автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Исследование напряженно-деформированного состояния системы "фундамент в пробитой скважине - основа"

Р Г 6 од

I ;г .nuil iijjö

ДНХПРОПЕТРОВСЬКИа ШЖЕНЕРНО-БУД1ВЕЛЬНЯа 1НСТИТУТ

На правах ру копи су

Д0СЯ1ДХЕШ ШРУШО-ДЕШОВШОГО СТАВУ СИСТЕМЙ "ФУНДАМЕНТ В НРОБЕТТЙ еВЕРДЛОВШ-ОСНОВГ

05.23.02 - Осяовн ta фундамент*

двторвфврат

ДмсертацЦ на эдобутт* наукового ступени кандидата твгн1чних наук

Дн1пр0п<;тровсыс, 1393

Робота виконана на каФедр1 "Основ та ФундамьнтЗ.»" Полтавського 1нхснерно-буд1вельного 1нституту

Науковий кер!вник

кандидат техм1чних наук

доцент

ЗОЩЕНКО М..

Оф1ц1йк1 опонекти

доктор технХчиих наук

професор

тетюр о.н

кандидат техн!чних наук

со;, н. сп.

ХА1Н В.Я.

Пров1дна орган1зац1я - Державина проектний 1.нститут

"Укрспецбудпроект"

Захист дисертацИ в1дбгдетьсв " б " червня 1993 р. в 13 годин на зас1дани1 спец1ал1зовано1 ради К 06В.32.0: Дн1пропетровського 1нхенерно-6уд1вельного 1нституту по спец1аль-ност! 05.23.02 "Основи 1 Фундаменти" за адресов 320600, Дн1пропетровськ, вуд. Чернишевського 24а, Д1Б1, зал зас1даш вчено1 ради.

3 дисертац1сю мохна. ознайомитися в 61бл1отец1 1,нституту.

Автореферат роэ1сланий " 7 " травня 1993.р.

Вчений секретер спецАая1эовано1 ради■ кандидат техн!чних на1"-

доцент

- 2 -

ЗДГАХЬЗА КАРАКТЕРЖСТИСЯ РОБОТЕ

Актуальн!сть лроблеки. Розвиток аграрного I лромислового сектор!в економ1ки, вир!пення жи'тлово! пробхеми ?задехно! У«срд1ни меможяив! без значки* додаткових кап!тало-сладень в буд!виицтво. Тому необх!дна розробка та вггровадження гхнолог!чиих, економ!чних, швидкчх га матер1алозбер1гаючих мето-1в зведення буд1вель та споруд. Ска за не виде в повн1й кipi стосу-гьсй 1 Фундаментобудуваиня.

Вир!веншо постаелених зав дань повинно сприятн вккористакня гтод!в влавтування Фундамент1в, засноваких на п!двия?нн! нееучо! аатяост! основ аяяхон локального покрацення влаетивоетей грунт1в. х яких спсрудгуються буд!вл1 - Фунгамент!в у внтр&мбуваннх тран-гях та котлованах, э пробитых та виштаипованих свердяовиках та 1н. не! фунданенти виконувться з уи1льненняк грунту, яке пЗлвицуе йо-о несучу здатн!сть, до особливо вяхлкво при еудуванн1 а аесових росадкових грунтах, кстр! псиирен! на б!хьв!й частнн! територН г.ра1ни.

Пор1вня*ьна оШнка фундамент!в уд!льнення пб «ксплуатац1йнки имоган, гнучкост! технолог!!, мохливост! застосуваннн в р1знока-!тних 1нженерно-геолсг1чних умовах показуе, що найб1льо перспек-ивними е фуаданенти в пробитих сеердловинах. Однак, незвагаючн ка ерсяективн!сть технолог!!, економ1ю катер!альних ресурс1в, впро-адженн» цих Фунданент!в переокодхають так! причнки:

- методики розрахунку нееучо! здат-ност! 4>ундакент!в, як! !с-ують, не нохуть бути викорнетан! для Фундаментов в пробитих свер-ловинах тому, цо не враховугть !х технолог1чкнх та конструстивикх

