Введение к работе
Актуальность тещ. Интенсивное развитие промышленного я жилищного строительства вызывает необходимость освоения территорий, сложенных слабыми, сильносаимаемыма (глинистыми, торфяными, лессовыми и др.) грунтами. Наряду с этим сейчас остро стоит вопрос сохранения земель, пригодных для сельскохозяйственных нужд, что также вынуждает проектировщиков ж строителей использовать участки и площадка, ранее считавшиеся непригодными для строительства. В этих случаях в качестве мероприятий, позволяющих улучшить строительные свойства грунтов, повысить надежность фундаментов и снизить их материалоемкость, широко применяются основания с введенными (устроенными) в них искусственными грунтовыми и негрунтовыми включениями большей, чем естественные грунты, жесткости и прочности (распределительные подушки, массивы из уплотненного, упрочненного грунта, грунтовые сваи, сваи и армирующие элементы яз различных конструкционных материалов и т.п.).
В крупных городах все большую значимость приобретают работы по укреплению оснований, реконструкции и усилению фундаментов существующих зданий и сооружений, имеющих значительную художественную и историческую ценность. В этих случаях, помимо указанных выше, все чаще прибегают к способам химического закрепления (силикатизация, смолизация я др.), позволяющим создавать в основаниях массивы упрочненного грунта различной, конфигурации и объема.
Создание в основании искусственных включений существенным образом изменяет свойства основания, превращая его в неоднородный геотехнический массив по глубине и в плане.
Эффективное проектирование и строительство в подобных сложных инженерно-геологических условиях неразрывно связано с достоверным прогнозированием развития напряженно-
деформированного состояния (ндс) оснований, возможных осадок и кренов возводимых зданий и сооружений. Применение расчетных схем СНиПа не всегда обеспечивает в этих случаях достоверность получаемых результатов. Существенно разная деформируемость и прочность зон основания с искусственными включениями этими схемами описывается весьма приближенно и поверхностно, без учета современных достижений механики грунтов. Поэтому актуальної является разработка более современной методики расчета оснований с искусственными включениями, построенной для всех их возможных вариантов на единой основе нелинейной механики упругопластяческой грунтовой среды, и исследование особенностей деформирования таких оснований для выработки рекшендаций по их проектированию. В диссертации эти вопросы решаются, главным образом, применительно к основаниям о искусственными грунтовыми включениями (распределительные подушки, массивы уплотненного или закрепленного грунта и др.), наиболее широко практикуемыми в странах СНГ.
Цель работы - Исследование ндс искусственных оснований о различного рода грунтовыми включениями, существенно большей, чем естественный грунт, жесткости и прочности, с учетом нелинейного деформирования грунтов, развития областей предельного состояния и разработка на этой основе праї тических рекомендации по расчету и проектированию таких оснований.
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:
выбрать и обосновать расчетную модель грунтов основания, включая искусственно измененные или внедренные, и подтвердить ее адекватность лотковыми испытаниями и численными расчетами;
на основе численного эксперимента выявить особенно< ти ндс оснований с искусственными включениями при различных уровнях их нагружения;
на основе теории планирования эксперимента полу-
чить зависимость для осадки основания, усиленного распределительной подушкой;
исследовать деформируемость и прочность закрепленного грунта в условиях сложного напряженного состояния;
для нелинейного условия прочности получить выражение упругопластической матрицы (^] f(i6j=[^ jj^^i) и выполнить численные расчеты оснований с использованием указанного условия прочности и полученной матрицы.
Научная новизна и практическая ценность работы
Исследовано и описано по единой расчетной схеме и методике поведение оснований с искусственными грунтовыми и негрунтовыми включениями, выявлены особенности ндс этих оснований на основе представления грунтов дилатансионной моделью В.Н.Николаевского и ее частными модификациями.
Выполнены систематизированные расчетные исследования ндс оснований, усиленных распределительными подушками, втрамбовыванием щебня и грунтовыми сваями в пробитых скважинах, внедренных на большом числе объектов, и выявлена роль и влияние искусственных включений на деформации оснований.
Получена зависимость и номограммы для определения размеров распределительной додушш при известном модуле грунта основания и заданной предельно допустимой для здания осадке.
Впервые выполнены развернутые исследования деформируемости и прочности химически закрепленного песчаного грунта и получено для него нелинейное условие прочности (параболическая зависимость в координатах & ,t ).
Для грунта, характеризуемого нелинейным условием прочности, получена матрица C^epJ , связывающая вектора приращений напряжений и деформаций при упругошіастическш состоянии грунта.
Внедрение результатов работы. Результаты диссертации использованы при исследовании ндс оползневого склона (г.Киев, район Батыевой горы), определения положения и
конструкции противооползневого сооружения в виде стенки из буронабивных свай, при определении осадок здания школы на Г7іі6 учащихся (г.Полтава), основание которой было усилено втрамбовыванием щебня и грунтовыми сваями в пробитых скважинах. Экономический эффект от внедрения составил 25 тыс.руб.
Апробац^ работы. Основные результаты исследований были доложены и обсуждались на Всесоюзном совещании-семинаре "Современные проблемы свайного фундаментостроения в СССР" (1988), Л Всесоюзной конференции "Использование достижений нелинейной механики грунтов в проектировании основании и фундаментов" (1989), Республиканской научно-технической конференции "Эффективные фундаменты, сооружаемые без выемки грунта" (1991), 45-ой научно-технической конференции научных сотрудников и преподавателей ЛИСИ (1988), 50-й и 51-й научно-технических конференциях КИСИ (1989, 1990), семинаре на кафедре оснований и фундаментов КИСИ (1991).
Публикации. По теме диссертации опубликовано Ш печатных работ.
Объем работы. Общий объем диссертации 190 страниц, в том числе 122 страниц машинописного текста, 43 рисунка, 5 таблиц и список литературы из 171 наименований. Имеется одно приложение.
На защиту выносятся:
методика расчетных исследований оснований с искусствен ными включениями;
результаты расчетных исследований оильносжимаемых оснований, усиленных распределительными подушками, втрамбовыванием щебня и грунтовыми сваями в пробитых скважинах;
зависимости и графики, позволяющие определять оптимальные размеры подушек при заданной допустшлок осадке зданій и сооружений;
результаты исследований деформируемости и прочности химически закрепленного песчаного грунта;
- матрица \ffa ер] , связывающая вектора приращений напряжений и деформаций при упругопластическом состоянии закрепленного грунта, характеризуемого нелинейным условием прочности.