деформаций по глубине основания. Глубину сжимаемой толщи каким-либо способом искусственно ограничивают все существующие методы расчета осадок фундаментов, основанные на теории упругости. Определение нижней границы сжимаемой толщи является необходимым условием расчета не только традиционными методами, но и при расчетах грунтовых оснований с помощью современных геотехнических программных комплексов. Некоторые нелинейные модели грунтов, не позволяют автоматически определять границу сжимаемой толщи.

Исследования Н.А. Цытовича показали, что «. размер активной зоны сжатия зависит от напряжений, испытываемых грунтом на глубине, от уплотненности (плотности сложения песчаных грунтов и консистенции глинистых) и структурной прочности грунтов. Для глинистых грунтов мы рекомендуем активную зону сжатия определять из условия: max az [

pстр, то есть учитывать сжатие слоев грунта лишь до глубины, где возникающие сжимающие напряжения будут больше структурной прочности грунтов; причем для вязких, туго-пластичных и твердых глин необходимо учесть и уменьшающее влияние начального градиента напора; получаемые же размеры активной зоны сжатия, как правило, могут не совпадать с обычными рекомендациями, но будут отвечать физической природе явления, что и подтверждается результатами натурных наблюдений . » [6].

Экспериментально-теоретические исследования лессовидных грунтов и оснований, сложенных такими грунтами [7, 8] доказывают, что учет структурных характеристик грунта при оценке его сжимаемости имеет важное практическое значение и позволяет, в частности, более точно определить глубину сжимаемой зоны оснований при расчете осадок фундаментов. На основании проведенных исследований [8] М.А. Осиповой получены величины структурной прочности нескольких разновидностей лессовидных суглинков и лессовидных супесей, при различных физико-механических характеристиках этих грунтов. По результатам исследований рекомендовано нижнюю границу сжимаемой толщи грунтового основания, сложенного лессовидными грунтами, определять из условия равенства величины напряжений от дополнительной нагрузки и величины структурной прочности грунта. По данным [8], зона сжатия основания фундаментов, определенная из таких условий, получается на 15-25 % меньше по сравнению с рассчитанной по СНиП 2.02.01-83* (по СП 22.13330.2011 — разница немного сокращается). Учет уменьшения сжимаемой толщи основания при одинаковых исходных данных, приводит к снижению расчетной осадки (до 40% для оснований с модулем деформации меньше 5 МПа).

Учет структурных характеристик грунтов при оценке их сжимаемости позволяет более точно определить глубину сжимаемой зоны, как правило, уменьшить ее и более точно определить величину осадки основания. При этом размер сжимаемой толщи непосредственно связан с одной из важных характеристик грунта — его структурной прочностью, что имеет физический смысл и отвечает его реальной природе.

Традиционный метод расчета оснований по деформациям с использованием расчетной схемы в виде линейно деформируемого

полупространства узаконен СП 22.13330.2011 и остается наиболее применимым при проектировании объектов массового строительства. Исходные предпосылки расчетной схемы линейно деформируемого полупространства имеют значительные расхождения с реальными свойствами грунтов и процессами, происходящими в грунтовых основаниях под воздействием внешних нагрузок и других факторов. Для повышения надежности полученных расчетом результатов эффективным является путь совершенствования нормативного метода расчета оснований по деформациям при максимальном учете свойств конкретных грунтов и особенностей их деформирования. Это может быть достигнуто только на основании постоянного накопления и аналитического обобщения экспериментального материала, полученного в результате лабораторных и натурных исследований при разных условиях проведения опытов с учетом значительного разнообразия свойств грунтов.

1. СП 22.13330.2011 Основания зданий и сооружений. — М., 2011. — 138 с.

2. Халтурина, Л.В. Напряженно деформированное состояние глинистого основания жесткого полосового штампа [Текст] / Л.В. Халтурина // Изв. вузов. Строительство. — 1995. — N 1. — С. 15-21.

3. Коновалов, П.А. Основания и фундаменты реконструируемых зданий [Текст] / П.А. Коновалов -М., 2000. — 317 с.

4. Криворотов, А.П. О совершенствовании метода послойного суммирования деформаций в расчете осадок фундаментов [Текст] / А.П. Криворотов // Изв. вузов. Строительство. — 1995. — N 10. — С. 4047.

5. Бугров, А.К. Анизотропные грунты и основания сооружений [Текст] / А.К. Бугров, А.И. Голубев -С.- Петербург: Недра, 1993. — 245 с.

6. Цытович, Н.А. Механика грунтов [Текст] / Н.А. Цытович. — М: Высшая школа, 1983. — 288 с.

7. Швецов, Г.И. Лессовые породы Западной Сибири и методы устройства оснований и фундаментов / Г.И.Швецов — М.: Высшая школа, 2000. — 244 с.

8. Осипова, М.А. Рекомендации по расчету осадок оснований с учетом структурной прочности лессовых грунтов / М.А. Осипова, И.В. Носков // Ползу-новский вестник. — 2011. — N 1. — С. 167-170.

Халтурина Л.В. — к.т.н., доцент, Алтайский государственный технический университет, E-mail: khalt.alex@gmail.com, Криворотов А.П. — д.т.н., профессор, Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет, Кусковский В.С. — д.г.-м.н., в.н.с., Институт нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН.

