CC BY
159
ВЕСТНИК ПНИПУ
2014 Строительство и архитектура № 4
УДК 624.131
Л.В. Нуждин, О.А. Коробова, М.Л. Нуждин
Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет,
Новосибирск, Россия
ПРАКТИЧЕСКИЙ МЕТОД РАСЧЕТА ОСАДОК ФУНДАМЕНТОВ С УЧЕТОМ ДЕФОРМАЦИОННОЙ АНИЗОТРОПИИ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЯ
Излагается практический метод расчета осадок фундаментов с учетом анизотропии грунтов основания. Он основан на методике расчета деформаций грунтовых оснований по действующей нормативной документации - Своду правил СП 22.13330.2011 (Актуализированной редакции СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений). Предложенный метод предусматривает учет анизотропии грунтов при определении расчетного сопротивления грунта R под подошвой фундаментов сооружения (назначении размеров их подошвы) и расчете осадок жестких фундаментов Sa методом послойного суммирования деформаций. Для учета анизотропных свойств грунтов предлагается введение в расчет коэффициентов влияния анизотропии грунта ka и Ka, зависящих от показателя анизотропии грунта а и напряженно-деформированного состояния основания (вида фундамента).
Ключевые слова: осадки фундаментов, деформационная анизотропия грунтов, метод послойного суммирования, расчетное сопротивление грунта основания.
L.V. Nuzhdin, O.A. Korobova, M.L. Nuzhdin
Novosibirsk State University of Architecture and Civil Engineering, Novosibirsk,
Russian Federation
THE PRACTICAL CALCULATION METHOD OF FOUNDATION SETTLEMENTS WITH REGARD STRAIN ANISOTROPY OF THE SOIL BASEMENT
The article describes the practical method for calculating foundation settlements taking into account the anisotropy of soil base. It is based on the method of calculation of deformations of soil basements for the current regulatory documents - SP 22.13330.2011 (Updated edition of SNiP 2.02.01-83*. Foundations of buildings and structures). The proposed method involves consideration of soil anisotropy in determining the estimated resistance of soil R under the foundation structures (appointment of the size of their soles) and the calculation of settlements of rigid foundations Sa stratified by summing deformations. To account for the anisotropic properties of soils is proposed to introduce in the calculation of the influence coefficient of soil anisotropy kaand Ka, depending on soil anisotropy index a and stressstrain state of a base (foundation species).
Keywords: foundation settlements, soil deformation anisotropy, method of layer-stack design scheme, estimated resistance of base soil.
Введение
Предлагаемый практический метод расчета осадок фундаментов сооружения с учетом деформационной анизотропии грунтов разработан применительно к методике расчета деформаций грунтовых оснований согласно действующей нормативной документации - Своду правил СП 22.13330.2011 (Актуализированной редакции СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений). Он предусматривает учет анизотропии грунтов при определении расчетного сопротивления грунта Я под подошвой фундаментов сооружения (назначении размеров фундаментов) и расчете осадок жестких фундаментов $а методом послойного суммирования деформаций по расчетной схеме линейно-деформируемого трансверсально-изотропного полупространства с условным ограничением глубины сжимаемой толщи или линейно-деформируемого трансверсально-изотропного однородного слоя.
Данный метод разработан на основе результатов многолетних комплексных исследований грунтов и грунтовых оснований, обладающих анизотропными свойствами, которые проводились на кафедре инженерной геологии, оснований и фундаментов Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета (Сибстрин) и кафедре оснований, фундаментов, инженерной геологии и геодезии Алтайского технического университета им. И.И. Ползунова [1-4]. Комплексные исследования включали в себя: экспериментальное подтверждение существования и выявление степени деформационной анизотропии грунтов; микроструктурные исследования анизотропии грунтов; изучение особенностей напряженно-деформированного состояния оснований, сложенных анизотропными грунтами, и поведения возводимых на них фундаментов; формирование расчетных моделей и численное изучение работы анизотропных грунтовых оснований и другие связанные с темой вопросы. Экспериментальные исследования в связи со сложностью оценки разнонаправленных компонентов напряжений и деформаций проводились преимущественно в лабораторных условиях. При этом предпочтение отдавалось стабилометрическим опытам и испытаниям грунтов в приборе трехосного сжатия с независимым регулированием переменных величин главных напряжений. Так, было испытано более 20 разновидностей грунтов естественного сложения различной номенклатуры и техногенных грунтов с наведенной анизотропией. Численные исследования выполнялись в программных
комплексах ORL, GroundBase, COSMOS/M, SolidWorks, ANSYS, PLAXIS.
