Глинистые грунты основания

Представленный выше порядок выполнения работ сохраняется в том случае, если грунты основания являются глинистыми, которые не вызывают особых трудностей при отборе исследовательских образцов из-под подошвы фундаментов.

Для ответа на второй поставленный вопрос, т.е. определения расчетного сопротивления грунта, предельного давления на грунт основания необходимо, прежде всего, знать его прочностные характеристики: угол внутреннего трения и величину сцепления. Данные величины обычно определяются изыскательской организацией на основе стандартных сдвиговых испытаний в условиях плоской задачи. Для этого из шурфов (пробуренных скважин) отбирают керны (монолиты грунта), из них в лабораторных условиях вырезают кольца, ориентированные обычно параллельно горизонтальной поверхности и проводят сдвиговые испытания.

Следует отметить, что подобные испытания лишь в малой степени отражают реальную работу несущего слоя основания под подошвой существующего фундамента.

Хорошо известно (Федоров И.В., Малышев М.В., Мурзенко Ю.Н. и др.), что при достижении под подошвой фундамента давления P_i>P_н.кр. (при реконструкции такие условия возникают достаточно часто) в основании развиваются зоны (области) пластических деформаций, где

(2.1)

Р_н.кр. - начальная критическая нагрузка (по Н. П. Пузыревскому); γ - удельный вес грунта; d - глубина расположения слоя грунта, к которому прикладывается нагрузка; с - сцепление грунта; φ - угол внутреннего трения грунта.

Развитие областей пластических деформаций осуществляется от угловых точек подошвы фундамента и ориентировано вдоль осей (а), расположенных под углом θ =-φ к вертикали (рис. 2.1).

Вследствие этого в основании можно выделить 3 области: 1 - упругая областьβ₁≤θ≤∏/2; 2 - пластическая область β₃≤θ≤β₁; 3 - упругая область -∏/2≤θ≤β₃. Где β₁ и β₃ - углы раскрытия пластической области. При возрастании давления на основание пластическая область будет увеличиваться, раскрываясь вправо и влево от пер­воначального направления зарождения. Предельное развитие зон будет характеризоваться предельными значениями углов β₁^пр и β₃^пр, определяемыми из выражения:

(2.2)

Рис. 2.1. Схема зарождения и развития пластической области в основании жесткого фундамента при плоской задачи: 1 и 3 – упругие области; 2 - пластическая область.

Как видно на рис. 2.1, формирование 2 пластической области (предельных касательных напряжений) β₃≤θ≤β₁ происходит вдоль осей (а), в которых строго соблюдается условие предельного равновесия по теории Мора-Кулона и возникают полосы (Копейкин В.С.) локализованного сдвига (рис. 2.2а).

Рис. 2.2. а). Формирование 2 пластической области (предельных касательных напряжений) и развитие полос локализованного сдвига в основании под подошвой жесткого фундамента; б) схема отбора кернов при проведении изысканий; в) фотографии развития полос областей пластических деформаций в сдвиговом приборе.

Отбор образцов грунта (кернов) из шурфов (скважин) (рис. 2.2б) для проведения стандартных сдвиговых испытаний, позволяет, как правило, получать прочностные характеристики при ориентации плоскости сдвига в горизонтальном направлении (фото 1 на рис. 2.2в). Формирование и развитие полос локализованного сдвига по мере увеличения смещения при модельных лабораторных испытаниях были получены нами еще в 1996 г. [1].

Как представляется, стандартные испытания грунтов в плоском сдвиге (сдвиговая плоскость горизонтальна), при решении задачи по расчету жесткого фундамента на естественном основании, характеризуют работу основания лишь в верхней части пластической области (рис. 2.2а). Если проводить подобные испытания, вырезая образец грунта из керна в горизонтальном направлении (сдвиговая плоскость в этом случае будет вертикальна), то такие испытания (фото 2 на рис. 2.2в) будут характеризовать работу основания лишь в нижней части пластической области (рис. 2.2а). В том и другом случае полученные результаты, зависящие от анизотропических свойств (для глинистых грунтов), будут иметь различные значения [5] и отражать не более 15…20% объема локализованного сдвига, имеющего место в нагруженном основании под подошвой жесткого фундамента.

Фактически в основном полосы локализованного сдвига формируются вдоль осей (а), расположенных под углом Q =-φ к вертикали (рис. 2.1, 2.2а). Следовательно, испытания на плоский сдвиг в стандартных сдвиговых приборах должны, в данном случае, проводиться для образцов грунта вырезанных из керна под углом φ к вертикали. Поскольку получить при стандартных испытаниях таких образцов практически не удается, то рекомендуется в первом приближении вычислять средние значения механических характеристик между результатами горизонтального и вертикального сдвига.

Более предпочтительней в данном случае, безусловно, будут стабилометрические испытания, позволяющие проводить испытания в условиях объемного напряженного состояния, с формированием задаваемых направлений поверхностей сдвига близких к реальным.

Таким образом, программа лабораторных испытаний для получения прочностных свойств грунтов, должна отражать фактическую работу нагруженного основания в конкретной решаемой геотехнической задаче и задаваться проектировщиками в техническом задании на инженерно-геологические изыскания.