Устойчивость и деформируемость оснований анкерных фундаментов тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.07 ВАК РФ

8 Л 3, 3,

Московский ордена Трудового Красного Зиаыевк ннвенерно-строителькый институт иа. В.В.КнйбнБева

Кандидат технических наук Болдырев Геннадий Григорьевич

ЗСТОИЧИЭОСТЬ И ДЕФОРНИРНЕУОСТЬ ОСНОВАНИИ лнкярлих ФЩЙИЕНТОВ

01.02,0? - Механика снпдчнх тел, грднтов я

^1ггвре$врат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

На правах рукописи ЭДК 624,131.5:533.4

горних пород

Москва - 1992

Работа выполнена на кафедра Неханики грунтов, оснований и фундаментов Иосковского инхенерно-строительного института их. В.Б.КуйГыггва

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Бугроз йлександр Константинович

- доктор технических надк, профессор Диддх Борис Иосифович

- доктор технических надк, профессор Лапвин Федор Константинович

Ведуцая организация - "Знергосетъпроект" .

Защита состоится "ÛZ* • 1993 года в часов

на заседании Специализированного совета Д 053.11.05 при НИСН ни. В.В.Кдйбыиева по адресу: Москва, ул. Спартаковская, дои. 2, ауд. 212.

С диссертацией ьовно ознакомиться в библиотеке института. Просим Вас принять участие в зацкте н направить Вав отзнв в 2-х экз, по адресу: 129337 Москва, Ярославское воссе, дои 25, МНСИ ми. В.В.Кдйбывева. Ученый совет.

Автореферат разослан "SÔ"__-HL____ 1992 г.

Учений секретарь специализированного совета, кандидат технических наук, профессор

Й.Л.Крнхановскн*.

¡.'ЙКлЛ»»«¿.\чч

ОБИЯЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Проблема проектирования оснований анкерных фундаментов является одним из наименее разрабптанннх в фундаыентостроенин несмотря на широкое применение подобных конструкций при сооружении линий электропередач, возведении фундаментов типа "сгеиа в грунте", креплении плавучих и погрувенннх платформ, используемых для добычи полезных иско-. паеьшх. йикерннс фднааыенты применится такзе при строительстве глубоководных помещений и проведении операций по подъему затоиуваих кораблей, а такие в ряде других случаев при передаче на грунт выдергивавших нагрузок.

Б настоящее вреая при решении различных краевнх задач не-ханики грунтов вир око использувтся натеиатичеегтив модели грунтов, базирдпциеся на результатах теорий упругости и пластичности. Разработанная техника численного речения задач и пред-лояенные модели грунта позволяют рассматривать папрязенно-дефорыировашюе состояние оснований вплоть до достижения предельной нагрузки по устойчивости.

Однако, несиотя на иирокое использование аппарата теория упругости п пластичности для оснований обычного тмпа фундаментов, эти схеии численного ревения практически не применятся при расчете оснований анкерных фундаментов.

В то ае время п большинстве известных работ С Л.Бугроп, И.Бойко, С.Бялоп, П.Дидух, Е.Зарецкий, "ИДаЛвнсв, А.Пнляпш я др.3 ревения получены исхода из предположения однородности полей напряасний и деформаций, что не всегда ппдтлпргдаетса длинный шссперилентальшх исследований. В расчетных срезах не учитцваатса ьозаонизсть локализации деформаций, эозтптг?п<шепяз и развитие разрывов в связной грунте. Основное те прйкзккр. сконцентрировано на исследования явления зароядешгз л рагтк-тия полос сдвига в конечной элементе грунта в вяде образуя (Р.Борет, Б.Васильев, /ЬДесруес, П.Лоде, Н.Шгколаепсклй и др.) а практически не исследовано поведение массива основания, в которой проявляйте^ откечешшв вффекты. В.особзякостя это относится к исследовании влияния разрывов спловностя среди па характер нанряяенно-дефориированиого состояния основания.

Практически Есе известные методы расчета оснований анкерных фундаментов СОгамирзяи, Е.Ванзин, В.Буданов, Л.Дяиоеп". Л.Уариупольский, Л.Ропников и др.) основана на определениях

допущениях и двлявтся инкенерныни кетодани расчета, которне получены в основном для расчета оснований по первой группе предельных состояний. Общая постановка задачи требует включения в расчстнуп схему не только упругих и пластических деформаций, но и разрывов сплошности грунта. Подобная постановка задачи коест быть условно реализована только в ранках комбинированного подхода с использование« аппарата нелинейной теории упругости, теории пластичности и механики разрувення.

До сих пор по рекомендации СНиП 2.02.01-83 расчет оснований анкерных фундаиеитов производится только по несущей способности. В то ей врекя расчет по дефоркацияи заключается в огра-ничеиии величины расчетного давления на грунт обратной засипим яри этом величина пересечения анкерного фундамента остается неизвестной. Кроне того, большинство из известных кетодов приие-инии только для условий плоской и оссскиметричной деформации. Однако в болыгинстве случаев основания анкерных Фундаментов работавт в условиях трехмерной деформации, п связи с чей учет ирострапствсшшго характера работы является актуальна«.

Ревенни лвбой краевой задачи механики грунтов с использованием нелинейных определяющих уравнений предшествует определение их параметров, которые находятся из результатов испытаний образцов грунта с приборе трехосного скатия, а чаще всего . лнвь в компрессионно!! и сдвиговом приборах.

Болыншство серийно выпускаемых приборов с Российской Федерации предназначены для работа в ручнок рвите регистрации информации и управления яагрухепиен, что существенно сникает их производительность, точность измерений из-за наличия объективных I! субъективных факторов, требует значительных затрат и времени на обработку результатов испытаний, особенно с условиях сло8ного напрякеиного состояния. Необходикость создания и выпуска подобных автоматизированных приборов и систск но вызывает соинеиия, особенно с еироиах внедрение« о практику проектирования численных методов расчета основании, в тон числе анкерных фундаментов.

В соответствии с этим, цель диссертационной работи замечается в тон, чтобы используя аппарат нелниеЛной механики грунтов, предлоанть не только практические иетодн расчета оснований анкерных фундаиеитов по несущей способности и деформациям, но такие и комплекс аппаратуры д*я определения пара-

катроп модели грунта.

Для достижения увазнной цела были поставлена и регены следцвюге задача:

1. Внпо)шешг экспсрнненталыше исследова'тия по определенна характера дефорхировапхя езтучого и связного грунта оснований аикерннх Сзнданснтов при разлячтх глубинах их залоге-вия, углах наклона вндергиващей нагрузки, плотностях песчаного и состояниях по пластичности связного грунтов оснований,

2. Проведен анализ я сделана обобщения результатов исследований и разработаны расчетное схем для расчета основаййй по ««»¿дцей способности и деформации,

3 Разработан автохатизироваяннй кошменс для иссяедова-вия гшюоиериостей деформирования грунтов при различиях видах глпряхэняого состояния.

4. Проведан анализ результатов экспериментальных исследований дла установления закономерностей поведения' груиЗДВ при сдаородно* и неоднородно* дефоркироваяяи в условиях сложного иаиряленного состоания с цельв обоснование.вибора соответствуете*модели грунта.

3. Дана постановка я разработан алгоритм ревоння упруг'з-пластнчаской задач* с учетои локализации вариаций в песчаной грунте и образования раарнвов в связной грунте ми случаев плоской и прострапственнсйдвфсриацин.

В. Разработана процедура численного расчет« оснований ан-верних фундаментов с определенней предельной нагрузки я дефор-иациипря упрочнении и разуврйчяевии грунта.

7. Разработан* практические иегодй расчете несудей способности песчаного основания аикерних фуадаиентов на базе рвив-ияй творя* нрвлелъного равновесия сотучей ерем*

8.Преввдвкв вяедрвяиа получветшх результатов в практику проектяочиискателъскяхюабот.

Задачи диссертационной работ» определи« состав к методе нсследований.Ссвовнов внимание уделялось аксперимвнтадъяни исследовании характера деформация оснований аяхернхх фундаментов. их посдеддомд анализу, вид орд расчетяих схем» аяа-литичесиоиу к численному реиенияи на 9В1.

