Исследование деформативности естественных грунтов под заглубленными фундаментами и метод испытаний с применением автоматизированного управляющего комплекса Иванова, Мария Степановна

Введение к работе

Актуальность темы. При проектировании, строительстве и эксплуатации различных сооружешй, возводимых в обычных и, особенно, з сложных инженерно-геологических условиях, необходим прогноз напряженно-деформированного состояния фундаментов и надфундаментных конструкций, взаимодействующих с основанием. Достоверность и точность такого прогноза обусловлены учетом реальных свойств грунтов. Это, я первую очередь, касается механических свойств грунтов в допредельном и предельном ( по прочности) состояниях, определение которых представляет важную экспериментальную задачу. Практика показывает , что даже не очень существенные ошибки в оценке механических свойств грунтов зачастую приводят к гораздо большим дефектам проектов, чем недостатки расчетных моделей и несовершенство теории. Поэтому вопросы совершенствования методик испытания грунтов с целью получения более точных значений расчетных характеристик грунтов и изучения взаимодействия фундаментов и грунтовых оснований продолжают оставаться актуальными задачами современного фундаментостроения. За последние десятилетия происходит интенсивная компьютеризация исследований в области геотехники и в том числе в области испытаний грунтов. Что касается полевых испытаний грунтов- и исследований взаимодействия фундаментов с грунтовым основанием в лотках, то эти виды испытаний, дающие наиболее достоверные результаты, практически еще не компьютеризованы. Между тем, компьютеризация таїсих испытаний существенно облегчит и качественно улучшит испытания; устранит погрешности, вносимые субъективным фактором; позволит проводить испытания во всем интервале нагрузок, включая предельные по прочности; в случае испытания грунта штампом в

полевых условиях позволит получать в результате одного испытания деформационные, стабилизированные, прочностные и реологические характеристики грунтов.

Первостепенное значение в практике фундаментострое-ния имеют вопросы несущей способности оснований. Система"фундамент-основание^п очень сложна. Ее - поведение зависит от множества факторов и явлений, общее влияние которых на несущую способность основания не всегда удается оценить расчетом с достаточной полнотой и ' точно с тью. Поэтому для оценки устойчивости фундаментов большое значение имеют экспериментальные исследования. Анализ современной литературы показывает, что в целом проблема несущей способности в экспериментальном отношении изучена все еще недостаточно и представляет обширное поле для исслодований. В этих исследованиях важные результаты могут быть получены с помощью моделей фундаментов (штампов), испытываемых в лотках, что позволяет установить влияние на несущую способность основания каждого из факторов в отдельности.

Цель и основные задачи исследований. Целью диссертационной работы является развитие и совершенствование методов исследований деформативности и прочности грунтов, обеспечивающих определение основных параметров механических свойств грунтов во всем диапазоне нагружения с высокой степенью достоверности, а также исследование малоизученных закономерностей развития упруго-пластических деформаций грунтов основания. Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи.

1.Разработать установку с автоматизированным управлением процессом исследования статического взаимодействия моделей фундаментов с основанием в лабораторных условиях в лотках.

2.Разработать установку с автоматизированным управлением процессом статического исследования грунтов штампами в полевых условиях и методику проведения исследований.

3.Усовершенствовать существующие методики обработки результатов полевых исследований грунтов штампами для получения значений деформационных, прочностных и реологических характеристик грунтов в естественных условиях.

4.Провести экспериментальные исследования развития упругопластических деформацій грунтов в лотке при различных заглублениях и размерах моделей фундаментов.

5.Провести экспериментальные исследования деформатив-ности и прочности грунтов в полевых условиях с помощью автоматизированной установки.

Автор защищает:

1. Методику и алгоритм управления испытанием грунтов штампами в лотке и в полевых условиях с применением управляющего автоматизированного комплекса на базе ПЭВМ.

2. Методику определения расчетного и предельного сопротивления грунта основания для фундамента по результатам полевых и лотковых испытаний во всем диапазоне нагружения и за пределами фазы уплотнения.

3. Методику определения реологических характеристик глинистых грунтов по результатам полевых штампових испытаний.

4. Методику для определения прочностных характеристик грунтов с помощью номограмм по результатам их испытаний для нагрузок, приближающимся к предельным по прочности основания.

