Прогноз осадки фундаментов и несущей способности оснований при эксцентричном приложении вертикальной нагрузки тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.07 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 'о ^ ^

с $ на правах рукописи

Щ щ УДК 624.131

Ураби Абдуль Маннан Абдуль Раззак

ПРОГНОЗ осадки ФУНДАМЕНТОВ И НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ОСНОВАНИЙ ПРИ ЭКСЦЕНТРИЧНОМ ПРИЛОЖЕНИИ ВЕРТИКАЛЬНОЙ НАГРУЗКИ

01.02.07 - Механика сыпучих тел, грунтов и горных пород

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1994

Работа выполнена на кафедре Механики грунтов, оснований и фундаментов Московского государственного строительного университета

Научный руководитель - Заслуженный деятель

науки и техники РФ, профессор, доктор технических наук

М.В. ММШОЕВ

Официальные оппоненты - профессор, доктор

технических наук

Б.И. ДЦДУХ

кандидат технических наук

В.М. ПОВИПОНСКИЙ

Ведущая организация - ВНШОСП им. Н.М. Герсеванова.

Защита состоится " 1994 г. в /5* час. ДО мин. на заседании Специализированного совета Д.053.II.05 по механике грунтов, основаниям и фундаментам при МГСУ (МИСИ) по адресу: Москва, Спартаковская ул. д.2, ауд. 2.\2_ ,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Просим Вас принять участие в защите и направить Ваш отзыв в двух экземплярах по адресу:

129337 Москва

Ярославское шоссе д. 26 МГСУ, Ученый Совет

Автореферат разослан " 2.6 " 04_1994 г.

Аи /гг/^у

Ученый секретарь специализированного совета

?!Ж&Кн$ГТ А.Л. КРЫЖАНОВСКИЙ

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Несмотря на большие достижения в части теоретического и экспериментального изучения, осадок и несущей способности оснований, в настоящее время остро ощущается отсутствие достаточного объема экспериментального материала, содержащего данные об осадках и несущей способности оснований эксцентрично загруженных фундаментов и его анализа. В связи с этим возникает практическая необходимость проведения серии специально поставленных экспериментальных исследований по определению осадок, кренов и несущей способности оснований ленточных (фундаментов, моделируемых жестким, гладким и шероховаты.! шташами, в том числе на песчаном основании, при внецентренно приложенной возрастающей в ходе опытов вертикальной нагрузке. Результаты опытов приобретают еще большую актуальность, если во всех исследованиях имеется боковая пригрузка-за пределами штампа, которая имеет различную интенсивность и форму. '..'.".

Подробный анализ материалов по фотофиксации перемещений частиц песка в основании при воздействии на штамп центрально и эксцентрично приложенной нагрузки, по. измерению их параметров, в том числе выхода на поверхность, по определению размеров и формы уплотненного ядра под штампом, то есть по качественной картине деформирования основания, а также детальное сравнение величин фактической несущей способности с результатами, полученными по расчетным метода.!, в том числе по СНиП 2.02.01-83, является этапом, предшествующим дальнейшей разработке и совершенствованию методов расчета осадок и несущей способности оснований. Этот анализ способствовал вскрытию имеющихся резервов в этой части по сравнению с результатами, соответствующими официальным рекомендациям главы СНиП 2.С2.01-83. Таким образом, актуальность из-' бранной теш определяется необходимостью решения вопросов, имеющих существенную практическую значимость.

Цель работы - проведение экспериментально-теоретического исследования несущей способности и деформирования песчаного основания при загружении его жестким гладким и шероховаты.! эксцентрично загруженным штампами в условиях плоской деформаций во всем диапазоне изменения нагрузок от нулевой до предельной, а также исследования кинематики движения частиц песка при эксцентрично нагруженных моделях фундаментов и наличии разных пригрузок за пределами этих моделей фундаментов. В соответствии с этил в задачу исследований входили: - экспериментальная проверка закономерностей роста осадок и мобилизации несущей способности оснований центрально и эксцентрично загруженных гладких и шероховатых жестких штампов различной ширины;

- изучение особенностей деформирования по глубине песчаного основания жестких центрально и эксцентрично загруженных моделей фундаментов при возрастающей нагрузке;

- экспериментальное выязление формы упругого ядра в основании эксцентрично загруженных фундаментов;

- проверка влияния боковой пригрузки на осадку.фундаментов и несущую способность основания моделей жестких центрально и эксцентрично нагруженных фундаментов;