В результате исследований было установлено, что достаточно часто внешне однородные дисперсные грунты без четко выраженных текстурных особенностей, независимо от способа формирования их структуры, обладают деформационной анизотропией. При анализе полученных материалов представляется возможным оценивать степень анизотропии грунтов показателем а = sx/sz = 8x/8z ; где sz и sx , 8z и ex -абсолютные и относительные деформации в вертикальном и горизонтальном направлении соответственно. Упрощенным способом оценки анизотропии может служить соотношение модулей деформации Ez/Ex, вычисленных через измеренные 8z и 8х по зависимостям изотропной среды. Показатель а = Ez/Ex, оценивающий деформационную анизотропию грунтов, в основном изменяется в диапазоне от 0,5 до 2,1 (и более для специфических видов грунтов).
Для глинистых и несвязных грунтов одними из факторов, определяющих деформационную анизотропию, являются вещественный состав главных компонентов глинистых и песчано-пылеватых частиц и структурно-текстурные особенности, связанные с условиями их формирования. Микроструктурные исследования подтвердили гипотезу о том, что менее деформируемые связи образуются по направлению основного гравитационного или метаморфического воздействия, а более деформируемые связи - по перпендикулярным направлениям.
Численными исследованиями выявлено относительно слабое влияние изменяемости коэффициентов Пуассона и модулей сдвига грунтов на напряженное состояние анизотропных оснований и осадок их нагружаемой поверхности (возводимых фундаментов). Последнее позволяет сделать вывод о возможности упрощения методики экспериментального определения этих параметров (v и G) для стандартных расчетов подобных оснований.
Степень деформационной анизотропии определяется не только видом грунта, но и характером напряженного состояния, в котором он находится. При увеличении сжимающих напряжений значения а увеличиваются.
Учет деформационной анизотропии грунтов основания (и вида внешней нагрузки) может заметно (до 10-20 %) изменить величины расчетного сопротивления грунта R и прогнозируемых осадок фунда-
ментов ^ даже при сравнительно слабом ее выражении у «обычных» природных грунтов. Это влияние достаточно велико для специфических видов грунтов, имеющих слоистую или столбчатую текстуру при значениях а, далеких от единицы.
Параметры деформационной анизотропии грунтового основания
Напряженно-деформированное состояние (НДС) трансверсально-изотропного полупространства (или слоя) рекомендуется устанавливать по результатам расчетов, выполненных методом конечных элементов при известных значениях: модулей деформации грунтовой среды Е2 и Ех по вертикальному и горизонтальному направлениям соответственно; коэффициентов поперечной деформации Пуассона уух и ух2 (в предположении уу2 = ух2 ), где первый параметр характеризует боковое расширение грунта в плоскости изотропии (в горизонтальной плоскости х-у), а второй - расширение в вертикальном направлении от нормальных горизонтальных напряжений; модуля сдвига 0х2 в вертикальной плоскости деформирования. С учетом анизотропии полагаем
Уу2 Vх2 Уух (Ех/Е2).
Модули деформации Е2 определяются известными методами, рекомендованными СП 22.13330.2011. Показатель деформационной анизотропии а = = Е2/Ех = 8х/82 устанавливается по результатам сравнительных стабилометрических или компрессионных испытаний стандартных образцов грунта, вырезанных из монолита или непосредственно в месте отбора проб по вертикальному и горизонтальному направлениям (8х и 82 - относительные деформации образцов грунта отобранных соответственно в горизонтальном и вертикально направлениях).
Значения коэффициентов Пуассона Уух в расчетах НДС анизотропного полупространства (или слоя) для различных грунтов допускается принимать табличными и равными для песков - 0,27; супесей -0,30; суглинков - 0,35 и глин - 0,40.
Значения модуля сдвига 0х2, в связи с малым влиянием его на результаты НДС анизотропного полупространства (или слоя), представленного грунтами с нечетко выраженной слоистостью текстуры, рекомендуется вычислять по зависимостям:
о„_ =
Е„
[ 2(1 + )]
; Еср =
Е + Е,
-' V =
ср
V + V
ух х
(1)
Расчетное сопротивление анизотропного грунта под подошвой фундамента Определение размеров подошвы фундамента
Величина расчетного сопротивления грунта основания Я вычисляется по формуле (5.7) СП 22.13330.2011
Я =
У лУ с 2 к
\мукгЪу1Х + ы^ц'ц+(мч - \)йъ у;1 + Мс
сС11
(2)
Учет анизотропных свойств основания производится введением поправочного коэффициента ка, зависящего от показателя анизотропии грунта а и угла наибольшего отклонения полного напряжения от нормали к площадке, на которой оно действует, 0тах. В качестве примера на рис. 1 показаны соотношения Я/Яа, вычисленные для ленточного фундамента шириной Ь = 1,6 м на анизотропных основаниях с показателем 0,13 < а < 8 при значениях 0шах = 20...400. Поскольку для определения размеров фундаментов принимается, что р = N /1Ь < Я, то корректировка Яа = Я/ка приводит к Ьа = каЬ.
