facebook
twitter
vk
instagram
linkedin
google+
tumblr
akademia
youtube
skype
mendeley
Wiki
Global international scientific
analytical project
GISAP
GISAP logotip
Перевод страницы
 

МЕТОД РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ УЧЕТА ДЕФОРМАЦИОННОЙ АНИЗОТРОПИИ ГРУНТОВ В РАСЧЕТАХ ГРУНТОВЫХ ОСНОВАНИЙ

МЕТОД  РЕШЕНИЯ  ПРОБЛЕМЫ  УЧЕТА ДЕФОРМАЦИОННОЙ АНИЗОТРОПИИ ГРУНТОВ В РАСЧЕТАХ ГРУНТОВЫХ ОСНОВАНИЙМЕТОД  РЕШЕНИЯ  ПРОБЛЕМЫ  УЧЕТА ДЕФОРМАЦИОННОЙ АНИЗОТРОПИИ ГРУНТОВ В РАСЧЕТАХ ГРУНТОВЫХ ОСНОВАНИЙ
Олеся Алексеевна Бирюкова, аспирант

Коробова Ольга Александровна, доктор технических наук, профессор

Инна Любич, аспирант

Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет, Россия

Участник первенства: Национальное первенство по научной аналитике - "Россия";

Открытое Европейско-Азиатское первенство по научной аналитике;

В статье представлен усовершенствованный метод расчета деформаций грунтовых оснований, позволяющий учитывать деформационную анизотропию грунта. Исследованиями выявлено, что влияние деформационной анизотропии на величину прогнозируемых осадок при слабо выраженной анизотропии обычных грунтов оценивается величиной, достигающей 10-40% от расчетной осадки фундамента, расположенного на изотропном основании. Полученные данные можно использовать в расчетах оснований по деформациям при надстройке зданий и сооружений, принимая во внимание, что для анизотропных грунтов показателем анизотропии a < 1 расчет по методике СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений»  не учитывающей анизотропию, приводит к завышенным значениям осадок, а также при таких способах усиления фундаментов,  как уширение подошвы фундамента, устройства обойм, рубашек, наращиваний и т.п. Для грунтов, характеризующихся показателями анизотропии a > 1, традиционный расчет дает уменьшение значения осадок, и если учесть, что для таких грунтов особенно велико влияние деформационной анизотропии, т.к. это, как правило, грунты, имеющие слоистую или столбчатую текстуру, то пренебрегать этим фактом при реконструкции недопустимо.

Ключевые слова: деформационная анизотропия, грунты, анизотропное грунтовое основание, метод расчета по деформациям, усовершенствованный метод.

An improved method of calculating the deformation of soil bases for incorporating strain anisotropy of the soil is presented in the article. Research has shown that the influence of strain anisotropy on the value of the predicted settlings with poorly expressed anisotropy of ordinary soils is estimated to reach 10-40% of the theoretical foundation settlement, located on the isotropic base. The obtained data can be used in the calculation of basis for distortions in the superstructure of buildings and structures, taking into account that for anisotropic soils the anisotropy index a<1 by the method of calculation of SP 22.13330.2011 "Foundations of buildings and structures" which ignores the anisotropy, leads to overstated values ??of settling and in such a ways of the foundations enhancements as the foundation base broadening, the clips arrangement, casings, build-ups, etc. For soils with the anisotropy index a> 1, the traditional calculation gives ??the decrease of the settling values. Considering that strain anisotropy impact is particularly high as these are usually soils with a layered or columnar texture, neglecting of this fact during the reconstruction is unacceptable.

Keywords: strain anisotropy, soils, anisotropic foundation bed, stiffness analysis method, improved method.