61. Расчет многосекционного дома на грунтовом основании

Автор: Канев Данил

В современной строительной практике часто проектируются и строятся не отдельные здания, а целые комплексы зданий или многосекционные здания, каждая секция которых имеет свой фундамент, что требует учета взаимовлияния зданий друг на друга и накладывает определенные сложности при расчете. ПК ЛИРА 10 позволяет успешно решить эту проблему, более того, можно просчитывать фундаменты, лежащие в разных уровнях.

На примере расчета многосекционного здания (рис. 1) рассмотрим особенности моделирования таких зданий.

Рис. 1. Расчетная модель многосекционного здания

Фундамент этого здания не только разделен на несколько частей деформационными швами, но и имеет различные высотные отметки.

Рассмотрим алгоритм моделирования взаимодействия сооружения с грунтом основания.

Выделяем элемент фундамента, для удобства работы в дальнейшем, можно создать новую вкладку. Для этого нужно нажать на плюс в правом верхнем углу (рис. 2).
В команде «Упругое основание» выбираем «Пластины» и ставим галочку «Уточнять по модели грунта» (рис. 2). В первом приближении, пока мы не знаем, какая реальная нагрузка будет приходить на грунт основания, можем задать приблизительное значение нагрузки, опираясь на опыт. После заполнения всех полей необходимо нажать кнопку «Назначить».

Рис. 2. Задание параметров упругого основания

Переходим в «Редактор грунта». В редакторе грунта необходимо задать расположение скважин, задать свойства инженерно-геологических элементов согласно отчета об инженерно-геологических изысканиях. По умолчанию в свойствах скважин задаётся глубина залегания слоев. При задании свойств скважин, удобно указывать абсолютную отметку устья скважины, для чего в интерфейсе имеется соответствующее поле.

Рис. 3. Задание скважин

После добавления скважин и задания всех параметров необходимо указать абсолютную отметку фундаментной плиты. Для этого нужно левой кнопкой мыши указать на любой элемент и задать в соответствующем поле высотную отметку (рис. 4).

Рис. 4. Задание абсолютной отметки фундамента

Многоуровневость фундаментной плиты программой оценивается автоматически в соответствии с расчетной схемой. При этом, фундаментная плиты может иметь и разрывы, что не повлияет на расчет.

Если сделать разрез, то на нем хорошо видно, что плита имеет разные уровни (рис. 5).

Рис. 5. Разрез по фундаменту

Далее необходимо задать параметры для расчета и выполнить определение коэффициентов постели.

С методами расчета коэффициентов постели можно ознакомится в одной из предыдущих заметок.

Дополнительно обратим внимание на величину, которую многие пользователи оставляют без внимания, а именно, минимальную глубину сжимаемой толщи (рис. 6).

Рис. 6. Задание характеристик расчета

Минимальная глубина сжимаемой толщи должна быть определена по п. 5.6.41 СП 22.13330.

При этом глубина сжимаемой толщи не должна быть меньше Hmin, равной b/2 при b≤10 м, (4+0,1b) при 1060 м. Где b – меньшая сторона фундамента.

В нашем примере она составит Hmin=4+0.1b=4+0.1·17=5.7 м.

Производим расчет коэффициентов постели.

Как известно, коэффициенты постели дают нам связь только по вертикальному направлению, и, если мы не закрепим модель в горизонтальных направлениях, то программа выдаст нам ошибку о геометрической изменяемости системы. Существует несколько методов закрепления основания: жесткое защемление всей плиты от горизонтальных смещений, закрепление крестом, закрепление упругими связями. Последний метод является более предпочтительным. В рамках данной заметки мы не будем рассматривать подробно плюсы и минусы различных методик, возможно вынесем их в отдельную заметку.

После задания закреплений, можно отправлять задачу на расчет, мы помним, что в начальном приближении задали произвольную нагрузку, после проведения расчета нам нужно уточнить нагрузку на грунт.

Последовательность действий следующая:

Включаем РСН и выводим результаты по пластинам
Включаем отображение Rz.
Переходим во вкладку «Спец. результаты»
Выбираем команду «Преобразование результатов в исходные данные»
Тип сочетания – нормативное. Нажимаем на кнопку «Преобразовать»
Переходим в исходные данные и пересчитываем задачу.

При пересчете, ПК ЛИРА 10 задаст вопрос «Параметры грунтового основания необходимо пересчитать. Пересчитать?». Нажимаем «Да».

Таких итераций может быть произведено до 6. Критерием остановки тут должны служить коэффициенты постели, а именно, их изменения. Т.е. после очередной итерации коэффициенты не должны значительно изменится. Результаты определения коэффициентов постели приведены на рисунке 7.

Рис. 7. Результаты определения коэффициентов постели.

Если у вас возникли вопросы, вы можете задать их нашим специалистам в чате на сайте, на форуме ЛИРА 10 или в теме обсуждения в социальной сети «Вконтакте»

Заметки эксперта

Новости

Публикации

Вебинары

ЛИРА софт приняла участие в знаковом событии — международном форуме, посвященный устойчивости зданий к сейсмическим угрозам в Satbayev University.

05 марта 2024

Приглашаем принять участие в обучающем онлайн-проекте — BIM-факультет АСКОН. ЛИРА софт выступила одним из спикеров и партнеров проекта.

05 марта 2024

Присоединяйтесь к ЛИРА софт на серии вебинаров Russian BIM Days, организованных ИЕСОФТ совместно с Академией Осознанного Проектирования.