Рис. 1. Поправочный коэффициент ка для корректировки расчетного сопротивления грунта основания Я в зависимости от показателя анизотропии грунта а и угла наибольшего отклонения 9тах
Значение наибольшего угла отклонения 9max определено при расчете напряженного состояния грунтового основания под фундаментом по известной зависимости
sin 0 =-()--(3)
max / — ч W
(< + <3 + 2c ■ ctg9)
из предположения, что достижение предельного состояния грунта в рассматриваемой зоне будет соответствовать условию
sin 0max = sin 9(sinv); (4)
tg9 + c
tgV = -
<
где у - угол сдвига. При этом фиксированное значение ф(у) для определенного вида грунта определяется соответствующей внешней нагрузкойр (р = К). Значения угла 0тах приведены на рис. 2.
град
40
30
20
10
а = 4.5 R а = 8.0 >а= 1.0
i~u*=0.56 ^« = 0.13 D
0.1 0.2 0.3 0.4
0-5 р, МПа
Рис. 2. Зависимость угла наибольшего отклонения 0тах от показателя анизотропии грунта а и среднего давления р под подошвой фундамента
Осадка основания фундамента с учетом анизотропии грунтов
Расчет осадки фундамента на анизотропном основании £а в соответствии с рекомендациями СП 22.13330.2011 (СНиП 2.02.01-83*) более корректно выполнять, применяя усовершенствованный метод послойного суммирования деформаций, учитывающий разную деформи-
руемость грунта по вертикальному и горизонтальному направлениям при действии вертикальных _гр,а и горизонтальных _хр,а напряжений от внешней нагрузки (от собственного веса выбранного при отрывке котлована грунта), рассчитываемых в г-м слое грунта по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента:
5 = Е8 ,, г • к,, 8 г, г (1 -V xyV „ )(1 ♦ V ху ). (5)
Ег Ех
Но наиболее просто (и строго в соответствии с СП 22.13330.2011) влияние анизотропии грунта можно учесть по формуле (5.16) СП 22.13330.2011 путем корректировки только напряжений о2р,г и, при необходимости, а^ .
" (а -а ) " а к
8 = -^ + . (6)
,=1 Е, ,=1 Ее,г
При этом точность расчета осадок основания фундамента несколько снижается.
Число слоев, на которые разбивается сжимаемая толща основания п, и толщина г-го слоя М принимаются в соответствии со СП 22.13330.2011; значения VI, как было отмечено ранее, допускается брать по таблицам. Вертикальные напряжения от внешней нагрузки о2р и напряжения от собственного веса грунта на отметке подошвы фундамента а2у также рассчитываются по формулам СП 22.13330.2011. Учет анизотропных свойств грунтов основания производится введением поправочных коэффициентов Ка, зависящих от показателя деформационной анизотропии а, размеров, формы и глубины заложения фундамента, распределения давления на грунт по его подошве (для прямоугольных, круглых и ленточных жестких фундаментов - от относительной глубины г; от подошвы фундамента и относительной мощности слоя Нс):
_р,г,а = Каг _р,г, _у,г,а = Каг _у,г, _хр,г,а = Ках _хр,г; _ху,г,а = Ках _ху,г; _р,с,а = Каъ _2р,с; _у,с,а = Каг _у,г; (7)
_хр,с,а = Ках _хр,с, _ху,г,а = Ках _ху,г.