- проведение анализа, необходимого для решения плоской задачи по определению очертания эпюр реактивных давлений под эксцентрично загруженным фундаментом.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

- впервые изучены закономерности деформирования и изменения несущей способности оснований эксцентрично загруженных жестких ленточных фундаментов при четырех схемах боковой пригрузки: при ее полном отсутствии, при двухсторонней равномерной одинаковой и неодинаковой по интенсивности пригрузках, а также при односторонней пригрузке за пределами фундамента;

- установлено, что увеличение эксцентриситета приложения нагрузки се» 0.06& до е -6/6неизменно ведет к увеличению крена до четырех раз независимо от того, какую бы по шероховатости подошву ни имела модель фундамента;

- выявлено в первых трех сериях опытов наличие так называемой "мертвой" зоны в менее пригруженной части основания, которая огибается линиями тока грунта, заровдающишся с этой же стороны фундамента;

- установлено под эксцентрично загруженными штампами наличие уплотненного ядра треугольной формы с вершиной, перемещающейся в направлении точки приложения равнодействующей внешней нагрузки, причег. угол при вершине ядра оказался близким к 90°;

- получено выражение для определения контактных давлений по подошве жесткого эксцентрично загруженного штампа при переменном по координате коэффициенте постели;

- в методике обработки результатов оригинальным является учет трения, возникающего по стенкам лотка при нагруяении штампов.

Практическая ценность работы заключается в том, что рекомевдов) ны зависимости для установления эффективной ширины фундамента, отли чающиеся от общеизвестны^:, включенных в действующие нормы и приводя щие к более экономичным решениям.

На защиту выносятся, следующие основные положения диссертации:

- результаты экспериментальных исследований закономерностей деформирования песчаных оснований при действии эксцентрично приложенной вертикальной нагрузки на жесткий ленточный фундамент при разных схемах пригрузок за его пределами;

- закономерности формирования несущей способности песчаных оснований жестких, ленточных фундаментов с различной шириной, разной шероховатостью подошвы, переменны! значением эксцентриситёта приложения нагрузки при четырех схемах пригрузки за пределами фундамента: при ее полном отсутствии, при двухсторонней равномерной одинаковой по интенсивности и двухсторонней равномерной неодинаковой по интенсивности, при односторонней пригрузке;

- результаты теоретических исследований по определению реактивных давлений при переменном коэффициенте постели, зависящем от X;

- результаты теоретических исследований по применению метода и теоретической схемы С.И. Белзецкого для определения коэффициента несущей способности Л/у , когда пригрузка составляется весом грунта за пределам,га штампа с реализацией силы трения, а не в виде равномерной пригрузки;

- результаты определения сил трения по стенкам лотка и их влияние на несупую способность;

- рекомендации по определению эффективной ширины эксцентрично загруженного фундамента, приводящие к более экономичным решениям.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов й заключения, списка использованной литературы, включающего 126 наименований и имеет 185 страниц, из них 107 страниц машинописного текста, 61 иллюстраций и 17 таблиц.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи проведенных исследований, отмечено состояние вопроса.

В первой главе дается обстоятельный обзор теоретических и экспериментальных исследований по определению осадок, величины крена и влиянию заделки внецентренно нагруженных фундаментов. Крен одиночного фундамента при эксцентричном его загружении вертикальной статической нагрузкой сначала определялся исходя иэ условно принятого закона линейного распределения давления по подошве фундамента, то есть по Вин-клеру. По такой расчетной схеме основания крен жесткого фундамента

И.П. Прокофьев определял по разнице краевых осадок. В дальнейшем была предложена формула зависимости крена от момента действующих сил. Эту формулу в своих расчетах использовали Н.П. Павлюк, Д.Д. Баркан, Л. И. Онищик, Г. К. Клейн и др. Д.Е. Лолыпиным была сделана первая попытка определения крена на основе использования расчетной схемы упругого линейно деформируемого полупространства, более правильно отражающей деформации и напряженное состояние основания. По такой расчетно) схеме основания В.А. йлорин, В.М. Абрамов и К.Е. Егоров получили формулы крена для жестких фундаментов: ленточного (бесконечная полоса) и для круга. Аналогичное решение дано в 40-х годах O.K. ipeлихом. Дп: прямоугольного жесткого фундамента в то же время строгое решение получил М.И. Горбунов-Пасадов. Оно вошло в советские нормы для проекти рования. В дальнейшем были введены разные упрощающие предпосылки, ко торые вылились в различные значения коэффициентов Kj в расчетных фор мулах. В решении В.В. Николаева за счет применения некоторых искусст 'венных приемов результаты определения значений коэффициента Kj (случ действия момента вдоль продольной оси фундамента) оказались завышенными лишь на 20% по отношению к решению М.И. Горбунова-Пасадова. Есл принять сторону квадратного фундшлента равной диаметру круга (предло жение К.Е. Егорова), коэффициент Kj получается на 45% больше, чем пс решению М.И. Горбунова-Посадова.

