Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современные методы расчета несущей способности оснований заглубленных фундаментов и постановка задачи 14
1.1. Обоснование выбора темы диссертационной работы и постановка задачи 16
1.2. Обзор современных методов расчета величины несущей способности оснований фундаментов мелкого заложения. Выбор расчетного метода 24
1.2.1. Методы основанные, на определении глубины развития областей пластических деформаций
1.2.2. Методы, основанные на построении поверхности выпора грунта
1.3. Выбор расчетного метода 39
Выводы по главе 1 43
ГЛАВА 2. Компьютерное моделирование процесса разрушения (определения величины несущей способности) двухслойного основания фундаментов мелкого заложения 44
2.1. Описание компьютерной программы, используемой в диссертационной работе 4а
2.2. Методика определения граничных условий, накладываемых на расчетную схему МКЭ 53
2.3. Определение параметров, влияющих на несущую способность основания ленточного фундамента, и области применения их численных значений 56
2.4. Определение минимальной толщины рабочего слоя 60
Выводы по главе 2 68
ГЛАВА 3. Исследование влияния различных факторов на величину несущей способности двухслойного основания фундамента мелкого заложения 69
3.1. Исследование влияния толщины рабочего слоя на величину коэффициента устойчивости двухслойного грунтового основания 70
3.1.1. Влияние угла внутреннего трения 74
3.1.2. Влияние величины давления связанности 76
3.1.3. Влияние величины интенсивности внешней нагрузки 77
3.1.4. Влияние мощности рабочего слоя 78
ЗЛ.5. Влияние величины отношения модулей общей деформации слоев основания на величину его коэффициента устойчивости и Атвх
3.2. Определение величины начальной нагрузки 81
3.3. Инженерный метод расчета величины несущей способности двухслойного грунтового основания заглубленного фундамента 83
Выводы по главе 3 86
Глава 4. Сопоставление результатов исследований с результатами расчетов и экспериментов, проведенных нами и сторонними авторами 87
4.1. Сопоставление результатов расчета несущей способности основания предлагаемым инженерным методом и на основании действующих снип 87
4.2. Сопоставление линий выпора грунта 89
4.3. Экспериментальное определение значений предельно допустимой нагрузки на двухслойное основание фундмента мелкого заложения 91
Выводы по главе 4 97
Основные выводы 98
Список используемой литературы
- Обзор современных методов расчета величины несущей способности оснований фундаментов мелкого заложения. Выбор расчетного метода
- Методика определения граничных условий, накладываемых на расчетную схему МКЭ
- Влияние величины давления связанности
- Сопоставление линий выпора грунта
Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Исследование процесса выпора грунта из под заглубленного фундамента является весьма важным с точки зрения определения несущей способности последнего. Известная формула Н.П. Пузыревского для определения начального критического давления на грунт с введенными в нее коэффициентами условий работы положена в основу формулы СНиП для определения величины расчетного сопротивления грунта основания R. О важности этого вопроса говорит и дискуссия на страницах журнала «Основания, фундаменты и механика грунтов», начавшаяся еще в 1996-1998 гг.
Большинство используемых в настоящее время методов расчета величины несущей способности оснований сооружений предполагают, что основания фундаментов являются однородными и изотропными. Для анализа напряженно-деформированного состояния таких оснований используются известные решения линейной теории упругости, в частности, решения Фламана, Митчелла, Колосова и др.
Однако, известно, что в большинстве случаев основания являются неоднородными. Значения напряжений в точках грунтовой среды зависят от величины отношения модулей общей деформации Е0 и коэффициентов бокового давления 0 соответствующих слоев или объемов грунта. Если отношение модулей общей деформации соседствующих слоев грунта не превышает двух, то при всех прочих равных условиях определять величину коэффициента устойчивости грунтового массива можно, используя напряжения, найденные из решения задач теории упругости для однородных областей. Если Ех1Ег>2ь то этого делать нельзя [5].
Очевидно, что данное положение может быть отнесено к вопросу определения несущей способности неоднородного, в частности двухслойного основания.
