CC BY
244
О СЖИМАЕМОЙ И СЖАТОЙ ТОЛЩЕ. ГЕОМЕТРИЯ СЖАТОЙ
ТОЛЩИ
М.Д. Бикташев
МГСУ
На основании анализа требования СНиП2.02.01 -83*рекомендуется при определении глубины «сжимаемой толщи» принять термин «сжатая толща». Дается обоснование автора для принятия этой рекомендации.
The article based on the analysis requirements of SNiP 2.02.01 -83* recommended in determing the depth of compressible stratum adopt the term compressed thickness/ The authors recommendations of the given.
Автор полагает, что в механике грунтов при расчете оснований и фундаментов следует различать: грунтовую толщу, сжимаемую толщу и сжатую толщу. В связи с этой рекомендацией, следует указать на статью «Концепция новой механики грунтов»*, где вводятся такие понятия как «нормально уплотненный грунт», «переуплотненный грунт» и «недоуплотненный грунт». Автор предполагает, что эти характеристики грунта-композита вполне могут иметь место, если разделить их по принципу, предлагаемому автором.
Грунтовая толща ( Н^) - это толща свободная от нагрузки, эквивалентной той, которая прикладывается к сжимаемой толще при СМР. Все наши работы по геологическим изысканиям в целях строительства и все исследования производятся на грунтовой толще, где грунты могут быть недоуплотненными, именно в смысле теории упругости. Находясь на земной сфере, как грунтовая толща, так и сжимаемая толща представляют собой оболочку определенной кривизны.
Сжимаемая ( уплотняемая) толща (Eh) - это толща, на поверхность которой приложена строительная нагрузка. Сжимаемую толщу надо воспринимать как одно целое, так как только целостное представление создает условия для уплотнения части сжимаемой толщи.. Иначе говоря, в сжимаемой толще грунты-композиты работают как один слаженный механизм, в котором присутствуют и кинематические пары и фрикционные соединения и именно здесь, под нагрузкой, возникает состояние нормальной уплотненности. Глубина сжимаемой толщи, по мнению автора, определяется глубиной проходки геологических скважин, выполненных при инженерно - геологических изысканиях в целях строительства.
Сжатая ( уплотненная) толща (Нсж) - это результат уплотнения сжимаемой толщи. Иначе говоря, в сжатой толще выполнены условия для переуплотнения грунтов-композитов. В первом приближении можно принять, что глубина сжатой толщи определяется зависимостью Нсж ~ 0.5 Eh, полагая при этом, что нагрузка прикладывается к сжимаемой оболочке, обладающей определенной кривизной. Иначе говоря, в отличие от норматива (СНиП 2.02.01-83*) автор полагает, что следует определять глубину сжатой толщи, а не сжимаемой. Таким образом проявляется легкое отношение к методологии и терминологии, которое автор видит в данном нормативе, так как по сути, норматив на-
Б.И. Кулачкин, А.И.Радкевич, Ю.В.Александровский «Монтажные и специальные работы в строительстве» 2005, №10.
правлен на вычисление глубины сжатой толщи, которую при формулировании цели, по недоумению, назвали сжимаемой.
В механике грунтов считается, что грунт - это двух или трехфазная система, автор предполагает, что понятие многофазности грунтовой системы следует заменить понятием естественного грунта - композита. Поэтому, в дальнейшем, автор имеет в виду именно естественные грунты - композиты, к которым применимы постулаты как теории упругости, так и мезомеханики2. Более того, в механике грунтов, например, как и в общей динамике, следует различать две задачи, а именно: прямую и обратную.
Прямая задача состоит в том, чтобы по заданной нагрузке и напряжениям определять закон деформации и осадку сжимаемой толщи в зависимости от типа и вида грунтов-композитов, а также геометрию и глубину сжатой толщи. В математическом отношении прямая задача сводится к дифференцированию и интегрированию дифференциальных уравнений. К прямым задачам относятся задачи силового исследования сжимаемой и сжатой толщи, в том числе задачи о расчетной деформации всей сжимаемой толщи, о регулировании величины расчетной деформации и стабилизации осадки.