Следует отметить, что результаты решений для определения крена гибких фундаментов получены для трех точек, находящихся в середине i по краям. Под действием момента гибкий фундамент в различных сечениях имеет разный наклон, а жесткий - постоянный.

Методами определения кренов фундаментов, расположенных в грунт« вом массиве, занимались И.П. Прокофьев, Г.И. Глушков, Л.И. Онищик, Г.К. Клейн, М.И..Горбунов-Посадов, О.Я. Шехтер, A.A. Одинец. Для оц< ки теоретических решений по нахождению крена фундаментов, незаделан-ных и заделанных в грунт, было произведено их сравнение с результат; ми экспериментальных исследований, выполненных Д.Е. Польшиным, В.В. колаевым, Г.Мусом, B.C. Азаровым и др. Анализ этих исследований пок зал, что крен опытных фундаментов небольших размеров в среднем в 1,5-2 раза больше рассчитанного по СНиП, а заделка фундаментов в грунт существенно уменьшает их деформации и крен.

Инженерные методы расчета несущей способности оснований П.К. Я ковского, С.И. Белзецкого, Н.М. Герсеванова, П.П. Лаупмана, И.В. Яр польского из-за слржом условной замены очертания криволинейных пое хностей скольжения двумя плоскостями не получили широкого практичес го применения. Большое распространение в инженерной практике имеет

тод, основанный на предположении о круглоцилиндрической поверхности скольжения (работы Г.Крея, К.Терцаги, U.M. Гришина, P.P. Чугаева, М.К. Горбунова-Посадова и З.В. Кречмера, Д.Е. Польшина и P.A. Токаря и др.), однако и здесь вид поверхности скольжения принимается больше из удобства, чем исходя из достаточного обоснования. С целью необходимости расчета осадок при нагрузках, меньших предельной по несущей способности, в ряде работ (Н.П. Пузыревского, С.П. Шеляпина, H.H. Ма-слова, П.И. Морозова) предельная нагрузка вычислялась по теории упругости с допущением некоторого развития по краям фундамента пластических зон. На противоречивость такой постановки задачи указывали Д.Е. Польшин, В.А. Флорин и другие исследователи.

Поэтому основные теоретические исследования несущей способности оснований развернулись с применением решений о предельном равновесии грунтов, где значительные успехи были достигнуты благодаря работам

A.Прандтля, В.В. Соколовского (плоская задача) и В.Г. Березанцева (осесимметричная задача). Приближенные-решения на основе теории предельного равновесия были даны В.И. Новоторцевым, П.В. Малышева.!, Р.Шилдом, А.Скемптоном, D.H. Соловьевым и др. Все решения, полученные на основе теории предельного равновесия, дань: в предположении, что весь грунт, ограниченный объемлющей поверхностью скольжения, находится в предельно-напряженном состоянии. Приближенное использование наличия уплотненного ядра в виде жесткого тела треугольного очертания

(в условиях плоской задачи - работы К.Терцаги, Г.Г. Мейергофа, А.Како, П.Д. Евдокимова, Ж.Лебега, М.Ш. Минцковского, B.C. Христофорова, Е.Захареску, U.K. Горбунова-Посадова, З.Г. Березанцева и др.; при осе-сишетричной деформации - работа В.Г. Березанцева, для прямоугольных фундаментов - решение Л.М. Гольдштейн) увеличивают по сравнению с использованием только теории предельного равновесия предельную нагрузку на основание. Имеются также приближенные решения 1.1.В. Малышева и Х.Лундгрена, в которых теоретически показано существование под штампом верхней "упругой" части ядра с вогнутыми боковыми сторонами. Поскольку ядро не является жестким телом, совместное использование теории упругости и теории предельно-напряженного состояния более правильно учитывает работу грунта под фундаментом. Такой подход осуществлен в работах М.И. Горбунова-Посадова, И:3. Федорова, A.C. Снарского,