5. Инженерный метод определения несущей способности основания и сопротивления грунтов сдвигу участку поверхности скольжения.

Научная новизна диссертации представлена:

- методикой и алгоритмом управления испытанием грунтов

штампами в лотке и в полевых условиях с применением разработанного автоматизированного комплекса на базе ПЭВМ;

методикой определения реологических характеристик глинистых грунтов по результатам полевых испытаний;

методикой определения расчетного предельного сопротивления грунта основания по результатам полевых и лотковых испытаний во всем диапазоне нагружения;

методикой и составленными номограммами для определения прочностных характеристик грунтов по результатам их испытаний для нагрузок,приближающихся к предельным по прочности ;

опытными данными,позволяющими уточнить формы и размеры образующегося под фундаментом уплотненного грунтового ядра с четким разделением на упругие и пластические зоны деформирования, а также выявить формы и размеры внешнего и внутреннего выпора грунта.

Достоверность результатов подтверждена сопоставлением данных экспериментальных исследований, проведенных в лотках и натурных условиях, по методике» изложенной в данной работе с использованием автоматизированного управляющего комплекса на базе ПЭВМ.

Практическая ценность работы

(.Применение предложенной методики и алгоритма управления испытанием грунтов штампами с использованием разработанного управляющего автоматизированного комплекса на базе ПЭВМ исключает вмешательство оператора и обеспечивает повышение достоверности получаемых деформационных, прочностных и реологических характеристик, отвечающих реальному взаимодействию оснований с фундаментами зданий и сооружений;

2. Применение предложенной методики определения реологических характеристик глинистых грунтов по результатам по-

левых штамповій испытаний, позволяет прогнозировать развитие осадок основания сооружений во времени, определять как полную, так и условно стабилизированную осадку основания, а также давить соответствующие рекомендации по эксплуатации зданий и сооружений.

Э.Нп основании получениях опытных данных предложена инженерная методика оценки несущей способности оснований фундаментов глубокого заложения, сделаны виводы о необходимости определения удельного сцепления грунта при полевых испытаниях, поскольку такие испытания дают более высокие значения удельного сцепления, чем лабораторные, при сравнительно небольших расхождениях в определениях углов внутреннего трения.

4.На основании опытных данных определена величина коэффициента запаса фундамента, использоваїше которого позволяет уточнить в расчетах размеры фундаментов и снизить их материалоемкость .

Уровень реализации и внедрения результатов исследований

6. Основные результаты исследований песчаных грунтов в лотке использованы НШ оснований и подземных сооружений им. Н;М. Герсеванова ( г.Москва ) при нормировании давлений на песчаные грунты.

7. По разработанному методу испытаний грунтов с применением автоматизированного комплекса на базе ПЭВМ проведены исследования деформативности основания под проектируемым зданием дверца культуры в п.Алтагирь Запорожской области.Эффективность метода проявилась в виде сокращения средств на проведение испытаний,увеличения точности полученных результатов, которые Мелитопольский лесозаготовительный завод использовал при проектировании и строительстве здания дворца культуры в сжатые сроки и с'минимальными затратами.

3. По результатам полевых испытаний глинистых грунтов с помощью автоматизированного комплекса на базе ПЭВМ в условиях Стахановского ПО "Вагоностроения" получены новые методики определения реологических характеристик глинистых грунтов и уравнения для их определения, что позволяет прогнозировать развитие осадки основания во времени.

Апробация и публикации результатов исследований Результаты исследований, представленные в данной диссертационной работе, докладывались на:

- 45- й научно-технической конференции Киевского инже
нерно-строительного института (Киев, 1984 г.);

-31-й ,33-й и 37-й научно-технических конференциях про-Фессорско - преподавательского состава, сотрудников и студентов Коммунарского горно - металлургического института. (Коммунарок, 1988 , 1990, 1994 ГГ.)}

- научно-технической конференции Севастопольского филиала Республиканского дома экономической и научно-технической пропаганды общества "ЗНАНИЕ" Украинской ССР,(Севастополь, 1990);

- Международной научно-технической конференции "Новые
методы расчета, материалы и технологии в строительстве" (Ал-
чевск; 1993 г.).

По результатам исследований сделано 19 публикаций, в том числе 16 статей, и 3 авторских свидетельства СССР. Общее число публикаций составило 31.

Структура и объем диссертационной работы