Влияние мощности геологических слоев на напряженно-деформированное состояние слоистого грунтового основания плитного фундамента

Влияние мощности геологических слоев на напряженно-деформированное состояние слоистого грунтового основания плитного фундамента

 

Выполнил: магистр Хасанов А.

Научный руководитель: канд. техн. наук,

доцент Сиразиев Л.Ф.

Заведующий кафедрой: докт. техн. наук,

профессор Мирсаяпов И.Т.

 

Казань 2016 г.

ВВЕДЕНИЕ

Современное развитие строительной науки и строительства приводит к появлению жестких требований к качеству и надежности строительных объектов. Ранее использованные способы расчета строительных конструкций пересматриваются, и происходит поиск более выгодных методов расчета. В настоящее время строительство зданий с использованием плитного фундамента широко распространено. Поэтому улучшение методов расчета плитного фундамента весьма актуальный вопрос.

Существует определенный разрыв между потребностями практики и существующими СНиПами, регламентирующими деятельность проектировщиков и строительную практику. Основным направлением является теоретический прогноз поведения грунтовых толщ (их деформируемости, прочности, устойчивости и пр.) под влиянием внешних и внутренних воздействий: разнообразных нагрузок от сооружений, изменений (под действием природных факторов и деятельности человека).

Для практики строительства весьма важно знать, как распределяются напряжения в грунте, как напряжённое состояние меняется с течением времени, при каких условиях наступает предельное напряжённое состояние, после чего возникают недопустимые деформации и нарушения сплошности грунтового массива. Особо существенное значение имеют вопросы определения деформаций грунтов, а именно: общей величины деформаций и отдельных её видов (упругих, остаточных), протекания деформаций во времени и разности деформаций (осадок) под отдельными частями сооружений.

Тема совместной работы плитного фундамента и основания по причине широчайшего спектра затрагиваемых проблем стала привлекать все большее внимание специалистов. Часто недооцениваемым звеном является грунтовое слоистое основание. Физические процессы его деформирования неотъемлемы от напряженно-деформированного состояния сооружения, проявляющегося через его механические характеристики..

Решение этой задачи связано с экспериментальными исследованиями напряженно-деформированного состояния грунтового основания плитного фундамента, с целью определения его запасов прочности и деформативности.

Ввиду развития нелинейных методов расчета оснований, экспериментальные данные становятся основой для создания более реальных моделей грунтового основания. Для получения указанных экспериментальных данных требуется применение соответствующих измерительных приборов и аппаратуры, разработка методики проведения экспериментов.

 

Цель исследований

Исследование напряженно-деформированного состояния трехслойного водонасыщенного основания плитного фундамента с жестким подстилающим слоем.

Задачи исследований:

1. Библиографический обзор отечественной и зарубежной научной технической и нормативной литературы по исследованию прочности и деформаций слоистых оснований. Анализ существующих способов исследования прочности и деформаций слоистых оснований.

2. Подготовка оборудования и модели плитного фундамента к проведению экспериментальных исследований. Изготовление модели плитного фундамента. Изготовление мессдоз для определения относительных деформаций в массиве грунта.

3. Проведение лотковых и модельных испытаний, получение необходимых данных: напряжений и деформаций в грунте, осадка модели фундамента и слоев грунта.

4. Обработка результатов экспериментальных исследований.

5. Анализ результатовэкспериментальных исследований.

6. Разработка теоретической части.

7. Сопоставление результатов расчета по предложенной методике с экспериментальными данными.

 

Подготовка к испытанию.

Модель трехслойного водонасыщенного основания образована 3-мя слоями грунтов с различными физико-механическими характеристиками. Высота основания 60 см, высота каждого слоя, образующего основание составляла по 10-30 см, а нижнего подстилающего слоя – 40 см.

Во всех экспериментах в качестве нижнего подстилающего слоя будет использована суглинок полутвердый, непросадочный со следующими характеристиками: ρ =2.01 г/см³, W =22%, Е=33 МПа, φ=11⁰, с=20 кПа.

Различие экспериментов между собой состоит в том, что меняется мощность слоев основания.