Зксперииенгалътм исследоваяая характера «ефортромиш песчаногои связного оснований виполненя с применение* вето-

дов фотофиксации траекторий перемещений частиц, фотограмметрии и рентгенографии в условиях плоской и осесиинетричной задач.

Изучение закономерностей деформирования образцов грунта выполнялось такие в ц^ловийх плоской и осесимметричной деформации с применением в последнем случае разработанной автором автоматизированной системы для инженерно-строительных изысканий.

Анализ полученных автором, а такге известннх ранее результатов экспериментальных и теоретических исследований ло-слукил для выбора расчетных схем основания, в основу которых положена упруго-пластическая модель грднта.

Научная новизна исследований заклвчается в применений комплексного экспериментально-теоретического подхода к изучении поведения грунтов и оснований анкерных фундаментов, Это позволило получить следуювие основные результаты:

- экспериментально установлено влияние глубины заловения, угла наклона выдергивавшей нагрузки, плотности песчаного и пластичности связного грунта на дефоринрценость к несучуя способность оснований анкерных плит;

- разработан метод численного расчета предельной нагрузки и деформации оснований анкерних Фундаментов в условиях плоской, осесккметричной и пространственной задач. Полученное упруго-пластическое репение допускает анализ напряяеняо-дефорнировашшго состояния оснований с учетов локализации деформаций в песчаной и разрывов в связном грунте;

- предяоиснм методы расчета несущей способности анкерных плит при произвольной глубине залоягсшш;

- разработана и создана конструкция, а затен иалакено производство автоматизированной снстсны, в;;лвчащей: коапрессн-ашшй прибор, прибор прямого среза, стабкяокатр, устройства для испытания образцов грунта на расгягенне, п цсясгзкях одноосного сватия, также подготовки образцов грунта.

Практический вихри работа закяичаотся п:

- применении предлоиеиного метода для расчета напряяенно-деформированного состояния оснований, который позволяет определять предельнув нагрузку и переведение анкера различной конструкции при произвольных глубине заложения и угле наклона выдергивавшей нагрузки;

- использовании разработанного комплекса автоматизированных приборов, которое позволяет в десятки раз ускорить скорость обработки результатов испытанна, до 302 увеличивает оборачиваемость приборов я существенны!! образоы улучшает условия работы сотрудников геотехнических лабораторий. Одновременно с зтии до 20 раз снижена металлоемкость компрессионных и сдвиговых приборов.

Внедрение результатов исследований осуществлялось в сле-дуивдх ор. анизациях: '"Соязиодоканалпроскт", "Леаиорниипроент", "Челябаг; опроыпроект", "Занороаагрипроипроект" и риде других организ/.ций путей применения разработанной автоматизированной систсыг для инаснсрно-геологических изисканий.

Результаты работы опубликованы в 20 статьях и одной монографии (Стройиздат, 193?), докладывались на всесоизних совещаниях и семинарах.

!1а защиту выносятся:

- результат» экспериментальных исследований дефорыирова-ннз песчаного и связного основания анкерных плит мелкого и глцбокого залояяния;

- результаты экспериментальных исследований деформирования образцов связного и песчаного грунта в.условиях плоской н осесныметричной деформации;

- обоснование расчетных схем для оснований анкерных фундаментов и принятой модели грунта с цель» определения несуцей способности и напряхенно-дефорнироваиного состояния песчаного и связного оснований;

- предложенные метода расчета несущей способности н деформируемости оснований анкерных фундаментов различных типов;

- комплекс автоматизированной аппаратура для определения прочностннх и деформационых характеристик грунтов и рекомендации по его практическому применении.

Апробация работ!}. Основные положения диссертационной работы докладывались на:

- всосовзнвх конференциях: "Современные проблван нелинейной иеханикм грунтов" (Челябинск, 1985), "Использование достизений нелинейной механики грунтов в проектировании оснований и фундаментов" (Иовкар-Ола, 1989);

- региональных научно-практических конференциях Теогехия-

ка Поволжья" (1986, 1939);

- секинарах и научно-технических конференциях Пензенского доха научно-технической пропогандн (1381, 1984» 138б>.

Результаты исследований зазиценк пять» авторскими свидетельствами и двумя патентами на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из: Введения, вести глаз, обцих выводов и предложений и содержит 302 страницы машинописного текста, 114 рисунков, 4 таблицы, библиографию из 2 59 наименований,

ОСНОВНОЕ СОДЕРШИЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Обцке положения и состояние вопроса

Конструктивно анкерные устройства использувтся в виде иас-сивных-столбчатых Фундаментах, грибовидных фундаментах, применяется таксе анкерные плиты, кнъекционкне анкера, цилиндрические анкера и винтовве сваи. 3 !1аст.оя%ей работе не рассматри— ваптся вопросы взаимодействия анкерных фундаментов и надземных конструкций типа "анкер-подпорная стена", которые имевт место в гидротехническом строительстве.

В зависимости от относительной глубины заложения Я/8 анкерные фундаменты подрэзделявтея на фундаменты мелкого и глубокого заложения. При И/В < 3-8 анкерные фундаменты наэнвапт-ся фундаментами мелкого заложения и при Н/В > 0-10 фундаментами глубокого заложения.

Первые исследовательские работы, посвященные анкерным фундаментам линий электропередачи били проведены в Германии ж Австрии в начале П века, В России.первая публикация в дайной области фундаментостроения появилась в 1932 году (перевод монографии Г.Крея), в 1951 году была опуяикована работа Й.1Гд~ стафаева, а затем в 1957 году внжла книга Л.Агажирзяна.

Обнфные натурные опыты с грибовидными фдвдаиенгаии бил* вмоолненн в середине ; 80-х годов А.Каяаияном и Л.Джиоевиа, они показывает на влияете степени уллотнения грднта обратной засыпки как на величиид предельной нагрузки, так и ва характер деформации основания.

Натурные и лабораторные опыты по определении характера

деформации основания нагруженного анкера свидетельствуя! об образовании разрывов в окрд*авчеи его грунте, что существенным образом отличает их от обычных ленточных или столбчатых Фундаментов. Впервые данное явление было учтено в расчетной схеме Л.Мариупольского (19Е6).

Исследования ряда авторов СЙ.Кашшпн, И.Гддуиаури и др.) показывает, что несущая способность и деформируемость оснований анкерных фундаментов зависит не только от глубины 'зало-50НИЯ анкера и его конструкции, но и в значительной степени от технологии производства работ.

Грибовидные.анкернне фундамента и анкерные плиты, зало-аеник< в траяяее с вертикальными стенками, имеют несукую способно ть до ЗС? больно, а деформируемость да 2СХ менее, чем ФЫнд'иеиты, сооруяаеаые в котлованах с откосами. Подобное не влияние на иесучуа способность н. дефорнирдеиость оказывает и степень дплотнения грунта обратной заенпки,

Примерно с середина СО-х годап для определения несущей ■ способности анкерных фундаментов стали4'применять аппарат теряй пластичности/ Б первув очередь, здесь следует отметит^ работы Л.йгаинрзяна (1957-1903), Л.Наргнна (1967), Р.Под-епдло (1971). Д.Сарача (1975). В последних трех работах исход-пне уравнения для плоской задачи Припяти но В.Соколовскому, а для ¿сессггю^ричпой задачи по В.Г.Порезанцепу.

бтченияе вяве нетодн расчета пркчеияитсд для определения несущая способности анкерных.плит, грибовидных анкерных фцидаиентов и виптовнх свай. В то кв првня с серсдини СО-х годов стал применяться новый тип анкеров - инъекционные ашге-рн, слцхагтйв в основном для обеспечения устойчивости стен топнелей !<ст«о, прпчалмта стен и нонстрдяциЯ типа "степа й грунте".