 

Многочисленные исследования ученых, как в России, так и за рубежом убедительно свидетельствуют о том, что все нескальные грунты обладают свойством деформационной анизотропии. [1] В связи с этим, учет анизотропных свойств грунтов в расчетах грунтовых оснований  позволяет уточнить их реальные свойства и в настоящее время приобретает свою неоспоримую актуальность. Для достижения этой цели авторами были проведены многочисленные экспериментальные и теоретические исследования по выявлению и оценке напряженно-деформированного состояния (н.д.с.) анизотропных грунтовых оснований, целью которых являлось создать практический метод расчета деформаций фундаментов, позволяющий учесть их деформационную анизотропию. [2] Этот метод заключается в следующем. На первом этапе при оценке инженерно-геологических условий необходимо определить модули деформации грунтов по двум взаимно перпендикулярным направлениям. Для определения деформируемости грунтов по взаимно перпендикулярным направлениям пробы грунта необходимо отбирать при вертикальном и боковом положении колец (по шесть проб в каждом случае) (рисунок 1). Исследования грунтов естественного сложения были проведены по стандартным методикам в уплотнителях системы ”Гидропроект” (рисунок 2).

Исследования деформационной анизотропии грунтов, имеющих структуру, сформированную простой отсыпкой, уплотнением виброванием и трамбованием были проведены в приборе трехосного сжатия (ПТС системы А.Л. Крыжановского) с независимым регулированием переменных величин главных напряжений. Прибор создан на кафедре инженерной геологии, оснований и фундаментов Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета  (Сибстрин) (рисунок 3). [2]

а – вертикальное положение колец;

б – боковое

Рис. 1. Схема отбора образцов грунта       

Рис. 2. Уплотнители системы ”Гидропроект”

Рис. 3. Прибор трехосного сжатия /ПТС/ с независимым регулированием величин главных напряжений

Полученные в экспериментах значения деформаций образцов грунта в вертикальном и горизонтальном направлениях были использованы для оценки деформационной анизотропии грунтов. При анализе полученных результатов оказалось  возможным оценить степень деформационной анизотропии грунтов показателем анизотропии a = Ez/Ex = sx/sz= εxz; где Ezи Ex – модули деформации в вертикальном и горизонтальном направлениях, sz и sx, εz и ε– абсолютные и относительные деформации в вертикальном и горизонтальном направлениях  соответственно, а для грунтов, испытанных в приборе трехосного сжатия эта оценка была проведена по отношению sx/sy (по взаимно перпендикулярным горизонтальным направлениям y и x). Показатели анизотропии a исследованных видов грунта изменились от 0,5 до 2,1, что практически  ощутимо.

Модули деформации Еz и Еможно определять известными методами  в соответствии с СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений» [3] по результатам компрессионных испытаний стандартных образцов грунта, вырезанных из монолита или непосредственно в месте отбора проб грунта по вертикальному и горизонтальному направлениям. Значения εxи εz можно определить также испытаниями образцов в стабилометре. Значения коэффициента Пуассона nyx в расчетах н.д.с. анизотропной полуплоскости (слоя) для различных грунтов рекомендуется принимать табличными и равными для песков – 0,25; супесей – 0,30; суглинков – 0,35 и глин – 0,40.

Значения модуля сдвига Gxz, в связи с малым влиянием его на результаты  напряженно-деформированного состояния (н.д.с.) анизотропной полуплоскости (слоя), представленной грунтами с нечетко выраженной слоистостью текстуры, рекомендуется вычислять по зависимости:

Gxz = Eср/ [2(1+vср)]                                        (1)

где                                            Eср= (Ez+Ex)/2 ;  vср= (vyx+ vxz)/2                 

Напряженно деформированное состояние  трансверсально-изотропной полуплоскости (слоя) рекомендуется устанавливать по результатам расчетов, выполненных методом конечных элементов по любым существующим в настоящее время программам, по которым можно получить картину н.д.с. грунтовых оснований (COSMOS, COSMOS/M, ANSYS, PLAXIS и др.) при известных значениях модулей деформации грунтовой среды Еz и Еx; коэффициентах Пуассона nyx и nxz в предположении nyx= nxz, где первый параметр характеризует боковое расширение грунта в плоскости изотропии (в горизонтальной плоскостиxy), а второй – расширение в вертикальном направлении от нормальных горизонтальных напряжений; модуле сдвига Gxz в вертикальной плоскости деформирования; величина nzx= nxzz / Еx). При  сравнении полученных результатов расчета н.д.с. однородно-анизотропных и изотропных оснований в виде слоев различной мощности и полуплоскости оказалось возможным простым способом учесть деформационную анизотропию грунтов основания при помощи коэффициентов влияния анизотропии грунта. Эти коэффициенты показывают, какую долю от напряжения в изотропной среде составляют соответствующие напряжения в анизотропной. Значения коэффициентов вычисляются по формулам:

Ка = σ/ σz ,      Ка′ = σха / σx,                                (2)

где Ка и Ка′ –  поправочные коэффициенты влияния анизотропии грунта;

σ и σха – вертикальные и горизонтальные напряжения для анизотропной среды;

σz и σ– то же, для изотропной.