Эксперимент №1:

ИГЭ-1 – супесь пластичная непросадочная мощность h₁=20см,

Е=13 МПа, W=13%, φ=13^о, с=0,01, ρ=1,7 г/ ;

ИГЭ-2 – суглинок тугопластичный h₂=20см;

Е=29 МПа, W=28%, φ=11^о, с=0,01, ρ=1,8 г/ ;

ИГЭ-3 – мелкий маловлажный песок h₃=20см

Е=12 МПа, W=17%, φ=16^о, с=0,03, , ρ=1,8 г/ .

Эксперимент №2:

ИГЭ-1 – супесь пластичная непросадочная мощность h₁=10см,

Е=13 МПа, W=13%, φ=13^о, с=0,01, ρ=1,7 г/ ;

ИГЭ-2 – суглинок тугопластичный h₂=30см;

Е=29 МПа, W=28%, φ=11^о, с=0,01, ρ=1,8 г/ ;

ИГЭ-3 – мелкий маловлажный песок h₃=20см

Е=12 МПа, W=17%, φ=16^о, с=0,03, , ρ=1,8 г/ .

Эксперимент №3:

ИГЭ-1 – супесь пластичная непросадочная мощность h₁=10см,

Е=13 МПа, W=13%, φ=13^о, с=0,01, ρ=1,7 г/ ;

ИГЭ-2 – суглинок тугопластичный h₂=20см;

Е=29 МПа, W=28%, φ=11^о, с=0,01, ρ=1,8 г/ ;

ИГЭ-3 – мелкий маловлажный песок h₃=30см

Е=12 МПа, W=17%, φ=16^о, с=0,03, , ρ=1,8 г/ .

Эксперимент №4:

ИГЭ-1 – супесь пластичная непросадочная мощность h₁=15см,

Е=13 МПа, W=13%, φ=13^о, с=0,01, ρ=1,7 г/ ;

ИГЭ-2 – суглинок тугопластичный h₂=25см;

Е=29 МПа, W=28%, φ=11^о, с=0,01, ρ=1,8 г/ ;

ИГЭ-3 – мелкий маловлажный песок h₃=20см

Е=12 МПа, W=17%, φ=16^о, с=0,03, , ρ=1,8 г/ .

 

Методику проведения эксперимента покажем на примере 1 эксперимента, для других экспериментов методика аналогична, изменяется лишь расположение слоев между собой.

1.1. До начала опыта в лоток укладывали подстилающий слой, которым является твердая глина ИГЭ-4 со следующими характеристиками ρ =2.01 г/см³, W =21%, Е=33 МПа, φ=11⁰, с=20 кПа. Грунт засыпаем послойно по 5см, каждый слой уплотняем до одинаковой плотности. При уплотнении грунт равномерно замачиваем водой до заданной влажности.

1.2. Подстилающий слой засыпаем до отметки 40см от дна лотка. Через каждые 10см отбираем пробы грунта и определяем его физические характеристики.

1.3. На отметке 40см ставим первый ряд грунтовых датчиков, расположение которых показано на схеме (см. рис.2.2.)

 

Рис.2.2. Схема расположения грунтовых датчиков на поверхности
слоя ИГЭ-4

1.4. Далее засыпаем слой ИГЭ-3 – мелкий маловлажный песок. Грунт засыпаем послойно по 5см каждый слой при этом уплотняем его до одинаковой плотности. При уплотнении грунт равномерно замачиваем водой до заданной влажности. Грунт имеет следующие физические характеристики: Е=12 МПа, W=17%, φ=16^о, с=0,03, , ρ=1,8 г/ .

1.5. На отметке 50см ставим второй ряд грунтовых датчиков, расположение которых показано на схеме (см. рис.2.3.)

Рис.2.3 Схема расположения грунтовых датчиков в слое ИГЭ-3

1.6. Слой ИГЭ-3 засыпаем до отметки 60см от дна лотка. Через каждые 10см отбираем пробы грунта и определяем его физические характеристики.

1.7. На поверхности слоя ИГЭ-3 устанавливаем глубинные марки.