ВЕСТНИК ПНИПУ
2014 Строительство и архитектура № 4
Таблица 1
Поправочные коэффициенты Каг для корректировки вертикальных нормальных напряжений а2 в грунтовом
основании от внешней нагрузки при учете анизотропии грунтов
Для ленточного фундамента (полосовой нагрузки) по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента
При показателе деформационной анизотропии а = 0,22
Относительная мощность слоя Вс На относительной глубине от подошвы фундамента
0,2Ъ 0,6Ъ 1,0Ъ 1,4Ъ 1,8Ъ 2,2Ъ 2,6Ъ 3,0Ъ 3,4Ъ 3,8Ъ 4,2Ъ 4,6Ъ 5,0Ъ 5,4Ъ 5,8Ъ 6,2Ъ
1,25Ъ 0,90 0,75 0,66 - - - - - - - - - - - - -
2,50Ъ 0,90 0,76 0,66 0,60 0,57 0,55 - - - - - - - - - -
3,75Ъ 0,90 0,77 0,67 0,62 0,58 0,56 0,55 0,53 0,52 - - - - - - -
4,70Ъ 0,90 0,78 0,68 0,62 0,60 0,58 0,58 0,58 0,58 0,58 0,58 0,58 - - - -
>6,50Ъ 0,90 0,78 0,68 0,63 0,61 0,60 0,61 0,62 0,64 0,66 0,68 0,70 0,72 0,75 0,77 0,77
При показателе деформационной анизотропии а = 0,56
Относительная мощность слоя Вс На относительной глубине от подошвы фундамента
0,2Ъ 0,6Ъ 1,0Ъ 1,4Ъ 1,8Ъ 2,2Ъ 2,6Ъ 3,0Ъ 3,4Ъ 3,8Ъ 4,2Ъ 4,6Ъ 5,0Ъ 5,4Ъ 5,8Ъ 6,2Ъ
1,25Ъ 0,97 0,93 0,89 - - - - - - - - - - - - -
2,50Ъ 0,97 0,93 0,89 0,86 0,85 0,84 - - - - - - - - - -
3,75Ъ 0,97 0,93 0,89 0,86 0,85 0,84 0,82 0,82 0,81 - - - - - - -
4,70Ъ 0,97 0,93 0,89 0,86 0,85 0,84 0,84 0,83 0,82 0,82 0,82 0,82 - - - -
>6,50Ъ 0,97 0,93 0,89 0,87 0,86 0,85 0,85 0,85 0,85 0,86 0,86 0,86 0,86 0,87 0,88 0,88
При показателе деформационной анизотропии а = 1,78
Относительная мощность слоя Не На относительной глубине от подошвы фундамента
0,2Ъ 0,6Ъ 1,0Ъ 1,4Ъ 1,8Ъ 2,2Ъ 2,6Ъ 3,0Ъ 3,4Ъ 3,8Ъ 4,2Ъ 4,6Ъ 5,0Ъ 5,4Ъ 5,8Ъ 6,2Ъ
1,25Ъ 1,02 1,06 1,09 - - - - - - - - - - - - -
2,50Ъ 1,02 1,05 1,09 1,11 1,13 1,14 - - - - - - - - - -
Окончание табл. 1
3,75Ь 1,02 1,06 1,09 1,11 1,13 1,14 1,15 1,16 1,16 - - - - - - -
4,70Ь 1,02 1,05 1,09 1,11 1,13 1,14 1,15 1,16 1,16 1,17 1,17 1,17 - - - -
>6,50Ь 1,02 1,06 1,09 1,11 1,13 1,14 1,14 1,15 1,15 1,14 1,15 1,14 1,13 1,14 1,13 1,13
При показателе деформационной анизотропии а = 4,50
Относительная мощность слоя Вс На относительной глубине от подошвы фундамента г,-:
0,2Ь 0,6Ь 1,0Ь 1,4Ь 1,8Ь 2,2Ь 2,6Ь 3,0Ь 3,4Ь 3,8Ь 4,2Ь 4,6Ь 5,0Ь 5,4Ь 5,8Ь 6,2Ь
1,25Ь 1,04 1,12 1,21 - - - - - - - - - - - - -
2,50Ь 1,04 1,12 1,21 1,28 1,32 1,35 - - - - - - - - - -
3,75Ь 1,04 1,12 1,21 1,28 1,32 1,35 1,37 1,38 1,39 - - - - - - -
4,70Ь 1,04 1,12 1,20 1,27 1,31 1,34 1,36 1,37 1,38 1,38 1,38 1,37 - - - -
>6,50Ь 1,04 1,12 1,20 1,27 1,31 1,34 1,35 1,36 1,37 1,37 1,37 1,36 1,35 1,36 1,36 1,35
Т а б л и ц а 2
Поправочные коэффициенты Кдля корректировки вертикальных нормальных напряжений о2 в грунтовом основании от внешней нагрузки при учете анизотропии грунтов
Для ленточного фундамента (полосовой нагрузки) по вертикали, проходящей под углом (наружной гранью) подошвы фундамента
При показателе деформационной анизотропии а = 0,22
Относительная мощность слоя Не На относительной глубине от подошвы фундамента г.
0,2Ъ 0,6Ъ 1,0Ъ 1,4Ъ 1,8Ъ 2,2Ъ 2,6Ъ 3,0Ъ 3,4Ъ 3,8Ъ 4,2Ъ 4,6Ъ 5,0Ъ 5,4Ъ 5,8 Ъ 6,2 Ъ
1,25Ъ 0,97 0,91 0,80 - - - - - - - - - - - - -
2,50Ъ 0,97 0,91 0,80 0,71 0,65 0,62 - - - - - - - - - -
3,75Ъ 0,97 0,91 0,81 0,72 0,67 0,62 0,59 0,57 0,56 - - - - - - -
4,70Ъ 0,97 0,91 0,82 0,74 0,69 0,65 0,63 0,51 0,51 0,61 0,61 0,61 - - - -
>6,50Ъ 0,97 0,91 0,82 0,75 0,70 0,68 0,66 0,66 0,67 0,69 0,70 0,73 0,75 0,77 0,79 0,79
При показателе деформационной анизотропии а = 0,56
Относительная мощность слоя Не На относительной глубине от подошвы фундамента г.
