Меню

Вычислить напряжения от собственного веса грунта

5.2.2. Неоднородное основание

В практике проектирования неоднородность основания учитывается в следующих случаях:

  • – слой сжимаемого грунта залегает на практически несжимаемом (например, скальном) основании;
  • – под сравнительно малосжимаемым слоем залегает более сжимаемый грунт.

На рис. 5.12 приведены схематические эпюры вертикальных нормальных напряжений под центром прямоугольной площадки, загруженной равномерно распределенной нагрузкой при жестком (кривая 2) и слабом (кривая 3) подстилающих слоях. Кривая 1 показывает распределение напряжений в однородном основании. Как видно из рис. 5.12, при жестком подстилающем слое напряжения на границе слоев увеличиваются, а при слабом подстилающем слое уменьшаются.

Значения σz/p на кровле несжимаемого слоя, расположенного на глубине Н , под центром равномерно загруженной площади приведены в табл. 5.7.

Напряжения при слабом подстилающем слое определяются в зависимости от E1/E2 (где E1 и E2 — модули деформации верхнего и подстилающего слоя). В табл. 5.8 приведены значения σz/p на контакте со слабым подстилающим слоем по оси полосы, загруженной равномерно распределенной нагрузкой, при отсутствии трения по контактной плоскости.

ТАБЛИЦА 5.7. ЗНАЧЕНИЯ σz/p НА КОНТАКТЕ С НЕСЖИМАЕМЫМ СЛОЕМ

H/b1 σz/p для площадки
круглой ( r = b1 ) прямоугольной с отношением сторон η = l/b полосовой ( η = ∞)
1 2 3 10
1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000
0,25 1,009 1,009 1,009 1,009 1,009 1,009
0,5 1,064 1,053 1,033 1,033 1,033 1,033
0,75 1,072 1,082 1,059 1,059 1,059 1,059
1 0,965 1,027 1,039 1,026 1,025 1,025
2 0,473 0,541 0,717 0,769 0,761 0,761
3 0,249 0,298 0,474 0,549 0,560 0,560
5 0,098 0,125 0,222 0,287 0,359 0,359
10 0,025 0,032 0,064 0,093 0,181 0,185

ТАБЛИЦА 5.8. ЗНАЧЕНИЯ σz/p ПО ОСИ ПОЛОСЫ НА КОНТАКТЕ СО СЛАБЫМ ПОДСТИЛАЮЩИМ СЛОЕМ (ПО ДАННЫМ А.А. КУЛАГИНА)

H/b1 σz/p при E1/E2
1 2 5 10
1,000 1,000 1,000 1,000
1 0,818 0,755 0,639 0,541
2 0,550 0,478 0,378 0,307
3 0,396 0,339 0,262 0,206
4 0,306 0,258 0,194 0,148
5 0,248 0,206 0,150 0,113

5.2.3. Напряжения от собственного веса грунта

Вертикальное нормальное напряжение σz от собственного веса грунта определяется по формуле

где n — число слоев грунта, расположенных выше рассматриваемой глубины; γi — удельный вес грунта i -го слоя; hi — толщина i -го слоя грунта.

Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод, но выше водоупора, определяется с учетом взвешивающего действия воды по формуле

где γs — удельный вес частиц грунта; γω — удельный вес воды, принимаемый равным 10 кН/м 3 ; е — коэффициент пористости грунта.

Если удельный вес грунта определен при его полном водонасыщении (степень влажности Sr = 1, γ = γsat ), то

При определении σz от собственного веса грунта в водоупорном слое необходимо учитывать давление столба воды, расположенного выше водоупора.

Горизонтальные нормальные напряжения от собственного веса грунта

где ξ = v/(1 – v) — коэффициент бокового давления грунта (здесь v принимается по табл. 1.15).

Пример 5.3. Определить вертикальное нормальное напряжение σz от собственного веса грунта на глубине z = 9 м при грунтовых напластованиях, показанных на рис. 5.13.

Читайте также:  Регулятор напряжения двигателя буран

Слой 1 — суглинок (толщина слоя h1 = 2 м, удельный вес γ1 = 17,8 кН/м 3 ); слой 2 — песок средней крупности ( h2 = 2 м, удельный вес частиц γs = 26,6 кН/м 3 , γ2 = 18,3 кН/м 3 , коэффициент пористости е = 0,61, влажность ω = 0,11); слой 3 — тот же песок ниже уровня подземных вод ( h3 = 3 м, γ3 = 20,3 кН/м 3 при степени влажности Sr = 1); слой 4 — глина, служащая водоупором ( γ4 = 20,2 кН/м 3 ).

Решение, по формуле (5.22) удельный вес грунта слоя 3

По формуле (5.20) на глубине z = 9 м получаем: σz = 17,8 × 2+ 18,3 × 2 + 10,3 × 3 + 20,2 × 2 + 10 × 3 = 173,6 кПа.