22 февраля 2024

Алексей Колесников, технический директор ЛИРА софт, выступит 29 февраля в 13:30 на площадке Amber Plaza в рамках конференции «IT в архитектуре и строительстве. Вызовы 2024».

20 февраля 2024

Выполнено формирование информационной модели многоэтажного
жилого здания в BIM-системе Renga. Проведен экспорт модели и расчет конструктивной
системы здания в ПК Лира 10.12. Представлены результаты моделирования и
проектирования.

12 февраля 2024

В большинстве опытов по испытанию адгезионных соединений измеряется средняя адгезионная прочность. Данная величина вычисляется как отношение разрушающей нагрузки к площади склейки. Подобный подход подразумевает равномерное распределение касательных напряжений. Исследователи давно обнаружили, что средняя адгезионная прочность соединения является сильной функцией геометрических [1] и физико-механических параметров модели и, следовательно, делает малоинформативными и несопоставимыми экспериментальные данные, выполненные на отличающихся образцах. Малочисленные результаты по измерению касательных напряжений по площади склейки с использованием преимущественно поляризационно-оптических методов [2] показывают, что распределение напряжений является нелинейной функцией. При этом наблюдается концентрация напряжений у торцов модели. В связи с этими фактами возникает необходимость детального изучения напряженно-деформированного состояния адгезионных соединений.

06 июня 2019

В статье рассмотрено практическое применение методики нелинейного статического анализа сейсмостойкости зданий и сооружений. Произведен расчет одноэтажной стальной рамы нелинейным статическим и нелинейным динамическим методами. В результате анализа полученных результатов расчета показана значимость высших форм колебаний и необходимость анализа их влияния на реакцию системы.

06 февраля 2018

С помощью современного программно-вычислительного комплекса ЛИРА 10.6 выполнена сравнительная оценка напряженно–деформированного состояния не поврежденного и коррозионно-поврежденного железобетонного элемента при динамическом и статическом нагружении. Проанализировано влияния ослабленного коррозией бетонного участка сжатой зоны на перераспределение напряжений в сечении.

25 января 2018
Покажем взаимодействие между ПК ЛИРА 10.12 при передаче данных в ПК Renga.
20 сентября 2023

Участники вебинара узнают, как обмениваться данными и экономить время на создании расчетных моделей в ПК ЛИРА 10.12, используя уже существующие модели из ModelStudio CS.

04 сентября 2023

На вебинаре вы научитесь где и как правильно использовать тот или иной способ задания нагрузки. Будут рассмотрены полезные типы нагрузок, которые, возможно, вами никогда не использовались.

12 июля 2023
Рассмотрим реальные примеры уже построенных или проектируемых объектов
22 марта 2023

ЛИРА 10 — современный и удобный инструмент для численного исследования прочности и устойчивости конструкций и их автоматизированного проектирования методом конечных элементов.

Дистрибутивы
Методические пособия
Расчетные схемы
Опыт пользователей

О сжимаемой и сжатой толще. Геометрия сжатой толщи Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Бикташев М.Д.

На основании анализа требования СНиП2.02.01 -83* рекомендуется при определении глубины « сжимаемой толщи » принять термин «сжатая толща». Дается обоснова-ние автора для принятия этой рекомендации.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «О сжимаемой и сжатой толще. Геометрия сжатой толщи»

О СЖИМАЕМОЙ И СЖАТОЙ ТОЛЩЕ. ГЕОМЕТРИЯ СЖАТОЙ

На основании анализа требования СНиП2.02.01 -83*рекомендуется при определении глубины «сжимаемой толщи» принять термин «сжатая толща». Дается обоснование автора для принятия этой рекомендации.

Автор полагает, что в механике грунтов при расчете оснований и фундаментов следует различать: грунтовую толщу, сжимаемую толщу и сжатую толщу. В связи с этой рекомендацией, следует указать на статью «Концепция новой механики грунтов»*, где вводятся такие понятия как «нормально уплотненный грунт», «переуплотненный грунт» и «недоуплотненный грунт». Автор предполагает, что эти характеристики грунта-композита вполне могут иметь место, если разделить их по принципу, предлагаемому автором.

Грунтовая толща ( Н^) — это толща свободная от нагрузки, эквивалентной той, которая прикладывается к сжимаемой толще при СМР. Все наши работы по геологическим изысканиям в целях строительства и все исследования производятся на грунтовой толще, где грунты могут быть недоуплотненными, именно в смысле теории упругости. Находясь на земной сфере, как грунтовая толща, так и сжимаемая толща представляют собой оболочку определенной кривизны.

Сжимаемая ( уплотняемая) толща (Eh) — это толща, на поверхность которой приложена строительная нагрузка. Сжимаемую толщу надо воспринимать как одно целое, так как только целостное представление создает условия для уплотнения части сжимаемой толщи.. Иначе говоря, в сжимаемой толще грунты-композиты работают как один слаженный механизм, в котором присутствуют и кинематические пары и фрикционные соединения и именно здесь, под нагрузкой, возникает состояние нормальной уплотненности. Глубина сжимаемой толщи, по мнению автора, определяется глубиной проходки геологических скважин, выполненных при инженерно — геологических изысканиях в целях строительства.