Работа грунтового пассива с инъекционным анкерон отлична

от рпСрт'н'йерсшслсшш вике типов аш«?ричк ^¡ртлячпито)», п спя-эя с чпу для' этого случая бши? продлояеик шиге кстода рзечетй' яссугпъ споспйпости. Решения" опцЯлкковпштв Х.Ппоком,! К.Пср-нероу, Х.Ггздон, Е.Йерпинок, П.Лидке, ХКрааерои, Г.Легилем н кр. итпТ1'р<5ЕТ м только сопротивление, воппикагг.се на йоко-' вой поверхности'рабочей части тела анкера, но 'а сопротивление вяедреяив ловапой частя анкера.

Начиная с 1373 г. ряд авторов (Ч.Десаи, Л.Прието-Портар) при расчете оснований инъекционных анкеров стал использовать нелинейное соптновение иезди напряжениями и дефорнацияии в грунтах. Результаты расчетов показывают, что в этом случае несущая способность анкеров существенным образом зависит от дилатантных спойств грунта.

Как следует из приведенного краткого обзора, в настоящее вреиз не существует единого метода расчета несущей способности, для различных конструкций анкерных фундаментов. Кроие того, все известные методы разработаны раздельно для анкерных фундаментов"немного и глубокого залоеекия.

Указанные здесь ыетоды поссяценн расчету оснований анкерных фундаментов по первой группе предельных состояний. Однако далеко не всегда нагрузка на анкерккй фундамент ыокет быть доведена до предельной по устойчивости, часто более важный является определение величины смещения анкера (кэприкср, реэе-эадачи о допускаемой величине провисания оттяжек радиорелейных иачт).

До последнего времени расчет оснований анкерных фундаментов по деформациям проводится преимущественно на базе реве-, ний теории линейно деформкруеиой среди. Подобннй подход впер- ' вые был реализован в ¡або-.ах ПЛ'устафаспа (1951), П.Аганнрзя-на С 1957), Д.Дугласа ( 1364). Позднее Л.Рспяшов (1903) совместно с Й4Горбуновии-Посадовнм предловил дчитиать разркп сплошной среди введеииен двойных сил в условиях плоско?! деформации. Подобное ревение, но уге с учетои собственного веса грунта, било получено Е.Ваизшши £1970) спскестно с Н.Горбуно-выи-Лосадовыы для круглой анкерной плиты.

Отпеченные оыве ревения справедливы лись при .гииеЛно-д(1форй.1русмай работе грунта, Известно, что в ряде гон насо'га основания, окрувавцего анкерный фундамент, ичеет иесто пластическое течение одновременно с ипругни дефоринрованиен в соседних зонах. Подобная смеваиная задача теорий упругости к пластичности Сила ревена П.Бугровым (1974).

В 1378 год1' диссертантом было предложено ревение для горизонтальной анкерной плиты с использованием истода конечных разностей и нелинейной зависимости неигду напряжениями и деформациями. В.отличие от известных способов при ревении за-

дачи коми была реализованы разрывы сплоаности среды путем кс-клпчения из работа узлов, в которвх появляатся растягиваищне напряаеяия, введение« нулевых значений деформационных характеристик.

2, Экспериментальные исследования характера деформации оснований анкерных фундаментов

Экспериментальные исследования на моделях анкерных фундаментов :нля выполнены с цельэ определения механизма разруые-ния скпучего и связного оснований, последующего анализа и выбора i^счетной схема ренения.

Р.- з опиты билк выполнены с применением следуацих методов исследований: а) фотофиксации перемещений частиц.грунта, предложенного впервне В.Курдшовнм и развитого позднее М.Налыае-вни; б) фотограмметрии; в) рентгенографии.

Применение метода фотофиксацлл при исследовании характера деформации песчаного основания по ПурдЕНОву-Уалыпеву подсолило выявить наличие и форма границ непредельных и предельно напряженных областей в сипучем и связной грунте основания анкерных фундаментов мелкого и глубокого заложешш, очертание траекторий перенесений частиц и линий скольжения.

С другой сторона, метод фогофиксаций в рассмотренной постановке не позволяет измерять деформации в массиве основания по мере роста пнешгей нагрузки. Поэтому измерение деформаций п остгсшашш выполнялось при помоги глубинных rt цоверх-постпнх sapo- (осеснмиетричная деформация) и по маркая, катерне пдппятвались в боновув поверхность моделирусыого массива грунта за прозрпчнуэ стопку логка с последущсй фотосъемкой смешения марок.

IfeTDn рентгенография отличается от метода фотограааетрии три, пто йпртп Ссшпщопая дробь) зааиядаваптся ннутри ассде-дуемого пассива основания, а для фиксации пересечения марок псполмустся рентгеновский аяпарат, а не фотокамера (К.Pocho, Д.Артур, Р.Брэнсби, А.Пилягин).

Внполнснпне экспериментальные исследованияпоззолаот сделать следувцие выводы:

а)

ев.

полость^—

Рис. I, Расчетные схемы основания

а, г - анкера мелкого заложенкя;

б, в - анкера глубокого залок&ния а, й - сыпучий грунт;

а, г - связннй грунт;

- ■— зона растяжения; '

__ вот локализации дефори-

цяй

1. Деформируемость и прочность песчаного и глинистого оснований аняаршгх Фундааектов зависят от глубины залахенкз. угла наклона видерпшащей нагрузки и плоскости опорной плиты анкера, конструкции и способа устройства анкерного фундамента.

2. Разрцзение песчаного основания анкерного фундамента мелкого заложения начинается при завериении стадии уплоткп-ния и характеризуется о5разованиек узких полос (рис. 1 а), в пределах которых сдвиговая и объемная деформации имеют ыаксимальлые значения. Каздая из полос локализации деформаций соо; 1етствцет определенному уровни выдергивавшей нагрузки. Пркцельное состояние характеризуется смещением приз юг выпора по поверхности, на которой сдвиговые деформации имеет максимальное значение. Поверхность призмы выпора является поьерхностьи разрыва мевд] областьз гранта, находящегося в состоянии покоя и выпираемый объемен грунта.

3. Предельное состояние песчаного основания анкерных фундаментов глубокого залоавния Сркс0 1 б) характеризуется больаей степеньв развития пластических Деформаций по сравнения с анкерными фундаментами мелкого залокения. Практически ■ весь объем дефоркнруеиого грунта в области над плитой анкера за исключением части грунта, приникавшего.непосредственно н рабочей поверхности анкера находится в пределыю-напряпешюм состоянии.

4. Разрушение связного основания анкерных фундаментов мелкого н глубокого залокення Срис. 1 в,г) носит более слог-1шй характер по сравнении с разрушенной пвечайого основания и зависит в значительной степени от начального физического состояния грунта:

- в текучепластнчных и кягкопласгичняк глинистых грунтах разрунение основания происходит без видиаих разрывов сплов-нос1и с развяжем пластических деформаций при вндергяявичи анкера подобно пуансону;

- в гугонластичнмх и твердых глшшегнх грунтах одновременно с развитием пластических деформаций в кассиве основания над анкером наблвдаетса возникновение разрывов еялов-ЙОСТИ ПОД НИМ.

5. Направление развития разрывов в связной основании не совпадает с направлением максимальных деформаций сдвига. Раз-

рывы в гранта образуются в виде трения отрыва'первоначально в Массиве грунта под анкером, а затем в виде магистральных трсцин па направлении от краев анкера (рис. I б,"в),

5, Такге, как и в песчаном основании, при нагругении связного основания набляддетсй скевашшй характер деформации. Б области над анкиром существует область, в пределах которой, грунт находится в непредельном состояния. Размеры этой области, непредельного состояния грунта изненяится с росток деформации основания. Пластические деформации развивается от краев анкера по направлению к поверхности основания.

При расчете оснований обычных центрально нагруженных фундаментов как по несучей способности, так и смеааннык методом принимается, что область линейно-упругого деформирования представляет собой треугольную форму С грунтовое ядро), очертание которой но изменяется в первом случае или изменяется незначительно во второе случав с ростом осадки Фундамента. Однако опати аанкерными ФЬВДа^'снгами указывают на иной характер разрушении основания.

