Взаимодействие буронабивных длинных свай конечной жесткости с окружающим и подстилающим грунтами и ростверком Чинь Туан Вьет

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Чинь Туан Вьет . Взаимодействие буронабивных длинных свай конечной жесткости с окружающим и подстилающим грунтами и ростверком: диссертация ... кандидата технических наук: 05.23.02 / Чинь Туан Вьет ;[Место защиты: ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет»].- Москва, 2015.- 114 с.

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА I. Современное состояние экспериментальных и теоретических исследований взаимодействия длинных свай с окружающим и подстилающим грунтами 13

1.1. Введение 13

1.2. Обзор экспериментальных исследований длинных свай 14

1.3. Теоретические исследования взаимодействия длинных свай с окружающим грунтом 23

1.4. О несущей способности фундамента глубокого заложения круглой формы в плане. 27

1.5. Взаимодействие длинной жесткой сваи и окружающим грунтом. 28

Выводы по главе 1 29

ГЛАВА II. Инженерно-геологические условия города ханоя и экспериментальные исследования грунтов 30

2.1. Инженерно-геологические условия г. Ханоя 30

2.2. Испытание буронабивных свай статической нагрузкой и анализ

2.2.1 Испытание длинной тензометрической сваи при статической нагрузке 35

2.2.2 Геологические условия опытной площадки 35

2.2.3 Конструкции опытной сваи, измерительная аппаратура 37

2.2.4 Результаты проведенных исследований 40

Выводы по главе 2 42

ГЛАВА III. Теоретические основы расчета осадок свай и свайных фундаментов аналитическим и численным методами 43

3.1. Введение 43

3.2. Современные геомеханические модели массивов грунтов 43

3.3. Современные модели грунтов слагающих неоднородный массив

3.3.1 Упруго - пластическая модель на основе теории прочности Кулона - Мора 45

3.3.2 Модель слабого грунта типа Cam-Clay 48

3.3.3 Модель грунта с упрочнением (изотропное упрочнение) 53

3.4. Теоретические основы численного моделирования НДС грунтов оснований в расчетах осадок свай. 56

Выводы по главе 3 60

ГЛАВА IV. Взаимодействие длинной сваи конечной жесткости с окружающим и подстилающим грунтами с учетом линейных и нелинейных свойств грунтов 62

4.1. Введение 62

4.2. Взаимодействие одиночной длиной несжимаемой сваи с двухслойным массивом с учетом линейных и нелинейных свойств грунтов основания 66

4.3. Взаимодействие одиночной длинной сваи конечной жесткости с двухслойным линейно-деформируемым массивом 69

4.4. Учет нелинейных свойств окружающего грунта

4.3. Исходные положения и уравнения 76

4.4. Нелинейный сдвиг грунтовой среды 77

4.5. Взаимодействие длинной сваи конечной жесткости и окружающего грунта с учетом

Выводы по главе 4 86

ГЛАВА V. Взаимодействие длинной сваи конечной жесткости и окружающим грунтом и ростверком 88

5.1. Общие положения 88

5.2. Постановка задачи 88

5.3. Решение задачи при условии S0 0 - висячая свая (рисунок 5.1) 89

5.4. Учет ползучести окружающего грунта 96

5.5. Учет упруго-пластических свойств сваи 98

Выводы по главе 5 101

Основные выводы по диссертации 103

Список использованной литературы 106

Теоретические исследования взаимодействия длинных свай с окружающим грунтом
Испытание длинной тензометрической сваи при статической нагрузке
Современные модели грунтов слагающих неоднородный массив
Взаимодействие одиночной длиной несжимаемой сваи с двухслойным массивом с учетом линейных и нелинейных свойств грунтов основания

Введение к работе

Актуальность темы исследования. При строительстве высотных зданий и сооружений повышенной ответственности на слабых водонасыщенных глинистых грунтах большой мощности (более 20м) часто применяют длинные сваи (l> 20м), в том числе в республике Вьетнам. Бурное развитие экономики республики Вьетнам требует возведение крупных объектов промышленности, гражданских и общественных зданий, что связано с освоением все новых и новых районов распространения слабых водонасыщенных грунтов большой мощности (до 70м). Согласно генеральному плану строительства в г. Ханое строительство таких зданий и сооружений в предстоящее пятилетие будет удвоено, в том числе, 40% из них являются торгово-многофункциональными зданиями от 20 до 70 этажей.