Сжатая ( уплотненная) толща (Нсж) — это результат уплотнения сжимаемой толщи. Иначе говоря, в сжатой толще выполнены условия для переуплотнения грунтов-композитов. В первом приближении можно принять, что глубина сжатой толщи определяется зависимостью Нсж ~ 0.5 Eh, полагая при этом, что нагрузка прикладывается к сжимаемой оболочке, обладающей определенной кривизной. Иначе говоря, в отличие от норматива (СНиП 2.02.01-83*) автор полагает, что следует определять глубину сжатой толщи, а не сжимаемой. Таким образом проявляется легкое отношение к методологии и терминологии, которое автор видит в данном нормативе, так как по сути, норматив на-

Б.И. Кулачкин, А.И.Радкевич, Ю.В.Александровский «Монтажные и специальные работы в строительстве» 2005, №10.

правлен на вычисление глубины сжатой толщи, которую при формулировании цели, по недоумению, назвали сжимаемой.

В механике грунтов считается, что грунт — это двух или трехфазная система, автор предполагает, что понятие многофазности грунтовой системы следует заменить понятием естественного грунта — композита. Поэтому, в дальнейшем, автор имеет в виду именно естественные грунты — композиты, к которым применимы постулаты как теории упругости, так и мезомеханики2. Более того, в механике грунтов, например, как и в общей динамике, следует различать две задачи, а именно: прямую и обратную.

Прямая задача состоит в том, чтобы по заданной нагрузке и напряжениям определять закон деформации и осадку сжимаемой толщи в зависимости от типа и вида грунтов-композитов, а также геометрию и глубину сжатой толщи. В математическом отношении прямая задача сводится к дифференцированию и интегрированию дифференциальных уравнений. К прямым задачам относятся задачи силового исследования сжимаемой и сжатой толщи, в том числе задачи о расчетной деформации всей сжимаемой толщи, о регулировании величины расчетной деформации и стабилизации осадки.

Обратная задача состоит в том, что по известному закону деформации и осадке сжимаемой толщи, по геометрии сжатой толщи находят математическую модель, которая соответствует напряжениям и силе, вызвавшие массоперенос и последующую деформацию. В математическом отношении обратная задача сводится к дифференцированию или к простому решению алгебраических уравнений. К обратным задачам относятся: задача нахождения грунтовой модели соответствующей фактической деформации грунтовой толщи, зависимости общей деформации (фактической осадки и крена) от физико-механических характеристик грунтов — композитов, в целом сжимаемой толщи, зависимость фактической деформации от изменения внутреннего трения и вязкости.

При этом не менее важной задачей остается выявление анизотропности грунтов -композитов, влияние этой анизотропности на несущую способность основания и последующие деформации (осадку и крен), Ведь, как это не странно, но проблема анизотропности грунта в нормативе так и не решена, в связи с чем коэффициент Пуассона указан только для случая изотропных сред. Однако, если следовать теории упругости и следствиям, которые из неё вытекают, то изотропные материалы могут иметь коэффициент Пуассона от 0.25 до 0.30.

В прямой и обратной задаче, для достижения цели, часто используются графические методы. Однако, следует заметить, что модель сжимаемой толщи отличается от модели сжатой толщи и тем более, от грунтовой толщи. И здесь важно понять: случайность — это незамеченная закономерность.

Задачи механики грунтов, как полагает автор, можно решить лишь в том случае, если известны параметры сжимаемой толщи из грунтов-композитов, а также осадка и крен, в том числе конечный результат действия нагрузки — сжатая толща и соответствующая ей осадка. Поэтому в самом начале следует четко определить тип решаемой задачи.

Когда к сжимаемой толще прикладывается нагрузка, то при этом совершается работа, в ходе которой на сжимаемую толщу действуют внешние силы различной природы, поэтому целесообразно произвести их классификацию.

Р — движущая сила (нагрузка). Нагрузкой называется сила, которая приложена на сжимаемую толщу(ЕЪ) и вызывает её деформацию^), т.е перемещение и уплотнение её

В.Г. Малинин, H.A. Малинина Структурно- аналитическая мезомеханика деформируемого твердого тела. Физическая мезомеханика, 2005,3, стр.3145.

частиц, элементов и звеньев что в некотором приближении можно сравнить с массопере-носом и движением. Движущая сила совершает положительную работу, так как ее направление всегда совпадает с направлением перемещения. Нагрузка (движущая сила), приложенная к сжимаемой толще может быть разложена на две составляющие — нормальную и тангенциальную (касательную). А это значит, что здесь появляется и результирующая часть. Более того, такая нагрузка, если она сосредоточенная, как правило, вызывает момент силы (Мс = РЯ, где Я — радиус, например, сжимаемой толщи, плечо для момента), если же нагрузка приложена эксцентрично, то это изгибающий момент Мшг = Ре, где е -эксцентриситет, в силу которого момент является функцией угловой скорости..

Р — сила полезного сопротивления. Природа этой силы может быть различной — это может быть сила трения, сила упругости, сила гидравлического сопротивления и т.д. Работа силы полезного сопротивления всегда отрицательна. Сила полезного сопротивления является функцией кинематических параметров (КП).

Р — сила вредного сопротивления, в механике грунтов называемое отрицательным трением, как правило, используется при расчете свайных фундаментов, но отрицательное трение может иметь место и в работе обычных фундаментов и оснований. Силами вредного сопротивления являются силы внутреннего трения в кинематических парах, силы гидравлического и аэродинамического сопротивления. Работа этих сил отрицательна. При проектировании фундаментов и оснований этот фактор практически не учитывается (кроме свайных фундаментов); собственно говоря, избавиться от сил внешнего и внутреннего трения (при расчете фундаментов и оснований) практически невозможно.