B.Г. Березанцева, Г.А. Гениева и др. В решениях, основанных на теории нелинейно-деформируемой среды, используется установленный экспериментально факт нелинейной связи между напряжениями и деформациями в грунтах. М.З. Малышевым, D.K. Зарецким даны решения некоторых частных

задач в замкнутой форме. В работах В.Н. Широкова, В.И. Соломина, М.В. Малышева, D.K. Зарецкого, В.А. Черемных рассматривается весомое связное нелинейно-деформируемое основание под действием нагрузки на круглый и полосовой жесткие штампы с учетом нелинейных деформационных зависимостей, полученных экспериментально для песчаных грунтов. Начало экспериментальным работам грунтов под нагрузкой практически положил В.И. %рдюмов, установивший методом фотофиксации криволиней-ность траекторий перемещений частиц песчаного основания. В дальней- : шем подобные исследования были продолжены В.Г. Березанцевым, В.А. Яро-шенко, И.5. Разореновым, H.H. Сидоровым, М.В. Малышевым, Е.Захареску, И.Биарезом, М.Ш. Минцковским, Л.Щ/кле, A.C. Кананяном, К.Лебегом,

A.П. Криворотовым, Й.Бринч-Ханзеном, Ю.Н. Мурзенко, П.Д. Евдокимовым, С.Е. Кагановской и др.

Впервые уплотненное ядро экспериментально обнаружил 1.1.X. Пигулев-ский. Позднее по методу М.В. Малышева "упругое" ядро исследовалось

B.Г. Березанцевым. A.C. Кананяном, Е.Захареску и др. В связи с тем, что согласно СНиП область необходимых расчетов по первой группе предельных состояний расширена, задача изучения несущей способности оснований при различных силовых воздействиях и особенно при эксцентричной нагрузке становится достаточно актуальной.

Во второй главе изложены результаты экспериментальных исследований деформирования песчаного основания и осадок моделей фундаментов при центральной и эксцентрично приложенных вертикальных нагрузках. Исследования проводились в условиях плоской задачи в специальном жестком лотке. Конструкция металлического лотка размером 53,5 х 25,5 см предусматривала крепление загрузочного механизма в виде винтового дом крата и регистрирующего усилия динамометра. В качестве моделей жестки: фундаментов - штампов применялись три стальные пластины шириной 50, 75 и 100 мм с гнездами (прорезями) для фиксации различной точки приложения нагрузки. В опытах применялись как относительно гладкие штампы (отполированная стальная поверхность), так и шероховатые штампы, на подошву которых была приклеена грубая наждачная бумага. Нагрузка прикладывалась как центрально, так и эксцентрично. Исходные данны указаны в таблице:

ширина штампа.«* ,! Эксцентриситет е, мм

100 0 б 12 100/6 24

75 0 ° 4,5 9 ■ 75/6 18

50 0 3 6 50/6 12

число опытов 89 89 87 80 II

Каждый опыт повторялся от двух до четырех раз. 3 качестве основания был использован песок средней крупности со следующими характеристиками: влажность И/ = 1,5-2$, = 26,3 кн/м3, ¿C = 15,9 кн/м , е = 0,68 ; Х-»'» = 15,1 кн/м3, ¿f-m»* = 16,6 кн/м3; I = 0,37

32°. Послойное уплотнение песка в лотке велось перед каддым опытом по единой технологии с тем, чтобы проводимые нами опыты осуществлялись на песке примерно одинаковой плотности.

Программой экспериментов предусматривалось проведение четырех серий опытов с центрально и эксцентрично загруженными гладкими и шероховатыми штампами шириной Ó = 50, 75 и ICO мм.

В I серии - штампы находились на поверхности песчаного основания.

Во П серии - штампы находились в условиях двухсторонней равномерной пригрузки (cj, - CJt)

3 Ш серии - штампы находились в условиях двухсторонней равномерной неодинаковой с обеих сторон по интенсивности пригрузке, причем

9v- qi/z

3 1У серии - штампы находились в условиях только односторонней пригрузки (со стороны приложения эксцентричной-нагрузки). Зона, в которой отмечалось перемещение частиц в основании шероховатого штампа (I серия), представляла по глубине толщу, равную (1,2 -i- 1,5)& , а в основании гладкого штампа (0,7 - 0,8) £ в интервале нагрузок от нуля до 150 кПа.