1.8. Далее засыпаем слой ИГЭ-2 суглинок тугопластичный послойно по 5см, каждый слой при этом уплотняем до одинаковой плотности. При уплотнении грунт равномерно замачиваем водой до заданной влажности. Грунт имеет следующие физические характеристики:

Е=29 МПа, W=28%, φ=11^о, с=0,01, ρ=1,8 г/

1.9. На отметке 70 см ставим третий ряд грунтовых датчиков, расположение которых показано на схеме (см. рис.2.4.)

Рис.2.4. Схема расположения грунтовых датчиков в слое ИГЭ-1

1.10. Слой ИГЭ-1 засыпаем до отметки 100 см от дна лотка. Через каждые 10см, отбираем пробы грунта и определяем его физические характеристики супесь пластичная Е=13 МПа, W=13%, φ=13^о, с=0,01, ρ=1,7 г/ .

1.11. После окончательного уплотнения верхнего слоя грунта и выравнивания его на одну отметку увлажняем верхний слой водой, для лучшей фиксации трещин в массиве грунта.

1.12. Следующим шагом является установка модели фундаментной плиты на заранее выровненную площадку. Устанавливаем ее строго по центру, при помощи уровня придаем горизонтальное положение. В модели фундаментной плиты используем узловую передачу нагрузки при помощи специальных стоек (см. рис.2.7.) На плиту заранее приклеиваем тензодатчики, расположение которых показано на рис.2.1.7.

1.13. Установка фундаментной плиты на подготовленный грунт

1.14. На деревянные стойки устанавливаем металлический лист толщиной 8мм, и размерами 400х400 мм.

1.15. На металлический лист устанавливаем несколько круглых штампов с отверстиями в центре, в отверстие верхнего штампа устанавливаем металлический подшипник для равномерной передачи нагрузки. На металлический подшипник устанавливаем домкрат, шток домкрата упираем через металлический штамп в верхнюю перекладину (см. рис.2.5.)

1.16. Для наблюдения за осадками фундаментной плиты устанавливаем прогибомеры (см. рис.2.5.)

1.17. После установки домкрата производим подключение грунтовых датчиков к прибору АИД (см. рис.2.3.)

 

Рис.2.5. Схема расположения прогибомеров, ИЧ-10, домкрата и модели фундаментной плиты

Проведение испытания.

С помощью домкрата создается вертикальная нагрузка на образец. Испытание ведется при ступенчато-возрастающей нагрузке. Каждая ступень нагрузки выдерживается до тех пор, пока не наступит условная стабилизация деформации грунта.

По ГОСТу 12248-96 за критерий условной стабилизации деформаций принимают скорость деформации, не превышающую 0,01 мм за последние 4 часа наблюдений для песков, 16 часов – для глинистых грунтов и 24 часа – для биогенных грунтов. Испытание производится при следующих ступенях приложения нагрузки: Р₁ = 150 кг; Р₂ = 250 кг; Р₃ =500 кг; Р₄ = 750 кг;

Р₅ =1000 кг; Р₆ =1250 кг; Р₇ =1500 кг; Р₈ =1850 кг.

В процессе испытаний замерялись:

- осадка грунта – индикаторами часового типа с ценой деления 0.01мм;

- деформации растяжения и сжатия в грунте – тензодатчиками сопротивления с базой 10 мм;

- деформации сжатия-растяжения на поверхности деревянной плиты – тензодатчиками сопротивления с базой 50 мм;

- осадка плиты – прогибомерами с ценой деления 0.01 мм.

Мессдоз

Грунтовый датчик (мессдоз) представляет собой металлическую оболочку со вставленной пружиной, заполненную упругим раствором (герметик). На металлическую оболочку приклеивается тензодатчик с базой 10мм, провода, идущие от тензодатчика, припаиваем к эбонитовой пластине, которая в свою очередь приклеивается к металлической оболочке. К эбонитовой пластине также припаиваем провода, идущие к установке АИД (автоматический измеритель деформаций). Всего было изготовлено 21 датчиков, каждый из которых был пронумерован.