Напряжения σ и σха, σz и σвычисляются для характерных точек грунтового массива, расположенных на центральной и угловой вертикалях загруженного участка поверхности. Поправочные коэффициенты влияния анизотропии грунта можно применять для корректировки величин осадок фундаментов, рассчитанных любым из существующих в настоящее время методов. [3] Эти данные достаточны для расчета осадок фундаментов, расположенных на поверхности полуплоскости или слоев различной мощности. Для удобства практического использования коэффициентов Ка и Ка′ они вычислены для середин горизонтальных слоев, назначаемых под подошвой фундамента по СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений» [3] через 0,4b (b – ширина загруженного участка основания, равная ширине подошвы фундамента). В случае необходимости нетрудно провести интерполяцию значений Ка и Ка′ как по показателю а, так и по глубине расположения точек, в которых вычисляются значения напряжений σ и σ. Коэффициенты, определяемые для точек угловой вертикали, необходимы для расчета осадок с учетом влияния нагрузок от соседних фундаментов. Значения горизонтальных напряжений σx и σ применяются для расчета осадок более строгими методами, в которых учитывается возможность боковых деформаций грунта основания. Влияние заглубления фундамента может быть учтено введением в расчет дополнительных напряжений от равномерной нагрузки на условной поверхности основания с интенсивностью, равной природному давлению грунта σzg,o на уровне подошвы фундамента.

Полученные расчетам результаты позволяют усовершенствовать метод послойного суммирования деформаций. Усовершенствование метода заключается в учете деформируемости грунта по вертикальному и горизонтальному направлениям при действии вертикальных σzp, и горизонтальных σxp, a дополнительных напряжений, рассчитываемых для точек полуплоскости, которые расположены на центральной вертикали посредине слоев hi, предусмотренных формулой:

                                                                               s= εz, i   *hi ,                                                                   (3)

где εz, i=σzp ,i, a *(1-vxy * vzy)/Ez – σxp, i, a *(1+vxy) / Ex

Наиболее просто влияние анизотропии можно учесть по формуле (4) путем корректировки только напряжений szp,i, т.е. по формуле:

                                                                         s =в∑ σzp ,i, a * hi/ Ez,i                                                             (4)

При этом точность расчета осадок несколько снижается.

Толщина hi и количество слоев n принимается в соответствии с СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений».

Дополнительные напряжения вычисляются по зависимостям:

σzp ,i, aσzp ,i * K? ,   σxp ,i, aσxp ,i * K’? ,     σ y zp ,i, aσ y zp ,i * Ky ? ,      σ y xp ,i, aσ y xp ,i * Kyа

где σzp σ y zpи   σxp (σ y xp) дополнительные напряжения в соответствующих точках i изотропной полуплоскости определяются по имеющимся решениям для линейно-деформируемой среды;

Kа(K y аи K’а (Kyа)– коэффициенты влияния анизотропии грунта для характерных точек центральной и угловой вертикалей. Значения Kа(Ky а) и K’а (Kyа) получены путем сопоставления соответствующих напряжений, рассчитанных методом конечных элементов при a = 1 и a ¹ 1.

В случае необходимости определения значений Kа(Ky а) и K’а (Kyа) для других точек центральной и угловой вертикалей их значения находятся интерполяцией результатов.

Вывод.  Установлено, что в тех случаях, когда основание имеет показатель деформационной анизотропии a < 1, значение расчетного сопротивления грунта основания R увеличивается, что приводит к уменьшению размеров подошвы фундаментов и к получению  экономического эффекта, и, наоборот, при a > 1 требуется увеличение размеров подошвы по сравнению с установленными по СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений». Исследования показали, при применении изотропной модели для расчетов грунтовых оснований приводит к искажению действительной картины н.д.с. основания. Предлагаемый практический метод учета деформационной анизотропии может быть рекомендован для внедрения в практику проектирования  и строительства фундаментов.