Значения ординат эпюры σz приведены на рис. 5.13.

5.3. НАГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ, УЧИТЫВАЕМЫЕ В РАСЧЕТАХ ОСНОВАНИЙ

Нагрузки и воздействия, передаваемые фундаментами сооружений на основания, как правило, должны устанавливаться расчетам исходя из рассмотрения совместной работы сооружения и основания или фундамента и основания. Учитываемые при этом нагрузки и воздействия на сооружение или отдельные его элементы, а также возможные их сочетания применяются согласно требованиям норм [3].

Характер и степень перераспределения нагрузок на основание, а следовательно, и дополнительные усилия в конструкциях сооружения зависят от вида, состояния и свойства грунтов, характера их напластования, статической схемы сооружения, его пространственной жесткости и многих других факторов.

Нагрузки на основание допускается определять без учета их перераспределения над фундаментной конструкцией при расчете:

а) оснований зданий и сооружений III класса;

б) общей устойчивости массива грунта основания совместно с рассматриваемым сооружением;

в) средних значений деформаций основания;

г) деформаций основания в стадии привязки типовых проектов к местным грунтовым условиям.

Все расчеты оснований должны производиться на расчетные значения нагрузок, которые определяются как произведение их нормативных значений на коэффициент надежности по нагрузке γf . Этот коэффициент, учитывающий возможное отклонение нагрузок в неблагоприятную сторону, принимается при расчете оснований по несущей способности по указаниям [3], а при расчете оснований по деформациям равным единице.

Расчет оснований по деформациям производится на основное сочетание нагрузок, по несущей способности — на основное сочетание, а при наличии особых нагрузок и воздействий — на основное и особое сочетания. Нагрузки на перекрытия зданий и снеговые нагрузки, которые согласно нормам [3] могут относиться как к длительным, так и к кратковременным, при расчете оснований по несущей способности считаются кратковременными, а при расчете по деформациям — длительными. Нагрузки от подвижного подъемно-транспортного оборудования в обоих случаях считаются кратковременными.

В расчетах оснований необходимо учитывать нагрузки от складируемого материала и оборудования, размещаемого вблизи фундаментов.

Усилия в конструкциях, вызываемые климатическими температурными воздействиями, при расчете оснований по деформациям допускается не учитывать, если расстояния между температурно-усадочными швами не превышают значений, указанных в нормах проектирования соответствующих конструкций. Технологические температурные воздействия учитываются в расчетах оснований по деформациям при соответствующем обосновании в зависимости от продолжительности этих воздействий.

Сорочан Е.А. Основания, фундаменты и подземные сооружения

Источник

Напряжения от действия собственного веса грунта

Для нахождения вертикального напряжения от действия веса грунта на глубине z мысленно вырежем столб грунта до этой глубины с единичной площадью основания (рис. 3.16) и найдем суммарное напряжение szg от веса этого столба:

Читайте также:  Реле контроля напряжения для дома как выбрать

, (3.28)

где n – число разнородных слоев грунта в пределах глубины z ; gi – удельный вес грунта i — го слоя; hi – толщина i — го слоя.

Эпюра напряжений от собственного веса грунта в пределах однородного слоя имеет вид треугольника, при слоистом залегании эпюра изображается ломаной линией.

Удельный вес водопроницаемых грунтов (пески, супеси), залегающих ниже уровня грунтовых вод, принимается с учетом взвешивающего действия воды по формуле

, (3.29)

где gs – удельный вес твердых частиц грунта; gw – удельный вес воды; е – коэффициент пористости грунта.

Если водопроницаемый слой подстилается водоупорным слоем в виде плотных глин, на кровлю водоупора передается гидростатическое давление воды gw× h3 и на эпюре давления появляется уступ (рис. 3.16).

Рис. 3.16. Эпюра напряжений szg от собственного веса грунта:

1 – суглинок; 2 – песок; 3 – глина

Горизонтальные напряжения от собственного веса грунта определяются как

, (3.30)
где x – коэффициент бокового давления грунта в состоянии покоя.

Касательных напряжений в массиве от действия собственного веса грунта не возникает (txy = txz = tyz = 0). Значение коэффициента бокового давления грунта находится из выражения

. (3.31)

Здесь n – коэффициент Пуассона грунта.