В связи с этим возникает необходимость разработки принципиально новых методов расчета и проектирования длинных свай и свайно-плитных фундаментов, с учетом новых дополнительных факторов, в том числе, нелинейных и реологических свойств окружающих и подстилающих грунтов, сжимаемости ствола сваи, многослойность основания, новых геомеханических моделей. Учет многих из перечисленных факторов не вызывает принципиальных затруднений, особенно в рамках теории линейно-деформируемой среды. В упруго-пластической постановке решение задач сводится к рассмотрению трансцендентных или дифференциальных уравнений, которые решаются с помощью программы MathCad. В случае использования численного МКЭ поставленная задача достаточно просто решается, в том числе, неоднородного массива. Основная проблема при этом состоит, в обоснованном выборе модели грунта, чем в реализации конкретной расчетной схемы.

Существуют и альтернативные способы описания взаимодействия длинных свай с окружающим грунтом, в том числе, различные приближенные методы, которые далеко не всегда обладают достаточной надежностью. Таким образом, возникает необходимость совершенствования методов количественной оценки взаимодействия длинной сваи и сваи в составе свайного основания с учетом новых дополнительных факторов.

Степень разработанности темы. Несмотря на многолетнюю историю применения свай в строительстве в теоретическом обосновании взаимодействия свай с окружающим и подстилающим грунтам остается нерешенным широкий круг задач, особенно при применении длинных свай. Это проблема неравномерного распределения напряжений в длинной свае по её боковой поверхности и под пятой. Учет неоднородности основания, в том числе наличие жесткого подстилающего слоя, а также сжимаемости ствола сваи.

Поведение сваи в составе свайно-плитного фундамента в зависимости от расстояния между сваями при действии больших нагрузок, на сегодняшний день недостаточно исследовано. Отдельно следует выделить вопрос о недогру-женности сравнительно плотных грунтов под нижним концом длинных свай, когда недостаточно используется потенциал его несущей способности.

Таким образом, возникает необходимость совершенствовать методы количественной оценки взаимодействия длинных свай с окружающим и подстилающим грунтами с учетом основных и определяющих факторов, указанных выше.

Цель диссертационной работы. Совершенствование аналитических и численных методов количественной оценки взаимодействия (НДС) длинной сваи конечной жесткости с окружающим неоднородным (двухслойным) грунтовым массивом ограниченных размеров в трехмерной постановке с учетом линейных и нелинейных свойств грунтов.

Задачи исследований:

Изучение и анализ мирового опыта проектирования строительства зданий на свайно-плитном фундаменте в условиях республики Вьетнама.
Изучение и анализ результатов экспериментальных и теоретических исследований и методов прогнозирования осадок одиночной длинной сваи и группы длинных свай в составе свайно-плитном фундаменте.
Выбор геомеханической расчетной модели массива грунта, вмещающего одиночную и группу длинных свай для количественной оценки их взаимодействия.
Выбор расчетных моделей грунтов, окружающих сваю и описания их механических свойств.
Постановка и решение задач о взаимодействии НДС массива грунта ограниченных размеров с одиночной длинной сваей конечной жесткости уширенной пятой в линейной и нелинейной постановке аналитическим и численным методами.
Определение НДС системы «длинная свая окружающий грунт – ростверк» аналитическим и численным методами.
Определение приведенных параметров деформируемости ячейки в составе свайно-плитного фундамента.
Анализ и обобщение результатов выполненных исследований.
Составление рекомендаций по результатам исследований для использования их в инженерной практике, в том числе для условий республики Вьетнам.

