Величины максимальных сжимающих напряжений (в долях от р) в слое грунта на несжимаемом основании под ленточным фундаментом

При залегании несжимаемого слоя на глубине

к=Ь,

Й-2»,

1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,1

1,000 1,009 1,020 1,024 1,023 1,022

1,00 1,99 0,92 0,84 0,78 0,76

1,00 0,82 0,57 0,44 0,37 0,36

Примечание. В таблице обозначено: Н — мощность сжимаемого слоя (до скальной породы); Ь\ — полуширина равномерно распределенной полосообразной нагрузки; г — коор­дината центра площадки, для которой определяется напряжение (при начале координат всегда на границе между сжимаемым слоем и жестким основанием).

По данным этой таблицы на рис. 58 построены эпюры распреде­ления сжимающих напряжений, по оси полосообразной нагрузки для случаев залегания несжимаемой скальной породы на глубине, равной полуширине 1, ширине 1' и 2,5 ширины 1" ленточной на­грузки. На том же рисунке изоб­ражена эпюра 2 максимальных сжимающих напряжений для слу­чая однородного полупространст­ва (без наличия скального под­стилающего слоя) и распределе­ние тех же напряжений 3, 3', 3" в случае более неоднородного под­стилающего слоя с переменным модулем деформируемости, когда

Рис. 58. Эпюры распределения максимальных сжимающих на­пряжений под центром гибкой равномерно нагруженной полосы в слое грунта ограниченной тол­щины:

; — при наличии -иодстилающей несжи­маемой породы; 2 —для однородного полупространства; 3—для неоднород­ного слоя с возрастающей по глубине сжимаемостью грунта

он, уменьшаясь по глубине, на нижней границе слоя в несколько раз меньше модуля деформируемости у подошвы нагрузки (по на­шим и В. Д. Пономарева данным).

Из рассмотрения эпюр распределения сжимающих напряжений (давлений) вытекает, что наличие жесткого несжимаемого слоя вы­зывает концентрацию (возрастание) напряжений по оси нагрузки, тогда как увеличение сжимаемости грунта с глубиной уменьшает концентрацию напряжений.

Распределение контактных давлений для слоя грунта ограничен­ной толщины, опирающегося на несжимаемое основание, для жест­ких фундаментов приведено (по вычислениям НИИ оснований) в табл. 15.

Таблица 15

Величины контактных давлений под жестким фундаментом на слое грунта ограниченной толщины в долях от р

Для круглого фундамента

Для ленточного фундамента

Для фундаментов гибких приведем табл. 16 для определения контактных давлений на слое грунта ограниченной толщины под действием полосообразной нагрузки интенсивностью р, вычисленную Гидропроектом (Г. В. Крашенинниковой и др., 1961 г.) при допуще­нии отсутствия трения по контакту упругого слоя с несжимаемым основанием по методу ступенчатого суммирования Б. Н. Жемочки-на (рис. 59) *. В этой таблице значения реактивных давлений даны для пяти различных мощностей слоя грунта ограниченной толщины в зависимости от гибкости фундаментной балки Г, определяемой выражением

Г ж 10-=^-, ЕМ

где / — полупролет балки (см. рис. 59);

Е0 — модуль общей деформации слоя грунта;

Е\ — модуль упругости материала фундаментной балки;

Нх — высота прямоугольной фундаментной балки.

Рис. 59. Эпюра реактивных давлений по подошве гибкого фун­дамента на слое грунта ограниченной толщины

Так же как и в ранее рассмотренных случаях, если известны ре­активные давления, то расчетные величины для фундаментной бал­ки шах М и тах С} определяются по уравнениям статики.

Распределение напряжений от собственного веса грунта. Напря­жения от собственного веса грунта, так называемые природные (или «бытовые», что менее употребительно) давления, имеют значе­ние для свеженасыпных земляных сооружений и оценки природной уплотненности грунтов.

При горизонтальной поверхности грунта напряжения от собст­венного веса грунта (с объемным весом у2) будут увеличиваться с глубиной 2 и равны

о"г = | Угйг; Ох = оу = ^оСг; о

Тгу — Тгх — 0,

где |0 = ——--коэффициент бокового давления грунта в сос-

1 — ро

тоянии покоя.