соблнвостей;

- в1ксуткя методика виэкачення эн1нк рограгуиковчг Ф1зкк£>-ехан!чинх характеристик грунту в у*1*ьнен!й зон!:

- з -

' - необхЛднг рогребка нових кригерИв визначення иесучо! здат ноет! фундамент1в увольнения по результатах статичнкх випробуваиь

- необх!дне еивчення напрухеио^-деформованого стану основ Фундаменту в пробит!й сверддоеин! з урахуванням пластичних власти востей грунту;

Приведен! агрумекти обгрунтовують актуаяьн1сть науконих дос лхдхень в даноку наг.рямку. Дисертац1йна робота направлена на вир! иеккв цих проблем.

Метою дисертац1йно! р о б о т и е удосконалення методики розрахунку Фундамент1в в пробити свердловинах з урахуванкяк 1х технологАчнкх та конетруктивни особливостей.

Вкходячи з цього дисерта«1я вир1вуе так1 заедания: .

- екслериментальн1 досл1дхення пронесу фориуванкя зон роз сирення та угЦльнення грунту, визначення 1>: Форм та рог-м!р1в;

- комплексн1 доса1д*екня зони ущ1льнення грунту з метою вста новдекнн законом1рностей зм!ни розрахункових ф1эико-меха н!чиих ,характеристик ув1льненого грунту (щ1льн1сть1 модул деформац!!, кут енутр1анього тертя та пвтоме зчепдення);

- вквчення характеру залехност! "навантахення-ос1дання" отрк маних л результат! статичних вилробувань фундамект1в » л;с бит!й свердяовин1 з метою встаиовдения критер!я 1х несучс здатност!;

- проведения катекатичиого моделювання систеки "фундамсн в пробит!й свердловин! - основа" з урахуванням одержан!' законом1рнсстей зм1ни розрахункових ф!зико-механ1чних ха рактериетик уц1льненого грунту та пор1вняннв залезсностс "наванта*:екня-ос1дгння", отрицания розрахукковнм та експс ркмеитальним кляхок.

- разроблення методики розрахунку Фунаа*ект1в в пробитих . свгрдловинах;

- впровадхенн* результат1в роботн а практику 6уд1вництва.

Н а у к о в а новизна дисертгш1йно1 роботи склада-:ься э:

- розроблена методика визначения форм та розм!р1в зон ?озии-рення та увольнения грунту при влаятуванн! Фгнданент1в в пробитих свердловинах з урахуванням уц1льнення хорсткого матер1алу, втрамбованного в розпирення;

- встановлен! законон1рност1 зи1нн ф1зико-механ1чних характеристик грунту в зон! ущ1льнення;

- проведено математичне моделюэання Фундамент1з в пробитих свердловинах з використанняк прухно-пластично! «одел! грунту;

- розроблений метод розрахунху Фундаментов в пробитих свердловинах на д1» вертикального навантахення;

- запропоноваиий критер!й визначення несучо! здатност1 Фундамент 1в в пробитих свердловинах по результатах 1х статичних випробувань.

Практична ц!нн!сть та реад1эа-I 1 я результата дисертац1йно1 роботи.

Досл5.дницьк1 питания, вир1шенню яких буда присвячена дисер-гац1йна робота знодили до складу науково-досл1днищ.ко1 теми •Зпроэадхення прогресивних ФукдаменПв увольнения в практику буд!в-чицтаа", яка була складовов частииож респубя1кансько1 программ РЯ.Ц.СОЗ "Матер1алом1стк1сть". ,

Результати досл!д.тень впроваджен1 при проектуванн! та буду-ванн1 фундамент1в в пробитих свердловинах на об'ектах прскислового приэначення в трест! "Укрсх1днаФтогазбуд'' (п1дземн1 сховища газу з и. Анан'еэ, с.м.т; Кег1човха, с.м.т. Пролетарське), а також на

р1зних об'«стал тресту "йгробуд", комбинату "Полтавпромбу д" та 1и.