Основное отличие состоит в тон, что предельно напряженное состояние песчаного основания имеет место лазь в узкой зоне - полосе с максимальной интеисивностьв деформации сдв;;*-га. Область непредельного состояния грунта, в особенности у " анкеров иелниго заловення, составляет ¡¡¡¡¿нтичоскн весь выпк-раеинй обьем грунта. Рис«гренке зоии ¿¡ределыш накрааеаного состояния наилядается гмио при Содьзкх перемещениях анкера. В связном основании одновременно с локализацией деформаций набладается возникновение разрывов и виде цели под анкерон и разрывов н массиве грунте« окрравцего анкер.

Подобный механизм разруаення невозможно представить с использованием лнаь теории предельного равновесна или теории упругости с теорией пластичности, гак как в них предполагается . неразрывность среды. Кроме того, большинство численная: рееений не допускают локализации дефорсмаций,- так как они исходят нз существования непрерывности поля деформаций в грунте.

Данную краевую задачу в подобной постановке (учет локализации деформаций и допущение разрыва снлвуностн среды) моено реиить с использованием математического аппарата нелинейной теории упругости и пластичности с привлечением аппарата механики разрушения для реализации разрыва сплоыностн..

3'. Зксперикентаяьянс исследования закономерностей деформирования грунтов в эффективных напряаениях

3,1. йвтонатизированнал система для определения механических характеристик грунтов

Известно, что результат испытаний зависят не только от качества подготовки образцов, но и конструкции приборов. 3 настоящее врекя для кассовых испытаний в трестах книенерно-геологиче них изисканий применятся главный образом приборы 'конструкции института "Гадпроект" или приборы конструкции ШШИЙС. з научно исследовательских лабораториях используются прибор; конструкции 1ШСЙ, ЛИСИ и ряда других организаций,

В ■ олыганстве случаев для цассовых испытаний применяится коипрс :снонные и сдвиговые приборы и за редким исклпчениеы Прибор трехосного слатшг Ссгабилометр). Однако не только эти, .по н большшство других иироко применяемых приборов (истинного трехосного сагатия, конструкции А.Крмаановского (1950); прямого растяжения, конструкции 3.Тор-Мартиросяна (1933) и ЯР.) предназначены для работы в ручной ревиис регистрации информации и управления нагрдиниеи, что сиизает их оборачиваемость и точность измерений из-за наличия как объективна, так и субъективных факторов, а такие требует дополнительных затрат и срекеии на обработку результатов измерений. Аналогичные прибора, вкпдеваеыие рядом эарубеаних фирм (Австрия.Англия, Италия и др.) в настоящее премя вклвчавт никрокомпьитер, что позволяет автоматизировать испытания образцов грунта.

Зарубеаныз автоматизированные приборы основаны на применении одного механического устройства и одного компьютера. Применение подобных систем, по крайней мере и блиаайвие несколько лет, певозаоЕНО у нас в массовом порядке из-за высокой стоимости персональных коипьвтеров. 8 связи с зтии нами принята иная Функциональная схема, которая заклачаетса в использовании одной ЛЗВН и нескольких механических астройств различного назначения. Подобная система разработана на базе Носковского я Пензенского иивенерно-строитеяьных инстнтдтов и внедряется внастоящее время в СНГ. Эта система предназначена как для массовых испытаний, гак и научных исследований, и полнпила наименование "Автоматизированная система для инжв-

керно-строиге/гьных изысканий" fflDJiCJ. -

ЛСКС содержит следуп^ие основные блоки.

1. Персональный ксипьптер серии ЕС, Typ6o-8S, IBM XT/flT и злектроппо-кзиерительнай преобразователь.

2. Ь'екакические ус;ройства: одонетр. прибор прямого среза, стабилонетр, прибор для испытания грунтов на растяжение, прибор для испытания грунтов на одноосное сжатие, устройство подготовки образцов.

3. Блок силового нагрухения.

4. Пакет прикладных прегради для управления и обработки результатов оштов.

Дополнительно к АСКС ыохно подклвчить прибор акусткчес-кой эмиссии ЙФ-15, что позволяет проводить не только количественное, но и качественные исследования характера деформации образцов грунта.

Конфигурации системы -зависит от объема оперативной памяти ПЗВК и набора соответствующих механических устройств. Фактически к системе мохно подключить стабилометры, компрессионные приборы, сдвиговые и любые другие приборы в произвольном сочетании.

Гибкость изменения состава системы и возноштсть подклвче-ния к ней веек приборов, используеьшх в геотехнических лабо- . раториях авлявтея отличительной особенностью разработанной автоматизированной система по сравнения с кногини зарубевннии образцами.

3.2. Поведение песка при однородной и неоднородной дефоркировании

Одним из основных требований ыатехатического аппарата теории упругости является требование непрерывности деформаций в рассматриваемой среде. Предполагается, что если элементарный объеи среды иисет однородный граничный условиям, то они домни вкзивагь однороднее деформации.

Однако создать на образце грунта подобные условия очень сложно с технической точки зрения. Вводенке смазки и резиновых прокладок СП.Иоде, Б.Васильев и др.) на нагрузочннх ■тампах цленьваьт неоднородность деформаций. Подобное влияние оказнваег н исключение эксцентриситета в приложении нагрузки

(S.Васильев, 1383).

Требование однородных граничных условий является основным и его следует предъявлять к конструкции приборов для испытания образцов грунта. Практически во всех известных конструкциях лрибороп нагруаение образцов грунта на их границах выполняется или чзрез гибкую резиновую мембрану или посредстве аестких гладких итакпов. Предполагается, что n r.f.си* случаях на границе образца грунта создаатся только главные напряжения. 3 реальных- материалах, в тон числе и грунте, наблюдается отклонение от этого необходимого условия. Опыт» показывают, что в изотропно подготовленных образцах, нагрунаемых однородно, на .IX границе грунт деформируется всп шс на определенной ступе;,, иагрузения с. определзнной стгпеньо неоднородности, когорт присуща иг только груптак, по и ряду других материалов ¿1),Николаевский, Д.Райе, Х.Ряд),

однородная, непрерывна:: г»с?эризпля нзблчдавтея в песчанок грунте при нагругеиии до полной дебаркации менее 0,5-12 и ¿ирактеризь'етез совпадонигу оссл, цефгчн'рчръ и

аиЬря^епиД. При зози«;:«сг?Ш1 T!H!?f,T,*rs?v.»,t в лчде

полосы (лопаяпзщгл де&орхацш! отлично пнитр;; к гпс гоячеп, Ггаэтюе пртплчечяя коиора mi/WUWM нзаектат. croc v'nj>nn.4Pvj'n nvyrpn рячрчтюм-зон СД.Яртур, Л-Л^сруес).

Вшшллмш'.с тип сп::та поотзстзчт, что лоязгазацяя п пс-лионял плоской депортации irasrsflser ^ «jcrr»* цпроютч«*, л AJia осгспуггтг-'тпяой лг^пр-'^т;?"« прч подходя * nwwt

иайрялб«;цЛ л pcrrr:? ргздпро'Г'гйпт'.т, flc«?*»»<»pf»j,.weci4i ляе»»п-аацла гшинкаст г.зркотщчг.и-ия г пвптррсмиЛ чястя оСрачпа j» дазшшас1са в -сп;:;: к его rpirrrrp!. niKowwjft

дефорыащш внутри зоны неоднородного дефоракропапич поячзчяя-ет ы ujT%ccx34u:ist кзпскспис яегшт.япг? CfrWtwp, чм при-i'o,viT ;; у^спысгкл прегазстя г д?.!!:»'": Ятпт «?пл*сг

KOJIOII^CI;;.^ «оврегденк.*, лп пгзегз, «гдояачя-

фактороя з поиц-'птращш леАоругщяЛ• Стслсиь однородности дсфсрпафй впзтрк irer»»norf> »ft»**»»!« грунта зависит от бсяишш среднего паярявевяз. Ягятя »тадам-вавг i О.Тагсуока, 1DDS), что дазе перед явпггг ?орт?ррпаяиеи полос сдвига де$ориац:ш внутри образца пседпородяя, прчче* степень неоднородности тем больяе, чем иенос среднее яапря-

гение. В противополоккосгь этому концентрация деформаций в полосе сдвига больае при больших значениях среднего напряжения, а ниринс. полосы уменьшается с росток напряжения. Выполненные нами подобнее опыты с песчаным грунтом, но в условиях трехосногс сжатия указывазт на аналогичное влияние среднего напряжения.

