Фазы напряженно-деформированного состояния грунтов

 

Рассмотрим поведение грунтового основания нагруженного постепенно увеличивающейся нагрузкой p (рисунок 2).

Сила предельного сопротивления основания, сложенного дисперсными грунтами в стабилизированном состоянии, должна определяеться из условия, что соотношение между нормальными σ и касательными τ напряжениями по всем поверхностям скольжения, соответствующее предельному состоянию основания, подчиняется зависимости

 

τ = σ · tgφ + c,

(12)

 

где φ и c - соответственно угол внутреннего трения и удельное сцепление грунта

На начальной стадии постепенное увеличение нагрузки приводит к уплотнению основания за счет уменьшения пористости грунта. При этом зависимость между сжимающими напряжениями и общими деформациями с достаточной для практических целей точностью может быть принята линейной. Непосредственно под подошвой фундамента формируется уплотненное ядро. Касательные напряжения для всех площадок, проходящих через любую точку основания не превышают предельных касательных напряжений, определяемых выражением (12) и, следовательно, в основании не возникает сдвигов. Начальная фаза напряженно-деформированного состояния грунтов называется фазой уплотнения (фаза I на рис. 3).

При достижении некоторой нагрузки за счет расклинивающего воздействия уплотненного ядра в грунтовом основании у краев подошвы фундамента начинают образовываться зоны сдвигов (рис. 2, а). Начало образования зон сдвигов соответствует появлению таких площадок только в двух точках основания (по одной с каждой стороны от оси симметрии), для которых касательные напряжения равны предельным касательным напряжениям, определяемых выражением (12). Давление, соответствующее этому явлению, называется начальным критическим давлением и обозначается р_cr. Дальнейшее увеличение нагрузки приводит к распространению зон сдвигов в грунтовом основании. Распространение зон сдвигов происходит по направлению наименьшего сопротивления – в стороны и вверх. Данную фазу напряженно-деформированного состояния грунтов называют фазой сдвигов (фаза II на рис. 3), а зоны сдвигов – областями предельного равновесия.

Давление, при котором заканчивается фаза сдвигов, и основание с фундаментом теряет форму устойчивого равновесия, называется критерием предельного основания по условию прочности (устойчивости) или предельным давлением и обозначается p_u, само явление – потерей несущей способности (устойчивости). Для фундамента мелкого заложения потеря несущей способности основания происходит следующим образом: фундамент резко проседает, а рядом с фундаментом появляются валы выпора грунта (рис. 2, б). Данная фаза напряженно-деформированного состояния грунтов называется фазой выпирания или прогрессирующего течения (фаза III на рис. 3).

Начальное критическое давление находят по формуле впервые полученной Н.П. Пузыревским и Н.М. Герсевановым

,

(13)

где g – удельный вес грунта в пределах глубины заложения фундамента, кН/м³;

d – глубина заложения фундамента, м;

φ и с – угол внутреннего трения, градус, и удельное сцепление, кПа, грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента.

Предельное давление находят по формуле впервые полученной Прандтлем

.

(14)