Заг&хьняв вконом1чн*й ефект в1д впровадження Фундамент1в в пробитих свгрдловинах скш 102,4 тис. крб в ц1нах 1984 року.

J) я ; о ба к 1 i робот и. Ochobhí положения дисерта-ц!йно! роботи доповАдались на конференциях:

1. II Всесовзна конференц1я "Використания досягнень нел!н1йио1 механ1ки грунт1в в проектуванн± основ та Фундамент1в". (йоакар-Ода, вересеиь, 1989 р!к).

2. II Всесоюзна конфвренц1ь "Сумася! проблени 6уд1вництва на падях в СРСР". (Одеса, чврвень, 1990 р1к).

3. III Шхнародиа конференц1я "Проблеми буд!вництва на палях". (И1нськ, ховтень, 1992. plx)

4. Республ1канеька конферекц1к "Вдосхоналення зал!зобетонних конструкте, як1 працхдать на склади1 в иди деформац!й, та 1х впровадження в буд1ведьку практику". (Полтава, хоатень, 1989 pite).

5. Республ1канська науково-техи!чна конФеренц1я "Ефективн1 Фундамент«, ак1 споруА*ух>т»с* без вяйиания грунту". (Полтава, ховтень, 1991 pix).-.';•

6. Зонально кауково-практична конференц18 "Вдосконалення та впровадження ф/нданеит1в у витрамбованнх котлованах". (Пенза, вересень 1989 pix).

7. XLVII каукова конференц1а професор!в, >икладач!в, наукових сп1вроб1тник1», асп1рант1в та студентов Вороиеэьхого 1нхенерно-буд1вельного 1нстнтугу.

3. XL-XLV науков! конФеренцИ професор1в, викдадач!а, наукових сп!вроб1тник1в, а стран vis та студентia Полтавського 1нженврно-буд1вельного 1нституту.

По иатер1адах дисертацЦ опубл1*овано 19 друкованих праць. Об'ег. ' та структура роботи. Дисерта-ц1я складасться з вступу, чотирьох роад!л1в, основних висновк1в тг

одатк!в. Зага-.ьний об'ем роботи становить 164 стор1нки, в тому исл1 100 CTopiHOK машинописного тексту, 27 малюнк1в, 4 таблиц1, S сторАнок дбдатк!в, списка використано! л1тератури з 150 наймену-ань в!тчизняких та эарубЛжних автор!в на 17 стор!нках.

На захист виносяться: методика визначення форм i розм!р!в зон розвирення та уе!ль-ення грунту, а також визначення зм1ни розрахункових ф1зико-меха-1чних характеристик грунту в зон! ущ!льнення Фундаменту в проби-1й свердловин!;

результат» математичного моделюваиня фундамект1в в пробитих вердловинах з використанням пружно-пластично! мсдел! грунту з ixbKiCKHM та як!сним анал1зом результатов;

методика розрахунку Фундамент!в в пробитих свердловинах на д!с ертик&льного навантахення; алгоритми та пакет прикладних програм для визначення розрахун-ових характеристик грунту в зон! уц!льнення та несучо1 здатност! ундамент1в в пробитих свердловинах на д!ю вертикального наван-ахеннг;

впровадхення результата в практику будуванкя.

3MICT РОВОТИ

У BCTyni дано обгрунтування актуальиост! та практично! а!н-юст! роботи, сформульован1 мета i завдання досл!дхень.

У першему розд!л! виконаняй короткий оглад розвитку та засто-гувакня фундамент!в, як! сперуджуются без виймакня грунту. Осселк-iy увагу эвернено на фундаменти, як! влавтовуються ьляхом иккл!ч-юго скидання трамб!вки. Роэглянут1 такег механ!зми, sri викерис-ювуються для проведения таких роб1т. В розробсу та впровадженк* i практику буд!вккцтва фундаментов в тв!дьнеко*у грунт! внесла

св!й вклад так! вчен! як Багдасаров В.О., Бартоломей fi,О., Винни-ков К).Л. , Голубков Б.Н., Григорян H.I..Далматов Б.1.,Зоценко Н.Л. , Крутов B.I., Лапшин Ф.К., Метелок Н.С., Платонов е.Б., Швець В.Б. , Югай O.K. та 1н.

