Распределение напряжений ниже подошв фундаментов

Расчеты напряжений в грунтах пока­зывают, что чем больше площадь передачи нагрузки, тем меньше происходит затухание (рассеивание на большую площадь) напряжений с глубиной. Это и понятно, так как согласно рис. а, если добавить к нагрузке некоторую нагрузку 2 или 3, то в точке М сжимающее напряжение σ_z увеличится, но в меньшей степени, чем от нагрузки 1, так как расстояние R до точки М также увеличится, а с увеличением расстояния величина добавочных напряжений уменьшается.

На рис приведены эпюры распределения сжимающих напряжений по оси нагрузки для двух нагруженных площадей: 2x8 м² и 1*1 м².

Как видно из приведенных эпюр, при одном и том же внешнем дав­лении на поверхности напряжения по глубине сильно отличаются, так как они зависят от величины площади загрузки.

Таким образом, внешние давления тем медленнее загасают с глуби­ной, чем больше площадь загрузки, и на любой заданной глубине сжимающие напряжения будут тем больше, чем больше площадь за­грузки. Последнее имеет существенное практическое значение. Так, например, слабые слои грунта при большой площади загрузки на некоторой глубине могут испытывать очень большие давления (больше их несущей способности), тогда как при малых площадях загрузки возникающие давления совершенно не повлияют на прочность и устой­чивость даже слабого грунта, так как они будут малы по величине. В приведенном на рис. б примере на глубине 3 м от загруженной поверхности под площадкой 2x8 м давление будет около 1,0 кгс/см², тогда как под площадкой 1 X 1 м на той же глубине — всего лишь около 0,15 кгс/см² (—0,015 МПа).

Активное, пассивное и в покое давление грунтов

Когда устойчивость откоса требуемой крутизны не обес­печивается, а уположить откос нельзя, для его поддержания при­ходится устраивать подпорные стенки. Последние, поддерживая грунт, испытывают с его стороны давление, которое называется активным давлением.

Схема развития активного Е_а и пассивного Е_р давлений грунта на подпорную стенку.

Так как подпорная стенка заглублена в грунт, ее смещение сопровождается развитием давления на грунт в пределах участ­ка А'В'. По мере перемещения низа подпорной стенки (ее фун­дамента) сопротивление грунта будет возрастать до тех пор, пока в пределах призмы выпирания А'В'С не возникнет пре­дельное напряженное состояние, при котором сопротивление грунта максимально. Это максимальное сопротивление грунта, когда на него давит элемент сооружения, называется пассив­ным отпором (или пассивным давлением грунта).

Таким образом, активное давление и пассивный отпор соот­ветствуют двум крайним случаям предельного напряженного состояния массива грунта у подпорной стенки при ее подвижке (перемещении). Иногда интересуются давлением покоя, возникающим в массиве грунта, когда грунт^- не испытывает го­ризонтальных перемещений. Это давление обычно определяется с помощьюстабилометров и компрессионных приборов путем из­мерения горизонтальных напряжений.

Давление грунта на подпорные стенки (активное, в состоянии покоя, пассивное). Влияние пригрузки на поверхности, связности грунта, наклона и шероховатости стенки. Способы уменьшения бокового давления.

Схемы для определения давления грунта на гладкую подпорную стенку

а — идеально сыпучего; б — то же, с учетом равномерно распределенной нагрузки; в — обладающего сцеплением, т.е. связного;

Если на подпорную стенку действует пригруз в виде распределенной нагрузки, то дейсвие его можно заменить действием слоя грунта толщиной h=q/ν. Дальше расчет ведется как и для идеально сыпучего грунта.

При действии связного грунта – j, не равно 0. Дальше заменяем действие сцепления действием всесторонних сил связности, кот. прикладываются к поверхности грунта и по контакту грунт – подпорная стенка, дальше – порядок одинаков.

На жесткую подпорную стену, которая может поворачиваться относительно нижней точки, давление грунта может быть как активным так и пассивным. Активное боковое давление на вертикальное ограждение является минимальным и возникает при смещении подпорной стенки от грунта. Помимо активного и пассивного давления существует и состояние покоя. В нем активный момент М_акт равен моменту пассивному М_пас. При этом ордината на треугольной эпюре моментов σ₀ – давление состояния покоя. В этом случае коэффициент бокового давления определяется по формуле Яки: k₀=1-sinφ.