Тема 13. Критические нагрузки на грунт. Начальная критическая нагрузка на грунт. Предельная нагрузка для сыпучих и связных грунтов. Влияние свойств грунтов, размеров фундамента и глубины заложения на величину предельной нагрузки грунтовых оснований.
Критические нагрузки на грунт.
Фазы напряженного состояния грунта
При приложении к грунту нагрузок в нем начинают происходить процессы уплотнения, которые можно разделить на 3 фазы:
1 Фаза уплотнения. Работа грунта на протяжении этой фазы происходит в условиях обеспеченной прочности. Грунт уплотняется на некоторое значение А.
2 Фаза местных сдвигов. В краевых зонах происходит локальное нарушение прочности грунта. При дальнейшем увеличении )на границе между 1 и 2 фазами Рз= Рпр называется предельной.
3 Фаза выпирания. Если увеличение нагрузки продолжается, то при достижении Р5 = Ркр - критическая нагрузка в грунтах. Начинает преобладать сдвигающее напряжение . Под сооружениями образуются поверхности скольжения, по которым грунт смещается, и происходит выпирание грунта из-под нагруженной площадки, сопровождающееся ее погружением.
Были рассмотрены механические явления, возникающие в грунтах при возрастании на них местной нагрузки, причем установлены (при давлениях на грунт, больших структурной прочности) две критические нагрузки: 1—нагрузка, соответствующая началу возникновения в грунте зон сдвигов и окончанию фазы уплотнения, когда под краем нагрузки между касательными и нормальными напряжениями возникают соотношения, приводящие грунт (сначала у ребер подошвы фундаментов) в предельное напряженное состояние, и 2 — нагрузка, при которой под нагруженной поверхностью сформировываются сплошные области предельного равновесия, грунт приходит в неустойчивое состояние и полностью исчерпывается его несущая способность.
Величину первой нагрузки назовем начальной критической нагрузкой, еще совершенно безопасной в основаниях сооружений, так как до ее достижения грунт всегда будет находиться в фазе уплотнения, а вторую, при которой исчерпывается полностью несущая способность грунта,— предельной критической нагрузкой на грунт в данных условиях загружения.
Начальная критическая нагрузка на грунт.
Формула Н.П. Пузыревского.
Рассмотрим действие равномерно распределенной нагрузки р на полосе шириной b (рис. 4.6) при наличии боковой пригрузки q=γh (где γ – плотность грунта и h – глубина залегании нагруженной поверхности).
Рис 4.6. Схема действия полосообразной нагрузки
Вертикальное сжимающее напряжение (давление) от собственного веса грунта при горизонтальной ограничивающей поверхности σ1 гр.
Примем дополнительное допущение о гидростатическом распределении давлений от собственного веса грунта, а именно σ2 гр.
Для произвольной точки М (рис. 4.6), расположенной на глубине z и характеризуемой углом видимости α, найдем главные напряжения с учетом действий собственного веса грунта как сплошной нагрузки:
Подставим выражения в уравнение предельного равновесия:
если принять z=0, т.е. ни в одной точке грунта не будет зон предельного равновесия, начальным критическим давлением на грунт будет:
Это и есть формула проф. Н.П. Пузыревскогодля начальной критической нагрузки на грунт. Определяемое по ней давление можно рассматривать как совершенно безопасное.