Дал1 в розд!л! проведений анал1з метод1в встановления несучоЗ здатност! ФунданенПв в пробитих свердловинах (ФПС) на д!ю вертикального навактахення. 3 метод!в, як! !снув?ь на даний час, мох-на BisjiiKTK дек!яька груп - експеримеиталън!, еип!ричн1 та ана-л!тичн!. При визначенн! несучо! здатност! фунд£мент1в експермиен-тальним методом проводяться статичн! або динам!чн! випробувакш самих фундамент!в, або !х моделей. Проведений також огляд критер!-!в визначенна несучо! здатност! <рундаиент!в по результатах статич-них випробувань, як! використовувться в р1зних кра!нах св!ту. Ос-новним недол!ком цих метод!в с !х велика варт!сть.

ЕиШричн! кетоди полвгавть в проведенн! аналог!й з ухе прове декимк pai'.iB випробуваннвки в под!6них умовах. Так ох несучу здет HicTb козна визкачити дослхдхуючи процес вхаптування Фундамент або пров!ваи спец!альн! лаБораторк! досл!дхення. Недол1кон таки способ!в е зменвення точност1.

Самими поширеними методами визначенна несучо! здатност!' фун дамент!в е анал!тичн!. Однак, методи визначенна несучо! здатност! як! аснують, не мохуть бути використан! для Фундамент1в в пробити свердловинах тому, цо не враховувть:

- конструктиве! та техноаог!чн! особливост! фундамент!в в ви трамеуваких котлованах та Фундамент!» в пробитих евердяовина

- увольнения дебеню за рахунок подр!бнення та заповнення пусгс початкового об* ему;

- законон!рност! Форкування ув!льнених зон грунту при влаитз ванн! Фундаменту в пробит1й свердловин!;

- зм!ну Ф1зичнил властивостей та розрахункових характерней

грунту а зон! Шлгнення.

Для вяконання по стая«** я завдань необх1дне проведения дос-лхень напружено-деформованого стану основи Фундаменту в прбит!й tepxaoaimi в р1знмх уловах. Досд1дхення напрухено-деФормованого гаку грунт!э в основах фунхамент!в в!добрахен1 в працях таких юннх як K.Tepuari, Н.М.Герсеванов, М.О.Цитович, И.I.Горбунов-Асадов. В.О.Флор!н, Г.К.Клейн. И.Н.ГольдвтеЯн, Б.Г.Далматов, .С.Эялоа та 1н.

Перслвктивним истодом аивчения напрухено-дефориованого стану снови Фундамент!» в пробитих свердловинах е числове моделювання.

розд!л! виконано огляд !сиу»чих моделей грунту э метою зибору одел!, яка б иайб1льи точно а!добрахала процеси, цо в!дбуваються грунт!. 3 найб1льа розповсюджених моделей мохна вид1лити модель !н!Яно-деФормованого середовища (Я.0.М1няев, М.П.Пузиревський, .М. Герсеванов), модель гранично! р!вноваги (В.Г. Березанцев, .О.Голувкевич, В.С.Христофоров, Л.Прандтль) та прухно-пластичн! одел! (в р1зноман!тн!й постанови!). Пера! дв! е д!аметральио Фотихехними ! враховують лияе одну сторону деформац!йного процесу. its зм1ланою прухно-пластичною розум1еться задача визначення напру-вно-деформуваиня грунтовик масив!в при одночасному сп!в!снуванн! I них областей дограничного та граничного напрухеного стану грунту, Ю 81добрахае реальнкй сстак основ буд!ве.»ь. Значний вклад в >оЗробку таких моделей внесли Бойко 1.П., Бугров O.K., Гольд!н О.Л., 1!ляг!н О.В., Фадеев О.Б., Шал!ро Д.И. та !н. Реал!зац!я дачо! мо-1ел! можлива при допомоз! методу ск!нченних елемент!в. При засто-гуванн! методу® ск!нченних елемент!з до зм!ааних прухно-пластичних эадач, в тому числ! ! для груит!в, мохна легко . просл!дкувати за эозвитком пластично! облает!, контури яко! на кохному кроц! визна-[аоться елементами, яо перейшяи в пластичний (граничний) стан.