Таблица 16

Значения реактивных давлений в долях от р, осредненных на участках длиной с=1/8/, для полупролета / гибких равномерно нагруженных балок на слое грунта ограниченной толщины Н

Следует отметить, что выражения для боковых давлений ах и ау будут справедливы только при горизонтальной поверхности грунта и могут меняться в зависимости от рельефа местности, го­рообразовательных процессов и пр., что, однако, можно устано­вить лишь путем специальных натурных испытаний.

При постоянном объемном весе напряжения

02 = уг.

Для грунтовой же массы (т. е-, для полностью водонасыщенных грунтов с наличием свободной гидравлически непрерывной воды) величина сжимающих напряжений будет

02 = у'г,

где у' — объемный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды; определяется по формуле (1.8) или (1.8').

На рис. 60 показано несколько эпюр распределения вертикаль­ных давлений от собственного веса грунта.

а • 5 6

Рис. 60. Распределение давлений от собственного веса грунта:

с — однородный грунт; 6 — при наличии (на глубине Л|) уровня грунтовых вод; в — при наличии под грунтовыми водами (на глубине /*! + А2) водонепроницаемой породы

Некоторые общие выводы. Из всего изложенного в этой главе сле­дует, что в настоящее время в механике грунтов имеет широкое применение теория линейно деформируемых тел. Учет нелинейной зависимости между деформациями и напряжениями производится лишь в особых случаях.

Возникает, однако, вопрос — насколько решения теории линей­но деформируемых тел отвечают результатам непосредственных измерений?

Следует здесь же отметить, что задача измерения напряжений (или хотя бы только давлений) внутри массива грунта является технически очень сложной, так как внесение в грунт инородного тела (измерителя напряжений) может изменить напряженное со­стояние в рассматриваемом месте. Исследования, однако, показы­вают, что измерять, например, давления в грунте можно лишь спе­циальными очень жесткими дисковыми месдозами, заранее про-градуированными в аналогичных условиях.

Хотя по распределению давлений в грунтах под нагрузкой про­ведено очень много опытов, только малое число их удовлетворяет современным требованиям.

Отсылая интересующихся этим вопросом лиц к литературе и материалу, приведенному в нашей книге «Механика грунтов» изд. 4, 1963 г., остановимся здесь лишь на самых общих выводах.

Сравнивая результаты опытов (Г. И. Покровского и И. С. Фе­дорова, Н. А. Цытовича и Д. С. Баранова, Г. Пресса, С. Я. Эдель-мана и др.) с расчетными величинами, полученными по теории линейно деформируемых тел, приходим к выводу, что как по ха­рактеру, так и по абсолютной величине расчетные данные близки к замеренным, если строго соблюдены граничные условия и из­мерения проведены в фазе линейной зависимости между напря­жениями и деформациями. Здесь, однако, следует отдавать пред­почтение результатам наблюдений над реальными сооружениями по сравнению с опытами с малыми площадками загрузки.

Так, например, вопрос о распределении контактных давлений (который раньше вызывал много дискуссий) на основании как не­которых прежних опытов (например, М. Бургера, С. С. Вялова, А. Г. Родштейна и др.), так и новейших обобщений (В. А. Флори­на, 1959 г., Э. Шульца, 1965 г. и др.), дает вполне определенное ре­шение, а именно: характер распределения контактных давлений по подошве фундаментов (седлообразный или параболический) опре­деляется не видом того или иного грунта, а гибкостью фундамента и степенью развития пластических деформаций в грунтовом осно­вании, зависящей как от величины удельной нагрузки на грунт, так и глубины заложения (боковой пригрузки) фундаментов, а также площади передачи нагрузки.

Как правило, во всех случаях (за исключением лишь незаглуб-ленных фундаментов на рыхлых грунтах) в фазе линейной дефор­мируемости следует принимать седлообразное распределение дав­лений по подошве фундамента с учетом влияния граничных усло­вий (ограниченности слоя сжимаемого грунта и т. п.).

Глава IV