Осадки гладкого штампа, установленного на поверхности основания, почти вдвое превышала осадку шероховатого штампа при тех же нагрузках. Независимо от шероховатости штампа прослеживалась одна и та же закономерность: с увеличением штампа при одинаковых характеристиках грунта основания в работу включалась большая толща песчаного основания и характер зависимости ^ - J^O^) с увеличением " & " становился более плавным, как это следует из рис. I.

При эксцентричных нагрузках, прилагаемых к подели фундамента, в пределах ядра сечения его осадка бьла неравномерной, но имела один и тот же знак (то есть без подъемов одной из его сторон). Выход эксцентриситета за пределы ядра сечения сопровождался подъемом одной из его сторон, противоположной эксцентриситету.

Увеличение эксцентриситета от е * 0,06é да е =6/Q неизменно вело к увеличению крена, примерно, до четырех раз независимо от того, какую по шероховатости подошву имела модель фундамента.

Угол наклона траекторий перемещений частиц песка основания, загруженного по схеме I, к горизонту составлял 32 - 35°, что близко к его теоретическому значению.

Равномерная пригрузка основания интенсивностью за пределами модели фундамента (серия П) существенно сникала крен моделей при их эксцентричном загружен™ (¡фактически до пяти раз), а также сдерживала процесс образования призм выпора грунта и значительно затягивала процесс формирования зависимости Схема поведения грунта

основания под моделью фундамента в данном случае не отличалась от установленной ранее В.Г. Березанцевым для заглубленного штампа. Даже при малом эксцентриситете е = 0,ое& смещение частиц песка главным об разом фиксировалось со стороны, противоположной эксцентриситету, а также тлело место смещение частиц со стороны эксцентриситета.

В условиях неодинаковой río интенсивности Cjf действующей пригру-зки за пределами штампа (серия Ш) при центральной и эксцентричной ве] тикальных нагрузках крен модели фундамента изменял свое направление j противоположное при достижении эксцентриситетом величины е = 0,125 Дальнейший рост эксцентриситета сохранял также и тенденцию к росту к; на при возрастании давления.

В первых трех сериях опытов в левой части основания моделей фун даментов отмечалось наличие так называемой "мертвой" зоны, которая огибается "линиями скольжения", зарождающимися по нашей схеме в лево части подошвы моделей фундаментов.

В условиях действия односторонней пригрузки за пределаш фу? дамента (серия 1У) при центральной и эксцентрично приложенной нагру; ках крен моделей фундаментов также изменял свое направление на npow воположное при достижении эксцентриситета е = 0,12£ . В связи с Т( что слева от штампа пригрузка отсутствовала, а справа она имела инк сивность Cjf* Ь'Ь , угол выхода "поверхностей скольжения" к горизонту слева был около 40°, а справа около 35°. Если бы в опытах применяла методика, позволявшая постепенно увеличивать эксцентриситет, то впо возможным было бы найти точку приложения усилия, когда фундамент са ся бы равномерно, без крена.

В третьей главе изложены результаты экспериментальных исследоЕ ний кинематики сыпучей среды и несущей способности песчаных основам при эксцентрично приложенной вертикальной нагрузке. В опытах по исс дованию несущей способности применялись модели фундаментов с ширине é> - 100, 75 и 50 мм и эксцентриситетами е = 0,0&S, D,I2é, 6/6 Так как при осуществлении нагрузок по схемам Ш и 1У фундаменты име; неравномерную осадку даже при центральном загружении, то при анаяи: мы оперировали величиной средней осадки. В явном виде в процессе ц ведения экспериментов установить форму уплотненного ядра не предст

лось возможным. Но поскольку именно уплотненное ядро "раздвигает" прилегающие к фундаменту объемы грунта по направлениям наименьшего сопротивления, оно играет важную роль в процессе деформирования грунта песчаного основания. Поэтому форма уплотненного ядра была воспроизведена с некоторым приближением по косвенны/ признакам.

Исследование влияния шероховатости подошвы фундамента на несущую способность песчаного основания изучалось нами во всех четырех сериях экспериментов. Нами не было получено, как в опытах, проведенных Г.Мейергофом, двукратной разницы в несущей способности шероховатых^? и гладких (о™ штампов, но мы получили устойчивое соотношение постоянного превышения б» над ^Хг , находящееся в интервале 1,29 - 1,67.