Другий розд!л присвячений експериментально-теоретичиому дос-

д!дхеннх) вгииву пронесу влаятувания фундаментов в пробитих св< дловииах на м!нлив!сть ф!зико-механ!чних характеристик осно! Викладена методика досаОдхения Формування розвирення та удАльнв! зони фундаментов в пробитих свердлсвинах. ДослОдхувались фундам< ти, виконан! в рОзних Онхенерно-геологОчних умовах з розним об' мои втрамбованого цебеиго шляхом проведения розкопок та в!дб< зразкОв грунту для лабораториих досл!д*гнь з метою визначе! розрахункових фОзико-механОчних характеристик грунту (ц!льнос: вологостО, модуля деформац!!, питомого зчвплення та кута энутр: нього тертя), а такох шляхом проведения пеиетрацОйних випробувг грунту.

В результат! дослОдхень встановлено, до розиирення та з* уц!льнення, як! утворюються при властуванн! фундаментов в прсбп-свердловинах мають вигляд ел!псо!д!в обертакня. Ел!псо!д мохе б; эитягнутим як у вертикальному, так 0 в горизонтальному напрю Визначити сп!вв!дношення мОх пОвосями ел!пса розширення (вер-кальиоО до горизонтально!) мохна за Формулою:

I-'

Ь V

сг ; 0.84 + , (1)

г " • ТТЛ.

сг рр а. 1

де У - об'а* втрамбованого щебеню; У4=1.0 м3 , СГ 1 •

4, - коефОцОенг ул!льнення дебенв;

£ - емп!ричниЯкоеФ!ц!ент, який визначають за формулою

рр к = 11.54 - 13.39 Ъ ' (2)

с РР г

О - ступ1нь вологостО грунту.

г

В!дповОдно радОус увольнения визначаеться за формулою:

. - , 3 ' Усг (1/3)

Г - -т- -- А1 I (3)

сг 4

Для бОлыв реального у явления закону зм!ни аОлъносгт! грунту

уц1дьиен1й зон! еиксгргсгаемо ялтХсть кееф1и!ента пористост! рунту Б коеФ1ц!снт активно! пориетосП е . КоеФ1ц1«ит ектнв-

а

о1 пористост! знаходкться як в1дноьеиия еб'еху пор. аапоьнених ов1трям до суки-об'ем1а твердих частицок грунту та пор, заповне-их водою. Дей коеФ1ц1«нт да« б!льи наочме уявяення Про к!яьк!сть ор, як1 иаюТь можяив!сть аненшувати св!й об'см 1 визиачаеться за

де Р - т!льн!сть ч-стинок грунту; М, - д1льн1еть сухого грунту;'

0а '

й - ступ!нь вологост1 грунту.

. г • '

при внэначекн! форми та роэнХрХв зони уя!льнення грунту >ундамект!в в пробитих свердловинах тгрййкят! так! припусення:

1) при в^ахтуванн! розвйрення грунт вятнскусться однаково в 'с!х напрямках;

2) зк1на воюгост! в мехах уд!льнено1 зони не враховуеться;

3) впяяв ущ1льнених зон сус1дн!х фундамент!в в пробитих :вердловинах не враховуеться; • '

4) коефЩ1ент активно! пористост1 6 безпосередньо б!ля боко-

а

зо! поверхн! ствола фундаменту прийкае значения 5 . , тобто

а.шш

|Цльн!сть грунту досягас максимального значение, а на неж! гдНьнено! зони коеф!ц!снт активно! пористост! дор!внве косф!и!-снту активно! пористост! грунту в природному стан!.

