Напряженное состояние грунтов в основании фундаментов

При возведении здания или сооружения наблюдается постоянное возрастание давления по подошве фундаментов. При таком характере воздействия в грунтовом основании, как и во всяком твердом теле, возникает напряженно-деформирующее состояние, 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.

Напряженное состояние основания в линейно-деформированном пространстве создаётся как действием внешней нагрузки, так и действием собственного веса вышележащего пласта грунта.

Распределение напряжений как под подошвой фундамента, так и на значительной глубине необходимо знать, так как прочность и устойчивость сооружений зависит от сопротивления грунта, не только примыкающей к подошве, но и глубоколежащего. Без учета распределения напряжений в грунте невозможно, например, рассчитать осадки насыпей, устоев мостов, акведуков, лотков, фундаментов искусственных и других сооружений.

Распределение напряжений в грунтовой толще зависит от следующих факторов: характера и режима нагружения массива, инженерно-геологических и гидрогеологических особенностей площадки строительства, состава и физико-механических свойств грунтов. Давление от нагрузки, приложенной к поверхности грунтового массива, передается в грунте частицами или структурными агрегатами через точки контакта, распределяясь по мере углубления в грунт на все большую площадь.

Вертикальное напряжение от веса грунта у_zg принимается возрастающим пропорционально глубине слоя где г — удельный вес i-го слоя;

h — толщина i-го слоя;

п — число слоёв, от веса которых передаётся напряжение.

Удельный вес грунта ниже уровня подземных вод, но выше водоупора определяется с учётом взвешивающего действия воды где г_s — удельный вес частиц грунта, кН/м³;

г_щ — удельный вес воды, г_щ=10 кН/м³;

е — коэффициент пористости.

Напряжения в грунте, обусловленные действием приложенной внешней нагрузки, называются дополнительными.

Дополнительные вертикальные напряжения на глубине z по вертикали, проходящей через угловую точку прямоугольного фундамента, рассчитываются по формуле где б — коэффициент, принимаемый в зависимости от соотношения сторон подошвы прямоугольного фундамента з = lЧb и относительной глубины о = z/b;

z — расстояние от подошвы фундамента до точки на вертикали, проходящей через угловую точку, в которой определяется напряжение.

Максимальная толшина элементарного слоя 1,0 м.

На геологический разрез наносим контуры фундамента и границы элементарных слоев.

Подставив исходные данные (d=3 м; с =2,08 г/см³) в формулы (7.5) и (7.6) получим следующее:

Рассчитаем значение удельного веса глинистого грунта (с =2,01 г/см³; g =9,81 м/с²) по формуле (7.6) :

Вертикальные напряжения от собственного веса грунта на уравне подошвы 0-го, 1-го, 2-го, 3-го, 4-го слоёв рассчитаем при помощи формулы.

кПа.

кПа.

кПа Рассчитаем удельный вес частиц грунта ниже уровня подземных вод при помощи формул (7.2) и (7.6). Исходные данные (г_s=2,68 кН/м³; г_щ=10 кН/м³; е=0,69):

Вертикальные напряжения от собственного веса грунта на уравне подошвы 3-го, 4-го, 5-го и 6-го слоёв рассчитаем при помощи формулы (7.1), с учётом г_sb:

кПа.

кПа.

кПа Далее определим вертикальное давление в уровне подошвы фундамента по формуле где p — среднее давление (по условию p= 240 кПа);

у_{zg, 0} — вертикальное напряжение от собственного веса грунта в уровне подошвы фундамента (у_{zg, 0} =60,80 кПа).

Подставим данные в формулу (7.7) и получим вертикальное давление в уровне подошвы:

Дополнительные напряжения в точках, определим при помощи формулы (7.3). Для этого необходимо рассчитать значение коэффициента б, зависящего от относительной глубины о = z/b и соотношения сторон з = lЧb. Найдём их численное значение:

Для значения з =1,67 и значений о при помощи интерполяции определим коэффициент б. Результаты представлены в таблице (7.2).

Дополнительные вертикальные напряжения на глубине z по вертикали, проходящей через угловую точку прямоугольного фундамента, рассчитаем по формуле (7.3).

Точка пересечения эпюр у_zp и 0,2у_zg соответствует нижней границе сжимаемой толщи.