Актуальность вопроса о прогнозе несущей способности двухслойного основания усугубляется тем, что в любой момент времени вследствие действия природных факторов (промерзание, затопление, подтопление и т.д.) любое однородное основание может превратиться, по крайней мере, в двухслойное, что, в свою очередь, может вызвать необходимость усиления фундаментов. Процедура эта достаточно длительная, связанная с затратами большого количества материальных и трудовых ресурсов и нарушением нормальной эксплуатации существующих зданий.
Целью диссертационной работы является создание инженерного метода расчета несущей способности двухслойного основания фундаментов мелкого заложения на основе анализа напряженно-деформированного состояния грунтового массива и учета максимального количества определяющих его факторов.
Для достижения поставленной в диссертационной работе цели необходимо:
1) определить диапазоны изменения величин, определяющих
величину несущей способности двухслойного основания, при которых
расчет его устойчивости может быть без особой погрешности (не
более 5 %) проведен так же, как и для однородного, и исключить их из
области допустимых значений переменных величин,
2) для каждой рассматриваемой в работе величины интенсивности
внешней нагрузки определить толщину рабочего слоя грунта основания
hmax, когда максимальное значение величины отношения Е\/Ег будет
7 искажать поля напряжений в верхнем слое основания по сравнению с
однородным не более чем на 5 %,
3) разработать расчетные схемы метода конечных элементов,
отработав соответствующие граничные условия,
4) получить графоаналитические зависимости величины
коэффициента устойчивости К грунтового основания:
а) от величины отношения ширины фундамента к глубине его
заложения 2b/h3;
б) величины интенсивности внешнего воздействия q\
в) величины отношения модулей общей деформации подстилающего
и ниже лежащего слоя грунта E\/Ei\
г) численных значений физических свойств грунта (угла
внутреннего трения ф, удельного сцепления с, давления связанности асв,
коэффициента бокового давления грунта ^0);
5) разработать формулы и представить графики, позволяющие
реализовывать инженерный метод,
6) формализовать разработанный инженерный метод расчета
несущей способности двухслойного основания в компьютерную
программу,
7) проверить достоверность результатов, полученных при помощи
разработанного инженерного метода, путем проведения поверочных
расчетов и сопоставления результатов расчетов с экспериментальными
данными и данными о поведении реальных объектов.
Достоверность результатов исследований, выводов и рекомендаций диссертационной работы обусловлена:
1) теоретическими предпосылками, опирающимися на
фундаментальные положения методов конечных элементов и теории
8 функций комплексного переменного, теории упругости, пластичности,
наследственной ползучести, механики грунтов и инженерной геологии;
удовлетворительной сходимостью результатов процесса разрушения моделируемых оснований фундаментов с результатами теоретических исследований при различных значениях параметров внешней нагрузки и физико-механических свойств эквивалентного материала;
сходимостью результатов теоретических исследований с данными натурных наблюдений и опытов, проведенных независимо от нас другими авторами.
Научная новизна диссертационной работы состоит в том:
что определены границы изменения расчетных параметров, при которых расчет величины несущей способности двухслойного основания может быть без особых погрешностей выполнен так же, как однородного;
по всей видимости, впервые вычислительным путем получены зависимости величины несущей способности двухслойного основания фундамента мелкого заложения от подавляющего большинства факторов, определяющих устойчивость последнего. Полученные зависимости составили базу данных при разработке соответствующего инженерного метода;
представлен инженерный метод расчета несущей способности двухслойного основания, позволяющий учесть достаточно большое количество факторов, определяющих устойчивость грунтового массива;
предложена компьютерная программа для IBM-совместимых компьютеров, формализующая расчетный метод.
9 Практическая значимость работы. Диссертационная работа
является частью научных исследований, проводимых на кафедре информатики и вычислительной математики ВолгГАСУ в 2001-2004 гг.
Полученные в процессе компьютерного моделирования графоаналитические зависимости и построенная на их базе компьютерная программа могут быть использованы:
для расчета величины предельно допустимого и критического давления на этапе проектирования сооружения;
прогноза поведения основания сооружения вследствие резкого изменения физико-механических свойств грунтов, обусловленного различными природными и техногенными явлениями;
проверки надежности основания сооружения в период проведения ремонта и реконструкции (увеличение этажности, полезных нагрузок, реконструкция и усиление фундаментов и оснований и т.д.) при условии, что основание является двухслойным;
проведения учебного процесса (курсового и дипломного проектирования) на соответствующих кафедрах строительных вузов.
