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

сг — коэффициент консолидации грунта;

натурными данными. Расхождения наблюдаются только при длительной работе дрен: в большинстве случаев осадка стабилизировалась в более сжатые сроки и име­ ла меньшие значения, чем это предсказывалось расче­ том.

Метод А. М. Рустейки. А. М. Рустейка, изучая приме­ нение песчаных свай для дренирования оснований, рас­ сматривает решение уравнения консолидации для прост­ ранственной задачи на основе общей теории уплотнения земляной среды В. А. Флорина [52].

Основное уравнение консолидации для случая прост­

где H = — — напорная функция; Тв

и— избыточное поровое давление в момент времени t;

Ѳ*— сумма главных напряжений в скелете грунта в предположении мгновенной ста­ билизации деформаций;

Ѳ — сумма главных напряжений в скелете грунта в момент времени t, (Ѳ=Ѳ*—3 и);

ув — объемный вес воды;

186

и используя граничные условия Л. Рендуллика и К. Тер­ цаги, А. М. Рустейка получил решение, которое позволя­ ет установить влияние постепенного возведения сооруже­ ния (нагрузка прикладывается постепенно с течением времени t\) и учитывать неоднородность основания.

Задача уплотнения основания вертикальными песча­ ными дренами рассматривается А. М. Рустейкой как ча­ стный случай решения пространственной задачи консо­ лидации методом конечных разностей. При этом в узлах сетки, через которые проходит дрена и песчаная подуш­ ка, задаются нулевые значения напоров в течение всего времени уплотнения.

А. М. Рустейка рассматривает задачу только для слу­ чая свободной деформации. Для упрощения расчетов им разработаны 58 таблиц и специально сконструированный трафарет.

Впоследние годы Ю. К- Зарецким, Н. А. Цытовичем

и3. Г. Тер-Мартиросяном получены решения для осесимметричной задачи теории консолидации. В них учитыва­ ется вторичная консолидация грунтов, сжимаемость поровой воды и переменность характеристик уплотняемости грунта в процессе консолидации.

Оценивая существующие методы расчета, следует за­ метить, что все они получены исходя из теории фильтра­ ционной консолидации для грунтов с нарушенной струк­ турой. Во всех решениях предполагается, что фильтрация поровой воды, отжимаемой из водонасыщениого глини­ стого грунта при уплотнении, происходит в соответствии с законом Дарси.

Исследования, проведенные нами (см. главу I ) , пока­ зали, что при уплотнении большинства сильносжимае­ мых глинистых грунтов наблюдается явление начального градиента напора. Недоучет этого явления приводит к большим ошибкам при определении конечной величины осадки и сроков консолидации грунтов основания. Как было показано в главе I , грунты природной структуры при малых давлениях сжимаются иначе, чем «грунтовая

187

масса». Очевидно, что для грунтов основания природной структуры, которые характеризуются большими величи­ нами структурной прочности сжатия грунтов, расчеты по теории фильтрационной консолидации для грунтовой массы приведут к большим ошибкам, особенно в тех слу­ чаях, когда разница между величиной уплотняющего давления и структурной прочностью сжатия невелика.

В расчетах вертикальных дрен, разработанных К. Терцаги, Л. Рендулликом, Р. Барроном, в уравнение консолидации входит начальное значение коэффициента пористости. Как показано в работах В. А. Флорина, ис­ пользование начального значения коэффициента пори­ стости ошибочно и в уравнение консолидации следует вводить среднее значение коэффициента пористости за период уплотнения. В связи с тем что по формуле Н. Карилло коэффициент пористости при расчете дрен учиты­ вается дважды, ошибка достигает больших значений.

Ниже предлагаются методы расчета консолидации грунтов оснований с учетом структурной прочности сжа­ тия, начального градиента напора, зоны перемятости грунта вокруг дрены и других факторов.

При расчете вертикальных дрен и дренирующих про­ резей рассматриваются две расчетные схемы: случай свободных и случай равных деформаций.

