Файл: Абелев М.Ю. Слабые водонасыщенные глинистые грунты как основания сооружений 8-й междунар. конгресс по механике грунтов и фундаментостроению.pdf

щей схеме. Уплотняющую нагрузку к образцам прикла­ дывали ступенями по 0,05 кгс/см2. На каждой ступени измеряли деформацию образца и определяли поровое давление.

Проведенные на пяти образцах исследования показа­ ли, что до нарушения структуры, т. е. до тех пор, пока вертикальное давление меньше структурной прочности сжатия, поровое давление равно нулю. Максимальная величина порового давления (которое возникало после резкого нарушения структуры грунта) составляла всего 0,2—0,3 величины приложенной нагрузки, что не согла­ суется с теорией фильтрационной консолидации. Следует отметить, что для лёссовых грунтов, обладающих боль­ шим коэффициентом фильтрации, чем илы, величина по­ рового давления была несколько выше.

Причины расхождения наблюдаемого порового дав­ ления с его величиной, определенной по теории фильтра­ ционной консолидации, могут быть объяснены тем, что образцы имели небольшую высоту (2 см) и консолида­ ция происходила уже в процессе уплотнения в очень ко­ роткие сроки. Кроме того, согласно работам Я. Л. Кога­ на [26], используемые для измерения медицинские иглы являются плохими приемниками порового давления. Это объясняется тем, что игла соприкасается с очень малой поверхностью грунта и давление не всегда передается в капиллярную трубку. При этом, по наружной по­ верхности иглы возможна фильтрация воды из области определения порового давления, что неизбежно снижает величину измеренного прибором порового давления.

Лабораторные исследования структурной прочности сжатия грунтов позволяют сделать следующие выводы.

1. Большинство сильносжимаемых водонасыщенных глинистых грунтов характеризуется структурной проч­ ностью сжатия.

2.Структурная прочность сжатия грунтов является определенной устойчивой величиной, не зависящей от ступени приложенной статической нагрузки.

3.Динамические нагрузки резко снижают величину структурной прочности сжатия сильносжимаемых грун­ тов. В ряде случаев структурная прочность сжатия пол­ ностью исчезает.

4.При уплотнении сильносжимаемых водонасыщен­ ных глинистых грунтов давлением, по величине меньшим структурной прочности сжатия этих грунтов, поровое

91

давление равно нулю, и вся нагрузка воспринимается скелетом грунта. При давлениях, больших структурной прочности сжатия, поровое давление принимает значе­ ния меньшие, чем по теории фильтрационной консолида­ ции. Разница между теоретическими и наблюдаемыми значениями порового давления равна величине струк­ турной прочности грунтов или немного больше ее.

Опыты также показали, что при статическом прило­ жении нагрузки к грунту до тех пор, пока давление не превысит структурной прочности сжатия грунта, послед­ ний практически не деформируется, поровое давление равно нулю (или начальному природному поровому дав­ лению), и все давление, переданное на грунт, восприни­ мается его скелетом (эффективное напряжение). После «нарушения» структуры грунтов, т. е. когда давление превысит величину структурной прочности сжатия, воз­ никает определенное поровое давление. Возникшее во всех опытах поровое давление в образцах водонасыщен­ ных глинистых грунтов с ненарушенной структурой было меньшим, чем величина приложенного к грунту внешне­ го нормального давления. Разница между измеренным поровым давлением и величиной приложенного внешнего давления была равна или меньше величины структурной прочности сжатия грунта.

При расчетах уплотнения сильносжимаемых водона­ сыщенных глинистых грунтов, обладающих структурной прочностью сжатия, по теории фильтрационной консоли­ дации принимаем, что в начальный момент времени (^=0) часть внешней нагрузки сразу же воспринимает­ ся скелетом грунта (эффективные напряжения). Поро­

При высоких значениях величины структурной проч­ ности сжатия и небольших внешних нагрузках эта по­ правка иногда составляет 30—60% принятых по тео­ рии фильтрационной консолидации значений порового давления и значительно лучше согласуется с данными натурных наблюдений.

92

тов сооружений предъявляются такие требования, что­ бы, воспринимая нагрузки от данного сооружения, фун­ даменты не теряли устойчивости, а их осадки были меньше, чем допускаемые для данного сооружения при его эксплуатации. Однако, как показала практика, недо­ статочно знать только величину осадки фундаментов со­ оружений, необходимо знать также, как эта осадка про­ текает во времени. При длительной осадке, как известно из предыдущего, успевают проявиться пластические де­ формации материала конструкций сооружений (напри­ мер, кирпичное здание часто имеет прогиб в кладке), а при «быстрых» осадках возникают трещины. Именно поэтому при проектировании фундаментов необходимо знать, как будет затухать осадка фундаментов во вре­ мени.

Современное проектирование оснований и фундамен­ тов предусматривает совместную работу сооружений и оснований. К сожалению, для решения этого вопроса мало что сделано — грунты часто исследуют вне зависи­ мости от возводимых сооружений, а конструкции соору­

расчета сооружений с учетом каких-то выборочных свойств грунтов основания (наиболее часто с учетом ко­ эффициента постели). Однако и эти методы следует признать пока очень условными.

Устойчивость фундаментов обычно определяют по формулам В. Г. Березанцева и В. В. Соколовского. По

94

этим формулам исходя из прочностных характеристик грунтов основания рассчитывают максимальную вели­ чину давления, при котором основание теряет устойчи­ вость. Подобные методы могут быть использованы при расчетах устойчивости оснований в процессе консолида­ ции грунтов, если известна изменяемость параметров прочности грунтов (угла внутреннего трения и сцепле­ ния) во времени в процессе консолидации. Для прибли­ женных расчетов могут использоваться и другие методы расчета устойчивости основания (например, сдвиг по кругло-цилиндрическим поверхностям).

Очень сложной проблемой является определение оса­ док фундаментов, расположенных на слабых водонасы­ щенных глинистых грунтах. Наибольшее признание по­ лучили расчеты осадок по методам суммирования, экви­ валентного слоя (метод Н. А. Цытовича), методам К- Е. Егорова и Б. И. Далматова. Однако перечислен­ ные методы применяются для расчета осадок сооружений без учета специфики сжимаемости слабых водонасыщен­ ных глинистых грунтов основания. Между тем, наблюде­ ния за различными сооружениями, построенными в Мо­ скве, Ленинграде, Архангельске, Риге, Кемерове, Талли­ не и других городах, показывают, что в большинстве случаев осадки фундаментов сооружений отличаются от расчетных значений. Причина расхождения кроется, ве­ роятно, в том, что в существующих методах расчета оса­ док не учитывается ни структурная прочность сжатия грунтов, ни переменность значений модуля общей дефор­ мации грунтов оснований в зависимости от их напря­ женного состояния, ни влияние начального градиента напора на процессы уплотнения грунтов.

Рассмотрим сущность расчета осадок фундаментов по методу суммирования.

Расчет осадок фундаментов методом суммирования

заключается в следующем. По теории упругости (теории линейно-деформируемых тел) определяют распределение вертикальных напряжений под центром жесткого фунда­ мента по глубине z. Изменение вертикального давления' по глубине устанавливается из предположения, что под подошвой фундамента действует «дополнительное» дав­ ление, • равное фактическому давлению под подошвой фундамента, уменьшенному на величину природного давления (о"д0п"=а—yh). Глубина сжимаемой зоны опре­ деляется из предположения, что так называемое допол-

95