Влияние неоднородности деформации сказывается не только на характере деформации, но и приводит к изменения прочност-кых свойств песчаного грунта. При этом величина угла внутреннего трепня почти всегда Сольве для траектории расширении при однородном деформировании, чем ms случая локализации деформаций. Разница достигает десяти градусов при одном и том ке среднем напряжении (П.Лоде, 1982). Испытания по траектории раздавливания дают обратнув зависимость, значения угла внутренгего трения при локализации деформаций до трех градусов выае, чем при однородной деформировании.

Решающее влияние на возникновение неоднородности деформации оказывавг не только граничные условия, ко и геометрические размеры исследуемых образцов грунта (У.Лзм, П.Лоде и др.). Опыты показывавт, что разрцвеиие более коротких образцов происходит при большей деформации по сравнении с длинными образцами. Зменьвение Ii/D приводит не только к возрастанию предельной деформации, но и изменшшв характера самой зависимости напряжение-деформация. На кривой деформирования отсутствует участок разупрочнения, В опытах отмечается так-se значительное влияние II/D на величину прочности песчаного грунта. Более высокие образцы CII/D > 2) показывавт более раннее разрушение.

На рис. 2 а, б представлены результаты опытов, наполненные автором с использованием АСИС. Опыты проводились с пес-кок. который использовался в качестве грунта основания при проведении опытов с моделями анкерных плит. !!а рис. 2 а, б. представлены результаты одного из опытов с начальным значением коэффициента пористости 0,513. Опыты показывают, что раз-ружение песка является непрерывным процессом, в ходе которого достигаптся следущие состояния или пороги деформирования:

1. Продол1аетса уплотнение песка при сдвиге после завершения уплотнения при гидростатическом нагружении. Завершение уплотнения при сдвиге характеризуется нулевым приравняем

а)

G"t, мпа

0,4 0,3

3,0 2,0 1,0

п

- 1,5-

л щ L®

0,2 0,1

е =0,646 в =0,671 Л- I "Т—I-т£т.

J f е =ео=0,613;£=0 |ХЗ)

1

в =0,609V

Ll&v'O

10

О

tí)

* 0,60?

I 0,608

i 0,609

I

" 0,610

I 0,611

I 0,612

3 Ö.6I3

9 ю

а. =0,609

г

/

!

0,3

0,5 0,7

11

E-1,7«

Рис. 2. Результаты испытаний образца песчаного грунта 0...8 - гидростатическое кагрукение; 8...II - девиаториое вагружеияе

объемной деяоркацни. Достижение данного состояния соответствует первому порогу деформирования (точка 10 ка рис. 2 а). Первый порог деформирования инвариантен по отноаенйп к сб;-б4}/( +

2. Второй порог дефориирования соответствует достижении в грунте начального значения коэффициента пористости и нулевой объемной деформации в пястной песке Сточка 12 на рис, 2а). Неоднородность деформации возникает на стадии перехода от перво;о к второцу пороги дефориирования. Локализация деформаций в виде полоси сдвига зарождается при достиаении второго порога деформирования на участке упрочнение или разупрочнения грунта в зависимости от величины первоначального гидростатического оСсаткя. Второй порог деформирования предлагается использовать в качество критерия бифуркации в виде полосы гдеига.

3, Третий порог деформирования соответствует достивенни остаточной прочности грунтон с кулевой величиной изменения объемной деформации Сточка И на рис. 2 а).

3.3. Поведение глинистого грунта в процесса деформирования

Б отличие от песчаного грунта б глинистом грунте после определенной величины деформации грунта наблюдается возникновение разрывов непосредственно в полосе локализации деформаций. Это. подтверЕдазтся исследованиям;!, которнс виполнени автором с гшихсташ груатои в услазиях плоской до$орнзции к измерение» полей деформаций автодок фогеграуистрки. Испытание образцов грунта проводилось V приборе трехосного ссатня конструкции Й.Кризанонского, две противополояинс стенки которого были выполнены прозрачными.

Опиты показали, что разрушение глинистого грунта сопро-вогдается возникновение« и развытиеи не только поверхностей' сдвига, но и разрывов сплокности в образце грунта, причем видимые' разрывы возникают при максимуме деформации сдвига в полосе сдвига.

Образование разрывов в глинистой грунте показывает, что суцествует непосредственная связь месду развитием деформаций сдвига к объемных деформаций расвирения с одной стороны и за-

роядениБХ и развитием треции с другой сторона. Видимое развитие трецин наблвдается в опытах при больших деформациях (порядка 6-8X5. При меньаих деформациях нзблвдазтся только полосы сдвига, которые в последуоцеы переходят з трецкны скольжения и отрыва.

Екполиенние экспериментальные гтследосаняя позволяет сделать следующие внводн:

1. Прочностные свойства песчаного грунта зависят от степени однородности деформаций п исследуемых образцах.

2. При деформациях ыеньзих" порога ззрозденкя неоднородности з зиде полос сдвига деформационное поведение определяется физическим состоянием грунта, '

3. Неоднородность деформаций проявляется в вяде различных код и зависит от геометрических размеров образцов грунта и граничных исловий. Локализация деформаций яе является ист шиши свойством грунта.

4. Наличие пика на графика деформируемости плотного песчаного грунта является следствием неоднородности деформаций в исследуемом образце.

5. Разрунекие грунта яалсется непрерашпгх проигссон, п ходе которого грунт проходит через следущие стадии деформирования: линейно-упругая, нелинейное деформирование без локализация деформаций, нелинейное дефоругфовяпие с локализацией и разрядами сдвига. Исступление той или гпгой стплтттт дс~ формирования характеризуется одним из ппрпгоп деооргнр^агтт,

5. Объея пор в грунте непрерывно изменяется от п^ляльно-го значения до крнткчесшго п состоят;?? полного разрктеиня. Зиеньпс.чке объела пор пргг гндростг.тяпсст?от! изгругрттггг и тга начально'.; участке девиатогиого нагрдтен.ча привадит к упрочнении грунта. Рост объема пор или дефечтпя нрч псвиатерпок наг-ругешш приводит в итоге к разрцаеиив грунта.

4. Процедура численного рецепта рруго-пластнческкх задач

Известно, что применение теори упругости к расчету оснований пняерпах пямт дает удовлетворительтше результата только при нагрузках, соответствующих стадии уплотнения грунта, т.е. при нагрузках значительно ниве предельных. 'Фактически лияпЯттй

анализ не описывает перераспределения напряжений, возникааг;е-го при нелинейно« деформировании и дает занквеннне значения перенесений анкера. Существуйте ренения СЕ.Ванзин, Л.Репки-ков) получекк для частного типа анкерного фундамента - горизонтальной анкерной плиты мелкого залояания.

3 рамках аналитического подхода нельзя получить решение, которое мовно бнло бы использовать для расчета несучей способности и деформации анкерных фундаментов не только из-за их конструктивного многообразия, но и из-за математических трудностей, возникавших при учете разрывов сплояности. .Данное обстоятельство приводит к необходимости использования численных методов для решения рассматриваемой краевой задачи,

В навей работе использован метод конечных элементов для ревення системы нелинейных уравнений. Особенность системы определяется видом принятого соотновения мевду напряжениями и деформациям* или ыоделыо грунта. & настоящее время известно ■ бо'. е двух десятков моделей, применяемых при расчете напрякен-ного состояния оснований фундаментов.

Каи бнло показано во втором и третьем разделах, одной из особенностей поведения грунта при нагрушшн является образование разрьвов в связном грунте и локализация деформаций в ç, песчаном грунте. Следовательно модель грунта для рассматрива- ' емой задачи долмна описывать поведение грунта не только в области сикмащих, но и растягивавших напрякений.

Всем отмеченным требованиям одновременно удовлетворяют в той или иной мере иироко применяемые двухпараметрнческих модели грунта: Друкера-Прагера, В.Зарецкого, П.Яоде, Ч.Десаи, И.Сандлера и др. Иаиболе простой с точки зрения численной реализации является модель Друисра-Прагера, которая и бнла использована после невольной модернизации для расчета оснований анкерных фундаментов.