В случае свободных деформаций принимается, что от­ сыпаемая над вертикальными дренами и дренирующими прорезями горизонтальная дренирующая (обычно песча­ ная) подушка и возводимое на ней сооружение являются абсолютно гибкими и не перераспределяют напряжений при неоднородных осадках поверхности грунтов основа­ ния. При этой расчетной схеме в процессе уплотнения грунтов основания вблизи вертикальных дрен и дрениру­

отсыпаемая сверху вертикальных дрен и дренажных про­ резей песчаная подушка (а часто пригрузочная насыпь

188

сложенном сильносжимаемыми водонасыщенными гли­ нистыми грунтами. В этом случае в процессе уплотнения наблюдается практически равномерная осадка горизон­ тальной дренирующей подушки, т. е. равные деформации поверхности грунтов основания (рис. IV.5,а).

Расчетная схема для случая равных деформаций бли­ же всего отвечает работе основания из сильносжимаемых водонасыщенных глинистых грунтов при возведении вы-

U l U U I U I t l t H l l l U l l t

'- - F Y t, t2

i s

Плотные глины

Рис. IV.5. Расчетные схемы уплотнения основания для случая приме­ нения вертикальных дрен и дренажных прорезей

дренами и дренирующими прорезями. Как показали про­ веденные нами полевые исследования, при значительной толщине горизонтальной дренирующей песчаной подуш­ ки основание работает по схеме равных деформаций.

Следует отметить, что горизонтальная дренирующая подушка, отсыпаемая над дренами и прорезями, способ­ ствует равномерному отжатию воды из грунтов верхнего слоя уплотняемого основания на всем расстоянии между дренами. В результате этого возникает более плотный слой, в котором поровое давление уменьшается равно­ мерно независимо от расстояния до вертикальной дрены. Этот слой, свойства грунтов в котором могут значитель­ но отличаться от свойств грунтов природного сложения, также играет роль плиты, которая существенно выравни­ вает деформации (особенно в верхнем слое уплотняемых грунтов основания).

Несмотря на то что метод «свободных деформаций» предусматривает изменение эффективных напряжений

189

вокруг дрены в зависимости от расстояния до ее центра даже на большой глубине, слой на глубине более 6 м (или на глубине, в 2—3 раза большей расстояния между дренами в плане) следует рассчитывать по схеме «рав­ ных деформаций». Это объясняется тем, что верхняя тол­ ща уплотняемых грунтов играет роль «жесткой плиты» по отношению к лежащим ниже слоям грунтов.

3. РАСЧЕТ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ДРЕН С УЧЕТОМ НАЧАЛЬНОГО ГРАДИЕНТА НАПОРА И СТРУКТУРНОЙ ПРОЧНОСТИ СЖАТИЯ ГРУНТОВ (СЛУЧАЙ СВОБОДНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ)

Основные допущения и краевые условия. При расче­ тах задач фильтрационной консолидации для рассматри­ ваемого случая начальные и граничные условия приняты на основании существующих классических теорий фильт­ рационной консолидации (К- Терцаги, H. М. Герсеванова) и исследований свойств сильносжимаемых водонасы­ щенных глинистых грунтов, описанных в главе I . Кроме того, при расчете сделаны следующие допущения:

1. Для сильносжимаемых водонасыщенных глинистых грунтов в начальный момент времени (^=0) при воздей­ ствии мгновенно приложенной постоянной нагрузки q ве­ личина избыточного порового давления «^=o = <7 — рС Т р, т. е. часть нагрузки, равная величине структурной проч­ ности сжатия р с т р , сразу же воспринимается скелетом грунта.

2. Грунты основания под действием постоянной на­ грузки деформируются только в вертикальном направле­ нии. На основе этого допущения основное уравнение для пространственной задачи консолидации грунтов, обла­ дающих различными свойствами в вертикальном и го­ ризонтальном направлениях, приобретает следующий вид:

(ІѴ.3.1)

где /г, и kr — коэффициенты фильтрации грунта в верти­

190