К!и!кальне значения коеф1ц1ента активно! пористост! харак-теризус максимально мохливий р!вень ук!льнення грунту. Еляхои проведения досл!гхень було вкявлено, во для лесэвих суглккк!я ней коеф!ц1снт мсхна виэначити за Формулою: ' ..

. е . . = 0.49 - 0.5 Б м

а,аш г

Закон зм1ни коеф1ц!ента активно! пориетост! прийнятий в парабол!чному вигляд!: , ,

е - е . 0 . а а,min 2 е : е --ñ— х (6)

а,х 3 (В - г Г

S сг

Ради-с уд!льнеяо1 зони встановлиетьея ви ходячи з прийнятоГо парабол!чного закону зм!ни коеф!ц!ента активно! пористост! грунту в мехах niel зони: . м/0\

Б = г [(Не )/(е - е . )}(1/á) т s сг а а в,пит/ •

Досл!дхеннями, спрямованими на вивчення зм!ни Ф!зичних властизостей уи!льненого Грунту з часом було показано, то при влавтуванн! фундамент!в в пробитих свёрдловинах в зон! грунту, яка розм!щена безпосередньо б!ля Фундаменту в!д6ублсться змениення вологост!, а при зб!льшенн! в!ддал! до фундаменту - i! зб!льшення за рахунок примусового перерозпод!лення (в!дхсття) води при ' трак-Суванн1. Однак внасл!док процесу консол!дац!! з часом Bosoricri стаб!л!зуеться i приймае значения, близьке до природнього.

При досл1дженн! грунг!в в уд!льнен!й sohí було остановлено, до м!ж механ1чними характеристиками грунту (модуль дефоркац!! Е, питоме зчеплення с, та кут внутр!шнього Tepratfl i Ф!зичними характеристиками !снують залехност!. Зокрема при W=const граф!к залехност! Mix в!дпов!дними характеристиками в координатах lllfíi) ~ 6 i 1п(с) " б", 'lü(t£ ) " 6 . мае вигляд прямо! л!к1!, тобто залех-н!сть вирахаеться р!внянням виду:

in iE, с, tg f) - А - Be (в)

де А, Б - коеФ!ц1енти р!вняння.

Беручи до уваги все пищевикладене, результати досл!дхен! уг.!льне.чих зон фундамент!в в пробитих свёрдловинах були обробленЗ э метою отримання зааехност! зм!ни логарифма механ!чних характеристик грунту (Д1п(Е), ¿1п(с), Aln(tgy}) в!д зк!ни кое-

- 12

|>!ц!ента пористоег! грунту (Лб):

V Е0ехр( 1.5Ш- 0.106 (е(Г ех}) (Э)

р

V сое1Р( 2.тг-т (ео~ \]) (10)

р

(11)

%1рх= ЩехрПЖе^ е ))

I - число пластичност1 грунту.

Р

Трет1й розд!л присвячений математичному моделюванню Фундаментов в пробитих сверддовинах з використанням пружно-пластично! нодел! грунту. На виб!р гвомехан!чно! модел1 вплинули зимоги того, щоб Ф1зичн! р!вняння. як1 вихористовулться в н!й були широко пере-в!рен! на практиц! та м!стили механ!чн! характеристики, ¡цо зизна-чаються за допомогов стандартних метод!в.

У постанови! прухно-пластично! задач! використано так! г!по-

тези:

1) прояви нел!н!йност! вклпчаоть пяастичну деформац1ю фсрмо-зм!ни при складному напрухеному стан!,, безпереякодне деформування при роэтяганн!;

2) при складному напрухеному стан! (стиснення з! зсувом) за-гальн! деформац!! включають л1н!йиу ! пластичну частини, причому пластична складова дгфорнац!й виникае п!сля досягнення напрухеним станом мех! мОцност! в в!дпов!дност! з умовсю М!зеса-Шлейхера-Ботк!на:

( гУ2- к = II (121

V V V 63 "

перший !нвар!ант тензора напруг;

[24[(6Г Ф 'V Ф «V 61Л

другий 1н»ар!ант д«в1»тора на пру г.