С — сила тяжести. Сила тяжести выражается через массу тела по формуле С = ш§. Она приложена к телу сжимаемой толщи в центре масс. Работа силы тяжести при опускании центра масс, т.е при осадке, положительна, а при поднимании, например, при пучении грунтов — отрицательна. В нашем случае, при расчете фундаментов и оснований, следует понять, что движущая сила и сила тяжести — это два элемента нагрузки на основание в одном флаконе.

И — сила реакции в кинематической паре, например, такой парой являются «фундамент — сжимаемая толща». Действие одного звена на другое проявляется в виде реакции. По своей природе реакция является силой упругости. Согласно 3-му закону Ньютона реакции двух взаимодействующих тел равны по величине и противоположны по направлению.

и — сила инерции. Объяснить сущность понятия «сила инерции» гораздо сложнее, чем всех остальных сил. Существует мнение, что сила инерции сосредоточена в её массе. Однако, существует и другое объяснение. Например, согласно 2-му закону Ньютона ускорение, сообщаемое телу, пропорционально действующей силе, направлено по этой силе и обратно пропорционально массе тела:

а = Р/ш или Р = та (А)

Этот закон справедлив для инерциальных систем отсчета, т.е. в системах покоящихся или движущихся равномерно, прямолинейно относительно абсолютной мировой системы отсчета. В качестве таковой принимают систему с началом в центре Солнца и осями, направленными натри звезды. Земля с некоторым приближением также считается инерци-альной системой. Иногда удобно изучать движение в инерциальной системе, т.е. движущейся относительно Земли с ускорением. Для этого случая механика Ньютона, вообще говоря, непригодна. Однако оказалось возможным ее исправить, введя лишь некоторые поправки. Пусть на тело массой ш, находящееся в сложном движении действует сила Р. В неподвижной (инерциальной) системе координат ху справедлив закон Ньютона: Р = ша, где а — ускорение в системе ху.

С учетом кинематической теоремы Кориолиса этот закон можно записать в виде:

F = m ( aE + aK + aR) Полученное выражение перепишем следующим образом:

F — m( aE + aK) = m aR (Б)

Эта зависимость определяет закон движения в переносной неинерциальной системе Основываясь на аналогии с формулой (А), ее можно представить как закон Ньютона для неинерциальной системы. Для этого следует рассматривать левую часть формулы (Б) как силу. Выражение

называют силой инерции. Если тело покоится в системе ^Л, то aK = aR = 0, тогда

F — maE = 0, F + U = 0

Таким образом, мы приходим к принципу Даламбера: сумма активной силы F иси-лы инерции U, приложенные к телу, равна нулю. Принцип Даламбера позволяет динамическую задачу свести к задаче на равновесие сил, т. е. к задаче статики. Исходя из указанного, принцип Даламбера является основой дл решения проблемы взаимовлияния фундаментов зданий и сооружений. Пусть тело, например, фундамент, находится в поступательном движении с ускорением. На каждую точку этого тела действуют равные и одинаково направленные силы инерции. Имеем систему равных и параллельных сил. Как известно из теоретической механики, такую систему сил можно привести к одной силе, приложенной в центре масс и равной

Таким образом, получили выражение, на основании которого можно говорить, что инертность и сила инерции, все-таки зависят от массы. На каждую точку этого тела действует сила инерции, которую можно представить состоящей из касательной и нормальной составляющих силы инерции. В теоретической механике доказывается, что такая система сил приводится к главному вектору и главному моменту сил инерции. Главный вектор сил инерции приложен в центре масс и вычисляется по формуле:

где aS — ускорение центра масс.

Главный момент сил инерции вычисляется по формуле:

где JS — момент инерции тела относительно оси, проходящей через центр масс перпендикулярно плоскости движения. Момент инерции вычисляется как интеграл вида:

где pi — расстояние от точек, образующих в совокупности данное тело, до центра масс -точки s. Момент инерции зависит как от массы, так и от формы тела, т.е. он определяет геометрию масс. Например, для массивного цилиндрического тела в виде сжимаемой толщи — момент инерции относительно продольной оси вращения (z) может быть записан в виде зависимости:

где R — радиус сжимаемой толщи под круглым фундаментом, M = G/g , G -вес сжимаемой толщи, g — ускорение свободного падения.

При решении задачи о сжимаемой толщи возможны два подхода — с точки зрения наблюдателей, находящихся на поверхности земли и в сжимаемой толще. Первый наблюдатель для объяснения явления использует 2-ой закон Ньютона, второй наблюдатель -принцип Даламбера, для чего ему нужно дополнительно к активным силам ввести силы инерции. Кстати, в своей статье «Концепция новой механики грунтов» Б.И.Кулачкин, А.И. Радкевич и Ю.В. Александровский*, указывают на возможность применения принципов СТО в механике грунтов.

С точки зрения наблюдателя в системе xy движение тела происходит под действием

реакции силы, направленной к центру и действующей в соответствии с законом:

где a = ro2R — ускорение центра тяжести тела. В данном случае R — носит название центростремительной силы.