3.6. Распределение напряжений на подошве фундамента

(контактная задача)

При решении всех ранее рассмотренных задач о распределении напряжений в грунтах считалось, что нагрузка передается непосредственно на поверхность грунтового массива без использования какой-либо конструкции. Такая схема передачи нагрузки характерна при возведении на основании земляных сооружений, например, насыпей, при передаче нагрузки через гибкую плиту и т.п. Нагрузка на основание от сооружений чаще всего передается через фундаменты, представляющие собой достаточно жесткие конструкции. При взаимодействии фундамента сооружения с основанием на поверхности контакта возникают напряжения. Напряжения на контакте поверхности основания с нижней поверхностью конструкции, через которую передаются нагрузки, называются контактными напряжениями. Характер распределения этих напряжений зависит от жесткости, формы, размеров сооружения и жесткости грунтов основания.

Критерием оценки жесткости сооружения может служить показатель гибкости по М.И. Горбунову-Посадову:

; (3.32)

где Е – модуль деформации грунта; Ек – модуль упругости конструкции;

l и h — длина и толщина конструкции.

1 – абсолютно жесткие (t ≤ 1) , когда деформируемость сооружения ничтожно мала по сравнению с деформируемостью основания. Пример – фундаменты под дымовые трубы, элеваторы, массивные фундаменты мостовых опор и др.;

2 – абсолютно гибкие (t ≥ 10), когда деформируемость сооружения настолько велика, что оно свободно следует за деформациями сооружения. Пример – насыпи, днища металлических резервуаров;

3 – сооружения конечной жесткости (1

Источник

Определение напряжений от собственного веса грунта

Учет взвешивания грунта водой. Прежде чем переходить непосредственно к определению напряжений от собственного веса грунта, остановимся на определении самого веса грунта, находящегося ниже горизонта воды.

На грунтовые частицы, находящиеся в воде, действуют собственный вес этих частиц и архимедова сила — сила взвешивания. Архимедова сила равна равнодействующей гидростатического давления воды на частицу и направлена вверх, т. е. противоположно направлению действия собственного веса частиц.

Читайте также:  Включение реле при пониженном напряжении схема

В песчаных грунтах контакты между частицами «точечные» и на поверхность частицы действует полная эпюра гидростатического давления (рис. 3.1, а). В этом случае архимедова сила А численно равна весу воды в объеме частицы. Поэтому удельный вес взвешенного в воде грунта определится с учетом (1.15) и (1.17) как

Твзв = Рск^ — = Тск — Щ = 7СК — (1 — п) т = Чек — 7/(1 + «) (3.1)

или, если прибавить и отнять пу, то 7В3в = (Тск + п У) — (« + пг)У, откуда, учитывая, что п + т = 1, получим

где 7Пас — удельный вес насыщенного водой грунта; у — удельный вес воды, остальное см. § 1.2. Во многих обычных грунтах величина 7ВЗВ немного больше или меньше 10 кН/м 3 .

В глинистых грунтах, особенно плотных и имеющих развитые цементационные связи, возможно, не происходит передачи гидроста
тического давления по «прикрытым» поверхностям контактов между частицами, окруженными пленками связанной воды (рис. 3.1, б). Тогда архимедова сила будет меньше, чем определяемая по зависимости (3.1), и будет иметь место так называемое частичное (неполное) взвешивание, т. е. увзв = 7ск — у, где а = 7гр2> ® X — ву — ЕТгр^>

В этом случае нет возможности бокового расширения грунта и все компоненты напряжении определятся по зависимостям:

а в случае / слоев толщиной Н1 каждый с удельным весом уГР г

В однородной толще грунта

На рис. 3.2 в качестве примера показана эпюра напряжений о2 в слоистой толще с различными удельными весами грунта (7ГР), причем ниже горизонта грунтовых вод (ГГВ) обязательно учитывается взвешивание грунта, принимая 7ГР = увзв, определяемое по зависимости (3.1). Естественно, что взвешивание грунта водой уменьшает напряжение от собственного веса грунта (примерно в 1,5. 2 раза). Поэтому при подтоплении территорий пригрузка основания слоем грунта уменьшается и устойчивость сооружений снижается.

При понижении уровня грунтовых вод сжимающие напряжения в скелете грунта и всей нижележащей толщи увеличиваются (например, пунктирная линия эпюры напряжений на рис. 3.2). В результате происходит сжатие толщи грунта и осадки территории, особенно значительные в случае, если ранее грунт образовался и всегда находился под водой.

Следует учитывать, что при определении природных бытовых напряжений по зависимостям (3.3) не учитывается напряженное состоя

ние, созданное в процессе образования толщи грунта, например, влияние горообразовательных и других геологических процессов, наличие сильно сжимаемых или, наоборот, жестких линз и прослоек и др.

Учет открытия котлована. Если поверхность основания не плоская, а имеет соответствующий отрытому котловану трапецеидальный или прямоугольный вырез, то при определении напряжений от собственного веса можно использовать следующий приближенный прием. Вес вынутого грунта заменяют приложенной к плоской поверхости основания отрицательной внешней трапецеидальной или прямоугольной нагрузкой

Источник

Adblock
detector