0,2Ъ 0,6Ъ 1,0Ъ 1,4Ъ 1,8Ъ 2,2Ъ 2,6Ъ 3,0Ъ 3,4Ъ 3,8Ъ 4,2Ъ 4,6Ъ 5,0Ъ 5,4Ъ 5,8Ъ 6,2Ъ
1,25Ъ 0,99 0,97 0,94 - - - - - - - - - - - - -
2,50Ъ 0,99 0,97 0,94 0,91 0,89 0,87 - - - - - - - - - -
3,75Ъ 0,99 0,97 0,94 0,91 0,89 0,87 0,82 0,84 0,84 - - - - - - -
4,70Ъ 0,99 0,97 0,94 0,91 0,89 0,87 0,84 0,85 0,84 0,84 0,84 0,83 - - - -
>6,50Ъ 0,99 0,97 0,94 0,91 0,9 0,89 0,87 0,87 0,87 0,86 0,87 0,87 0,87 0,88 0,88 0,88
При показателе деформационной анизотропии а = 1,78
Относительная мощность слоя Не На относительной глубине от подошвы фундамента г.
0,2Ъ 0,6Ъ 1,0Ъ 1,4Ъ 1,8Ъ 2,2Ъ 2,6Ъ 3,0Ъ 3,4Ъ 3,8Ъ 4,2Ъ 4,6Ъ 5,0Ъ 5,4Ъ 5,8Ъ 6,2Ъ
1,25Ъ 1,01 1,02 1,04 - - - - - - - - - - - - -
О к о н ч ан и е т аб л . 2
2,50Ь 1,01 1,02 1,04 1,07 1,08 1,10 - - - - - - - - - -
3,75Ь 1,01 1,02 1,04 1,06 1,09 1,11 1,12 1,13 1,14 - - - - - - -
4,70Ь 1,01 1,02 1,04 1,07 1,08 1,11 1,12 1,13 1,13 1,14 1,15 1,15 - - - -
>6,50Ь 1,01 1,02 1,04 1,06 1,09 1,10 1,11 1,12 1,13 1,12 1,15 1,12 1,12 1,12 1,12 1,12
При показателе деформационной анизотропии а = 4,50
Относительная мощность слоя Вс На относительной глубине от подошвы фундамента г,:
0,2Ь 0,6Ь 1,0Ь 1,4Ь 1,8 Ь 2,2 Ь 2,6 Ь 3,0 Ь 3,4 Ь 3,8 Ь 4,2 Ь 4,6 Ь 5,0 Ь 5,4 Ь 5,8 Ь 6,2 Ь
1,25Ь 1,02 1,04 1,09 - - - - - - - - - - - - -
2,50Ь 1,02 1,04 1,09 1,14 1,20 1,25 - - - - - - - - - -
3,75Ь 1,02 1,04 1,09 1,15 1,21 1,25 1,28 1,31 1,33 - - - - - - -
4,70Ь 1,02 1,04 1,09 1,15 1,20 1,25 1,29 1,32 1,34 1,35 1,37 1,37 - - - -
>6,50Ь 1,02 1,04 1,09 1,14 1,19 1,23 1,27 1,29 1,31 1,31 1,33 1,32 1,32 1,32 1,32 1,32
Таблица 3
Поправочные коэффициенты Ках для корректировки горизонтальных напряжений ах в грунтовом основании
от внешней нагрузки при учете анизотропии грунтов
Для ленточного фундамента (полосовой нагрузки) по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента
При показателе деформационной анизотропии а = 0,22
Относительная мощность слоя Не На относительной глубине от подошвы фундамента г,:
0,2Ь 0,6Ь 1,0Ь 1,4Ь 1,8Ь 2,2Ь 2,6Ь 3,0Ь 3,4Ь 3,8Ь 4,2Ь 4,6Ь 5,0Ь 5,4Ь 5,8Ь 6,2Ь
1,25Ь 2,82 2,68 1,97 - - - - - - - - - - - - -
2,50Ь 2,37 2,35 1,48 1,48 1,40 1,36 - - - - - - - - - -
3,75Ь 2,14 2,15 1,32 1,29 1,28 1,35 1,84 2,39 2,73 - - - - - - -
4,70Ь 2,06 2,06 1,28 1,20 1,25 1,33 1,56 2,31 2,27 2,00 2,43 2,86 - - - -
>6,50Ь 2,00 1,91 1,19 1,13 1,07 1,06 1,09 2,00 2,00 2,00 2,25 2,43 4,12 1,70 0,82 0,08
При показателе деформационной анизотропии а = 0,56
Относительная мощность слоя Не На относительной глубине от подошвы фундамента г,:
0,2Ь 0,6Ь 1,0Ь 1,4Ь 1,8Ь 2,2Ь 2,6Ь 3,0Ь 3,4Ь 3,8Ь 4,2Ь 4,6Ь 5,0Ь 5,4Ь 5,8Ь 6,2Ь
1,25Ь 1,47 1,36 1,44 - - - - - - - - - - - - -
2,50Ь 1,37 1,33 1,22 1,20 0,98 0,94 - - - - - - - - - -
3,75Ь 1,33 1,23 1,10 1,15 0,73 0,62 0,48 0,39 0,36 - - - - - - -
4,70Ь 1,31 1,22 1,08 1,10 0,60 0,39 0,12 0,15 0,34 2,25 2,71 2,86 - - - -
>6,50Ь 1,28 1,22 1,14 1,10 0,53 0,29 0,19 0,14 0,30 2,00 2,00 2,14 3,87 1,50 0,48 0,08
При показателе деформационной анизотропии а = 1,78
Относительная мощность слоя Не На относительной глубине от подошвы фундамента г,:
0,2Ь 0,6Ь 1,0Ь 1,4Ь 1,8Ь 2,2Ь 2,6Ь 3,0Ь 3,4Ь 3,8Ь 4,2Ь 4,6Ь 5,0Ь 5,4Ь 5,8Ь 6,2Ь
1,25Ь 0,69 0,79 0,82 - - - - - - - - - - - - -
Окончание табл. 3
2,50Ъ 0,74 0,83 0,87 0,78 0,8 0,98 - - - - - - - - - -
3,75Ъ 0,76 0,84 0,90 0,81 0,88 1,15 1,16 1,26 1,32 - - - - - - -
4,70Ъ 0,78 0,86 0,98 0,85 0,95 1,28 1,37 1,54 1,73 2,25 2,37 2,57 - - - -
>6,50Ъ 0,79 0,86 0,98 0,95 1,00 1,29 1,45 2,00 2,00 3,00 3,45 3,57 0,50 0,20 0,18 0,08
При показателе деформационной анизотропии а = 4,50
Относительная мощность слоя Не На относительной глубине от подошвы фундамента г,-.
0,2Ъ 0,6Ъ 1,0Ъ 1,4Ъ 1,8Ъ 2,2Ъ 2,6Ъ 3,0Ъ 3,4Ъ 3,8Ъ 4,2Ъ 4,6Ъ 5,0Ъ 5,4Ъ 5,8Ъ 6,2Ъ
1,25Ъ 0,40 0,47 0,56 - - - - - - - - - - - - -
2,50Ъ 0,46 0,54 0,60 0,55 0,72 1,07 - - - - - - - - - -
3,75Ъ 0,49 0,7 0,68 0,63 0,80 1,08 1,16 1,26 1,36 - - - - - - -
4,70Ъ 0,51 0,71 0,74 0,65 0,90 1,22 1,44 1,85 2,09 2,87 3,29 3,29 - - - -
>6,50Ъ 0,55 0,72 0,78 0,68 1,07 1,27 1,55 2,43 3,00 3,00 3,50 3,86 1,62 1,30 1,09 1,00
Таблица 4
Поправочные коэффициенты К«/ для корректировки горизонтальных напряжений ах в грунтовом основании
от внешней нагрузки при учете анизотропии грунтов
Для ленточного фундамента (полосовой нагрузки) по вертикали, проходящей под углом (наружной гранью) _подошвы фундамента_
При показателе деформационной анизотропии а = 0,22
Относительная мощность слоя Не На относительной глубине от подошвы фундамента г.
0,2Ъ 0,6Ъ 1,0Ъ 1,4Ъ 1,8Ъ 2,2Ъ 2,6Ъ 3,0Ъ 3,4Ъ 3,8Ъ 4,2Ъ 4,6Ъ 5,0Ъ 5,4Ъ 5,8Ъ 6,2Ъ
1,25Ъ 3,71 3,00 2,50 - - - - - - - - - - - - -
2,50Ъ 3,15 2,70 2,25 2,00 1,90 1,80 - - - - - - - - - -
3,75Ъ 2,80 2,40 2,13 1,80 1,70 1,65 1,63 1,36 1,33 - - - - - - -
4,70Ъ 2,56 2,38 2,07 1,72 1,60 1,50 1,33 1,30 1,28 2,75 2,00 2,00 - - - -
>6,50Ъ 2,21 2,20 2,00 1,60 1,50 1,40 1,30 1,28 1,26 1,25 1,21 1,11 1,14 9,75 9,15 8,64
При показателе деформационной анизотропии а = 0,56
Относительная мощность слоя Не На относительной глубине от подошвы фундамента г.
