Delist.ru

Напряженно-деформированное состояние преобразованного основания фундаментов (26.03.2009)

Автор: Алла Саид Мухамед Абдул Малек

Поставлена и решена одномерная задача уплотнения в упруго-пластической постановке при однократном и циклическом нагружении аналитическим и численным методами.

Рассмотрена задача по количественной оценке трансверсально изотропного основания под действием полосовой нагрузки (плоская задача) для определения его осадки.

Поставлена и решена задача по количественной оценки НДС основания по определению начальной критической нагрузки в зависимости от избыточного бокового давления аналитическим и численным методами.

Поставлена и решена задача по количественной оценке НДС основания в упруго-пластической постановке (плоская и пространственная) для определения остаточных деформаций и напряжений при нагрузке и разгрузке

Поставлена и решена задача по оценке НДС грунтового основания в процессе устройства в нем буронабивных свай с использованием шнека аналитическим и численным методами.

Поставлена и решена задача о взаимодействии отдельно стоящего, ленточного и плитного фундаментов с грунтовым основанием, усиленное шнековыми буронабивными сваями аналитическим и численным методами.

На основе анализа выполненных исследований даны рекомендации по использованию методов преобразования слабых грунтов, в том числе для условий Йемена.

Научная новизна данной работы состоит в следующем:

Дана количественная оценка ПНС слабых грунтовых оснований после преобразования и НДС после их догружения аналитическими и численными

Показано, что при одномерном уплотнении и местной нагрузке (штамп) и разгрузке в упруго-пластической среде появляются не только остаточные деформации, но и остаточные напряжения.

Показано, что начальная критическая нагрузка, несущая способность и осадка поверхности преобразованного основания существенно зависят не только от их плотности но и от ПНС, т.е. и от плотности и от исходного НДС преобразованного основания.

Дана количественная оценка усилия, прикладываемое на штангу шнека при реверсе в процесса устройства шнековой буронабивной грунтовой сваи с учетом свойств окружающих грунтов аналитическим и численным методами.

Практическое значение работы заключается в том, что она позволяет:

1. Дать количественную оценку ПНС преобразованного основания и учитывать ПНС при прогнозе его осадок и несущей способности под воздействием внешней нагрузки (фундамента).

2. Получить экономически эффективные решения фундаментостроения на преобразованных слабых грунтах, путем использования резервов их несущей способности.

Реализация работы. Результаты работы будут использованы на кафедре механики грунтов, оснований и фундаментов МГСУ и в Аденском университете в Йемене, а также автором диссертационной работы в его дальнейшей научной и педагогической деятельности.

На защиту выносится:

Результаты исследований по количественной оценке ПНС слабого слоя грунта в процессе его преобразования а также НДС преобразованного основания под воздействием внешней нагрузки.

Результаты примеров количественной оценки ПНС и НДС преобразованных оснований.

Результаты примеров расчетов НДС преобразованного слоя грунта при взаимодействии с фундаментами с учетом ПНС.

Выводы и рекомендации.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в журналах:

1. Основания ,фундаменты и механика грунтов № 6 ,2007г. стр.8-11.

2. Вестник МГСУ № 2, 2008г.стр.81-95.

3. Вестник МГСУ № 2, 2008г.стр.96-106.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖНИЕ РАБОТЫ

Во введении привидится обоснование актуальности темы диссертационной работы, формулируются цель и задачи исследований. Обозначены вопросы, которые выносится на защиту.

Первая глава посвящена обзору современного состояния проблемы строительства на региональных видах грунтов, в том числе,рыхлых песчаных и слабых глинитных грунтов после их преобразования различными методами. Отмечается, что этой проблеме посвящены работы Абелева М.Ю.,Галая Б.Ф., Григорян А.А., Зарецкого Ю.К. Иванова П.Л., Коноволова П.А. Крутова В.И., Мангушева Р.А., Сорочана Е.А., Улицкого В.М. и др.