Апробация работы. Основные результаты данной
диссертационной работы докладывались, обсуждались и
опубликованы в материалах ежегодных научно-технических конференциях ВолгГАСУ (2001-2004 гг.); III Международной научно-технической конференции «Надежность и долговечность строительных материалов и конструкций» (Волгоград, 2003 г.); Научно-технической конференции Кубанского государственного аграрного университета (Краснодар, 2003 г.); Научно-технической конференции «Региональные технологические и экономико-социальные проблемы развития строительного комплекса Волгоградской области»
10 (Волгоград, 2003 г.); Каспийской международной конференции по
геоэкологии и геотехнике (Азербайджан, Баку, 2003 г.), Волгоградском центре научно-технической информации (Волгоград, 2004 г.); научно-методических семинарах кафедры информатики и вычислительной математики ВолгГАСУ.
Личный вклад автора заключается:
в отработке и обосновании выбора расчетных схем метода конечных элементов и соответствующих граничных условий;
проведении компьютерного моделирования процессов нагружения двухслойного основания, анализе и обработке их результатов, получении аппроксимирующих зависимостей;
разработке алгоритма расчета величины несущей способности двухслойных оснований фундаментов мелкого заложения в зависимости от всех, рассмотренных в настоящей работе факторов; формализации этого алгоритма в компьютерную программу;
проведении экспериментальных исследований на моделях, сопоставительных расчетов и обработке результатов, полученных другими авторами, что позволило сделать вывод о достоверности результатов настоящей диссертационной работы.
На защиту выносятся:
результаты компьютерного моделирования процесса нагружения двухслойного основания ленточного фундамента мелкого заложения и построенные на их основе графо-аналитические зависимости;
вновь выявленные закономерности процесса разрушения двухслойного основания;
база данных и компьютерная программа, позволяющая вычислять величину несущей способности двухслойного основания для любого
сочетания реальных значений физико-механических свойств грунта основания, геометрических параметров фундаментов и интенсивности внешнего воздействия, рассмотренных в настоящей работе;
4) результаты внедрения рекомендаций диссертационной работы в практику строительства (корректировка готовых проектных решений).
Результаты научных исследований внедрены:
1.В учебном процессе на кафедре строительных конструкции, оснований и надежности сооружений Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета при изучении курса «Механика грунтов», курсовом и дипломном проектировании, в научно-исследовательской работе аспирантов.
2. При строительстве объектов распределительно-перевалочного
комплекса нефтепродуктов «ЛУКОИЛ-П» г. Высоцк Ленинградской
области:
а) закрытая насосная для подачи мазута титул 4/1;
б) открытая насосная для подачи мазута титул 4/2;
в) технологическая эстакада ТСЗ распределительно-перевалочного
комплекса нефтепродуктов «ЛУКОЙЛ-Н» г. Высоцк Ленинградской
области.
3. При возведении резервуара статического отстоя объемом 5000 м
нефтеналивного терминала «Балтийская трубопроводная система»
г. Приморск Ленинградской области.
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в научных статьях:
1. Богомолов А.Н. Постановка задачи об устойчивости оснований вблизи подземных коммуникаций / А.Н. Богомолов, М.Ю. Дьяков, В.И. Филатов // Надежность и долговечность строительных материалов и
12 конструкций : Материалы III Междунар. науч.-техн. конф. Ч. II /
ВолгГАСА - Волгоград, 2003. - С. 183-189.
Постановка задачи о прогнозе несущей способности двухслойного основания / А.Н. Богомолов, М.Ю. Дьяков, В.И. Филатов, И.И. Никитин // Сб. науч. тр. / КГАУ. - Краснодар, 2003. - С. 183-189.
Богомолов А.Н. Расчет несущей способности слоистого основания заглубленного фундамента при фиксированной его ширине / А.Н. Богомолов, М.Ю. Дьяков // Труды каспийской международной конференции по геоэкологии и геотехнике. - Баку, 2003. С. 106-109.
Дьяков М.Ю. Инженерный метод расчета устойчивости двухслойного основания фундамента мелкого заложения / М.Ю. Дьяков // Региональные технологические и экономико-социальные проблемы развития строительного комплекса Волгоградской области : Материалы научно-технической конференции, г. Михайловка. Ч. 1. — Волгоград, 2003. -С. 174-177.