Точность численного ревення зависит не только от выбранной модели грунта, но и от процедура интегрирования определявших уравнений, Б работе приведен анализ применения различных процедур: метод Эйлера: метод радиального корректора касательной яесткости; метод нормальной местности; метод упруго-радиального возврата.

В назем регемни мы использовала модернизированную схему рктегркрованкя определяющих уравнений {С.Сльан, 1987), в ко-

торой контролируется огабяа- в процессе интегрирования, и отбирается тем секте разкер каждого.сага азтснатическя, который таким образом является завксишга от принятого определяп^его закона.

Регение нелинейно?, систеыг уравнений выполняется обычно иетодоы Ньитсна-Рафсона, когда матрица гесткостк вычисляется в начале каздого пзга нагруяения, а в задачах с пнсокой степенью нелинейности и в течение хода итераций до сходимости реяения. Однако.данные алгоритмы обладает потерей устойчивости вблизи предельной нагрузки к, поэтому, если и говорят, что рененле получено "вплоть" до предельной нагрузки, то это соответствует обычно только 90-952 предельной величины нагрузки.

Преодолеть данный недостаток позголзет кетод "длина дуги", который использует отрезок округлости в обобщенном пространстве "награзка-переыецеиие", как контрольннй параметр взамен нагрузки или перенесения (П.Берган, Е.Рикс, Н.Крисфельд), Дополнительное достоинство этого кетода состоит такяе в тон, что он позволяет определить не только предельную нагрузку, но и точки бифуркации. Применение данной процедуры ревения системы нелинейных уравнений позволяет значительно снизить стоимость получения ревения за счет снижения затрат мавинного времени.

Как было отмечено в третьей раздело, в ходе нагрумения образцов грунта наблпдается одно из возмогных продолжений процесса деформирования - с локализацией или без локализации де-фориаций. Нагрузка, соответствующая переходу из одного состояния в другое, отвечает точке бифуркации процесса деформирования. Опыты показывают, что при нагрухении образца грунта возникает различнее мода дерорнацнн: "штулька", "бочка", "бочка с одной или несколькими полосанк локализации деформаций". В связном грунте наблпдается еще одна мода деформации - разрнв.

Эти явления певозножно исследовать в рамках классических теории упругости и пластичности из-за неединственности решения. В то зе врем п теории устойчивости рассматривается твое состояние, когда при достияении параметром нагрукения критического значения (точки бифуркации) наряду с невозиучен-пой равновесной формой могут существовать другие близкие к ней равновесные формы, и пластическое тело может принять одну

нз них ври одной н той ае значении внешней нагрузки (Р.Хилл, Й.Гузь, В.Клвиников, Д.Райе).

Ъ'ы предполагаем, что локализация пластической деформации в грунтах является одной из ферм бифуркации процесса дефор-щзованка в упруго-яласгическом состоянии среди, ыодслирувчей поведение грунта. Критерий устойчязости з численном ревении определяется определдтелза яагрицы жесткости система [КЗ. Если ёеЫХ) > 0, то нагрукание устойчиво и если ¿сЫК] < 0, то оно неустойчиво. Ери обнаругеЕИй точки бифуркации репается задача на собственные значения для определения количества ветвей, но которым визмоано лплученче устойчивая решений. Соответствуете собственнее векторы лепользцвтея для возмущения реветш на точке бифуркации. Это возмущение выполнится добавлением ваеыабногс собственного вектора в текущем состоянии среда, который воспроизводит неоднородней деформация в виде полосн сдвига. Сриентац^ паласы едзкга определяется_ полозеииск ее ■ иаршш: из услзв.5я минимума йе1ПС].

ииа адксчвдось выь. основной особенностей поесдоння ос-«¿ачаыл аа^ри^,». ожегся зезшн:яош>.':в и ргЛсч-

ше аеиднородииста дефор^да, которая в итоге проагяясгся в 1шдс нодос сдвига а разрывов спяоьпостн связного гранта,

Боышашвшш -л развитие треда; а связной грунте гсал;:зс-ьана с настоящей работе нетодм "рассеятшх трегрш". 1'отод расиашшья гре^'к £Я.&ш>еои, '1202) осаогаа т сбирало:;:;;; сшшшапа ердо, ни свойства среди ^с-йзгхгся согтлстстван-ш «ойшиишш: ивадоаддозд, даьки'ош&г обргшшкг третий, Уачальли шннумшл ерзди ьо кьуе иакешьиых иоарепдг -1Ш.1 нерале&и ь шшхришфв. Лосли -»ого предполагаете;:, чго ерь^ «ймлаех ирдигрсодиа. иьшешпо иавраалахв развития разрыва.

Сад£с<аи ¿^¡¿гпо ^^«илг о» ццьи^й ииида££ШШ"ЛСу иркврз-ь<ьшига сосюдьзд ¡«ълг испгндог онеисг.

1а. ^¿¡/¿¿.и&м i-iii.-v.bii,« и ¿.¿.'»¿.¿¿¿сш;;"

ли« ил&и:ьсх;и греиш». «о зс^еш ижсиоппа ксзтрлт"!сптс1

и СДЬ1Л'а СХ, 31С П ПЛ-

щшк&ениы, иарйлл&аы»са лайснос7И треципи.

Принят, чга разрыв возникает в тех точках ергдн. где скорость вйсйсбаадсниа энергии достигает :фитнческ5Го значения.

5. Зпруго-пластическнй анализ шпрягетт-дефариирован-ного состояния оснований анкернкх фундаментов

Для описания пластического поведения грунта в райках ассоциированного закона течения з данной работе применена модель Друкера-Прагера с введением дополнительной функции в( ) (Д.Янг, 1938), учитывавшая различнуа прочность 'рунта при сяатии и расвнреннн Срис. 3). Поведение грунта описывается двумя поверхностями: поверхностьп разруяения, которая определяет начало перехода грунта в 'состояние разупрочнения

^ --{к + цЮЖЗ, - к4 = О, П)

и поверхность:} нагрукения, определявшей качало упруго-нласто-ческого поведения

Т^ еС^ЖЭ, - к,. = 0, (2)

где к^ и к^. определяются с учетом изменения угла внутреннего трения грунта.

Пока траектория напряжений остается внутри поверхности нагрувешш (рис. 3 а) поведение грунта линейно упругое. Поверхности разрушении У к нагруггенля Г оаставтся стационарными. В тон случае, когда траектория напряжений находится на поверхности нагрузения или и пространстве кехду поверхностями нагрувения и разрувения (рис, 3 б), начинается пластическое депортирование. При зтоа поверхность.нагрузения нагзт расги-ряться с упрочненной или остаться стационарной в случае идеальной пластичности, а поверхность разрузения соякется. Когда траектория иапрязенлй достигает поверхности раарувеняя С ряс. ос), начинается разупрочнение грунта. Поверхность пагрухения больве не рассматривается, а поверхность разрушения нродоляпст сниматься Срис. 3 д). Сжатие поверхности разрушения управляется параметров накопления поиреядеггкй

'V = % + [1 - ехрОгеу)м1. (5)

а тонзорил аффектявнах напрЕзпияП по Я.Качаиову \) (П =

g:

IJLJJJJPy^^

•a

Рпо.З . Динамика развития поверхностей разрушения F. , л нагружвния, в девяэторяоЧ плоскости

'З' Ct)/[i -H'Ct)], где еу - прярацение девкаторной части тензора пластической дефоркации: и к м - постоянные, определяемые из опытов с грунтом;'Но - начальная селичина "повреяде-кий" .в грунте^ определяемая объекон пор; ^T(t) - тензор на-пртс:;::Я для среды без позрегаеетй; t - параметр, определявший текучее полоззние в пространстве "нагрузка-деформация".

Поверхность разрупення в области растягивапцих напряжений принята подобно В.Зарецкону в пиде соерн в пространстве главнях напряжений

где к определяется из 'условия гладкого перехода из области рас тления в область сяаткя.

