Основные розрахункові моделі грунтів

Основные розрахункові моделі грунтов

Требования до розрахунковим моделям

Точность прогнозів в механіці грунтів великою мірою залежить від того, з яким повнотою в рівняннях стану відбиваються особливості деформування грунтів. Причому у практиці проектування для конкретних випадків використовуються розрахункові моделі грунту різною складності.

Для широкого кола завдань будівництва стало можливим виділити ті, де основний є оцінка несучою здібності (міці й стійкості) грунтів. Навпаки, за іншими завданнях найважливішим буде прогноз деформацій основи, а споруди. Нарешті, у деяких завданнях необхідні зміни і оцінка несучою здібності, і прогноз деформацій грунтів. Але ці розрахунки робити роздільно, що дозволило поширити направити на розрахунки підстав загальні принципи розрахунків з граничним состояниям:

расчет по несучою здібності (втрата стійкості; крихке, в’язке чи іншого плану руйнації грунту; надмірні пластичні деформації чи деформації несталою ползучести);

расчет по деформаціям (досягнення стану, затрудняющего нормальну експлуатацію споруди чи котрий знижує його довговічність внаслідок неприпустимих переміщень — осад, різниці осад, кренів і т.п.).

Существо розрахунків з першої групи граничних станів у тому, що розрахункова навантаження підставу має перевищувати силу граничного опору грунтів підстави. За другою групі граничних станів спільна деформація спорудження та підстави має перевищувати граничною для конструктивної схеми даного сооружения.

Такой підхід зумовив зокрема можливість використання найпростіших розрахункових моделей грунтів: для розрахунків кінцевих напруг і стабілізованих осад — теорії лінійного деформування грунту; для розрахунків розвитку осад у часі - теорії фільтраційною консолідації грунту; для розрахунків несучою здібності, міцності, стійкості й тиску грунту на огорожі - теорія граничного напруженого стану грунта.

Модель теорії лінійного деформування грунта

Применимость цієї моделі до грунтам була вперше обгрунтована працями Н. П. Пузыревского, До. Терцаги, М. М. Герсеванова, В. А. Флорина, Н. А. Цытовича. Ця модель найбільш поширена у інженерної практиці завдяки їхній простоті й можливості використання добре розробленого математичного апарату теорії пружності для описи напружено-деформованого стану грунтов.

Теория лінійного деформування грунту виходить з припущенні, що з одноразовому нагружении (чи розвантаженні) залежність між напругами і деформаціями в грунтах линейна. З іншого боку, при нагружении розглядається лише загальна деформація грунту без поділу в пружну і пластичну складові. Перше допушение забезпечує зокрема можливість використання для розрахунків напруг у масиві грунту апарату теорії пружності, а друге — при відомих напругах розраховувати кінцеві деформації підстави. Використання теорії лінійного деформування грунту завжди вимагає встановлення краю її применимости.

Уравнения стану моделі теорії лінійного деформування записуються як узагальненого закону Гука:

; ;

; ;

; ,.

где  — модуль загальної лінійної деформації;  — коефіцієнт поперечного лінійного розширення (коефіцієнт Пуассона).

Теорию лінійного деформування іноді називають теорією пружності грунтів. Формально це справедливо, оскільки він використовує математичний апарат теорії пружності. Однак потрібно мати у вигляді, що ця подібність суто формальна, так як теорія лінійного деформування розглядає загальні деформації, не поділяючи їх у пружні і пластичні. З іншого боку, нагружение і разгругрузка грунту на теорії лінійного деформування відбуваються за різними законами і описуються різними за величиною характеристиками деформируемости грунта.

Модель теорії фільтраційною консолидации

В найбільш простий постановці теорія описує деформування у часі повністю водонасыщенного грунту (ґрунтовий маси). Приймається, що повне напруга, що у елементі грунту від доданої навантаження, поділяється на напруги в скелеті грунту (ефективні напруги) і тиск у поровой воді (поровое тиск). У різних точках масиву грунту під впливом навантаження заходять у різні значення порового тиску. У результаті утворюється різницю напорів в поровой води та відбувається її отжатие менш навантажені області масиву. Одночасно під впливом ефективних напруг відбуваються перекомпоновка частинок і ущільнення грунта.

Математическое опис цього процесу виходить з основний передумові про нерозривність середовища, сформульованої академіком М. М. Павловським ще 1922 р., тобто. вважається, що зменшення пористости грунту (його ущільнення) пропорційно витраті води (відтоку води з пір грунту). Наслідком є важливе положення про те, що швидкість деформації грунту перебуватиме у прямої залежності від швидкості фільтрації у ньому поровой води. Тому основний характеристикою грунту, визначальною час перебігу процесу фільтраційною консолідації, є коефіцієнтом фільтрації. Теоретично фільтраційною консолідації скелет грунту приймається лінійно деформируемым.

Следует відзначити, що у інженерної практиці використовують і складніші моделі теорії консолідації, враховують трехкомпонентный склад грунту, стисливість поровой води, повзучість скелета й інших процесів, що у грунті за його деформації. Такі моделі описані у працях М. М. Герсеванова, В. А. Флорина, М.А. Біо, Ю. К. Зарецького, З.Г. Тер-Мартиросяна та інших ученых.

Модель теорії граничного напруженого стану грунта

Данная модель стосується лише граничного стану, тобто. до такого напруженого стану, як у масиві грунту від діючих навантажень сформувалися значні по розмірам замкнуті області, у кожному точці яких встановлюється стан граничного рівноваги. Тому теорію граничного напруженого стану часто називають теорією граничного рівноваги грунту.

Теория граничного рівноваги грунту дозволяє визначити граничну навантаження на підставу (його гранична несуча здатність), та заодно неможливо визначати деформації грунту. Рішення теорії граничного рівноваги використовуються також і загальних розрахунків стійкості споруд й підстав, укосів і схилів, визначення тиску грунту на огорожі. У основі нових рішень теорії граничного рівноваги лежать фундаментальні праці В. В. Соколовського.

Теории нелінійного деформування грунтов

Теории нелінійного деформування грунтів застосовуються для розрахунків напружено-деформованого гніву й оцінки міцності підстав та грунтових споруд, коли зв’язок між напругами і деформаціями істотно нелінійна, тому часто називаються теоріями пластичності грунтов.

Значительное поширення інженерної практиці отримала деформационная теорія пластичності, джерело якої в теорії малих упругопластических деформацій академіка А.А. Іллюшина. У найбільш простому вигляді ця теорія виходить із припущення, що об'ємна і сдвиговая деформації залежать лише відповідно від середнього нормального напруження і інтенсивності дотичних напруг, тобто. ; . Проте деформационная теорія пластичності не враховує деякі процеси, які у грунті. Точніші рішення можна отримати роботу з допомогою теорії пластичного течії. Але це призводить до ускладнення експериментів визначення параметрів рівняння гніву й розрахункового апарату аналізу. Теорію пластичного течії застосовують під час вирішення складних завдань гідротехнічного строительства.

Различные модифікації теорій нелінійного деформування грунтів представлені у роботах С. С. Вялова, О. Л. Гольдина, Ю. К. Зарецького, О.Л. Крижанівського, В. Г. Федорівського, В.І. Соломіна, В. Г. Миколаївського та інших.

Список литературы

Для підготовки даної праці були використані матеріали із сайту internet.