Научная новизна работы:

На основе анализа численного моделирования НДС системы «длинная свая конечной жесткости - окружающий грунтовый массив» (далее «система») обоснована расчетная геомеханическая модель в виде грунтового цилиндра конечных размеров, вмещающего длинную сваю.
На основе выбранной геомеханической модели, рассмотрены задачи о взаимодействии длинной сваи конечной жесткости с окружающим подстилающим грунтами, в том числе вокруг сваи и в стволе сваи.
Дана количественная оценка НДС грунта вокруг сваи, в том числе, распределение нормальных и касательных напряжений вдоль сваи, а также на уровне оголовки и пяты сваи.
В трехмерной постановке решена задача о НДС «системы» с учетом линейных и нелинейных свойств грунтов.

Показано, что в определенных ИГ условиях и соотношениях диаметра, длины и шага, длинная свая в составе «системы» может потерять свою устойчивость, обусловленная неравномерным распределением общей нагрузки на сваю и на окружающий грунт.
На основе НДС «системы» предложена методика определения приведенного модуля деформации «системы» необходимый для упрощения расчета осадки плитно-свайного фундамента.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается в полученных новых решениях и разработанных на их основе методиках выполнения практических расчетов несущей способности и осадок длинных свай. Они необходимы для расчетного обоснования длины и диаметра буронабивных свай, расстояния между сваями в зависимости от инженерно-геологических условий площадки строительства.

Поставлена и решена в замкнутом виде задача о взаимодействии одиночной длинной сваи конечной жесткости с окружающим и подстилающим грунтами с учетом их линейных и нелинейных свойств.
Показано, что учет сжимаемости ствола сваи и нелинейных свойств окружающего грунта оказывают существенное влияние на характер распределения общего усилия, приложенное на оголовку сваи, между её боковой поверхностью и пятой. С ростом сжимаемости сваи уменьшается напряжение под пятой сваи. Распределения напряжений в стволе сваи и перемещения свай нелинейно зависят от глубины (z).
Поставлена и решена в замкнутом виде задача о взаимодействии длинной сваи с окружающим грунтом и ростверком на основе новой геомеханической расчетной модели с учетом сжимаемости ствола сваи для двух случаев: когда подстилающий слой имеет конечную жесткость и когда он абсолютно жесткий.
Показано, что учет сжимаемости ствола сваи в случае податливости подстилающего слоя задача сводится к схеме «висячая свая» и решается с учетом касательных напряжений на контакте свая - грунты. Решение полученное в замкнутом виде показывает, что усилие в свае, касательное напряжение на поверхности сваи, а также перемещения сваи по длине сваи нелинейно зависит от z, где 0 < z < l.
Поставлена и решена в замкнутом виде задача о взаимодействии сваи конечной жесткой с окружающим грунтом в составе свайно-плитного фундамента с учетом абсолютной жесткости подстилающего слоя то есть по схеме «свая – стойка». В этом случае распределение нагрузки, приложенная на ростверк распределяется неравномерно между сваей и окружающим грунтом, причем на долю сваи приходится большая часть этой нагрузки.

6. Показывается, что при определенных геометрических параметрах
«ячейки» (свая окружающий грунт ростверк) и физико-механических свойств
грунтов напряжения в стволе сваю могут приблизиться к предельному.

Методология и методы исследования. Для решения поставленных задач использовались линейные и нелинейные теории прикладной механики грунтов,

в том числе, аналитические и численные решения с использованием MathCad и МКЭ. Для описания упруго-пластических свойств грунтов использовалась теория прочности грунтов Мора-Кулона.

Для определения НДС грунтов вокруг длинных свай использовались уравнения теории упругости в цилиндрических координатах и в частности задача Ляме о НДС толстостенного цилиндра при заданных начальных и граничных условий.

Положения выносимые на защиту:

Постановка и замкнутые решения задач о взаимодействии НДС длинной сваи и группы сваи в составе свайно-плитного фундамента с окружающим массивом слабого грунта аналитическим и численным методами и их анализ.
Методика определения приведенного модуля деформации системы «свая-грунт-ростверк» на основе анализа НДС этой системы аналитическим и численным методами.

3. Выводы и рекомендации, составленные по результатам исследований.
Достоверность полученных результатов основана на использовании

аналитических методов решения осесимметричных задач теории упругости применительно к толстостенному цилиндру, вмещающему длинную сваю конечной жесткости.

