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

круглым штампом трансформируется в резко выражен­ ное «седло» и затем вновь выполаживается. При нагруз­ ках на штамп Р т = 0 , 7 ч - 0 , 8 кгс/см2 ординаты краевых на­ пряжений начинают уменьшаться, в то время как на­ пряжения под центром возрастают (рис. II.9). На этом рисунке сплошной линией показаны экспериментальные данные (для илов оз. Сиваш), а пунктиром — решение И. Я. Штаермана.

0,2 0,4 0,6 Рт, кгс/см1

Рис. 11.10. Изменение контактных напряжений в процессе нагружения в опытах 1966—1968 гг.

На рис. 11.10 показаны графики изменения краевых напряжений и напряжений под центром штампа для всех трех опытов. Как видно из этого рисунка, перелом графиков краевых напряжений наступает при нагрузках

центром составляет только половину этой нагрузки. Трансформация эпюры распределения контактных на­ пряжений под жестким фундаментом объясняется, оче­ видно, тем, что с ростом нагрузки в основании форми­ руется «упругое ядро», а под краями фундамента раз­ виваются области пластических деформаций.

118

Сравнение полученных эпюр контактных напряже­ ний с теоретическими, подсчитанными согласно реше­ нию И. Я. Штаермана с учетом закруглений краев фун­ дамента, показывает их достаточно хорошую сходи­ мость лишь при диапазоне давлений, меньших 0,65—

пределения контактных напряжений в основании фун­

венно. При этом погрешности расчета при использовании теоретических решений для определения эпюры кон­ тактных .напряжений под жесткими фундаментами на водонасыщенных слабых глинистых грунтах, по-видимо­ му, не постоянны и зависят от напряженного состояния этих грунтов в основании фундамента.

Как уже упоминалось, сложность исследований на­ пряжений в основании сооружения обусловлена труд­ ностью установки измерительных приборов в грунты без нарушения его природной структуры. Поэтому боль­ шинство опытов по определению напряжений в грунто­ вых основаниях выполнялось на грунтах с нарушенной структурой или на песках.

Для определения напряженного состояния в слабых водонасыщенных глинистых грунтах под штампами бы­ ла выбрана опытная площадка на оз. Сиваш. В илах оз. Сиваш структурные свойства грунтов существенно обусловлены цементационными связями. Роль цемента в них выполняют кристаллические соли, которые связы­ вают частицы и агрегаты глинистых частиц между со­ бой. В илах оз. Сиваш содержится 12% солей. Как по­ казали исследования, эти илы обладают тиксотропными свойствами. Так, по данным М. П. Лысенко, Г. Ф. Но­ вожилова и H. Н. Сидорова [49], естественная структу­ ра илов восстанавливается после нарушения в течение 6—8 дней. Эти тиксотропные свойства илов были ис­ пользованы при установке мессдоз и датчиков порового давления в основание.

Опыты проводились следующим образом. Отрывали шурф на глубину 1,2—1,8 м, а стенки его крепили де­ ревянным срубом. Затем пробуривали скважины и опу­ скали на заданную глубину мессдозы и датчики порово­ го давления. Специальное устройство позволяло закла-

119

ле тампонирования проходили зондированием через 5; 7; 9 и 12 суток. Параллельно этим же зондом зондиро­ вали участки грунта с ненарушенной структурой. Ис­ следования показали, что на седьмые сутки количество

в грунтах с ненарушенной структурой.

На рис. 11.11 показан шурф с установленными в ос­ новании штампа датчиками и мессдозами.

В 1965—1970 гг. было проведено семь опытов с круг­ лыми штампами площадью 10 тыс. см2. Мессдозы уста­

15 мессдоз.

Штамп загружали ступенями по 0,05 кгс/см2 до ус­ ловной стабилизации осадки вертикального перемеще­ ния штампа (не более 0,1 мм за последние 6 ч нагружения). Максимальная нагрузка на штамп во всех про­ веденных опытах составляла 1—1,2 кгс/см2. С целью выявления изменения напряжений во времени напряже­ ния в грунте фиксировались мессдозами через час загружения штампа каждой ступенью нагрузки. Опыты были проведены с трехкратной повторностью.

Полученные при испытаниях данные обрабатывались с учетом погрешностей (теоретическая погрешность, рассчитанная по методике Д. С. Баранова, составляла 14,8% измеренной величины). Тарировка мессдоз в ис­ следуемых грунтах нарушенной структуры (в стабилометрах) показала отклонение от гидростатической тари­ ровки примерно на 15%, что согласуется с теоретиче­ ской погрешностью [11].

Проведенные опыты показали, что напряжения под центром и краями жесткого круглого штампа уменьша­ ются с глубиной. Интересно отметить, что показания мессдозы на глубине 0,2 м от днища штампа возрастали скачкообразно, а не пропорционально возрастанию на­ грузки на штамп. Это, по-видимому, связано с тем, что под краями штампа и на небольшой глубине под ним возникают зоны пластических деформаций, скорость развития которых отлична от скорости уплотнения грун­ та. Мессдозы, расположенные на глубинах 0,7; 1,2 и \,7 м, имеют стабильные показания, что характеризует иссле-

121

дуемое основание как однородное (с отсутствием в нем пластических деформаций).

Максимальные напряжения под центром штампа на глубине 0,2 м от его подошвы при средней нагрузке на штамп 0,8 кгс/см2 составляли 0,74—0,78 кгс/см2. На глу­ бине 1,7 м при той же нагрузке на штамп напряжения соответственно составляли 0,163 и 0,208 кгс/см2. Из это­ го сопоставления видно, что «затухание» напряжений по глубине значительно.

Вертикальные напряжения в основании под жестким круглым фундаментом можно теоретически определить по уравнениям К. Е. Егорова (1938 г.). Мы провели сравнение фактических напряжений под штампом (рис. 11.12) и напряжений, рассчитанных по решению К. Е. Его­

ния, измеренные в процессе полевых опытов, незначи­ тельно отклоняются от теоретических значений.

Отклонения эти возрастают с глубиной, и на глуби­ не, примерно равной двум диаметрам штампа, достига­ ют 35—40%.

Наблюдаемое распределение напряжений в дефор­ мируемой зоне основания позволяет сделать вывод, что «активная зона» в водонасыщенных слабых глинистых грунтах распространяется на большую глубину и отли­ чается от зоны, рассчитанной по нормативным докумен­ там. Это явление подтверждает высказанное Н. А. Цытовичем в 1967 г. предположение о зависимости глубины «активной зоны» от коэффициента бокового расширения и величины структурной прочности грунтов основания (см. п. 2 главы I I ) .

Осадки жестких штампов на илах оз. Сиваш, полу­ ченные расчетным -путем с учетом фактического рас­ пределения напряжений, достаточно близки к значени­ ям измеренных осадок.

Для определения эпюр горизонтальных и касатель­ ных напряжений в нескольких опытах были установле­ ны мессдозы на глубине 0,2; 0,7; 1,3 и 1,85 м от подошвы штампа. Все эти измерения проводились с двукратной или трехкратной повторностью. В опытах использова­ лись мессдозы той же конструкции и с такой же чувст­ вительностью, как и для определения вертикальных на­ пряжений в основании. Мессдозы тарировали в стабилометре и при гидростатическом нагружении до 3 кгс/см2.

122