Для наблюдателя, находящегося в системе тело m не движется (не деформируется). Это возможно только потому, что на него действуют две силы R и U, находящиеся в равновесии. Сила инерции U называется в этом случае центробежной силой. Однако, здесь следует учесть и тот факт, что ещев 1887 г. Фогт, основываясь на упругой теории света показал, что в движущейся системе координат математически удобно вводить местное время. В силу этого, в сжимаемой толще, например, примем время t*, а в грунтовой толще — время t. В связи с этим, такие подходы являются справедливыми и имеют решение, указанное в специальной теории относительности (СТО) и имеющее отражение в.книге3.

Автор, в ходе работы, заметил одну важную вещь, аименно : фундамент и сжимаемая толща, в своей совокупности — это и кинематическая пара и фрикционный механизм. Иначе говоря, взаимодействие фундамента и сжимаемой толщи можно рассматривать как работу механизма, используя аналогию с теорией механизмов. Наша кинематическая пара — это тихоходный механизм, а поэтому в нем динамические эффекты проявляются незначительно. В связи с чем, в нашем механизме усилия можно найти на основании статического расчета, приняв во внимание только нагрузку, силы тяжести, силу трения, силу полезного сопротивления. В свою очередь, сжимаемая толща — это совокупность фрикционных соединений грунтов-композитов, в работе которой следует учитывать не только коэффициент Пуассона, модуль деформации и прочие механические свойства, но и трение как внешнее, так и внутреннее. Но при этом сжимаемая толща обладает одним существенным недостатком, а именно — отсутствием резервирования в случае разрушения, вна-шем случае — это деформация, одного из её элементов. Например, неравномерная осадка и крен, либо просадка основания, пучение — это моменты такого разрушения, в силу указанного сжимаемая толща может быть отнесена к статически определимым системам.

Глубина сжимаемой (сжатой) толщи. Как указывают Федоровский В. Г. и Безво-лев С.Г.* в различных методах расчета осадки, эта величина вычисляется по-разному. Наиболее естественно, полагают авторы, было бы вовсе не ограничивать сжимаемую толщу или ограничить ее снизу кровлей скальных грунтов, осадка которых пренебрежимо

* Б.И. Кулачкин, А.И.Радкевич, Ю.В.Александровский «Монтажные и специальные работы в строительстве», 2005, №10.

3 М.Д.Бикташев Башенные сооружения. Геодезический анализ осадки, крена и общей устойчивости положения., М.,АСВ.,2006, 375с.

мала. Последнее часто удается сделать, но далеко не всегда в практике изысканий доходят до границы скальных пород. Поэтому нормативные методы расчета вводят некоторые условные ограничения сжимаемой толщи. Так, СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений» предлагает два метода расчета осадки — с использованием расчетных схем в виде линейно — деформируемого полупространства (ЛПП) и линейно -деформируемого слоя (ЛС). В ЛПП нижняя граница сжимаемой толщи определяется как глубина, на которой ста составляет 20% эффективного бытового давления (5% или 10%, если 20%-я граница попадает в слабый грунт или непосредственно подстилается им). Согласно Еврокода-7, нижняя граница сжимаемой толщи определяется границей, где ста составляет 20% эффективного бытового давления. При этом, в нашем отечественном нормативе, ста для фундаментов с шириной подошвы более 10 м вычисляется от всей приложенной к основанию нагрузки, а для менее широких фундаментов — от нагрузки за вычетом бытового давления на уровне подошвы (причина такого деления не вполне ясна).

Толщина ЛС слабо зависит от нагрузки (изменяется в 1,5раза при изменении среднего давления по подошве от 0,1 до 0,5 МПа) и, в основном, определяется, песчаное — это основание или глинистое, что тоже не совсем понятно. В СНиП 2.02.02-85 «Основания гидротехнических сооружений» глубина сжимаемой толщи определяется для фундаментов шириной менее 20 м, также как по СНиП 2.02.01-83*, но при этом не указывается, какой из двух вышеприведенных способов имеется в виду, а для фундаментов шире 20 м — по критерию ста = 50%ст2 (или 20% при попадании в слабый грунт). Понятия послойного суммирования в Бврокоде-7 вообще не существует, а понятие сжимаемой толщи существует в достаточно условном виде.

Достаточно очевидно, что малые толщины сжимаемых слоев в ЛС и СНиП 2.02.02-85 условны и не отражают реальности бытия. Поэтому, для учета работы всех слоев, необходимо целостное представление для всей сжимаемой толщи как одной сферической оболочки малой положительной (отрицательной) кривизны. Более того, современная механика грунтов — теоретико-практическая наука, которая имеет необходимость её разделения на две части: теоретическую и практическую (инженерную), чтобы проблемы теоретической части не мешали практическим решениям. В некоторой степени это сделано, например, в виде курса «Основания и фундаменты», а также в виде нормативных документов (СНиП, ГОСТ, СП и т.п.). При этом автор, рекомендуя такое разделение учитывает, что первой задачей практической механики грунтов является определение как несущей способности основания, так и осадки, остальное вторично, в связи с тем, что для строительства и эксплуатации важны именно эти параметры.