Дьяков М.Ю. Расчет несущей способности двухслойного основания / М.Ю. Дьяков // Региональные технологические и экономико-социальные проблемы развития строительного комплекса Волгоградской области : Материалы научно-технической конференции, г. Михайловка. Ч. 1.- Волгоград, 2003.-С. 158-166.
Компьютерная программа для расчета несущей способности двухслойного грунтового основания фундамента мелкого заложения / А.Н. Богомолов, М.Ю. Нестратов, М.Ю. Дьяков, О.В. Ермаков // Информационный листок № 51-119-04 / ЦНТИ. - Волгоград, 2004.
Компьютерная программа для расчета несущей способности двухслойного грунтового основания фундамента мелкого заложения / А.Н. Богомолов, М.Ю. Нестратов, М.Ю. Дьяков, О.В. Ермаков //
ІЗ Информационный листок № 51-117-04 / ЦНТИ. - Волгоград, 2004.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложений общим объемом 165 страниц, включает в себя 39 рисунков и 18 таблиц.
Автор выражает искреннюю благодарность сотрудникам кафедр
строительных конструкции, оснований и надежности сооружений и
информатики и вычислительной математики Волгоградского
государственного архитектурно-строительного университета за помощь и
поддержку при работе над диссертацией; доценту кафедры ОФиМГ
Тамбовского государственного технического университета
О.В. Евдокимцеву. за неоценимую помощь при проведении экспериментальных исследований; старшему преподавателю кафедры ИиВМ ВолгГАСУ М.Ю. Нестратову за помощь, оказанную при написании компьютерной программы; начальнику сектора ЦИТ ОДК ВолгГАСУ О.А. Вихаревой за печатание рукописи; начальнику управления строительства РПК НП «ЛУКОЙЛ-П» В.А. Лагутину за помощь в реализации защищаемых положений диссертации в инженерной практике.
Особую благодарность автор выражает научному руководителю доктору технических наук, профессору А.Н. Богомолову за ценные советы и замечания, постоянную помощь во время работы над диссертацией.
Обзор современных методов расчета величины несущей способности оснований фундаментов мелкого заложения. Выбор расчетного метода
В работе [90] авторы решают задачу об определении областей пластических деформаций в основании заглубленного ленточного фундамента с учетом веса обратной засыпки. При этом напряжения в грунтовом массиве определяются на основе решения первой основной задачи теории упругости методами теории функций комплексного переменного.
Компоненты полного напряжения определены на основе решения первой основной задачи теории упругости для односвязной, весомой и изотропной полуплоскости с использованием методов теории функций комплексного переменного.
Для определения местоположения, размера и формы областей пластических деформаций в основании фундамента мелкого заложения авторы используют условие предельного равновесия в виде (1.2).
Автором [5, 9] предложен способ определения областей пластических деформаций на основе условия прочности Кулона, записанного в виде fya=(dn+dJ4 p, (1.3) где хп и стп - касательное и нормальное напряжение по наклонной площадке; К - некоторая функция напряженного состояния в точке грунтового массива, называемая коэффициентом устойчивости.
Если величина К—\, то выражение (1.3) в точности совпадает с условием прочности Мора.
Выразим напряжения тп и ап через их компоненты стг; ах; xxz, угол наклона площадки а и подставим полученные выражения в формулу (1.3), тогда (выражения вида (1.4) приведены в работах В.К. Цветкова, [102, 100, 101])
Из формулы (1.4) видно, что численное значение К однозначно определено значениями напряжений, физико-механическими свойствами грунта и ориентацией площадки скольжения. Если будут выполняться условия = 0; , 0, J52 (1.5) то значение коэффициента устойчивости по данной площадке будет минимальным (К=Кт ), а сама площадка будет являться наиболее вероятной площадкой сдвига. Если численное значение величины К 1 - точка находится в области упругих деформаций, если К=\, то в точке наступило предельное состояние (или точка «перешла» в область пластических деформаций).
Линия, в каждой точке которой выполняется условие К=1, является границей области пластических деформаций.