 

Литература:

1. Рыбин В. С. Проектирование фундаментов реконструируемых зданий / В. С. Рыбин. – М. : Стройиздат, 1990. – 296 с.

2. Коробова О.А. Основные результаты экспериментально-теоретических исследований деформационной анизотропии грунтов// Ползуновский альманах/ АлтГту им. И.И. Ползунова.- Барнаул, 2001.-  № 1-2.- С.82

3. СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений».- Актуализированная версия СНиП 2.02.01-83*; Введ. 20.05.2011.- Минрегион России. - М.: ОАО "ЦПП", 2011.-157 с.

0
Ваша оценка: Нет Средняя: 7.5 (6 голосов)
Комментарии: 5

Maksimenko Lubov Aleksandrovna

В нормативных документах содержатся указания рекомендательного характера по учету деформационной анизотропии в расчетах грунтовых оснований. В данной статье предложен усовершенствованный метод расчета деформаций позволяющий учитывать деформационную анизотропию грунта, что несомненно является важным при усилении грунтов и расчетах осадки реконструируемых зданий.

Antonova Irina Pavlovna

В данной статье полностью раскрыта проблема учета деформационной анизотропии в расчетах грунтовых оснований. Такое решение получено впервые. Ранее таких разработок, доведенных до практического внедрения я не встречала. Эту статью я оцениваю очень высоко.

Vykhodets Alexander Mihailovich

Высотное строительство и строительство на слдабых грунтах требует новых и усовершенствованых методов расчета фундаментов для снижения их материалоемкости и стоимости.Научное достижение состоит в том, что получены значения деформаций образцов грунта в вертикальном и горизонтальном направлениях А.Выходец

Фаттахов Ирик Галиханович

Досконально рассмотрен вопрос влияния деформационной анизотропии на величину прогнозируемого осадка. Работа вызывает уважение.

Артамонова Елена Николаевна

Работа выполнена на высоком научном уровне и в экспериментальной части, и в расчетной. При расчете грунтовых оснований возникает множество проблем, и данная работа в дальнейшем нуждается пополнением исследований, например, интересно узнать какие нескальные грунты рассматривались, привести сравнение полученных коэффициентов деформационной анизотропии для различных грунтов, важно определить, как они зависят от времени, влажности и т.д.
Комментарии: 5

Maksimenko Lubov Aleksandrovna

В нормативных документах содержатся указания рекомендательного характера по учету деформационной анизотропии в расчетах грунтовых оснований. В данной статье предложен усовершенствованный метод расчета деформаций позволяющий учитывать деформационную анизотропию грунта, что несомненно является важным при усилении грунтов и расчетах осадки реконструируемых зданий.

Antonova Irina Pavlovna

В данной статье полностью раскрыта проблема учета деформационной анизотропии в расчетах грунтовых оснований. Такое решение получено впервые. Ранее таких разработок, доведенных до практического внедрения я не встречала. Эту статью я оцениваю очень высоко.

Vykhodets Alexander Mihailovich

Высотное строительство и строительство на слдабых грунтах требует новых и усовершенствованых методов расчета фундаментов для снижения их материалоемкости и стоимости.Научное достижение состоит в том, что получены значения деформаций образцов грунта в вертикальном и горизонтальном направлениях А.Выходец

Фаттахов Ирик Галиханович

Досконально рассмотрен вопрос влияния деформационной анизотропии на величину прогнозируемого осадка. Работа вызывает уважение.

Артамонова Елена Николаевна

Работа выполнена на высоком научном уровне и в экспериментальной части, и в расчетной. При расчете грунтовых оснований возникает множество проблем, и данная работа в дальнейшем нуждается пополнением исследований, например, интересно узнать какие нескальные грунты рассматривались, привести сравнение полученных коэффициентов деформационной анизотропии для различных грунтов, важно определить, как они зависят от времени, влажности и т.д.
Партнеры
 
 
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
Would you like to know all the news about GISAP project and be up to date of all news from GISAP? Register for free news right now and you will be receiving them on your e-mail right away as soon as they are published on GISAP portal.