Под эксцентрично загруженными штампами образуется уплотненное ядро треугольной формы с вершиной, перемещающейся в направлении действия эксцентричной нагрузки. Угол при вершине "упругой" части ядра близок к 90° (рис. 2). Кстати, на такой вид ядра указывали в свое время В.А. Флорин, Е.Дембицкий и др. Быстро продвигаясь вглубь основания, ядро расклинивает окружающий грунт, уплотняя и сдвигая его вдоль непрерывных на значительном протяжении "поверхностей скольжения". Перемещение (уплотнение) грунта, расположенного ниже вершины ядра, почти прекращается, а в траекториях движения частиц песка сбоку от ядра явно обозначается поворот. Величина угла поворота тем больше, чем блике поверхность грунта. Осадка в этот период резко возрастает, а при наличии выпирания наблюдается и значительное смещение штампа в сторону выпираемого грунта вдоль непрерывных поверхностей скольжения.

Как видно из рис. 2, линии скольжения, постепенно формирующиеся в указанных областях, не могут одновременно все сразу выйти на поверхность основания. При одной и той же величине нагрузки глубоко расположенные "линии скольжения" заканчивались в грунте значительно дальше от поверхности основания, чем линии скольжения, формирующиеся ближе к поверхности. Последние раньше других достигают поверхности, превращаясь в линии тока (линии выпирания). В этот момент нагрузка достигает своего предельного значения.

При потере устойчивости оснований, находящихся под воздействием эксцентричной нагрузки, выпор грунта главным образом происходил в направлении, противоположном приложенному эксцентриситету. Длины призм выпора при различных схемах загружения находились в интервале (I 4- 3)6 и никогда не были равны тем, которые были получены в опытахВ.Г. Бере-занцева, А.П. Криворотова и др. Угол выхода поверхностей скольжения со стороны выпора составлял 45°, а с противоположной стороны (при дьух-

стороннем выпоре) приближался к его теоретическому значению/^- -Как показали наблюдения за кинематикой частиц грунтов основания, линии скольжения частиц и тока грунта формируются тем быстрее, чем больше эксцентриситет нагрузки. Работа основания рассматривалась нами в следующих случаях:

1) при центральной нагрузке и трех положениях эксцентриситета, не выходящего за пределы ядра сечения;

2) при четырех схемах загрукения основания за пределами штампа;

3) при трех размерах ширин моделей фувдаментов {6 = 50 , 75, 100 мм) с гладкой и шероховатой подошвами.

В первой серии экспериментов рост эксцентриситета от нуля до^/Й привел к снижению несущей способности почти в полтора раза. У гладкого штампа это соотношение практически оставалось одним и тем же. Во второй серии экспериментов рост эксцентриситета сопровождался снижением несущей способности в (1,27 - 1,4) раза.

Неравномерная пригрузка основания за пределе:,те загружаемых центральной и эксцентрично приложенной нагрузкой моделях фундамента (Ш серия) приводила к совершенно неожиданному эффекту. Здесь первонача- • льно обнаружился рост несущей способности основания с приложением нагрузки при эксцентриситете е = 0,0б£ (до 14%). При этом крен фундамента происходил в сторону, обратную действию эксцентриситета. По мере увеличения эксцентриситета до е = 0,12^ крен изменил свой знак и уменьшился. Переход к эксцентриситету е = 6/6 снизил величину несущей способности основания по сравнению с его исходны.! значение:,! гри е = 0 в 1,25 раза..

При односторонней пригрузке основания за пределами загруженного фундамента (1У серия экспериментов) рост эксцентриситета до е = 0,12£ сопровоздался возрастанием несущей способности песчаного основания до 10$. При этом крен приобретал противоположное эксцентриситету направление. Переход к эксцентриситету е = 6/С сникал величину несущей способности основания по сравнению.с его исходны.! значением при е = 0 на 8 - 10$. Нашими опытами не подтверждается вывод В.Иствуда о снижении в три раза несущей способности грунтов основания при нахождении равнодействующей в пределах ядра сечения. Фактически же она изменялась при нахождении эксцентриситета в пределах ядра сечения лишь до полутора раз.

В четвертой главе изложены результаты теоретических исследований. В первом разделе излагается порядок определения напряжений по подошве жестких фундаментов при непостоянном коэффициенте постели С, зависящем от координаты X.