Обратная задача состоит в том, что по известному закону деформации и осадке сжимаемой толщи, по геометрии сжатой толщи находят математическую модель, которая соответствует напряжениям и силе, вызвавшие массоперенос и последующую деформацию. В математическом отношении обратная задача сводится к дифференцированию или к простому решению алгебраических уравнений. К обратным задачам относятся: задача нахождения грунтовой модели соответствующей фактической деформации грунтовой толщи, зависимости общей деформации (фактической осадки и крена) от физико-механических характеристик грунтов - композитов, в целом сжимаемой толщи, зависимость фактической деформации от изменения внутреннего трения и вязкости.
При этом не менее важной задачей остается выявление анизотропности грунтов -композитов, влияние этой анизотропности на несущую способность основания и последующие деформации (осадку и крен), Ведь, как это не странно, но проблема анизотропности грунта в нормативе так и не решена, в связи с чем коэффициент Пуассона указан только для случая изотропных сред. Однако, если следовать теории упругости и следствиям, которые из неё вытекают, то изотропные материалы могут иметь коэффициент Пуассона от 0.25 до 0.30.
В прямой и обратной задаче, для достижения цели, часто используются графические методы. Однако, следует заметить, что модель сжимаемой толщи отличается от модели сжатой толщи и тем более, от грунтовой толщи. И здесь важно понять: случайность - это незамеченная закономерность.
Задачи механики грунтов, как полагает автор, можно решить лишь в том случае, если известны параметры сжимаемой толщи из грунтов-композитов, а также осадка и крен, в том числе конечный результат действия нагрузки - сжатая толща и соответствующая ей осадка. Поэтому в самом начале следует четко определить тип решаемой задачи.
Когда к сжимаемой толще прикладывается нагрузка, то при этом совершается работа, в ходе которой на сжимаемую толщу действуют внешние силы различной природы, поэтому целесообразно произвести их классификацию.
Р - движущая сила (нагрузка). Нагрузкой называется сила, которая приложена на сжимаемую толщу(ЕЪ) и вызывает её деформацию^), т.е перемещение и уплотнение её
2
В.Г. Малинин, H.A. Малинина Структурно- аналитическая мезомеханика деформируемого твердого тела. Физическая мезомеханика, 2005,3, стр.3145.
частиц, элементов и звеньев что в некотором приближении можно сравнить с массопере-носом и движением. Движущая сила совершает положительную работу, так как ее направление всегда совпадает с направлением перемещения. Нагрузка (движущая сила), приложенная к сжимаемой толще может быть разложена на две составляющие - нормальную и тангенциальную (касательную). А это значит, что здесь появляется и результирующая часть. Более того, такая нагрузка, если она сосредоточенная, как правило, вызывает момент силы (Мс = РЯ, где Я - радиус, например, сжимаемой толщи, плечо для момента), если же нагрузка приложена эксцентрично, то это изгибающий момент Мшг = Ре, где е -эксцентриситет, в силу которого момент является функцией угловой скорости..
Р - сила полезного сопротивления. Природа этой силы может быть различной - это может быть сила трения, сила упругости, сила гидравлического сопротивления и т.д. Работа силы полезного сопротивления всегда отрицательна. Сила полезного сопротивления является функцией кинематических параметров (КП).
Р - сила вредного сопротивления, в механике грунтов называемое отрицательным трением, как правило, используется при расчете свайных фундаментов, но отрицательное трение может иметь место и в работе обычных фундаментов и оснований. Силами вредного сопротивления являются силы внутреннего трения в кинематических парах, силы гидравлического и аэродинамического сопротивления. Работа этих сил отрицательна. При проектировании фундаментов и оснований этот фактор практически не учитывается (кроме свайных фундаментов); собственно говоря, избавиться от сил внешнего и внутреннего трения (при расчете фундаментов и оснований) практически невозможно.
С - сила тяжести. Сила тяжести выражается через массу тела по формуле С = ш§. Она приложена к телу сжимаемой толщи в центре масс. Работа силы тяжести при опускании центра масс, т.е при осадке, положительна, а при поднимании, например, при пучении грунтов - отрицательна. В нашем случае, при расчете фундаментов и оснований, следует понять, что движущая сила и сила тяжести - это два элемента нагрузки на основание в одном флаконе.