Проектировщик, мягко говоря, не должен заморачиваться моделями грунтов и выбором плоскостей или полупространств. Тем не менее, в СНиП по основаниям и фундаментам имеются теоретические изыски, что совершенно излишне в практическом документе. Инженер — проектировщик, используя СНиП, должен взять рекомендованную модель грунтового основания и формулу, куда подставив свои исходные данные, должен получить искомую величину, например, для контроля несущей способности или напряжения, либо конечной осадки и т.д. Отсюда следует, что СНиП 2.02.01-83* нуждается в переработке, с учетом его практического назначения и опыта Еврокода-7. Более того, такая переработка СНиП необходима для того, чтобы он соответствовал европейским стандартам, если мы хотим, чтобы отечественный СНиП котировался на международном рынке. Более того, следует заметить, что у нормативного документа такого плана есть еще и экономический эквивалент. Поэтому документ, предназначенный для практического использования должен быть прост и доступен для каждого инженера-строителя, инженера — проектировщика.

Рис.1. Развитие пластических зон по мере приложения нагрузки

Сжатая толща — это сжимаемая толща, уплотненная под действием приложенной нагрузки, где в её уплотненных слоях, аккумулируется упругая энергия последействия приложенной нагрузки. При этом предполагается, что нагрузка является равномерной и не имеет горизонтальной составляющей. В действительности мы прикладываем нагрузку в ходе возведения шероховатого фундамента, поэтому непосредственно под ним, вместо зоны с минимально напряженным предельным состоянием, формируется зона, в которой нет предельного состояния и которая как бы сливается с фундаментом, составляя с ним одно целое. При этом автор предполагает, что имеет место развитие ядра сечения. Это вполне согласуется со схемой образования пластических зон. Дело в том, что области пластических деформаций зарождаются не только у краев фундамента; но и на стыке сжимаемой толщи с грунтовой толщей ( грунтовая толща — это толща на которой отсутствует нагрузка, равная той, что приложена на сжимаемую толщу), далее с ростом нагрузки они распространяются вглубь и начинают заходить под фундамент, рис.1. Ядро сечения, растет преимущественно по направлению тяги, т.е. в направлении приложенной нагрузки, и перпендикулярно плоскости давления .

Активно смещающиеся элементы сжимаемой толщи (рис.1) могут иметь выпуклые поверхности, а пассивно смещаемые элементы — вогнутые поверхности, что требует своего детального исследования. Форма элементов поверхностей ядра сечения так связаны с функцией структурных связей, что по их форме можно определить все движения совершаемые сжимаемой толщей и её ядром.

Связи в соединениях и кинематических парах сжимаемой толщи работают не только на сжатие, но и на растяжение (отрицательное сжатие); и направление их волокон соответствуют векторам действующих сил механической энергии, чего нельзя сказать определенным образом про сжатую толщу. Однако, мы можем предположить, что связи в сжатой толще уж точно работают на сжатие, так как — это почти упругое тело.

Наконец, при нагрузке, достигающей несущей способности основания, обе области пластических деформаций смыкаются на оси фундамента. В связи с указанным, под фундаментом образуется зона напряжения, которая может быть описана гиперболическим законом, рис.2.

Кинематика грунтов — композитов. В соответствии с законом сохранения и превращения энергии, грунты — композиты (сжимаемая толща) под нагрузкой приобретают определенную геометрическую форму, как фиксированный результат остаточной деформации вследствии действия на структуру грунта —

Рис.2. Изменение эпюры а 2 в случае плоской задачи при увеличении ширины загруженного участка

композита внутренних сил (нормальных и касательных напряжений) и механической энергии при её рассеянии, поглощении и преобразования в другие, немеханические виды энергии.

Изменения сжимаемой толщи, возникающие в процессе приложения нагрузки, вме-зо, макро- и микроструктуре грунтов-композитов определяются известными законами физики, механики и мезомеханики.

Архитектура сжимаемой толщи находится в зависимости от её функции и способна трансформироваться при её изменениях, что можно реально увидеть при расчете по МКЭ, например, в виде рис.3. В результате этой трансформации часть сжимаемой толщи становится сжатой толщей, в которой несущим ядром является так называемое ядро сечения. Причем из рис. 3 видно, что наибольшей деформации подвергаются верхние слои — оболочки, что по мере увеличения глубины, внешнее давление, приложенное к сжимаемой толще, ослабевает. Иначе говоря, сжимаемую толщу следует, как правило, воспринимать целостно. Отсюда следует, что сжимаемая и сжатая толщи не могут быть равнозначными, более того глубина сжатой толщи много меньше, чем сжимаемая толща, кстати — это следует из расчетов по СНиП. И, конечно, кривизна оболочки земной сферы и грунтовых оболочек вносит свои коррективы в конечные результаты в виде определенных погрешностей, из-за чего существующие и предлагаемые грунтовые модели не в состоянии отразить особенности реальной сжимаемой толщи. По вопросу кривизны земной поверхности. В данном случае следует отметить, что земные поверхности, на которых ведется строительство, весьма часто, особенно на городских участках, представляют собой плоские участки. В результате на данных участках пренебрегают кривизной. Однако, куда девать генетические свойства, где находятся исторически сложенное давление и генетическая память о природной кривизне?

Далее, для обозначения функций деформируемых звеньев структуры и текстуры и пограничных элементов сжимаемой толщи, для простоты понимания и восприятия теории упругости, лежащей в основе механики грунтов, воспользуемся известными понятиями.

Рессора — это упругий элемент в составе грунтов — композитов, смягчающий и отдаляющий процесс приложения нагрузки без остаточной деформации, путем преобразования приложенной нагрузки в затухающие колебательные движения. В результате включения в работу рессоры какая-то часть нагрузки остается на последействие. Иначе говоря, грунты — композиты и их связи, выполняющие эту роль, препятствуют восприятию всей приложенной к основанию нагрузки одномоментно.