Апробация работы. Материалы работы были доложены на 71-й Научной конференции профессорско-преподавательского состава университета СПбГАСУ с международным участием (Санкт-Петербург, 7-9 октября 2015г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 статьей в научных журналах, входящих в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, рекомендуемых ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5-ти глав, основных выводов, списка использованной литературы (105 наименований) и содержит 114 страниц машинописного текста, 40 рисунков и 6 таблиц.

Диссертационная работа выполнена на кафедре механики грунтов и геотехники (МГГ) МГСУ под руководством заслуженного деятеля науки РФ, профессора, д.т.н. З.Г. Тер-Мартиросяна, которому автор выражает искреннюю благодарность за постоянное внимание и большую помощь при выполнении настоящей диссертационной работы.

Реализация результатов работы. Результаты выполненной работы будут использованы в практике научно-исследовательских работ на кафедре механики грунтов и геотехники (МГГ), научно-образовательном центре «Геотехника» МГСУ, а также автором диссертационной работы в своей научной и педагогической деятельности во Вьетнаме.

Личный вклад автора состоит в постановке и замкнутом решении новых осесимметричных задач прикладной механики грунтов о НДС толстостенного грунтового цилиндра, вмещающего длинную сваю конечной жесткости аналитическим и численным методами и их анализ.

Теоретические исследования взаимодействия длинных свай с окружающим грунтом

Город Ханой расположен в пределах речной долины Хонга за равниной Бакбо на севере Вьетнама. Ханой граничит с провинциями Виньфук на севере, Ханам на западе, Хай-Зыонг на юге и Бакнинь на востоке.

Территория Ханоя почти ровная, слабонаклоненная в юго-восточном направлением. Уклон поверхности земли в среднем составляется 15-20 см на 1 км. Абсолютные отметки поверхности изменяются от 4 до 11 м. Город защищают от наводнения дамбы, верхняя отметка которых составляет 14- 15 м а в пространстве между этим дамбами отметка поверхности в основном составляет 7 - 10 м.

Территория равнины Бакбо в целом и г. Ханоя сложена преимущественно четвертичными отложениями суммарной толщиной 150200 м. Они характеризуются разным составом (пески, глины), различными генетическими типами аллювианных, аллювианно-морских, морских и болотно-приморских отложениями. Сводная стратиграфическая колонка территории г. Ханоя представляется на рис. Аллювиальные отложения верхнего Плейстоцена Qui представлены преимущественно песчаными грунтами с включением грубого обломочного материало-гравия, щебня и гальки и имеют максимальную мощность порядка 30-40 м. Отложения среднего и верхнего Плейстоцена (aQI-II, aQIII) являются водоносными горизонтами и служат источниками водоснабжения г. Ханоя. Аллювиально-морские отложения верхнего Плейстоцена a.mQIII представлены среднезернистыми и мелкозернистыми песками, покрыты глинистыми грунтами (суглинки, супеси) пластичной и твердопластичной консистенции с включениями органики. Морские отложения верхнего Плейстоцена mQIII (толща Винфук) представлены глинистыми грунтами полутвердой и твердой. зо Они однородны и распространены повсюду. Мощность их колеблется в пределах от 5-10 м до 15-20м и достаточной степени изучена.

Сводная стратиграфическая колонка территории города Ханоя Морские отложения среднего голоцена mQIV (толща Донгда) представлены глинами пластичной консистенции. Мощность этих глин колеблется в пределах 2-4 м, отметка их поверхности повсюду одинаковая.

Аллювиальные отложения верхнего голоцена aQ3IV представлены преимущественно глинистыми грунтами мощностью до 5 м, супесчаными грунтами мощностью до 2 м, суглинками мощностью до 10-15 м. Аллювиальные отложения верхнего голоцена занимают особенно важное место в строительстве в г. Ханое.

Техногенные отложения распространены преимущественно в центральной части города и представлены суглинистыми и супесями с примесью отходов промышленного и строительного производства (кирпичных кусков, бетонных блоков и др.). Мощность этих отложений меняется в широких пределах - от 0.5 до 3-4 м, местами до 6-7 м. Уровень подземных вод в этих отложениях находится на глубине 0.5-1.0 м от дневной поверхности.