Отметим, что напряжения в точках основания заглубленного фундамента вычисляются на основе аналитического решения первой основной задачи теории упругости для весомой изотропной и однородной полуплоскости с криволинейной границей [5], полученного при помощи методов теории функций комплексного переменного [102, 100, 101]. Для имитации полуплоскости с прямоугольным вырезом использован прием, так же предложенный А.Н. Богомоловым [5].
Отображающая функция принята в виде z=dllhc,+ct-± с" , (1.б) =о \ + a-bi) где z=x+iy; С,=,+іц , Со; С; С2 +і - любые, в том числе и комплексные, коэффициенты; а и b - действительные числа; Ь 0.
Отметим, что данный расчетный метод формализован в компьютерные программы, которые позволяют моделировать процесс зарождения и развития областей пластических деформаций в однородном основании ленточного фундамента мелкого заложения деформаций в зависимости от изменения физико-механических свойств грунта, численного значения величины интенсивности внешнего воздействия и геометрических параметров основания задаваемой модели. Положение и форма границ областей пластических деформаций в итоге определяется из соотношений [5] (dx dx )(1 + sin q ) + 2sm p& +SC3) I /(1 +cos2 .)( 7 J + 2 „/sin2. (L7) Sm P" (\ + cos2Q) dx -dz -24J-2sm28ibte, + .) + Ъ\ где G - угол между касательной к границе области пластических деформаций (ОПД) в рассматриваемой точке и положительным направлением оси X; рв - аналог угла максимального отклонения.
Методика определения граничных условий, накладываемых на расчетную схему МКЭ
Для того чтобы в максимальной степени устранить погрешности результатов вычислений, связанные с созданием моделей оснований фундаментов, нами для каждой расчетной схемы были определены окончательные ее размеры и граничные условия, которые назначались следующим образом.
Для каждой расчетной схемы определялась зависимость вида А=Ди), где п - количество элементов в расчетной области. При проведении вычислений для получения данной зависимости размеры схемы и параметры, входящие в правую часть формулы (1.12), не изменялись.
Затем устанавливалась зависимость вида K J[l), где l=L/h3; L -горизонтальный размер расчетной схемы. На основании анализа результатов многочисленных вычислений нами установлено, что если вертикальный размер расчетной схемы И 4И то дальнейшее увеличение его численного значения практически не оказывает никакого влияния на численные значения напряжений в точках, расположенных в активной зоне фундамента. Поэтому, при проведении всех последующих расчетов #==5/Ї3. Остальные параметры, как и ранее, не изменялись.
Оказалось, что для всех вариантов расчетных схем однородных оснований данные зависимости имеют вид, приведенный на рис. 2.8 и 2.9. Из этих рисунков видно, что увеличение количества элементов, на которые разбивается расчетная схема или, другими словами, степень дискретизации последней, а также увеличение ее горизонтального размера устремляют величины соответствующих коэффициентов устойчивости к некоторым константам Кп и К\ (в рассматриваемом случае эти константы отличаются друг от друга на 2,84 %), Если дальнейшее увеличение численных значений п и L не приводит к изменению величин расчетного коэффициента устойчивости, то эти значения п и L используются при всех последующих расчетах с помощью данной расчетной схемы.
После того, как горизонтальный размер и степень дискретизации расчетной схемы определены, проводится сопоставление численных значений компонент полного напряжения az; ох и izx в точках грунтового массива, расположенных в активной зоне фундамента, вычисленных двумя способами: при помощи метода конечных элементов (МКЭ) и на основе аналитического решения соответствующей задачи теории упругости методами теории функций комплексного переменного [102, 100]. Накладывая те или иные граничные условия (в силах или перемещениях) на расчетную схему МКЭ, добиваемся того, чтобы все три компоненты полного напряжения в рассматриваемых точках, вычисленные на основе МКЭ и МТФКП, отличались друг от друга в среднем не более чем на 5 %.
Лишь после такой отработки размеров расчетной схемы и накладываемых на нее граничных условий начинается процесс компьютерного моделирования.
Для решения задачи о несущей способности неоднородного основания необходимо определить диапазоны изменения параметров, входящих в формулу (1.20).
