Экспериментальные данные о распределении напряжений в грунтах

За последние 30 - 40 лет многими учеными были проведены опыты по изучению распределения напряжений в грунтах от действия местной нагрузки с целью экспериментальной проверки соответствия действительного распределения напряжений аналитическому их определению.

Экспериментальные данные помогают вносить существенные коррективы в теоретические методы и способствуют дальнейшему развитию и улучшению существующих методов расчета. Большинство исследований проводилось на грунтах нарушенной структуры, преимущественно на песках, так как введение измерительных приборов в грунт без нарушения его структуры практически невозможно.

Величина давления определяется манометром. Существуют измерительные приборы звуковые, электрические, электромагнитные и др. Общими требованиями ко всем типам приборов следует считать: малые размеры, позволяющие измерять напряжения в пределах незначительных изменений; равенство объемных весов прибора и грунта; одинаковую деформируемость прибора и грунта.

Экспериментальные исследования показали хорошую сходимость фактического распределения напряжений с теоретическими расчетами. Обобщение новейших экспериментальных данных и теоретические исследования позволили установить, что очертание эпюр распределения напряжений по подошве жесткого штампа зависит от степени развития в грунте пластических деформаций. Поскольку пластические деформации развиваются в краевых участках штампа, то происходит перераспределение напряжений и концентрация их в центре, т.е. эпюра напряжений приобретает параболическую форму.

При малых площадях загружения, больших нагрузках или слабых грунтах эпюра имеет параболическую форму, стремящуюся к стрелообразной; при больших площадях, малых нагрузках или прочных грунтах - седлообразную форму, близкую к решениям теории упругости. Для практических целей распределения напряжений по подошве фундаментов считают линейными - прямоугольными, треугольными, трапецеидальными, в зависимости от распределения нагрузки (центральная, внецентренная). Это соответствует переходу формы эпюры от седлообразной к параболической, т.е. средним величинам штампов, средним нагрузкам и средней прочности грунта.

Следует отметить, что на кафедре оснований, фундаментов и мостов ПГТУ проведены сотни опытов по исследованию напряженно-деформируемого состояния активной зоны различных свайных фундаментов в лотках в лабораторных условиях и в полевых условиях с натурными свайными фундаментами с длиной свай от 5 до 12 м (кусты, ленты). В результате дана сравнительная оценка экспериментальных и теоретических данных по разработанным методам расчета напряжений с учетом закономерностей взаимодействия свай и свайных фундаментов с окружающим грунтом [6].