В настоящее время для преобразования строительных свойств слабых грунтов используются различные методы, в том числе: поверхностное и глубинное уплотнение; устройство грунтовых свай и подушек, нагнетание внутрь массива дополнительного объема грунта и др. Основной целью преобразования слабого основания является изменение плотности-влажности грунта и повышение характеристик его деформируемости и прочности. Однако в процессе преобразования изменяются не только плотность- влажность грунтов но также НДС преобразованного основания, которое может существенно отличаться от исходного,т.е. возникает избыточное остаточное

Следовательно можно говорить не только об остаточных деформациях в грунтах преобразованного основания но и об остаточных напряжениях. Назовем эти напряжения остаточными, а состояние массива- преднапряженным состоянием (ПНС). Очевидно, что ПНС массива окажет существенное влияние на характер его взаимодействия с фундаментом.

Количественная оценка влияния ПНС на НДС преобразованного основания при действии внешней нагрузки связана с решением сложных задач прикладной механики грунтов. Одновременный учет изменения плотности – влажности грунтов и ПНС преобразованного основания при количественной оценке его НДС позволит использовать резервы несущей способности преобразованных оснований. Этим вопросам посвящена настоящая работа. В заключение главы делаются выводы, приводятся формулировка цели и задач исследований.

Вторая глава посвящена теоретическим основам расчета ПНС и НДС преобразованного основания под воздействием внешней нагрузки. Отмечается, что остаточные деформации и напряжение в преобразованном основании возникают когда часть его поверхности или внутреннего пространства подвергается однократному или многократному циклу нагружения любой интенсивности (штамп, прессиометр, трамбовка, каток и др.).Эти деформации могут составить до 90% от общей в зависимости от интенсивности нагрузки , исходной плотности- влажности грунта и способа приложения нагрузки . Остаточное поле напряжений в массиве грунта может формироваться также при структурных изменениях внутри массива. Например, при местном увлажнении набухающего или просадочного грунта, при локальном изменении температурного поля в толще мёрзлых грунтов, при механической или химической суффозии (изменения плотности), при карстообразовании, при нагнетании определенного объема материала внутрь массива. Наиболее ярко процесс формирования остаточных деформации и напряжений наблюдается при уплотнении грунтов сверхтяжелыми трамбовками массой 20т и более, сбрасываемые с высоты до 50м. При этом в грунтовом массиве формируется огромная область пластического деформирования (кратер глубиной до 4-5 м). Достигается двойной эффект. Грунты под штампом одновременно уплотняются, упрочняются и в них возникают избыточные, остаточные напряжения.

Учёту остаточных напряжений при количественной оценке НДС преобразованных оснований не уделяют внимания. Это связано с тем, что до настоящего времени не разработаны эффективные методы решения задач прикладной механики грунтов, которые могли бы количественно оценить ПНС и учитывать его при оценке НДС преобразованного основания.

Появление новых упруго-пластических моделей грунтов в конце прошлого века и численных методов прогноза НДС в начале этого столетия дали возможность в значительной степени сократить этот пробел. Известно, что при неоднократном нагружении и разгрузке под жестким штампом возникают остаточные деформации. Причем с каждым циклом уменьшаются не только сами осадки, но и доля остаточных осадок. Причем общая осадка увеличивается пропорционально логарифму от количества циклов, т.е.

S(N)=S1+ ks .ln N

где S1 – осадка штампа после первого цикла;

1) ks –коэффициент.

Изложенное выше явление накопления остаточных деформаций под штампом хорошо изучено и исследовано многими авторами для различных видов грунтов. Однако это явление до настоящего времени не было проанализировано с точки зрения напряженного состояния грунтового основания в целом. Следует предположить, что по мере накопления остаточных деформаций в грунте формируется и поле остаточных напряжений.

При решении прикладных задач на второе обстоятельство как правило не обращают особого внимания полагая, что с повышением плотности скелета грунта до заданного (проектного) значения цель достигнута, т.к. преобразованные грунты приобретают новые, повышенные свойства деформируемости и прочности.

Вместе с тем очевидно, что избыточное поле ПНС в грунте оказывает существенное влияние на формирование дополнительного поля НДС под воздействием внешней нагрузки (фундамент). Осадки и несущая способность таких массивов с учётом и без учёта остаточных напряжений будут существенно отличаться несмотря на то, что в обоих случаях изменения плотности грунтов вокруг скважин учитываются (см.гл.5,рис.5.1). Это означает, что при поверхностном и глубинном уплотнении грунтов достигается двойной эффект.

загрузка...