Рисунок 2.2 Схема инженерно-геологических условий территории г. Ханоя На основе изучения более 7000 образцов и статистической обработки результатов испытаний на ЭВМ были получены параметры физико-механических свойств грунтов. Сводная таблица этих свойств представлена в таблице 2.

На основе изучения геологического строения территории города Ханоя, определяющего схему расчета оснований и фундаментов, могут быть выделены 3 главных типа естественных оснований, однородные, двухслойные и слоистые со слабыми породами (Рис.2.1.2). По составу и физико-механическим свойствам горных пород можно подразделить типы на виды естественных оснований. Каждый подрайон, выделенный в инженерно-геологическом районировании, характеризуется одним определенным типом естественных оснований.

Испытание длинной тензометрической сваи при статической нагрузке Испытания буронабивных свай статической нагрузкой проводились на площадке сооружения "EVER FORTUNE PLAZA" в городе Ханое. Исследования проводились в разное время для двух буронабивных свай большой длины, с целью решения конкретных задач проектирования строящихся на этих площадках объектов.

Опытная площадка (рисунок 2.3) на улице Ly Thuong Kiet в городе Ханое, располагалась в пределах речной долины Хонга и с поверхности была сложена преимущественно четвертичными отложениями в состав, которых входят 7 слоев. Уровень подземных вод находился на глубине порядка -14,15м от поверхности грунта. По данным лабораторных исследований грунтов, отобранных при бурении скважин и отрывке шурфов, были определены следующие физико-механические характеристики грунтов опытной площадки (таблица. 2.3).

Испытание длинной тензометрической сваи при статической нагрузке

Аллювиальные отложения верхнего Плейстоцена Qui представлены преимущественно песчаными грунтами с включением грубого обломочного материало-гравия, щебня и гальки и имеют максимальную мощность порядка 30-40 м.

Отложения среднего и верхнего Плейстоцена (aQI-II, aQIII) являются водоносными горизонтами и служат источниками водоснабжения г. Ханоя.

Аллювиально-морские отложения верхнего Плейстоцена a.mQIII представлены среднезернистыми и мелкозернистыми песками, покрыты глинистыми грунтами (суглинки, супеси) пластичной и твердопластичной консистенции с включениями органики. Морские отложения верхнего Плейстоцена mQIII (толща Винфук) представлены глинистыми грунтами полутвердой и твердой. зо Они однородны и распространены повсюду. Мощность их колеблется в пределах от 5-10 м до 15-20м и достаточной степени изучена. Рисунок 2.1Сводная стратиграфическая колонка территории города Ханоя Морские отложения среднего голоцена mQIV (толща Донгда) представлены глинами пластичной консистенции. Мощность этих глин колеблется в пределах 2-4 м, отметка их поверхности повсюду одинаковая. Аллювиальные отложения верхнего голоцена aQ3IV представлены преимущественно глинистыми грунтами мощностью до 5 м, супесчаными грунтами мощностью до 2 м, суглинками мощностью до 10-15 м. Аллювиальные отложения верхнего голоцена занимают особенно важное место в строительстве в г. Ханое.

Современные модели грунтов слагающих неоднородный массив

Упруго-пластическое поведение. На плоскости Р-десли конечное напряженное состояние за счет приращения напряжений проходит через предельную пластическую поверхность, то соответствующие деформации состоят из двух частей: пластической и упругой. Для описания этого состояния добавочное выражение, описывающее пластическую деформацию, должно быть введено в уравнения НДС вместо упругой. Расширение предельной пластической поверхности сопровождается увеличением значения переуплотненного напряжения Р г с

Используя выражения пластической поверхности (3.12) и соответствующий закон пластического течения (3.11), соотношение между приращением упругой деформации и приращением напряжений для модифицированной модели типа Cam clay может быть описано в виде:

В модели типа Cam clay упругая сдвиговая деформация принимается равной нулю. В теоретические основы модели слабого грунта типа Cam clay значительный вклад внесли работы А. Сколфюлда, Д.М. Вута, К.Х. Роское, ван Еекелена, ван ден Берг, Г. Н. Панде, С. Пиетрусзак. На основе модели типа Cam clay и Modified Cam clay в настоящее время существуют и другие решения, в которых характерно применение других подобных дифференциальных функций пластичности. Для усовершенствования прогноза НДС грунта, в функцию напряженного состояния добавлены некоторые параметры грунтовой среды, чтобы НДС по этим моделям были близки к реальному состоянию. Одной из модифицированных моделей является модель Delft Egg или Egg Cam-clay. В модели Delft Egg функция пластичности представляется в виде:

В отличие от упруго-идеальной пластической модели грунта поверхность текучести в упрочняющейся пластической модели не фиксирована в пространстве главных напряжений - она может расширяться при пластических деформациях. Есть разница между двумя типами упрочнения: сдвиговое упрочнение порождается необратимыми пластическими деформациями при девиаторном нагружении, то объемное упрочнение порождается за счет необратимых пластических деформациях при компрессионном сжатии и гидростатическом нагружении. В данной модели присутствуют два вида упрочнения. Модель с упрочнением описывает поведение сильно и малосжимаемых грунтов. При девиаторном нагружении сжимаемость увеличивается, и возникают необратимые пластические деформации. В случае дренированных трехосных испытаний зависимость между осевой деформацией и девиаторным напряжением можно аппроксимировать гиперболической зависимостью (Кондер 1963). Эта зависимость была использована в известной модели Дункана и Ченя (1970). Модель с упрочнением намного лучше, чем описываемая гиперболической зависимостью, т.к., во-первых, в ней используется теория пластичности, а не упругости, во-вторых, в ней учитывается дилатансия, и, в-третьих, это колпачковая модель.

Фактически сжимаемость грунта зависит от минимального главного напряжения, т.е. давления обжатия в трехосном испытании. В Plaxis задано, что pref = 100. Разные авторы дают разные значения т в зависимости (3.29). Janbu принимает m = 0,5 для песков и пылеватых грунтов Норвегии, а Фон Соос дает различные значения т в диапазоне от 0,5 до 1. Для получения логарифмической зависимости компрессионного сжатия m = 1.

Как известно, в расчетах взаимодействия буронабивных свай с грунтовым основанием при воздействии только вертикальных сил рассматривается трехмерная задача, которая решается совместным рассмотрением системы дифференциальных уравнений равновесия, неразрывности и физических уравнений в координатах х, у, z.

Равновесие элементарного объема грунта, как при статическом, так и динамическом нагружении выражается условием; где а_ - вектор компонента скорости тензора напряжений; е_ - вектор компонента скорости тензора деформаций; м - матрица-оператор.

Принцип виртуальной работы утверждает, что сумма действия всех внешних и внутренних сил при любом виртуальном перемещении точек тела, на которое эта система сил воздействует, равна нулю. Это условие можно выразить уравнением;

Взаимодействие одиночной длиной несжимаемой сваи с двухслойным массивом с учетом линейных и нелинейных свойств грунтов основания

Постановка задачи Пусть длинная, буронабивная свая конечной жесткости с уширенной пятой, окруженная слабыми глинистыми грунтами большой мощности, подстилаемыми сравнительно жесткими грунтами (E 40 МПа) находятся под воздействием усилия, приложенного к оголовку сваи вдоль его поверхности, т.е. вертикально. Пусть известны длина, диаметр и деформируемость сваи, а также физико-механические свойства грунтов вокруг сваи и под её пятой, в том числе нелинейные свойства деформирования.

Необходимо определить: осадку сваи на уровне оголовка сваи и по глубине (S(z)), распределение сжимающих напряжений в стволе сваи по глубине ( rz(z)) и касательных напряжений по контактной боковой поверхности сваи ( -,(z)).

Для решения поставленной задачи в качестве расчетной принимается геомеханическая модель в виде грунтового цилиндра большого диаметра (dг=6dс) и большей длины (L lc) вмещающей длинную сваю. Такая расчетная схема была обоснована по результатам многочисленных экспериментальных исследований длинных свай [], а также численным моделированием НДС грунтов вокруг длинных свай []. Это модель отдельной ячейки в свайном поле при расстоянии между сваями не менее 6dc. В этом случае взаимное влияние длинных свай минимальное.