И - сила реакции в кинематической паре, например, такой парой являются «фундамент - сжимаемая толща». Действие одного звена на другое проявляется в виде реакции. По своей природе реакция является силой упругости. Согласно 3-му закону Ньютона реакции двух взаимодействующих тел равны по величине и противоположны по направлению.
и - сила инерции. Объяснить сущность понятия «сила инерции» гораздо сложнее, чем всех остальных сил. Существует мнение, что сила инерции сосредоточена в её массе. Однако, существует и другое объяснение. Например, согласно 2-му закону Ньютона ускорение, сообщаемое телу, пропорционально действующей силе, направлено по этой силе и обратно пропорционально массе тела:
а = Р/ш или Р = та (А)
Этот закон справедлив для инерциальных систем отсчета, т.е. в системах покоящихся или движущихся равномерно, прямолинейно относительно абсолютной мировой системы отсчета. В качестве таковой принимают систему с началом в центре Солнца и осями, направленными натри звезды. Земля с некоторым приближением также считается инерци-альной системой. Иногда удобно изучать движение в инерциальной системе, т.е. движущейся относительно Земли с ускорением. Для этого случая механика Ньютона, вообще говоря, непригодна. Однако оказалось возможным ее исправить, введя лишь некоторые поправки. Пусть на тело массой ш, находящееся в сложном движении действует сила Р. В неподвижной (инерциальной) системе координат ху справедлив закон Ньютона: Р = ша, где а - ускорение в системе ху.
С учетом кинематической теоремы Кориолиса этот закон можно записать в виде:
F = m ( aE + aK + aR) Полученное выражение перепишем следующим образом:
F - m( aE + aK) = m aR (Б)
Эта зависимость определяет закон движения в переносной неинерциальной системе Основываясь на аналогии с формулой (А), ее можно представить как закон Ньютона для неинерциальной системы. Для этого следует рассматривать левую часть формулы (Б) как силу. Выражение
U= - m ( aE + aK)
называют силой инерции. Если тело покоится в системе ^Л, то aK = aR = 0, тогда
F - maE = 0, F + U = 0
Таким образом, мы приходим к принципу Даламбера: сумма активной силы F иси-лы инерции U, приложенные к телу, равна нулю. Принцип Даламбера позволяет динамическую задачу свести к задаче на равновесие сил, т. е. к задаче статики. Исходя из указанного, принцип Даламбера является основой дл решения проблемы взаимовлияния фундаментов зданий и сооружений. Пусть тело, например, фундамент, находится в поступательном движении с ускорением. На каждую точку этого тела действуют равные и одинаково направленные силы инерции. Имеем систему равных и параллельных сил. Как известно из теоретической механики, такую систему сил можно привести к одной силе, приложенной в центре масс и равной
U = - maS
Таким образом, получили выражение, на основании которого можно говорить, что инертность и сила инерции, все-таки зависят от массы. На каждую точку этого тела действует сила инерции, которую можно представить состоящей из касательной и нормальной составляющих силы инерции. В теоретической механике доказывается, что такая система сил приводится к главному вектору и главному моменту сил инерции. Главный вектор сил инерции приложен в центре масс и вычисляется по формуле:
U = - maS,
где aS - ускорение центра масс.
Главный момент сил инерции вычисляется по формуле:
Mu = - JS в,
где JS - момент инерции тела относительно оси, проходящей через центр масс перпендикулярно плоскости движения. Момент инерции вычисляется как интеграл вида:
JS = i mi pi2,
где pi - расстояние от точек, образующих в совокупности данное тело, до центра масс -точки s. Момент инерции зависит как от массы, так и от формы тела, т.е. он определяет геометрию масс. Например, для массивного цилиндрического тела в виде сжимаемой толщи - момент инерции относительно продольной оси вращения (z) может быть записан в виде зависимости:
R 2
Jz = м^-, 2
где R - радиус сжимаемой толщи под круглым фундаментом, M = G/g , G -вес сжимаемой толщи, g - ускорение свободного падения.
При решении задачи о сжимаемой толщи возможны два подхода - с точки зрения наблюдателей, находящихся на поверхности земли и в сжимаемой толще. Первый наблюдатель для объяснения явления использует 2-ой закон Ньютона, второй наблюдатель -принцип Даламбера, для чего ему нужно дополнительно к активным силам ввести силы инерции. Кстати, в своей статье «Концепция новой механики грунтов» Б.И.Кулачкин, А.И. Радкевич и Ю.В. Александровский*, указывают на возможность применения принципов СТО в механике грунтов.