Зсо отисчекное впав иклячвно в программу, которая ориентирована из иомпьнтйргг IBH PC ОТ/XT и предлагается для расчета напрзгешю-десорнированного состояния оснований анкершгх Сундааентоз в условиях плоской и трехкерной дефориацпя.

П. Практические нетоди расчета несущей способности и дефорг'круеяоегй оснований анкернчпе сундаиеитов

Ррвдиоззиний путь рапчвиа упруга-пяаетк«чско& задачи с у/зте:? явления локгипзацяи яефпр?«ацнй и здоттиоввтш раяривов • в сяяяном грунте откр.чваот возможность проектирования анкерных суидаяеятов различной конструкция в отличие от рекокеи-дациЗ ГЛШ 2.02.01-83, которив дата толь'кя для аикерггах плит я грибовчдинх <?ундв»ентоя мелкого залогенпз, Кроне того, пред-лзгае-.'ое рс!?ем«« позволяет проектировать вуиланепти прп дав-мвнкях, провутав»кх расчетное сопротивление грунта, что приводит к fiomn яканпии'гннм копстпцяцягрг лцтглаиситоп.

F!^ рис. 4, 5 приведен* расчетная схема к пезцльтати пке-леяного ретгениа для прякоуго.яы'н»й анкерной ллити при различно» соотношения дmm L rt mtpmm П. Как видпо из ряс. 5 расчет дает значения предельной нагрузки, близкие к опнттга. Однако расчетная придельная дглориэция оказнвается более ommroft. Расчетные ч огттнне* in им в совпадают при упругой работе грунта, отклонения наблвдавтея на'стадии образования сдвигов. Ловали-?г.циа деформаций зарождается у краев анкерной пяитн при иаг-

т

HCw)

^г =Ткг = D

U^W-O

i

!

1

¿SU

Рис. 4, Расчетная схема основания

I

8000

6400

4800

Я

- 3200

е

«о &

а «

VI яо

S , кн

120 240 360

Рис. 5. Зависимость перемещения анкере от нагрузки

рузке. состаз.кшзсей 35-402 от предельной н развивается прогрессивно в направлении к поверхности основания. При нагрузка близкой к предельной (95-9827 происходит резкое расипрские зоны развития деформаций сдвига по направлении к оси симметрии анкера. Последнее особенно характерно для анкеров келкого зало-яенна,при достизении нагрузкой предельного значения.

Выполненные расчеты с учетом развития разрывов 9 связном грунте показывает, что разрпв возникает первоначально по ..лос-кости контакта нианей поверхности анкерной плктн при нагрузке 25-ЗОХ от предельной в стадии -уплотненна грунта. Разрыв распространяется параллельна плоскости плнтк с отклонением в направлении к поверхности реновация на последующих ступенях на-груаенид. Образование разрыва привадит к резкому росту переме-дений анкера. Пластические деформации в основании над плитой имевт место линь до определенной степени развития разрывов, после чего в этих аз зонах происходит разгрузка с ростом разрывов сллозиости, .

Реиенне данной задача численный кегодоы является более дорогим по сравнении с определением несуцей способности аналитическими методами. Поэтому, для практических целей нами были предлосена более простые инвенерные методы определения несучей способности оснований анкерных плит и грпбовиднше фундаментов. *

Решения получены нами для сипучей среди с использованием результатов ревення плоской и осесиыметрнчиой теория предельного равновесия 3.Соколовского и В.Березанцева при заданном очертании поверхности скодьяеишз. Расчетная схема задачи приведена на рис. О, 7. •

На рис. 8, а представлено сравните очертания линий сколъ-асния, пршштоо различными авторани. В предельном состоянии линии скольавння имепт криволшейиуэ пнпуклув форму. Аппроксимация криволинейной линия спользешт отрезками прямой (рис. Об) практически не увеличивай? пут интегрирования дифференциальных уравнений, кроме того из начальных граничгмх условий следует, что ОЙЗ является областьа нростейзего напряюпиого состояния по Решншу, в которой линии скольгепня обоих семейств прямолинейпи.

Посла ревення дифференциальных уравнений теории продельного равновесна получено внранзнне для определения предеяь-

а)

? о /А г

Рис. 6. Расчетная схема несущей способности анкерного фундамента '

___ огштаая кривая; ' . ■ •

• • метод Кананяна-Балло; •• — • — метод Ыатцуо-Сарача; - прэдаагаегая аппроксимация

Рис. 7. Схема к расчету несущей способности анкерного фувдамьлта произвольной глубины заложения

ной нагрузки анкерного фундамента мелкого заложения

где Н^ , К^ - коэффициент несущей способности, зависящие от угла внутреннего трения грунта; Е^ - вес грунта п объеме "оабсд" (рис, 0 б); Ег - собственный вес анкерного фундамента,

В таблице приведено сопоставление расчетной предельной нагрузки, определенной по формуле (7) с опнтнгсни данними различных авторов. Как видно из таблица, в большинстве случаев иес$дая способность песчаного основания определенная по фор-цуле (?) близка к опатной.

/¡втор исследований * Кн/м* ¥ < си и н Н (Л Предельная нагрузка, кН Погрея-пость, X

опыт теория

16,6." 32 2,0" 2,6 391.0 471,36 +20

Энергопро- . 16,0 32 0,7 1,35 47,0 41,20 -14

ект (ПНР) 10,5 зе 1,9" 1.5 ¿4.0 3332.0 +25

К.Филнтц 16,0. 30 1.4 2.5 239,0 235,10 -2

10,0 24 1.6" 1.7 НВ.О 109,4 -5

Л.Лниоев 10,0 24 1.0" 2,1 101,0 171,6 -5

10,0 24 1.4" 2,0 103,4 142,0 -14

Ф.Савченко 15,5 34 0,65" 0,3 21,0 ' '18,В -11 10,5 34 0,60"- 1,2 32,0 33,1 +0,3 Звездочкой обозначен днанитр пл'ттч полученная при переходи от квадратной плитз! к янпивалентной по площади крдглой плите.

Подоблик образом нами было получено такяе реиепие для плоского анкера (ряс. 7) при произвольной глубине зояочрНкя и угле наклона вкдергивапцей нагрузки к вертикали от 0 дя 150 градусов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТА И ВНЕ'ОДг: .

1. Выполненное комплексные акснериментальные и теоретические исследования устойчивости и деформируемости оснований анкернкх фундаментов позволили разработать обрй иетод расчета предельной нагрузки и деформации оснований в условиях пространственной, плоской и осесшгмвтрачной деформации.

2. Предлохенное нелинейное рвиение допускает'анализ на-пряхенно-деформированного состояния оснований анкерных Фундаментов с учетсн локолязацин дефорыацнй в песчаион н разрывов в связном грунте.

3. Выполненные зкеперимвнтальнне кссдадозашш характера деформирования песчаного основания анкердах фундаментов показали, что в массиве основания имеет ыесто .прогрессирующий характер разруаения. Разрувение песчаного грунта наиболее интенсивно в пределах узких полос, в которых имепт цаего коицент- ■ рация деформаций сдвига и дилатансия грунта; Локализация деформаций.наиболее полно проявляется в основании анкерных фундаментов мелкого залохения при относительной глубине заЛове-ния менее трех.

Увеличение глубинн заловения приводит к разеитип объеиа • зонн пластического деформирования но сравнешш с фциданентайн мелкого залокеиия.

4. Разруяениа основания из связного грунта стлнчаэтся от песчаного. Основное отличие состоит в том, что массиве связного основания одновременно с ростом деформаций сдвига и ди-латаисин наблюдается возникновение и развитие разривов сплой-пости. '

Разрнвн возникайт как в самоы насскае грунта, тш: и на поверхности контакта конструнцйк анкера с грунтом при различной степени деформации грунта, зависящей от пластичности связного грунта.

э. Образование разрыва» иршшдкг п раагр^е груптп т> ранее сбразоваввихся зонах нлаехичеснсго й^ср^ровмиз. Лалпэтг явление сопровождается. уосхик .аервкевдяЗ сшгсра по хвр'е рав-крятнв кагнетральимх трецид, усходвцах .от з:рзев анкера.

