Количественная оценка гравитационного воздействия

Экспериментальные исследования напряжений в грунтовом массиве показали, что при равнинном рельефе местности в грунтах осадочного происхождения с горизонтальным напластованием для определения величины начальных напряжений можно ограничиться первым слагаемым и определять действующие напряжения, как результат воздействия гравитационного силового поля.

Кроме того, аналитическое определение величины тектонической составляющей начального поля напряжений практически невозможно, поэтому ее устанавливают по результатам натурных исследований начального напряженного состояния грунтового массива непосредственно на строящемся объекте.

Рис .7.2.Схема к описанию начального напряженного состояния грунтового массива

Экспериментальные исследования напряжений в грунтовом массиве показали, что при равнинном рельефе местности в грунтах осадочного происхождения с горизонтальным напластованием для определения вели­чины начальных напряжений можно ограничиться первым слагаемым и определять действующие напряжения, как результат воздействия гравитационного силового поля. Очевидно, что в гравитационном поле вертикальные напряжения равны весу столба грунтов до поверхности (рис.7.3) и в однородной среде составят:

s_y^/ = gH ; (7.8)

а в слоистой

s_y^/ = g_i h_i , где

i - номер слоя, i= 1 , 2...n; n - число слоев.

Горизонтальные напряжения s_x^/ и s_z^/ определяются в соответствии со свойствами той механической модели грунтового массива, которую выбираем в зависимости от свойств грунтов. В наиболее простом случае, когда массив моделируется изотропной однородной линейно-деформируемой средой, величина горизонтальных составляющих напряжений:

s_x^/ = s_z^/ = lgH , здесь

l - коэффициент бокового давления в массиве, 0<l<1.

Рис .7.3. Характер распределения вертикальных напряжений от собственного веса грунта по глубине: а) -в однородном массиве;

б) -в неоднородном массиве.

В грунтах с ярко выраженными упругими свойствами (скальные, полускальные) коэффициент бокового давления можно определить из условия e_х = e_z = 0 (деформации массива в основном вертикальные) через модуль поперечной деформации n (коэффициент Пуассона):

.

Полагая, что коэффициент Пуассона для скальных грунтов находится в пределах 0.15< n <0.35 и, округляя, получим:

0.2< l <0.5.

В малосвязных и рыхлых грунтах для которых характерна жесткопластическая модель грунта коэффициент бокового давления определяют по углу внутреннего трения грунта j, полагая, что коэффициент сцепления

.

- параметр объёмной прочности грунта.

При изменении значений угла внутреннего трения от 30⁰ в песчаных грунтах до 15⁰ в глинистых, получим величину коэффициента бокового давления для этих грунтов 0.5£ l £0.8. В плывунных грунтах n стремится к 0.5 и 0.8£ l £1.

В связных глинистых грунтах, для которых характерна упругопластическая модель, до некоторой глубины Н_е в массиве справедливо упругое распределение напряжений. Из условия предельного состояния: может быть получена величина этой предельной глубины:

gH_e = s_c + blgH_e ; откуда при

.

При глубине Н > H_e величина l будет:

.

Вторые слагаемые, входящие в уравнения (7.1) вносят существенные коррективы в гравитационное поле напряжений в том случае, если массив сложен грунтами магматического происхождения, в условиях горного или складчатого рельефа местности, в зонах тектонических нарушений и т.п.

В этом случае значения главных нормальных напряжений весьма неопределенны и в несколько раз могут превосходить напряжения, вызванные гравитационным силовым полем, при этом горизонтальные напряжения могут быть существенно выше вертикальных.