Коэффициент бокового расширения грунта для расчета осадки по способу послойного суммирования

Метод послойного суммирования

Метод послойного суммирования применяют при определении осадок фундаментов ограниченных размеров. Сущность данного метода состоит в следующем. При размерах фундаментов, значительно превышающих мощность сжимаемого слоя грунта, можно считать сжатие грунта происходящим без возможности бокового расширения и воспользоваться для определения величины осадки приведенными ранее зависимостями (4.6), (4.12).

Границей применимости этих формул считают условие

,

где b − ширина меньшей стороны фундамента.

Рис. 4.2. Схема распределения вертикальных напряжений в линейно-деформируемом полупространстве расчета осадок основания методом послойного суммирования

При нельзя пренебрегать затуханием вертикальных напряжений по глубине. Эти изменения будут тем значительнее, чем глубже расположен жесткий подстилающий слой.

Суть метода послойного суммирования состоит в том, что эпюру вертикальных напряжений (рис. 4.2) в основании по центральной оси фундамента разбивают на участки, соответствующие мощности отдельных слоев грунта , в пределах каждого элементарного слоя считают величину напряжений неизменной и равной величине среднего напряжения в рассматриваемом слое, т.е. заменяют действительную криволинейную эпюру ступенчатой.

В этом случае сжатие в пределах каждого слоя рассматривают как сжатие без возможности бокового расширения, а величину осадки определяют как сумму осадок отдельных слоев.

Для построения эпюры напряжений (рис. 4.2) пользуются таблицами значений коэффициента α, дающего возможность определить величину (давления по оси, проходящей через центр области нагружения на расстоянии z от поверхности грунта) в долях от величины внешней нагрузки .

Коэффициент α определяется в зависимости от отношения сторон фундамента l/b (где l − бóльшая из сторон фундамента) и отношения z/b. Таблицы значений α приведены в СНиП и справочниках. Тогда на любой глубине величина напряжения

.

Полная величина осадки может быть найдена как сумма осадок отдельных слоев

(4.14)

(4.15)

где или − величины осадок отдельного слоя грунта.

Для случая однородного основания характеристики грунта β, Е₀, m₀ можно считать неизменными, а мощность слоев принять одинаковой по глубине, тогда и выражения (4.14) и (4.15) примут вид:

(4.16)

(4.17)

При определении осадки фундамента необходимо учесть влияние глубины его заложения и установить пределы суммирования по глубине. Грунт, залегающий в уровне подошвы фундамента, до возведения сооружения уже был обжат давлением собственного веса вышележащего грунта, так называемым бытовым давлением. Поэтому для определения величины осадки фундамента начальную ординату давления на грунт принимают

,

где − дополнительное вертикальное давление на основание от сооружения (для фундаментов шириной b ³ 10 м принимается = ); − вертикальное напряжение от собственного веса грунта (бытовое давление) на уровне подошвы фундамента.

Последующие ординаты эпюры определяют по формуле

, (4.18)

где .

Чем глубже рассматриваемое сечение грунта от поверхности земли, тем больше величина бытового давления и тем меньше напряжения от сооружения. Суммирование осадок производят лишь в зоне действия существенных напряжений от сооружения. Эту зону называют сжимаемой толщей грунта, или активной (рабочей) зоной. Нижняя граница сжимаемой толщи грунта принимается на глубине , где выполняется условие:

.

Положение границы сжимаемой толщи может быть найдено графически: для этого проводят прямую, соединяющую ординаты 0,2 бытового давления; пересечение этой прямой с эпюрой σ_Z давлений от сооружения покажет положение границы сжимаемой толщи (прямая АВ).

Если найденная граница сжимаемой толщи находится в слое грунта с модулем деформации МПа, или такой слой залегаетнепосредственно ниже глубины , нижняя граница сжимаемой толщи грунта принимается на глубине, где выполняется условие:

.

Мощность сжимаемой толщи зависит от ряда факторов. Она увеличивается при возрастании давления от сооружения р и увеличении размеров площади загружения и уменьшается с увеличением глубины заложения фундамента. На нее влияет форма фундамента (разное затухание напряжений по глубине), а также вид и состояние грунта (степень возрастания бытового давления по глубине).

Источник

Определение осадки столбчатого фундамента методом послойного суммирования.

Метод послойного суммирования рекомендуется СНиП 2.02.01-83 * для расчета осадок фундаментов зданий и сооружений и СНиП 2.05.03-84 * для расчета осадок фундаментов опор мостов и путепроводов. Метод послойного суммирования применяется для расчета фундаментов шириной менее 10 м, а также при отсутствии в пределах сжимаемой толщи грунтов с модулем деформации Е более 100 МПа.

В основе метода послойного суммирования лежат следующие допущения:

— грунт в основании представляет собой сплошное изотропное линейно — деформируемое тело;

— осадка обусловлена действием только вертикального напряжения, остальные пять компонентов напряжения не учитываются;

— боковое расширение грунта в основном невозможно;

— напряжение определяется под центром подошвы фундамента;

— деформация рассматривается только в пределах сжимаемой толщи Н_с (в нашем случае Н_с = 4,4 м).

Осадку основания S с использованием полупространства определяют по формуле

,

— коэффициент бокового расширения грунта; — среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i – ом слое грунта, равное полу сумме дополнительных напряжений на верхней и нижней границах слоя; hi и Ei — соответственно толщина и модуль деформации слоя грунта; n — число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.

Величину коэффициента бокового расширения грунта определяют из выражения

,

Где — коэффициент Пуассона, зависящий от вида грунта и его состояния.