С точки зрения наблюдателя в системе xy движение тела происходит под действием
реакции силы, направленной к центру и действующей в соответствии с законом:
R = ma,
где a = ro2R - ускорение центра тяжести тела. В данном случае R - носит название центростремительной силы.
Для наблюдателя, находящегося в системе тело m не движется (не деформируется). Это возможно только потому, что на него действуют две силы R и U, находящиеся в равновесии. Сила инерции U называется в этом случае центробежной силой. Однако, здесь следует учесть и тот факт, что ещев 1887 г. Фогт, основываясь на упругой теории света показал, что в движущейся системе координат математически удобно вводить местное время. В силу этого, в сжимаемой толще, например, примем время t*, а в грунтовой толще - время t. В связи с этим, такие подходы являются справедливыми и имеют решение, указанное в специальной теории относительности (СТО) и имеющее отражение в.книге3.
Автор, в ходе работы, заметил одну важную вещь, аименно : фундамент и сжимаемая толща, в своей совокупности - это и кинематическая пара и фрикционный механизм. Иначе говоря, взаимодействие фундамента и сжимаемой толщи можно рассматривать как работу механизма, используя аналогию с теорией механизмов. Наша кинематическая пара - это тихоходный механизм, а поэтому в нем динамические эффекты проявляются незначительно. В связи с чем, в нашем механизме усилия можно найти на основании статического расчета, приняв во внимание только нагрузку, силы тяжести, силу трения, силу полезного сопротивления. В свою очередь, сжимаемая толща - это совокупность фрикционных соединений грунтов-композитов, в работе которой следует учитывать не только коэффициент Пуассона, модуль деформации и прочие механические свойства, но и трение как внешнее, так и внутреннее. Но при этом сжимаемая толща обладает одним существенным недостатком, а именно - отсутствием резервирования в случае разрушения, вна-шем случае - это деформация, одного из её элементов. Например, неравномерная осадка и крен, либо просадка основания, пучение - это моменты такого разрушения, в силу указанного сжимаемая толща может быть отнесена к статически определимым системам.
Глубина сжимаемой (сжатой) толщи. Как указывают Федоровский В. Г. и Безво-лев С.Г.* в различных методах расчета осадки, эта величина вычисляется по-разному. Наиболее естественно, полагают авторы, было бы вовсе не ограничивать сжимаемую толщу или ограничить ее снизу кровлей скальных грунтов, осадка которых пренебрежимо
* Б.И. Кулачкин, А.И.Радкевич, Ю.В.Александровский «Монтажные и специальные работы в строительстве», 2005, №10.
3 М.Д.Бикташев Башенные сооружения. Геодезический анализ осадки, крена и общей устойчивости положения., М.,АСВ.,2006, 375с.
* прогноз осадки
мала. Последнее часто удается сделать, но далеко не всегда в практике изысканий доходят до границы скальных пород. Поэтому нормативные методы расчета вводят некоторые условные ограничения сжимаемой толщи. Так, СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений» предлагает два метода расчета осадки — с использованием расчетных схем в виде линейно - деформируемого полупространства (ЛПП) и линейно -деформируемого слоя (ЛС). В ЛПП нижняя граница сжимаемой толщи определяется как глубина, на которой ста составляет 20% эффективного бытового давления (5% или 10%, если 20%-я граница попадает в слабый грунт или непосредственно подстилается им). Согласно Еврокода-7, нижняя граница сжимаемой толщи определяется границей, где ста составляет 20% эффективного бытового давления. При этом, в нашем отечественном нормативе, ста для фундаментов с шириной подошвы более 10 м вычисляется от всей приложенной к основанию нагрузки, а для менее широких фундаментов — от нагрузки за вычетом бытового давления на уровне подошвы (причина такого деления не вполне ясна).