В слоях ИГЭ-1, ИГЭ-2 и на кровле малосжимаемой толщи ИГЭ-3 было установлено по 7 грунтовых датчиков.

Рис.2.6. Схема устройства грунтового датчика.

Для того чтобы можно было использовать результаты проведенного эксперимента производим тарирование датчиков. Оно заключается в снятии показания датчика при приложении к нему заранее известного давления. Датчик помещаем в прибор компрессионного сжатия заполненный грунтом, в котором будут измеряться напряжения в ходе эксперимента.

Через штамп ступенчато прикладываем нагрузку, при этом записываем показания датчиков в таблицы, как при нагрузке так и при разгрузке.

Рис.2.7. Схема тарировки грунтовых датчиков.

 

Влияние мощности геологических слоев на напряженно-деформированное состояние слоистого грунтового основания плитного фундамента

 

Выполнил: магистр Хасанов А.

Научный руководитель: канд. техн. наук,

доцент Сиразиев Л.Ф.

Заведующий кафедрой: докт. техн. наук,

профессор Мирсаяпов И.Т.

 

Казань 2016 г.

ВВЕДЕНИЕ

Современное развитие строительной науки и строительства приводит к появлению жестких требований к качеству и надежности строительных объектов. Ранее использованные способы расчета строительных конструкций пересматриваются, и происходит поиск более выгодных методов расчета. В настоящее время строительство зданий с использованием плитного фундамента широко распространено. Поэтому улучшение методов расчета плитного фундамента весьма актуальный вопрос.

Существует определенный разрыв между потребностями практики и существующими СНиПами, регламентирующими деятельность проектировщиков и строительную практику. Основным направлением является теоретический прогноз поведения грунтовых толщ (их деформируемости, прочности, устойчивости и пр.) под влиянием внешних и внутренних воздействий: разнообразных нагрузок от сооружений, изменений (под действием природных факторов и деятельности человека).

Для практики строительства весьма важно знать, как распределяются напряжения в грунте, как напряжённое состояние меняется с течением времени, при каких условиях наступает предельное напряжённое состояние, после чего возникают недопустимые деформации и нарушения сплошности грунтового массива. Особо существенное значение имеют вопросы определения деформаций грунтов, а именно: общей величины деформаций и отдельных её видов (упругих, остаточных), протекания деформаций во времени и разности деформаций (осадок) под отдельными частями сооружений.

Тема совместной работы плитного фундамента и основания по причине широчайшего спектра затрагиваемых проблем стала привлекать все большее внимание специалистов. Часто недооцениваемым звеном является грунтовое слоистое основание. Физические процессы его деформирования неотъемлемы от напряженно-деформированного состояния сооружения, проявляющегося через его механические характеристики..

Решение этой задачи связано с экспериментальными исследованиями напряженно-деформированного состояния грунтового основания плитного фундамента, с целью определения его запасов прочности и деформативности.

Ввиду развития нелинейных методов расчета оснований, экспериментальные данные становятся основой для создания более реальных моделей грунтового основания. Для получения указанных экспериментальных данных требуется применение соответствующих измерительных приборов и аппаратуры, разработка методики проведения экспериментов.

 

Цель исследований

Исследование напряженно-деформированного состояния трехслойного водонасыщенного основания плитного фундамента с жестким подстилающим слоем.

Задачи исследований:

1. Библиографический обзор отечественной и зарубежной научной технической и нормативной литературы по исследованию прочности и деформаций слоистых оснований. Анализ существующих способов исследования прочности и деформаций слоистых оснований.

2. Подготовка оборудования и модели плитного фундамента к проведению экспериментальных исследований. Изготовление модели плитного фундамента. Изготовление мессдоз для определения относительных деформаций в массиве грунта.

3. Проведение лотковых и модельных испытаний, получение необходимых данных: напряжений и деформаций в грунте, осадка модели фундамента и слоев грунта.

4. Обработка результатов экспериментальных исследований.

5. Анализ результатовэкспериментальных исследований.

6. Разработка теоретической части.

7. Сопоставление результатов расчета по предложенной методике с экспериментальными данными.