Расчет по I группе (несущей способности) проводится, в частности, в том случае, когда основание сложено медленно уплотняющимися водонасыщенными, пылевато-глинистыми грунтами. Этот расчет проводится для обеспечения прочности и устойчивости основания и ограничения развития чрезмерных областей пластических деформаций с учетом неблагоприятных воздействий и условий работы оснований в период строительства и эксплуатации сооружения.
Нормативные значения коэффициентов сцепления С и угла внутреннего трения ф для пылевато-глинистых грунтов приведены в табл. 1.18 работы [78]. Не изменяя форму этой таблицы, проведем расчеты и подставим в соответствующие клетки полученные значения величин давления связности (aCB=Cctg(p). Тогда таблица 1.18 работы [78] примет следующий вид (табл. 2.1).
Из табл. 2.1 видно, что минимальное нормативное значение давления связности осв:=27,7 имеет супесь с углом внутреннего трения Ф=18, сцеплением С=9кПа, показателем консистенции 0,25 /L 0,75 и коэффициентом пористости е=0,85. Максимальное нормативное значение стсв=236 имеет глина с углом внутреннего трения ф=7, сцеплением С=29кПа, коэффициентом пористости е=1,05.
Влияние величины давления связанности
Результаты расчетов величины коэффициента устойчивости двухслойного основания заглубленного фундамента, представленные в настоящей главе и приложениях, объединены в базу данных, позволяющую определять величину его несущей способности.
Созданная при выполнении представляемой диссертационной работы база данных позволяет, используя метод линейной интерполяции, определить величину несущей способности двухслойного основания. Это возможно для любого сочетания численных значений переменных параметров, входящих в правую часть формулы (1.20).
Процедура эта весьма громоздка и трудоемка. Проиллюстрируем это на примере расчета величины несущей способности основания при условии, что величина отношения ширины фундамента к его глубине заложения 2b/h3 0,25.
В результате проведенных исследований получена эмпирическая формула для вычисления величины коэффициента устойчивости двухслойного основания K=BvH 5)iAv+Ac(act-3)HA4a+A )iq-3 ))i(\+Ahv-(kH-h)y)t (3.1) где hM - мощность рабочего слоя, Вф, Av, Ав, Aqa, Aqtp коэффициенты, численные значения которых приведены в табл. 3.3 и 3.4., a h - в данном случае переменная мощность задаваемого рабочего слоя.
Отметим, что в формулу (3.1) значение угла внутреннего трения ф подставляется в градусах.
Процедура вычисления величины К при использовании формулы (3.1) и данных табл. 3.2 и 3.3 достаточно подробно изложена в наших публикациях [10, 41, 40].
Для того чтобы избежать этой трудоемкой процедуры, исключить возможные ошибки при ее проведении, повысить точность вычислений и до минимума сократить необходимое для них время, нами на основе созданной базы данных разработана программа для IBM-совместимых компьютеров [49, 50], позволяющая реализовать предложенный инженерный метод для любых возможных сочетаний численных значений переменных параметров, входящих в правую часть формулы (1.20), из области их допустимых значений.
Выше приведенная формула (3.1) справедлива при фиксированном отношении Е\/Е2. Определение коэффициента устойчивости в зависимости от изменения отношения модулей деформации слоистого основания можно вести путем интерполяции табличных значений или графоаналитическим способом в соответствии с рис. 3.8.
Графическая зависимость K=f{E\/E2) на рис. 3.8 построена в безразмерных единицах с осреднением значений построенных для трех вариантов нагрузок (38, 56, 76 т/м" (104 Па)).
В работе [20] С.С. Вяловым и А.Л. Миндичем приведены экспериментальные данные по определению линий токов в слое слабого глинистого грунта, подстилаемого твердым основанием, при его выпоре из-под абсолютно твердого штампа. Полученные авторами работы [20] изображения линий тока приведены на рис. 4.1.
Нами для условий, описанных в цитируемой работе, построены аналогичные линии, которые в нашем случае составлены из прямолинейных отрезков, проходящих через точки исследуемой области и имеющих ориентацию площадок наиболее вероятного сдвига (рис. 4.2).
Не трудно видеть, что линии тока, полученные экспериментальным путем, при наложении будут практически совпадать с соответствующими линиями, построенными с помощью [7, 8].