Толщина ЛС слабо зависит от нагрузки (изменяется в 1,5раза при изменении среднего давления по подошве от 0,1 до 0,5 МПа) и, в основном, определяется, песчаное - это основание или глинистое, что тоже не совсем понятно. В СНиП 2.02.02-85 «Основания гидротехнических сооружений» глубина сжимаемой толщи определяется для фундаментов шириной менее 20 м, также как по СНиП 2.02.01-83*, но при этом не указывается, какой из двух вышеприведенных способов имеется в виду, а для фундаментов шире 20 м — по критерию ста = 50%ст2 (или 20% при попадании в слабый грунт). Понятия послойного суммирования в Бврокоде-7 вообще не существует, а понятие сжимаемой толщи существует в достаточно условном виде.
Достаточно очевидно, что малые толщины сжимаемых слоев в ЛС и СНиП 2.02.02-85 условны и не отражают реальности бытия. Поэтому, для учета работы всех слоев, необходимо целостное представление для всей сжимаемой толщи как одной сферической оболочки малой положительной (отрицательной) кривизны. Более того, современная механика грунтов - теоретико-практическая наука, которая имеет необходимость её разделения на две части: теоретическую и практическую (инженерную), чтобы проблемы теоретической части не мешали практическим решениям. В некоторой степени это сделано, например, в виде курса «Основания и фундаменты», а также в виде нормативных документов (СНиП, ГОСТ, СП и т.п.). При этом автор, рекомендуя такое разделение учитывает, что первой задачей практической механики грунтов является определение как несущей способности основания, так и осадки, остальное вторично, в связи с тем, что для строительства и эксплуатации важны именно эти параметры.
Проектировщик, мягко говоря, не должен заморачиваться моделями грунтов и выбором плоскостей или полупространств. Тем не менее, в СНиП по основаниям и фундаментам имеются теоретические изыски, что совершенно излишне в практическом документе. Инженер - проектировщик, используя СНиП, должен взять рекомендованную модель грунтового основания и формулу, куда подставив свои исходные данные, должен получить искомую величину, например, для контроля несущей способности или напряжения, либо конечной осадки и т.д. Отсюда следует, что СНиП 2.02.01-83* нуждается в переработке, с учетом его практического назначения и опыта Еврокода-7. Более того, такая переработка СНиП необходима для того, чтобы он соответствовал европейским стандартам, если мы хотим, чтобы отечественный СНиП котировался на международном рынке. Более того, следует заметить, что у нормативного документа такого плана есть еще и экономический эквивалент. Поэтому документ, предназначенный для практического использования должен быть прост и доступен для каждого инженера-строителя, инженера - проектировщика.
■°4 Рз Р2
1 1 ' 1
( N А
Рис.1. Развитие пластических зон по мере приложения нагрузки
Сжатая толща - это сжимаемая толща, уплотненная под действием приложенной нагрузки, где в её уплотненных слоях, аккумулируется упругая энергия последействия приложенной нагрузки. При этом предполагается, что нагрузка является равномерной и не имеет горизонтальной составляющей. В действительности мы прикладываем нагрузку в ходе возведения шероховатого фундамента, поэтому непосредственно под ним, вместо зоны с минимально напряженным предельным состоянием, формируется зона, в которой нет предельного состояния и которая как бы сливается с фундаментом, составляя с ним одно целое. При этом автор предполагает, что имеет место развитие ядра сечения. Это вполне согласуется со схемой образования пластических зон. Дело в том, что области пластических деформаций зарождаются не только у краев фундамента; но и на стыке сжимаемой толщи с грунтовой толщей ( грунтовая толща - это толща на которой отсутствует нагрузка, равная той, что приложена на сжимаемую толщу), далее с ростом нагрузки они распространяются вглубь и начинают заходить под фундамент, рис.1. Ядро сечения, растет преимущественно по направлению тяги, т.е. в направлении приложенной нагрузки, и перпендикулярно плоскости давления .
Активно смещающиеся элементы сжимаемой толщи (рис.1) могут иметь выпуклые поверхности, а пассивно смещаемые элементы - вогнутые поверхности, что требует своего детального исследования. Форма элементов поверхностей ядра сечения так связаны с функцией структурных связей, что по их форме можно определить все движения совершаемые сжимаемой толщей и её ядром.
Связи в соединениях и кинематических парах сжимаемой толщи работают не только на сжатие, но и на растяжение (отрицательное сжатие); и направление их волокон соответствуют векторам действующих сил механической энергии, чего нельзя сказать определенным образом про сжатую толщу. Однако, мы можем предположить, что связи в сжатой толще уж точно работают на сжатие, так как - это почти упругое тело.