0,2Ъ 0,6Ъ 1,0Ъ 1,4Ъ 1,8Ъ 2,2Ъ 2,6Ъ 3,0Ъ 3,4Ъ 3,8Ъ 4,2Ъ 4,6Ъ 5,0Ъ 5,4Ъ 5,8Ъ 6,2Ъ
1,25Ъ 1,86 1,63 1,50 - - - - - - - - - - - - -
2,50Ъ 1,54 1,51 1,41 1,29 1,85 2,92 - - - - - - - - - -
3,75Ъ 1,41 1,39 1,37 1,25 1,60 1,09 1,15 2,07 2,07 - - - - - - -
4,70Ъ 1,37 1,35 1,32 1,16 1,00 1,50 1,00 1,80 2,00 2,75 2,33 2,07 - - - -
>6,50Ъ 1,34 1,31 1,29 1,12 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,75 1,86 1,44 3,30 2,92 2,77 2,64
При показателе деформационной анизотропии а = 1,78
Относительная мощность слоя Не На относительной глубине от подошвы фундамента г.
0,2Ъ 0,6Ъ 1,0Ъ 1,4Ъ 1,8Ъ 2,2Ъ 2,6Ъ 3,0Ъ 3,4Ъ 3,8Ъ 4,2Ъ 4,6Ъ 5,0Ъ 5,4Ъ 5,8Ъ 6,2Ъ
1,25Ъ 0,51 0,60 0,60 - - - - - - - - - - - - -
О к о н ч ан и е т аб л . 4
2,50Ь 0,66 0,66 0,67 0,64 0,95 0,96 - - - - - - - - - -
3,75Ь 0,71 0,74 0,76 0,72 0,98 1,27 1,31 1,36 1,33 - - - - - - -
4,70Ь 0,74 0,77 0,82 0,75 1,00 2,00 1,83 2,60 2,60 1,25 1,33 1,33 - - - -
>6,50Ь 0,76 0,79 0,84 0,83 1,02 2,00 2,00 3,00 3,00 1,25 1,13 1,22 0,10 0,08 0 0
При показателе деформационной анизотропии а = 4,50
Относительная мощность слоя Не На относительной глубине от подошвы фундамента г,:
0,2Ь 0,6Ь 1,0Ь 1,4Ь 1,8Ь 2,2Ь 2,6Ь 3,0Ь 3,4Ь 3,8Ь 4,2Ь 4,6Ь 5,0Ь 5,4Ь 5,8Ь 6,2Ь
1,25Ь 0,12 0,30 0,30 - - - - - - - - - - - - -
2,50Ь 0,32 0,40 0,43 0,46 0,70 0,72 - - - - - - - - - -
3,75Ь 0,40 0,47 0,56 0,50 0,80 1,18 1,31 1,36 1,40 - - - - - - -
4,70Ь 0,44 0,51 0,61 0,69 1,00 2,00 2,00 2,00 2,40 2,25 3,00 3,00 - - - -
>6,50Ь 0,49 0,56 0,66 0,75 1,62 2,00 3,00 3,00 3,00 1,75 1,57 1,22 1,10 0,83 0,77 0,71
ВЕСТНИК ПНИПУ
2014 Строительство и архитектура № 4
Значения Ка2 , Ка2 , Ка2 , Ка2 , Ка2 для ленточного фундамента в качестве примера приведены в табл. 1-4. Данные значения получены путем сопоставления соответствующих напряжений, рассчитанных методом конечных элементов для грунтовых оснований при а = 1 и а ^ 1. В табл. 1-4 значения относительной глубины от слоя от подошвы фундамента = 0,2Ь, 0,6Ь, 1,0Ь, ... 6,2Ь приняты с учетом применения Ка для корректировки средних значений соответствующих напряжений в 1-х слоях грунта при разбиении сжимаемой толщи на И = 0,4Ь. При необходимости корректировки напряжений на другой глубине промежуточные значения Ка могут быть найдены интерполяцией.
При необходимости определения вертикальных напряжений от внешней нагрузки на глубине г от подошвы фундамента по вертикали, проходящей через произвольную точку А под прямоугольным фундаментом или за его пределами о2р,а (для учета влияния соседних фундаментов или нагрузок на прилегающие площади), следует использовать поправочные коэффициенты Ка, аналогичные приведенным в табл. 2 и 4. Предлагаемый подход также удобно использовать для оценки деформаций основания при усилении грунтов (создании наведенной анизотропии) и реконструкции сооружений с увеличением нагрузок на фундаменты.
Заключение
Результаты исследований и расчетов по предлагаемому практическому методу показывают, что учет природной (или наведенной в техногенных грунтах) анизотропии грунтов позволяет более обоснованно назначать размеры фундаментов и прогнозировать их осадку, а в ряде случаев получить ощутимый экономический эффект. Когда грунты основания имеют показатель деформационной анизотропии а > 1, требуется увеличение размеров подошвы по сравнению с определяемыми по требованиям СП 22.13330.2011, и, наоборот, при а < 1 величина расчетного сопротивления грунта основания Я возрастает, что позволяет уменьшить размеры фундамента. Применение изотропных моделей для расчетов анизотропных грунтовых оснований приводит к искажению действительной картины их НДС.