Любой расчетный метод может быть лишь тогда рекомендован к применению, когда результаты расчетов, проведенных с его помощью, с достаточной степенью точности совпадают с результатами опытных данных.
С целью проверки достоверности предложенного инженерного метода расчета нами проведены эксперименты по моделированию процесса разрушения двухслойного основания в лаборатории кафедры информатики и вычислительной математики Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета.
Лабораторная установка состоит из деревянного лотка с прозрачной передней стенкой, выполненной из оргстекла, размерами 1200x300x650 мм; тарированного динамометра ДОСМ 3-02; набора металлических пластин, имитирующих фундамент, и рычажно-винтовой системы, передающей нагрузку на модель фундамента (рис. 4.3-4.8).
В качестве материала, имитирующего грунтовое основание, применена смесь песка средней крупности с машинным маслом, имеющая следующие физико-механические характеристики: у=1,5 т/м3; о=0,5; Ф=12. Глубина заложения модели фундамента была такой, что величина соответствующего значения приведенного давления связности была равна осв=0,65.
Сопоставление линий выпора грунта
Любой расчетный метод может быть лишь тогда рекомендован к применению, когда результаты расчетов, проведенных с его помощью, с достаточной степенью точности совпадают с результатами опытных данных.
С целью проверки достоверности предложенного инженерного метода расчета нами проведены эксперименты по моделированию процесса разрушения двухслойного основания в лаборатории кафедры информатики и вычислительной математики Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета.
Лабораторная установка состоит из деревянного лотка с прозрачной передней стенкой, выполненной из оргстекла, размерами 1200x300x650 мм; тарированного динамометра ДОСМ 3-02; набора металлических пластин, имитирующих фундамент, и рычажно-винтовой системы, передающей нагрузку на модель фундамента (рис. 4.3-4.8).
В качестве материала, имитирующего грунтовое основание, применена смесь песка средней крупности с машинным маслом, имеющая следующие физико-механические характеристики: у=1,5 т/м3; о=0,5; Ф=12. Глубина заложения модели фундамента была такой, что величина соответствующего значения приведенного давления связности была равна осв=0,65.
Разница модулей общей деформации рабочего и ниже лежащего слоя основания достигалась определенной степенью уплотнения нижнего слоя грунта. Задачей эксперимента является определение величины внешней нагрузки, при которой произойдет выпор грунта из-под фундамента.
Всего было проведено три серии экспериментов для трех значений 2Ь/къ—Ъ\ 5; 6, состоящих каждая из шести опытов. Результаты этих экспериментов представлены в табл. 4.2. В этой же таблице в соответствующих строках приведены средние для каждой из серий опытов значения разрушающей (предельно допустимой) нагрузки, ее расчетное, определенное на основе предлагаемого инженерного метода, значение и разница между этими значениями, выраженная в процентах.
Анализируя данные, приведенные в табл. 4.2, можно сделать вывод о том, что экспериментально полученные и расчетные значения предельно допустимой нагрузки, отличаются друг от друга не более чем на 12 %.
1. Сопоставление численных значений коэффициентов устойчивости двухслойный оснований, вычисленных на основе положений действующего СНиП и предлагаемого инженерного метода, показывает, что они для рассмотренных в работе примеров отличаются на 8,67-53,84%. Причем, расчет по СНиП дает меньшие значения К. Таким образом, использование предлагаемого инженерного метода позволяет значительно повысить эксплуатационные нагрузки на основание.
2. Сопоставление экспериментально полученных С.С.Вяловым и А.Л.Миндичем линий токов в слое слабого грунта, подстилаемого твердым слоем (двухслойное основание), при его выпоре из-под абсолютно твердого штампа, с построенными нами для аналогичных условий на основании метода [102, 100], принятого в настоящей диссертационной работе в качестве расчетного.
3. Средние значения величины интенсивности разрушающей нагрузки, полученные при лабораторном моделировании процесса разрушения двухслойного основания фундамента мелкого заложения, отличаются на 7,31-10,15% от соответствующих значений, вычисленных при использовании предлагаемого инженерного метода.
4. На основании выше изложенного можно утверждать, что разработанный инженерный метод и созданная на его основе компьютерная программа, адекватно отражают работу двухслойного основания и могут быть рекомендованы для практического применения.