Наконец, при нагрузке, достигающей несущей способности основания, обе области пластических деформаций смыкаются на оси фундамента. В связи с указанным, под фундаментом образуется зона напряжения, которая может быть описана гиперболическим законом, рис.2.
Кинематика грунтов - композитов. В соответствии с законом сохранения и превращения энергии, грунты - композиты (сжимаемая толща) под нагрузкой приобретают определенную геометрическую форму, как фиксированный результат остаточной деформации вследствии действия на структуру грунта -
Рис.2. Изменение эпюры а 2 в случае плоской задачи при увеличении ширины загруженного участка
композита внутренних сил (нормальных и касательных напряжений) и механической энергии при её рассеянии, поглощении и преобразования в другие, немеханические виды энергии.
Изменения сжимаемой толщи, возникающие в процессе приложения нагрузки, вме-зо, макро- и микроструктуре грунтов-композитов определяются известными законами физики, механики и мезомеханики.
Архитектура сжимаемой толщи находится в зависимости от её функции и способна трансформироваться при её изменениях, что можно реально увидеть при расчете по МКЭ, например, в виде рис.3. В результате этой трансформации часть сжимаемой толщи становится сжатой толщей, в которой несущим ядром является так называемое ядро сечения. Причем из рис. 3 видно, что наибольшей деформации подвергаются верхние слои - оболочки, что по мере увеличения глубины, внешнее давление, приложенное к сжимаемой толще, ослабевает. Иначе говоря, сжимаемую толщу следует, как правило, воспринимать целостно. Отсюда следует, что сжимаемая и сжатая толщи не могут быть равнозначными, более того глубина сжатой толщи много меньше, чем сжимаемая толща, кстати - это следует из расчетов по СНиП. И, конечно, кривизна оболочки земной сферы и грунтовых оболочек вносит свои коррективы в конечные результаты в виде определенных погрешностей, из-за чего существующие и предлагаемые грунтовые модели не в состоянии отразить особенности реальной сжимаемой толщи. По вопросу кривизны земной поверхности. В данном случае следует отметить, что земные поверхности, на которых ведется строительство, весьма часто, особенно на городских участках, представляют собой плоские участки. В результате на данных участках пренебрегают кривизной. Однако, куда девать генетические свойства, где находятся исторически сложенное давление и генетическая память о природной кривизне?
Далее, для обозначения функций деформируемых звеньев структуры и текстуры и пограничных элементов сжимаемой толщи, для простоты понимания и восприятия теории упругости, лежащей в основе механики грунтов, воспользуемся известными понятиями.
Рессора - это упругий элемент в составе грунтов - композитов, смягчающий и отдаляющий процесс приложения нагрузки без остаточной деформации, путем преобразования приложенной нагрузки в затухающие колебательные движения. В результате включения в работу рессоры какая-то часть нагрузки остается на последействие. Иначе говоря, грунты - композиты и их связи, выполняющие эту роль, препятствуют восприятию всей приложенной к основанию нагрузки одномоментно.
Амортизатор (демпфер) - это система связей в грунтах - композитах для быстрого поглощения колебательных движений, например, путем изменения вектора силы. Исходя из указанного, грунтовая модель, по идее, должна отражать работу не одного слоя, а всей сжимаемой толщи, где работу промежуточных (межграничных) слоев можно характеризовать понятием - эластичная муфта или компенсатор.
Эластичная муфта - это упругий элемент связи между деформируемыми структурами и текстурами, которая соединяет, удерживает структуры и текстуры, передает и (или) компенсирует перемещения (сдвиги, смещения) соединяемых тел. В данном случае полезно ввести и такое понятие, как диффузия, за счет которой происходит внедрение частиц грунта - композита не только из одного слоя в другой разнородный слой, но и по периметру сжимаемой толщи, т.е из сжимаемой толщи в грунтовую, что изменяет и структуру, и текстуру в пограничных элементах сжимаемых и уплотняемых грунтах-композитах.