Влияние деформационной анизотропии на прогнозируемые осадки фундаментов при слабо выраженной анизотропии обычных грунтов
может оцениваться величиной, достигающей 10-40% от расчетного значения осадки фундамента, расположенного на изотропном основании. Для грунтов с показателем анизотропии а < 1 неучет анизотропии приводит к завышению расчетных осадок, а при а > 1 - происходит их занижение. Последнее может быть очень важным для проектирования усиления грунтов с созданием наведенной анизотропии, в том числе при возведении рядом с существующим новых сооружений или дополнительной загрузке прилегающих к фундаменту площадей. В этих случаях нужно обращать особое внимание на оценку неравномерности осадок фундаментов.
Библиографический список
1. Криворотов, А.П., Коробова О.А. Влияние деформационной анизотропии грунта на осадки жестких фундаментов // Инф. листок о научно-техническом достижении. № 87-19 / ЦНТИ. - Новосибирск, 1987. - 5 с.
2. Швецов Г.И., Коробова О.А.. Исследование деформационной анизотропии лессовых просадочных грунтов / Г.И. Швецов, // Известия вузов. Строительство. - Новосибирск, 1997. - № 9 - С. 93-97.
3. К методике проведения и обработки результатов экспериментальных исследований деформационной анизотропии грунтов / О.А. Коробова, А.Н. Козлов, В.В. Пехур, О.В. Сабурова // Сб. трудов НГАСУ (Сибстрин). Т. 12. - Новосибирск, 2009. - № 3 (46). - С. 54-60.
4. Коробова О.А., Бирюкова О.А. // Лабораторные исследования деформационной анизотропии грунтов при инженерно-геологических изысканиях Инженерные изыскания. - 2012. - № 6. - С. 24-32.
References
1. Krivorotov A.P., Korobova O.A. Vliyaniye deformatsionnoj ani-zotropii grunta na osadki zhestkikh fundamentov [Influence of soil deformation anisotropy on precipitation hard foundations]. Inf. listok o nauchno-tekhnicheskom dostizhenii. Novosibirsk: TsNTI, 1987, no. 87-19, 5 p.
2. Shvetsov G.I., Korobova O.A. Issledovaniye deformatsionnoj ani-zotropii lessovykh prosadochnykh gruntov [Investigation of deformation anisotropy loess soil subsidence]. Izvestiya vuzov. Stroitelstvo, 1997, no. 9. pp. 93-97.
3. Korobova OA., Kozlov A.N., Pekhur V.V., Saburova O.V. K metodike provedeniya i obrabotki rezultatov eksperimentalnykh issledovany deformatsionnoy anizotropii gruntov [On the methods of treatment and results of experimental studies of soil deformation anisotropy]. Sbornik trudov NGASU(Sibstrin). Novosibirsk, 2009. no. 3 (46), pp.54-60.
4. Korobova O.A., Biryukova O.A. Laboratornye issledovaniya de-formatsionnoj anizotropii gruntov pri inzhenerno-geologicheskikh izyskani-yakh [Laboratory studies of deformation anisotropy of soils in geotechnical investigations]. Inzhenernye izyskaniya, 2012, no. 6, pp.24-32.
Об авторах
Нуждин Леонид Викторович (Новосибирск, Россия) - кандидат технических наук, профессор, заведующий кафедрой инженерной геологии, оснований и фундаментов Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета (Сибстрин) (e-mail: [email protected]).
Коробова Ольга Александровна (Новосибирск, Россия) - доктор технических наук, профессор кафедры инженерной геологии, оснований и фундаментов Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета (Сибстрин) (e-mail: [email protected]).
Нуждин Матвей Леонидович (Новосибирск, Россия) - начальник НИВЦ «Геотехника» Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета (Сибстрин) (e-mail: [email protected]).
About the authors
Nuzhdin Leonid Viktorovich (Novosibirsk, Russian Federation) -Ph.D. in Technical Sciences, Professor, Head of Department EGBF, Novosibirsk State University of Architecture and Civil Engineering (Sibstrin) (email: [email protected]).
Korobova Olga Alexandrovna (Novosibirsk, Russian Federation) -Doctor og Technical Sciences, Professor of Department EGBF, Novosibirsk State University of Architecture and Civil Engineering (Sibstrin) (e-mail: [email protected]).
Nuzhdin Matvey Leonidovich (Novosibirsk, Russian Federation) -Head of RVC "Geotechnics", Novosibirsk State University of Architecture and Civil Engineering (Sibstrin) (e-mail: [email protected]).
Получено 11.04.2014