Вследствие сложности зависимости от напряженного состояния и характера грунта, нормы рекомендуют принять = 0,8 для всех грунтов и формула приобретает вид

.

Расчет осадки грунта ведут в указанной ниже последовательности:

Массив грунта ниже подошвы фундамента (рис 5.4) разбивают на слои толщиной до глубины (как показала практика), равной 3b, где b — ширина фундамента.

Под центром подошвы фундамента строят эпюру природного давления грунта, вычисляя ординаты эпюры в уровне подошвы фундамента, на границах слоев и природных напластований фундаментов по формуле:

,

где — удельный вес грунтов i-го — слоя с учетом взвешивающего действия воды.

Природное давление под подошвой фундамента определяют по формуле:

кПа

Далее определяют дополнительное вертикальное давление под подошвой фундамента

кПа,

Дополнительное давление вычисляют на тех же глубинах, что и природное. Величина с глубиной убывает, поэтому при расчете целесообразно ограничиваться сжимаемой толщей Нс, ниже которой деформации грунтов пренебрежительно малы.

Нормы рекомендуют мощность сжимаемой толщи H_c для грунтов с модулем деформации E>5 MПа, как в нашем случае принимать до глубины, где выполняется условие

Рассчитываем дополнительное давление на границе каждого слоя:

Коэффициент определяют по таблице в зависимости от и

Дальнейшие расчеты приводим в табличной форме.

Нижняя граница сжимаемой толщи находится на глубине , где соблюдается условие: σ_zр = 26,7

Источник

12. Расчет осадок по методу послойного суммирования.

Расчет осадки слоистых оснований выполняется методом послойного суммирования, в основу которого положена выше разобранная задача (основная задача). Сущность метода заключается в определении осадок элементарных слоев основания в пределах сжимаемой толщи от дополнительных вертикальных напряжений σZP, возникающих от нагрузок, передаваемых сооружениям.

Так как в основу этого метода положена расчетная модель основания в виде линейно-деформируемой сплошной среды, то необходимо ограничить среднее давление на основание таким пределом, при котором области возникающих пластических деформаций лишь незначительно нарушают линейную деформируемость основания, т.е. требуется удовлетворить условие

(7.11)

Для определения глубины сжимаемой толщи Нс вычисляют напряжения от собственного веса σZq и дополнительные от внешней нагрузки σZP. Нижняя граница сжимаемой толщи ВС основания принимается на глубине z = Нс от подошвы фундамента, где выполняется условие

(7.12)

т.е. дополнительные напряжения составляют 20% от собственного веса грунта.

При наличии нижеуказанной глубины грунтов с модулем деформации Е≤5 МПа должно соблюдаться условие

(7.13)

Для оснований гидротехнических сооружений по СНиП 2.02.02—85 «Основания гидротехнических сооружений» нижняя граница активной зоны находится из условия

(7.14)

Расчет осадки удобно вести с использованием графических построений в следующей последовательности (рис. 7.11):

строят геологический разрез строительной площадки на месте рассчитываемого фундамента;

наносятся размеры фундамента;

строятся эпюры напряжений от собственного веса грунта σZg и дополнительного σZP от внешней нагрузки;

определяется сжимаемая толща Нс;

разбивается Нс на слои толщиной hi≤0,4b;

определяется осадка элементарного слоя грунта по формуле (7.15)

Тогда полную осадку можно найти простым суммированием осадок всех элементарных слоев в пределах сжимаемой толщи из выражения

(7.16)

где β— безразмерный коэффициент, зависящий от коэффициента относительных поперечных деформаций, принимаемый равным 0,8; hi — высота i-го слоя; Ei — модуль деформации i-го слоя грунта;

—среднее напряжение i-го элементарного слоя.

Метод послойного суммирования позволяет определять осадку не только ценфальной точки подошвы фундамента. С его помощью можно вычислить осадку любой точки в пределах или вне пределов фундамента. Для этого пользуются методом угловых точек и строится эпюра напряжений вертикальной, проходящей через точку, для которой требуется расчет осадки.

Рис. 7.11. Расчетная схема для определения осадки методом послойного суммирования: DL — отметка планировки; NL — отметка поверхности природного рельефа; FL — отметка подошвы фундамента; ВС — нижняя граница сжимаемой толщи; Нс — сжимаемая толща

Таким образом, метод послойного суммирования в основном используется при расчете небольших по размерам фундаментов зданий и сооружений и при отсутствии в основании пластов очень плотных малосжимаемых грунтов.

13. Расчет осадки фундаментов методом эквивалентного слоя грунта.

Метод суммирования, как показывают приведенные выше примеры, громоздок. Кроме того, он не является точным, так как основан на ряде ранее отмеченных допущений. Во многих случаях расчет осадки фундаментов может быть произведен по более простому методу эквивалентного слоя. Основные допущения рассматриваемого метода при мощном слое однородного грунта: 1) однородный грунт имеет бесконечное распространение и пределах полупространства; 2) деформации в пределах полупространства пропорциональны напряжениям, т. е. полупространства линейно деформируемо; 3) деформации полупространства устанавливаются методами теории упругости. Из теории упругости известно, что осадка поверхности линейно деформируемого полупространства может быть найдена по формуле:

где ω — коэффициент осадки, зависящий от формы площади загружения, жесткости фундамента и места расположения точки, в которой определяется осадка; рд — интенсивность приложенного давления, деформирующего рассматриваемое полупространство (грунты основания), в кГ/см2; b — ширина площади загружения в см; Е — модуль общей деформации грунта в кГ/см2; μ — коэффициент бокового расширения грунта основания. Эта формула учитывает ограниченное боковое расширение грунтов основания и деформации их под действием всех компонентов напряжений.

Источник