Виды деформаций грунта

 

Под влиянием особых условий, выражающихся в виде внешних воздействий на грунты основания строительной площадки, основание претерпевает деформации, которые подразделяются на два вида:

1) деформации от внешней нагрузки (осадки, просадки, горизонтальные смещения);

2) деформации от природных изменений и антропогенных воздействий (подъемы и опускания, оседания, горизонтальные смещения).

Осадки - это деформации уплотнения грунта, которые происходят в результате небольших вертикальных перемещений его твердых частиц, без коренного нарушения структурного строения и выдавливания грунта из-под фундамента. Грунт сжимается за счет уплотнения частиц. Это приводит к упрочнению и улучшению его строительных свойств. Для устойчивости и прочности оснований сжатие грунтов безопасно.

Просадки - это деформации, которые происходят в результате больших вертикальных перемещений частиц грунта с коренным изменением его структуры и часто сопровождаются выдавливанием грунта из-под фундамента. Просадки развиваются не только от внешних нагрузок и собственного веса грунта, но и от дополнительных воздействий (деформации лессовых грунтов при замачивании, мерзлых грунтов при оттаивании ).

Горизонтальные деформации - сдвиг грунта - это значительные, необратимые наклонные и горизонтальные перемещения частиц грунта, когда горизонтальные составляющие напряжений превышают сопротивление грунтов сдвигу. Сдвиг грунта вызывается действием на основание горизонтальных и наклонных нагрузок. Сдвиг сопровождается изменением сложения грунта, перемещением отдельных больших объемов грунта, нарушением его сплошности, местной или общей потерей его устойчивости.

Подъемы и опускания – деформации, связанные с изменениями объема некоторых грунтов при изменении их влажности (набухание или усадка) и при замерзании или оттаивании льда в порах грунта (морозное пучение или оттаивание).

 

Определение осадок слоя грунта – одномерная задача уплотнения

Сжатие слоя грунта рассматривается в условиях невозможности бокового расширения при действии с поверхности безграничной по площади равномерно распределенной нагрузки. Ограниченной мощности слой сжимаемого грунта подстилается снизу скалистым основанием (рис. 4.1). В этом случае сжатие грунта слоя будет аналогично сжатию в условиях компрессионных испытаний.

Рис. 4.1. Схема сжатия слоя грунта при сплошной нагрузке в условиях сжатия

без возможности бокового расширения

 

Из рисунка видно, что полная величина осадки

 

, (4.1)

 

где h – мощность сжимаемого слоя до обжатия его внешним давлением; h₁ – мощность сжимаемого слоя после обжатия.

Объем скелета грунта в единице объема грунта

.

Объем скелета в выделенной грунтовой массе в виде призмы площадью F до и после деформации остается постоянным

 

.

 

Из этого условия можно найти h₁

 

, (4.2)

 

где F – площадь грунтовой призмы;

е₁ – коэффициент пористости грунта до приложения нагрузки;

е₂ – коэффициент пористости грунта после окончания осадки под нагрузкой.

Подставляя (4.2) в (4.1), получаем

 

или

.

Из результатов компрессионных испытаний можно положить, что

,

 

где m₀ – коэффициент уплотнения (сжимаемости).

Тогда формула для величины конечной осадки примет вид

 

или

, (4.3)

где - коэффициент относительной сжимаемости, завися-

щий только от компрессионных свойств грунта.

Таким образом, для вычисления величины осадки используются результаты компрессионных испытаний для оценки сжимаемости грунта и коэффициента уплотнения. Величину осадки можно также найти по результатам полевых испытаний в которых определяется модуль общей деформации грунта Е₀.

При принятой схеме сжатия слоя грунта (рис. 4.1)

 

, (4.4)

где - коэффициент бокового давления; - коэффициент бокового расширения.

Из курса сопротивления материалов следует, что относительная деформация грунта вдоль оси Z, совпадающей с направлением действия силы Р,

. (4.5)

 

Подставив (4.4) в (4.5), получим

 

,

или, вводя обозначение

,

получим

.

 

Полная величина осадки равна произведению относительной осадки на мощность деформируемого слоя

. (4.6)

Данная зависимость устанавливает обратную пропорциональность величин Е₀ .

Здесь - коэффициент, зависящий только от свойств грунта и вычисляемый на основе опытного определения коэффициента бокового давления или коэффициента бокового расширения .

Сравнивая (4.3) и (4.6), можно найти зависимость между и Е₀:

.

 

Отсюда следует

.