Амортизатор (демпфер) — это система связей в грунтах — композитах для быстрого поглощения колебательных движений, например, путем изменения вектора силы. Исходя из указанного, грунтовая модель, по идее, должна отражать работу не одного слоя, а всей сжимаемой толщи, где работу промежуточных (межграничных) слоев можно характеризовать понятием — эластичная муфта или компенсатор.

Эластичная муфта — это упругий элемент связи между деформируемыми структурами и текстурами, которая соединяет, удерживает структуры и текстуры, передает и (или) компенсирует перемещения (сдвиги, смещения) соединяемых тел. В данном случае полезно ввести и такое понятие, как диффузия, за счет которой происходит внедрение частиц грунта — композита не только из одного слоя в другой разнородный слой, но и по периметру сжимаемой толщи, т.е из сжимаемой толщи в грунтовую, что изменяет и структуру, и текстуру в пограничных элементах сжимаемых и уплотняемых грунтах-композитах.

Здесь уместно еще раз указать на такое известное понятие, как статическое состояние. Под термином статическое состояние, как правило, понимается состояние физического покоя, неподвижности, полагая, что в таком состоянии на первый план выступают только силы гравитации и инерции, но и в таком состоянии грунтовая сжимаемая толща может иметь какие-то перемещения грунтовой массы. Это объясняется тем, что и в состоянии физического покоя и неподвижности действуют силы механической энергии в связи с тем, что под зданиями и сооружениями земля всегда дышит — это значит, что в земле (в грунтовой и сжимаемой толще) нет состояния покоя, так как в подземном пространстве уровень грунтовых вод не всегда стабилен, там имеются живые организмы, которые совершают работу для своей жизнедеятельности, не следует забывать и электромагнетизм, существующий в земной сфере и т.д. Статическое состояние в такой ситуации следует понимать, как состояние равновесия действующих сил в результате их сложения. Равновесие в живом организме не неподвижность, а колебательный процесс, т. е. колебательный процесс — это и есть дыхание Земли. Отсюда следуют и все возможные нюансы со стабилизацией осадки4. Кинематика изучает механическое движение вне связи с определяющим его взаимодействием между телами. Кинематика сжимаемой толщи в процессе её нагружения — это деформация элементов сжимаемой толщи в процессе на-гружения какой — то конкретной структуры и связи, вне влияния на эту связь со стороны, например, другой структуры или связи. Эта деформация сжимаемой толщи проявляется в виде изменения её формы.

Динамика сжимаемой толщи в процессе её нагружения отражает взаимодействие и взаимозависимость при нагружении связей и структур5, которые характерны для данной сжимаемой толщи, состоящей из каких- то определенных, на данном объекте, грунтов-композитов.

Нагрузка на сжимаемую толщу и ядро сечения — это совокупность сил механической энергии, действующих по известным физическим законам на определенные тела, имеющие конкретные геометрические формы — это процесс силового механического воздействия на сжимаемую толщу. В связи с чем, механическая энергия — это энергия взаимодействия физических законов и механического движения при соприкосновении и последующем взаимодействии тел, в результате действия которой в сжимаемой толще возникают моменты и деформации, нормальные и касательные напряжения. В целом, механическая энергия — это сумма кинетической и потенциальной энергии. При этом, сила (нагрузка) -векторная величина, мера механической энергии, мера механического воздействия на точку или тело со стороны других тел. Сила полностью обозначена, если известно её

4 М.Д .Бикташев Башенные сооружения. Геодезический анализ осадки, крена и общей устойчивости положения., М.,АСВ.,2006, 375с.

5 Н.И. Безухов, О.В. Лужин, Н.В. Колкунов Устойчивость и динамика сооружений., М., Высшая школа, 1987г.

численное значение и направление, а также точка приложения. Линия действия силы -это прямая, вдоль которой направлен вектор силы.

Различают внешние и внутренние силы механической энергии. Внешние силы обусловлены действием тел, не входящих в рассматриваемую систему взаимодействующих тел. Внутренние силы в сжимаемой толще действуют между телами, входящими в рассматриваемую систему взаимодействующих тел. Внутренние силы действуют как в структурах, непосредственно контактирующих с телами, так и внутри тел (внутри молекул).

При нагружении сжимаемой толщи, периоды восприятия нагрузки чередуются с фазами амортизации и деформации. В силу этого, механическая энергия, генерируясь в сжимаемой толще, в каждом периоде нагрузки создает определенный потенциал, за счет которого более легкие грунтовые массы, в силу закона Архимеда, перемещаются снизу вверх и вдоль ядра сечения справа и слева к центру масс. Поэтому рис.1, основанный на существующих научных представлениях, не дает всей полноты кинематики движения грунтовых масс, так как происходит взаимно встречное перемещение частиц грунта и осадка имеет место не за счет соединения, а за счет уплотнения и изменения структуры и текстуры уплотняемых масс.

Изменения векторов действия внутренних напряжений в сжимаемой толще частично рассеивают и поглощают влияние этого потенциала и уменьшают распространение колебательного процесса.

Ключевые слова: грунтовая толща, сжимаемая толща, сжатая толща. Нормативные требования Keywords: ground layer, compressible stratum, a compressed sequence , regulatory requirements.

Рецензент: H.С. Никитина, кандидат технических наук, профессор