Здесь уместно еще раз указать на такое известное понятие, как статическое состояние. Под термином статическое состояние, как правило, понимается состояние физического покоя, неподвижности, полагая, что в таком состоянии на первый план выступают только силы гравитации и инерции, но и в таком состоянии грунтовая сжимаемая толща может иметь какие-то перемещения грунтовой массы. Это объясняется тем, что и в состоянии физического покоя и неподвижности действуют силы механической энергии в связи с тем, что под зданиями и сооружениями земля всегда дышит - это значит, что в земле (в грунтовой и сжимаемой толще) нет состояния покоя, так как в подземном пространстве уровень грунтовых вод не всегда стабилен, там имеются живые организмы, которые совершают работу для своей жизнедеятельности, не следует забывать и электромагнетизм, существующий в земной сфере и т.д. Статическое состояние в такой ситуации следует понимать, как состояние равновесия действующих сил в результате их сложения. Равновесие в живом организме не неподвижность, а колебательный процесс, т. е. колебательный процесс - это и есть дыхание Земли. Отсюда следуют и все возможные нюансы со стабилизацией осадки4. Кинематика изучает механическое движение вне связи с определяющим его взаимодействием между телами. Кинематика сжимаемой толщи в процессе её нагружения - это деформация элементов сжимаемой толщи в процессе на-гружения какой - то конкретной структуры и связи, вне влияния на эту связь со стороны, например, другой структуры или связи. Эта деформация сжимаемой толщи проявляется в виде изменения её формы.
Динамика сжимаемой толщи в процессе её нагружения отражает взаимодействие и взаимозависимость при нагружении связей и структур5, которые характерны для данной сжимаемой толщи, состоящей из каких- то определенных, на данном объекте, грунтов-композитов.
Нагрузка на сжимаемую толщу и ядро сечения - это совокупность сил механической энергии, действующих по известным физическим законам на определенные тела, имеющие конкретные геометрические формы - это процесс силового механического воздействия на сжимаемую толщу. В связи с чем, механическая энергия - это энергия взаимодействия физических законов и механического движения при соприкосновении и последующем взаимодействии тел, в результате действия которой в сжимаемой толще возникают моменты и деформации, нормальные и касательные напряжения. В целом, механическая энергия - это сумма кинетической и потенциальной энергии. При этом, сила (нагрузка) -векторная величина, мера механической энергии, мера механического воздействия на точку или тело со стороны других тел. Сила полностью обозначена, если известно её
4 М.Д .Бикташев Башенные сооружения. Геодезический анализ осадки, крена и общей устойчивости положения., М.,АСВ.,2006, 375с.
5 Н.И. Безухов, О.В. Лужин, Н.В. Колкунов Устойчивость и динамика сооружений., М., Высшая школа, 1987г.
численное значение и направление, а также точка приложения. Линия действия силы -это прямая, вдоль которой направлен вектор силы.
Различают внешние и внутренние силы механической энергии. Внешние силы обусловлены действием тел, не входящих в рассматриваемую систему взаимодействующих тел. Внутренние силы в сжимаемой толще действуют между телами, входящими в рассматриваемую систему взаимодействующих тел. Внутренние силы действуют как в структурах, непосредственно контактирующих с телами, так и внутри тел (внутри молекул).
При нагружении сжимаемой толщи, периоды восприятия нагрузки чередуются с фазами амортизации и деформации. В силу этого, механическая энергия, генерируясь в сжимаемой толще, в каждом периоде нагрузки создает определенный потенциал, за счет которого более легкие грунтовые массы, в силу закона Архимеда, перемещаются снизу вверх и вдоль ядра сечения справа и слева к центру масс. Поэтому рис.1, основанный на существующих научных представлениях, не дает всей полноты кинематики движения грунтовых масс, так как происходит взаимно встречное перемещение частиц грунта и осадка имеет место не за счет соединения, а за счет уплотнения и изменения структуры и текстуры уплотняемых масс.
Изменения векторов действия внутренних напряжений в сжимаемой толще частично рассеивают и поглощают влияние этого потенциала и уменьшают распространение колебательного процесса.
Ключевые слова: грунтовая толща, сжимаемая толща, сжатая толща. Нормативные требования Keywords: ground layer, compressible stratum, a compressed sequence , regulatory requirements.
Рецензент: H.С. Никитина, кандидат технических наук, профессор