- гз

ЮО ¡00 юо 6~Я/7аг

Зависимость осадки от среднего давления на штамп для штампов разной ширины

рис. 2

Форма перемещения частиц грунта и зона вшора в песчаном основании при эксцентрично ( о/о ) нагруженных шероховатых моделях фундаментов и пригрузке по 1У схеме

(5)

Б сечении X имеем реактивные давления

р +SKBL-.JL

и перемещения

УГ^й^х-Уо- У^еЛХ, (2)

v ОТ

где ХХ = £

Исходя из модели Винклера

P*c-V (3)

в сечении X получим

PCxj-efxJ-VC**) (4)

Представим функцию C(Xj) в виде степенного полинома

С (Х<)' С,(¿.ли */ * *) Однако проще ввести отдельно полиномы четной и нечетной степене{ от Хт, тогда „ 7

C(Xi)=G0femi'>6 + x,J (6)

здесь принимаются условия ' ¿z>o,

Подставляя С(Хт) из (6) и из (2) в формулу (4), получи!.!

Р(Х¥).с,[¿пых'; + (7)

3 целях упрощения задачи можно принять как минимум два коэфоици ента, отличающиеся .от нуля, то есть в (7) положить /7=1. Тогда имеем вместо (7) следующее

Р(х<) - Cofot + + + jу,J (в)

Коэффициенты /77/ и /77/ можно найти, считая величины силы Л и момента У заданными

N •a^PCxJo/C*,) (9)

В работе построены эпюры реактивных давлений для различных эксцентриситетов приложения нагрузки, а численные значения их сведены i таблицы. В этой же главе дается решение контактной задачи о силовом взаимодействии внецентренно нагруженного полосового штампа с деформ! руемым основанием. В решении была использована методика, опирающаяа на применяемый алгоритм, который был реализован на ЭЗМ. Программа Stamp была использована для расчетов контактных давлений, осадок и кренов полосового штампа на песчаном основании средней плотности при различных эксцентриситетах приложения нагрузки Р. Сравнение рас четных осадок с фактически замеренными.показало, что при центрально цриложенной нагрузке и е = 0,С6<§ расчетные осадки практически со падают с замеренными с отклонением в диапазоне + 1Ъ%.

С ростом эксцентриситета расчетные результаты отставали от фактических.

В работе даны предложения по определению несущей способности грунта при одностороннем выпоре, т.е. был предложен иной подход к решению классической задачи Белзецкого.

Дополнительно были проведены вычисления значения коэффициента несущей способности А/г согласно решению Белзецкого в зависимости от угла наклона действующей силы & и от угла внутреннего трения грунта

У и сделано сопоставление их значений с аналогичными данными из СНиП 2.02.01-83.

. Сопоставление расчетных данных по несущей способности оснований с экспериментальны.™ свидетельствует о том, что фактическая несущая способность практически всегда оказывается завышенной. В связи с этим нами были выполнены дополнительные опыты по установлению трения песка по стеклу. Полученные данные были использованы при учете влияния сил трения на несущую способность песчаных оснований, полученную в лотковых испытаниях. Кроме того, опытные данные по изменению ингенсивностей снижения несущей способности основания по мере роста эксцентриситета приложения нагрузки и уменьшения ширины штампа свидетельствуют об их постоянстве как для схемы загрузки I, так и для схемы П. Это обстоятельство вызвало необходимость иной величины приведенной ширины фун- . дамента по сравнению с требованиями СНиП 2.02.01-83. Предложено вычислять приведенную ширину йундамента по следующему выражению:

0,7?§-)

Вычисление несущей способности основания по СНиП с учетом этой формулы дает более приемлемые результаты с точки зрения их соответствия их опытным данным. ,,

Общие выводы и' заключение

' I. Прогрессивный современны.! направлением для получения теоретических решений, используемых при расчетах грунтовых оснований, является применение методов, опирающихся на теорию линейно деформируемой среды, которая позволяет определять реактивные давления и осадку фундаментов практически почти во всем диапазоне реальных нагрузок. Использование ЭВМ для численного решения таких задач механики грунтов расширяет возможности применения методов, основанных на зависимостях, полученных в теории линейно деформируемой среды.

2. Отсутствие необходимых экспериментальных данных о траекториях перемещений при эксцентрично приложенной на жесткий фундамент нагру^ ке в его основании, о распределении напряжений в грунте от его собственного веса, влиянии•пригрузок неодинаковых с разных ¿тофон фундамен-

та, о конфигурации и формировании упругого ядра монет быть объяснено как природой сложения грунтовых массивов, так и недостаточно разработанной методикой, а также сложной техникой проведения опытов. Выбранная нами методика проведения экспериментов в связи с избранными и приемлемыми для лабораторных исследований размерами моделей фундаментов позволила провести массовые испытания моделей фундаментов при раз личных схемах загружения основания с практически достаточной для надежных обобщений повторностью.