Исходные положения и уравнения В соответствии с расчётной схемой (рисунок 4.7) при перемещении длинной сваи относительно окружающего грунта и в предположении полного прилипания боковой поверхности сваи с грунтом, перемещение грунтов (S(r)) происходит в основном за счет сдвиговых деформаций о (г)), т.е. имеет место телескопический механизм смещения коаксиальных цилиндров. Поэтому при взаимодействии длинной симметричной сваи с окружающим грунтом на контактной поверхности возникают касательные напряжения TC(Z) и соответствующие напряжения в стволе сваи rz(z), которые определяются из условия равновесия элементарной длины сваи d(z): da с -па2 = 2жат cdz , т.е. получаем

Ниже на основе изложенных в этом разделе основных положениях и исходных уравнениях ставятся и решаются задачи с учетом нелинейной модели грунтов вокруг сваи. 4.4. Нелинейный сдвиг грунтовой среды В этом случае в качестве расчетной рассматривается наиболее распространенная нелинейная модель грунта при сдвиге [], описываемая степенной функцией вида: напряж ений вдоль ствола сваи с учетом перем ещ ений вдоль ствола сваи с учетом различной длины сваи различной жесткости материала сваи

Вместе с ростом нагрузки на оголовок сваи осадка развивается линейно (рис.). Учет прочностных свойств грунтов естественного залегания вокруг сваи уменьшает величину осадки сваи. С ростом длины сваи напряжение в стволе сваи на уровне пяты сваи уменьшается (рисунок 4.10).

Если же задаться напряжением в стволе сваи на уровне пяты сваи c(0)=pp , где p - расчетное давление под подошвой штампа круглой формы [], то можно определить соответствующее значение осадки сваи на уровне пяты сваи, т.е. имеем: где 2 - коэффициент Пуассона подстилающего слоя; 2 - удельный вес грунтов ниже пяты сваи; d - глубина расположения пяты сваи от дневной поверхности. Отметим, что p определена для точки r=a+0 и z=0, т.к. в этой точке p минимальное по сравнению с точкой r=a-0, z=0, и в точке r=0 z=zmax под центром загруженной площади []. Если же по результатам численного решения задачи окажется, что p p или хуже того p p , где p - предельная нагрузка, то следует изменить параметры сваи (диаметр, длину) или устроить уширение на уровне пяты сваи.

Взаимодействие длинной сваи конечной жесткости и окружающего грунта с учетом упругопластических свойств грунта

При строительстве на слабых глинистых и песчаных грунтах большой мощности (более 20 м), подстилаемых сравнительно плотными слоями с модулем деформации более 40 мПа часто применяют длинные сваи диаметром от одного до трех метров, длиной до 100 метров. В таких случаях учет сжимаемости ствола сваи необходим, т.к. доля сжатья сваи в общей осадке ощутима. Сжимаемость ствола сваи оказывает существенное влияние на распределение усилия на оголовке сваи N между трением на боковой поверхности T и усилием на уровне нижнего конца R, причем N=R+T.

В настоящем разделе приводятся постановка и решение задачи о взаимодействии длинной сваи конечной жесткости с окружающим и подстилающим грунтами с учетом их линейных (упругих) и нелинейных (упругопластических) свойств.

В качестве расчетной для описания нелинейных свойств грунтов при сдвиге принята упругопластическая модель, предложенная СП. Тимошенко [1], которая для грунтовых условий в общем случае записывается в виде: = l(5). 1 (449)

Постановка задачи. Пусть длинная свая, вмещенная в двухслойном грунтовом цилиндре конечных размеров (длина, диаметр), подвергается действия сжимаемого усилия N = ій2а, где а- радиус сваи; а;- напряжение в свае на уровне оголовки сваи (z=l). Начало координат поместим на уровне нижнего конца сваи (z=0). Пусть модуль деформации сваи и грунта 0 ЕС/ЕГ (рис.1). Пусть соотношение модулей сдвига окружающего грунтов Е2 /Е1 1 (рисунок 4.7).