Виды сопротивления основания.

Если увеличить общую нагрузку Р на фундамент, его осадка S будет возрастать. График зависимости осадки (рис 6.1) от равномерного давления Р на основание называется кривой осадки:

Р=Р/F,

Где Р – общая нагрузка на фундамент;

F- площадь подошвы фундамента.

Наблюдения показывают, что все встречающиеся на практике кривые осадки можно разбить на три основных типа, обозначенные на рис 6.4, а буквами А, В и С.

Начальный участок I кривых типа А и В линеен, т.е. существует прямая зависимость между осадкой и давлением (1 фаза осадки), затем следует нелинейный участок II постепенно увеличивающейся кривизны (II фаза осадки), на котором одинаковым приращениям давления отвечают всё возрастающие приращения осадок. У кривых типа А этот участок ускоряющегося развития осадок небольшой и вскоре переходит в участок III – вертикальную прямую, обозначающую выпор грунта из-под фундамента (рис 6.1б) и резкие неравномерные осадки провального характера (III фаза осадки).

При этом давление Р достигает предельного значения – предельного сопротивления основания Р_п.

В результате выпирания грунта из-под фундамента в стороны и вверх возле осевшего и накренившегося сооружения возникают бугры выпирания (см. рис 6.1б)

В соответствии с процессами, протекающими в грунте основания при росте нагрузки на фундамент фазы осадки называют: I^ая – уплотнения, II^ая – сдвига, III^ья – выпора или разрушения.

График типа А характерен для плотных грунтов, сопротивления сдвигу которых определяется в основном внутренним трением, и при неглубоко заложенных фундаментах.

Кривые типа В обычно встречаются при грунтах средней плотности и при более глубоком заложении фундаментов, чем при кривых типа А.

При кривых типа С, характерных для слабых грунтов – рыхлых песков или высокопористых водонасыщенных илов, фундамент уже при относительно малых нагрузках на основание, как бы проваливается, «тонет» в грунте, легко вытесняя его в стороны. В отличие от осадок по кривым типа В здесь сопротивление грунта по мере оседания почти не растет. У кривых типа С начальный линейный участок отсутствует. Если структура грунта разрушается при нагружении и он разупрочняется, то возможна катастрофическая осадка. При частичной разгрузке основания из такого грунта в момент начинающегося разрушения выпирание не приостанавливается.

В случае кривой осадки А предельное сопротивление основания определяется давлением, при котором кривая переходит в вертикальный участок. При кривых В предельное сопротивление условно определяют как давление, начиная с которого, участок III кривой можно с достаточным приближением считать прямолинейным.

Некоторые виды грунтов могут испытывать интенсивное разупчнение из-за внезапного разрушения их структуры в результате замачивания грунта (мессовые грунты), вибраций (разжижение водонасыщенных рыхлых песков), разрушение межчастичных связей в илистых отложениях под влиянием высоких сдвигающих напряжений, разжижения в период оттаивания льдонасыщенных мерзлых грунтов и т.п. Во всех таких случаях осадка сооружения резко увеличивается, кривая осадки переходит в вертикальную подающую прямую. Эти осадки внезапного разрушения структуры грунта называют просадками. До их наступления эти грунты имеют кривые осадки типа А.

Несущий столб. Для лучшего понимания работы основания под вертикальной нагрузкой от сооружения пользуются моделью несущего столба – столба грунта, ограниченного вертикальными поверхностями, проходящими по контуру фундамента (рис 6.5).

1^ый случай – несущий столб заключен в жесткую обойму, как образец в кольце компрессионного прибора. Боковое расширение несущего столба при том отсутствует и характер кривой осадки фундамента будет аналогичен кривой компрессионного сжатия (рис 6.6, кривая I).

Окружающий грунт будет испытывать боковое давление со стороны несущего столба, которое уменьшается кверху и книзу, так как в верхней торцовой площади сечения столба поперечному расширению грунта препятствует трения о подошву фундамента, а книзу сжимающее напряжение в столбе уменьшается из-за разгружающего действия направленных вверх сил трения по окружающему грунту.

2^ой случай – вокруг несущего столба отрыт котлован на глубину h_сж, причем грунт основания обладает высоким сцеплением. В этом случае несущий столб будет вести себя, подобно призматическому образцу, испытывающему основное сжатие. Кривая осадки будет близка к кривой сжатия образца при свободном боковом расширении (см. рис 6.6, кривая 2)

В реальных условиях грунт, окружающий несущий столб, мешает его поперечным деформациям. Однако, в отличие от жесткой обоймы, грунт основания вокруг несущего столба обладает сжимаемостью и, следовательно, может несколько оттеснить и уплотнить этот грунт и сам испытывать соответствующее поперечное расширение. Подобную деформацию несущего столба называют сжатием при ограниченном или оттесненном боковом расширении. Такое сжатие испытывает образец в приборе трехосного сжатия, когда поперечное расширение грунта происходит при сопротивлении окружающей жидкости.

Кривая осадки фундамента (см. рис 6.6, кривая 3) имеет промежуточный характер между указанным случаями – боковое расширение невозможно (кривая 1) и происходит свободные боковое расширение (кривая 2 – грунт вокруг удален).

Упругое ядро – это клин, расположенный в верхней части несущего столба. Чем шире фундамент, тем большие размеры имеет упругое ядро, тем большую массу грунта оно стремится раздвинуть в стороны, тем больше сопротивление основания выпиранию.

Чем меньше коэффициент трения грунта о подошву фундамента, тем меньше высота упругого ядра.

Если на фундамент действуют односторонние горизонтальные силы и моменты, то ядро может вообще не образоваться или быть очень небольшим.

Упругое ядро не возникает при быстром загружении слабого водонасыщенного грунта, когда давление от фундамента передается значительно или полностью на поровую воду и трение по подошве очень мало. В этом случае верхняя часть несущего столба выжимается по поверхности площади скольжения, которая стелется близко к подошве фундамента.