3. йотофиксация траекторий перемещений частиц грунтовых основани на разных стадиях загрукения фундаментов, измерение перемещений моделей фундаментов как при центральной вертикальной, так и эксцентрично приложенной нагрузках, постоянное наблюдение за показаниями загрузочного механизма, использование в опытах моделей фундаментов с гладкой и шероховатой подошвами, а также возможность передачи на эту модель как центральной, так и трех положений внецентренной, но находящейся

в пределах ядра сечения нагрузок позволили получить достаточно большой материал, послуживший для анализа работы фундаментных моделей при различных схшах загружения.

4. Осадка моделей фундаментов с гладкой подошвой, установленных на поверхности основания (схема I) почти вдвое превышала осадку тех 'же размеров моделей с шероховатой подошвой при тех же виличинах дейст вующей нагрузки. При Эксцентричных нагрузках, прилагаемых к моделям фундаментов в пределах ядра сечения, его осадка будет неравномерной, но имеющей один и тот же знак, то есть без подъемов одной из его сторон. При эксцентриситете, выходдщем за пределы ядра сечения, происходил подъем одной из сторон модели, противоположной эксцентриситету.

5. Увеличение эксцентриситета с е = 0,055 до е = неизменно ведет к увеличению крена до четырех раз независимо от того, какую по шероховатости подошву модель фундамента имеет. Равномерная пригру-зка основания за пределаш модели фундамента поверху интенсивностью^ существенно сникает крен фундаментов при Их эксцентричном нагружении до пяти раз, сдерживает процесс образования призм выпора грунта и зна чительно уменьшает осадку при той яе нагрузке. Схема поведения грунта основания в данном случае не отличается от хорошо изученной и описанной В.Г. Березанцевым для загруженного.без пригрузки по бокам штампа.

6. В условиях неодинаковой равномерной пригрузки за пределами фундамента при центральной и эксцентричной вертикальной нагрузках крен модели фундамента изменял свое направление на противоположное пр; достижении эксцентриситета, равного е = 0,12 5 .

7. В первых трех сериях опытов в менее пригрукенной части основания моделей фундаментов отмечается наличие так называемой "мертвой" зоны, которая огибается линиями тока, зароядающимися с этой стороны подошвы фундаментов. В условиях действия односторонней за пределами пригрузки и эксцентрично приложенных нагрузках крен модели фундамента также изменяет свое направление на противоположное при достижении эксцентриситета, равного е = 0,12& . В связи с тем, что слева от штампа отсутствует пригрузка (схема 1У), а справа она тлела в опытах интенсивность ; здесь угол выхода поверхностей скольжения к горизонту был равным 40°.

8. Под эксцентрично загруженными штампами образовывалось уплотненное ядро треугольной формы с вершиной, перемещающейся в направлении точки приложения равнодействующей внешней нагрузки. Угол при вершине ядра был близок к 90°.

9. Угол выхода плоскостей скольжения на поверхность со стороны выпора составлял порядка 45°, а с противоположной стороны при двухстороннем выпоре приближался к значению Л/-/- Г/*) . При загрузке основания за пределами шероховатого и гладкого штампов по схемам I и П рост эксцентриситета сопровождался снижением несущей способности в 1,27 - 1,4 раза. При загрузке основания за пределами шероховатого и гладкого штампов по схемам Ш и 1У увеличение эксцентриситета на первых порах сопровождалось возрастанием несущей способноЬти основания до 1СЙ. В это время крен штампов получал противоположное эксцентриситету направление. Дальнейшее увеличение эксцентриситета без выхода его за пределы ядра сечения изменяло направление крена, а величина несущей способности снижалась почти на 10^5.

10. Получено выражение для определения контактных давлений по. подошве жесткого штампа при переменном по координате коэффициенте постели. Сформулированы предложения по определению несущей способности основания при одностороннем выпоре с помощью развития решения Белзецко-го. Выявлено, что рекомендации главы СНиП 2.02.01-83 дают возможность прогнозировать несущую способность оснований внецентренно загруженных фундаментов, работающих по схемам I и П.

11. Предложено рассчитывать приведенную ширину фундамента с учетом сниженного более чем в 2,5 раза эксцентриситета приложения нагрузки, что позволяет достигнуть одинаковой с опытной интенсивности уменьшения несущей способности основания с ростом величины эксцентриситета приложения внешней нагрузки.