Процесс разьниш тречиа сказ-вавт "рсванцгс шагание., го». характер зависимости перереши» анкера от БЬ'Дсргпвас^ей нагрузки. Если в песчаном грунте предадьное состояние характеризуется р«зиа вмрахенши уча=тиок швстическагэ деформирова-

" вва с возхожшгстъп перехода к разупрочнении, то связной грунте разрушение сопровождается роста« нагруз--и по хере вовлечения в работу массива грунта при прогрессируем отрнвс.

5. Результата испытаний грунта в условиях осестпгстрич-ноо х плоской деформации свидетельствует о возникновении неоднородности деформаций в образцах песчаного к глинистого грунта.

Неоднородность деформаций возникает на стадии уплотнения и приводит к локализации деформаций в виде полос сдвига в песчанок грунте и к образования разрывов в глинистом грунте. Степень неоднородности деформаций зависит от граничите условий, условий нагружетм и на определяется свойствами грунта.

7. Анализ характера деформация сеязного и сшщчего оснований анкерных фундаментов определенного методом фотофиксации траекторий перемещений, фотограмметрии я рентгенографии подтверждает суцествование в гррте основания зон уплотнения н разуплотнения, объем который зависит ие только от степени

, деформирования основания, но и глубины заложения анкера, плот-. ности Песчаного"и пластичности связного грунта.

8. Несущая способность н деформируемость оснований анкер-!шх фундаментов зависит не только от глубины залозения анкера и его размеров, но и в значительной стелен» от технологии производства работ» *

3. В настоящее время расчет оснований анкерных фундаментов по несущей способности регламентирован требованиями СИаП 2.02.01-83 только длаанкеров мелкого заложения. Известив также методы расчета несущей способности оснований анкерных фундаментов глубокого заложения (Я.йарнупольский. И.Тран-Во). Однако эти метода применима только для анкерным плит и винтовых свай*

0 отличие от этого предложенный численный метод расчета позволяет определять по только несудуп способность, но н деформации для анкеров произволышх конструкций, при разных глубине заложения и углах наклона выдергавашеей нагрузив.

10. В настоящее время расчет оснований анкерная фундаментов во деформациям согласно СЯиП 2.02.01-83 закатается в ограничении величины расчетного давления на грунт обратной засыпки. но при этом действительная величина перемемимя анкера остается неизвестной,

Известие из литературы решении относятся к случаях плоской или осесимиетричной деформации.

Предлагаемый численный метод реиения позволяет выполнить расчет перемещения анкера в условиях плоской, осесимметрич-ной и пространственной деформации.

11. Принятая процедура реыепия системы уравнений допускает анализ напряжешш-дефорированного состояния оснований как в областях упрочнения, так и разупрочнения грднта. Зто позволяет, в отличие от известных реэений, определить точно максимум выдергивавшей нагрузки, а с введением коэффициентов на-деяности и несуцуи способность оснований.

12. Решена проблема автокатизации иеканическнх испытаний образцов грунта в лабораторннх условиях, которая имеет непосредственное практическое значение.

Создана автоматизированная система и разработана конструкция стабилометра, компрессионного и сдвигового приборов, прибора одноосного скатия, устройства для испытания грунтов па растяхение и устройства подготовки образцов, которые рекомендуется использовать для лабораторных испытаний грунтов.

Применение автоматизированной системы позволяет суцсст-венннм образом ускорить обработку результатов испытаний, устраняет субъективный фактор при проведении испытаний, увеличивает оборачиваемость приборов и удучиает условия работы в пи-венерно-геологнческих лабораториях. Одновременно с этим до двадцати раз спивается металлоемкость компрессионных и сдвиговых приборов.

Содержание диссертации опубликовано в 24 работах.

В монографии:

1. Устойчивость и деформируемость оснований анкерных фундаментов. - П.: Строймздат, 1987. - 81 С.

В статьях:

2. Некоторые вопросы работа оснований анкерных фундаментов на болотах // Нефтепромысловое стр-во.- 1974. - Н 5. - С. 15-17.

3. Экспериментальные исследования распределения напряжений на поверхности контакта анкерного фундамента с грунтом // Нефтепромысловое стр-во. - 1975. - Н 8.- С. 11-14.

4. Исследование устойчивости анкерных фундаментов в глинистых грунтах // Известия вузов. Стр-во и архит-ра. - 1975.

' - Я 8. - С. 162-1 S3.

5. Исследование устойчивости анкерных плит в глинистых грунтах // Энергетическое стр-во, - 1976. - Г.* 3. - С. §1-62.

6. Исследование устойчивости анкерных плит в песчаной грунте // Энергетическое стр-во. - 1376. - Н 4. - С. 60-62.

7: Напракенно-дефорнкрованиое состояние оснований анкерных плит // Известия вузов. Стр-во и архит-ра. 1931. - К 2. - С. 19-23. Соавтор - К.В.Малышев.

8. Расчет оснований анкерных фундаментов // Прогрессивные конструкции Фундаментов зданий. - Пенза. ДНТП, 1981. -С. 57-59.

9. Экспериментальные исследования устойчивости основания анкерной плиты в условиях осесимиетричной деформации. - !!., 1981. - 13 с. - Деп. в ШИШ, Н 2334.

10. Теоретические исследования устойчивости круглой анкерной плиты в сыпучей среде. - Н., 1981. - 10 с. - Деп. в ВНИИИС. Н 2395.

11. Нстройство для испытания образцов на трехосное сза-тие / А. С. 938084 СССР. Ш Ь 01 N 3/08. - 3 с:, ил. Соавтор - А.й.зеылянский.

12. Деформации песка над поверхностьв анкерной плиты цел- . кого заложения. - И., 1983. - 27 с. - Деп. в BHHHIÍC, Н 4G40. Соавтор - Е.В.Никитин.

13. Исследование деформаций глинистого основания горизонтальной анкерной плиты при вертикальном нагрузешш /1 Передовой опыт в фундакентостроешш. - Пенза. ДНТП. 1384. - С. 57 -5В. Соавтор - Е.В.Никитин.

14. Нелинейный анализ глшшстого основания // Всесоюзная конференция. "Современные проблемы нелинейной механики грунтов": Тез. докл. - Челябинск, 1Ü85. - С. 114-115.

15. Тензоиетр для измерения продольных и поперечник деформаций образца / й. С. 1173150 СССН, Ш G 01 В 5/30. - 4 с:, ил. Соавторы - А.А.Зеиланский, А.С.Саснков .

15. Локадязацня деформаций о песчаноа и глинистой основаниях // Известия вузов. Стр-во и архнг-ра. - 1907. - С. 120129. Соавтор - Н.В.Малывев.

17. Описание поведения грунта с точки зрения накопления вовреядекнй // Геотехника Поволвья -IY. - Саратов, 1389. - С. . 79-82.

18. Устойчквасть процесса дефорюцшвашш грдвта // II Все-сосзная конференция. "Ястшзааааяе цостяжима неляне&шД нг-хаяики грцнтов в щшектврвваош оошвагагё в фднданенгев": Тез. докл. - Яснкар-Ояа. Ш9. - С. 79-80.

19. Устойчивость процесса деодпаровашш сшщчаж и связны грднтов. - М.. 1989. - 31 с. - Ява. в ВН88Ш1Я, Ii 10349.

20. Автоматизированная сястеяа для ыехашпшскшс вспита-шй образцов грднта // Осяовашы, ©иидаментн в механика грунтов. - 1S91. Н 3. - С. 18-21.

21. Ьоруплиасгкческая недель грунте с вклмвнием моха-низка «ашшдекял воврввдвввА в процессе деформирования гранта. - в.. 1991. - 32 с» - Аса. в в!ШШТ1Ш, Н 11135.

22.Ста6млокетр / Свидетельство ва протшиеннай образец. IfifflO 10-05. 1S91. В 35407.- 2 е.: йл.

23. Орабор да вештанявгрдагов / б. С., положат, ревв-ине от 24.91.92 во здтке В 4912ftB/33 (015282). Соавтор -в.В.Влзсов.

24. Upefiop для коюрессионннх вешташгв / В, С., половит. режеиие от 24.01.32 по заявке 1 4923989/33 (015283). Соавтор-В.Б.Власов.