. 3) аектори Головина, пластмчних деФормац!й (та !х аеидко-ствй) 1 головних напруг при складному напруженому стая! прийня! коакс!альиими.

4) на стадИ пластичного д«формуванна . врахована дилатакс: э сп!вв!»ноаеиням м!х ввидкостями зм!нм об' осу 1 формозм!ии, «1 вираха«ься дов!лъною стало» (не&соц !йований закон) прм простор' вому напрухеному стан!:

/1 - 1г/ аз)

Прийнята геомехан!чна модель поеднуе найб1лы» в!дом! р1в-няння теор!В пру жн ост! 1 пластичное?!., як! викогристовуваяися окр мо в сп?оценил роэрахункових схемах сучасного проектування. Акал г!чний наб1р Ф!зичних р!внянь використовуеться в задачах (! ро робхених на 1х основ! програмах} I.П.Бойко, О.К.Бугрова, О.Л.Гол д1на та В.С.Прокоповича, О.Б.Фадеева (програма "Геомехан1ка"), такох взаруб!хних розробках - наприклад програма РЬАХ1Б, розро лена голлалдськими спец!ал!стамм.

Вроцедурну основу розрахунку склада е метод по-чаткових иапр у сполученн! з методом ск1ичекних елемент1г. Метод початкових на руг е 1терац1йним процесом з пост!йною матрицею хорсткост! 1 зн! ним вектором вузлових сил.

Р1ВНЯННЯ, як! реал1эують прсцес метода початкових напр: стосовно до задач! про напружено-дефориований стан грунтового > сиву (л!сля його ск!иченио-елемевтно! Формал!зац!1), мохуть бз поданими у вигляд!:

'1+1 11 . 1 ? 1

{бе}.= {б®б¥ £ £ гг йй. , 1 Х72 1у уг гх1/а1

> е, , е е е' е е е е'еееее, {£ }.= [е г с у У у с.¿^.и V н }. -1 и г«ху"уг^гх 1ТЗ 1

компонент* напрут, в1дносних деформац!й та. переи1цень в ск!нченних елементах на 1-й ступен1 1терац!1 (на початку розрахунку це ре-зультати "прутного розв'язку" задач!);

{Л: {бР6РбР г-р б№ -

1 х у з ху п гх 12 3 1-

у з ху п

компояенти напруг, як! в!дпов!даютъ Ф1зичним умовам задач! та звдаються у вигляд! числових величин та р!внянь зв'язку з вектором {б }„•

компоненти напруг, в!дносних деФормац!й та перем!день в систем! в!д вектора сил

• {Лб}.:1*({бе}.- {бР}.) -

початков1 напруг*.

Р!вняння (14)-(15) визначають процедуру метода початкових

напруг, лка складаеться з сч!дуючиг роэрахунк1в, то викснупться на

кожному кроц1 !терац!1:

1) визначення вчх!дних компонент напруг {б }. та деФормац!й

1

{Ь г, як! отриман1 п!сля д!й пспереднього етапу ОтерацН за 1 .

р!вняннями (14)-(15);

2} визначення компонент напруг {б }.;

3) визначення вектора сия

4) вяэначення компонент напруг та деформаций 1

}. вляхом розрахунку систем« на д!в вектора сил {г],. ? 1 1 '

Вузловим моментом розв'язання нел!и!йно1 задач1 е виб1

в!дношень, як! визвачають умову текучост! 1 зв'язок м!х напруга»

прухного та прухно-пластичного розв'язк1в. Ц1 питания необх!д1

розгдядати нар!зно при р!зних формах прояву нел1н1йност1: текучос

т! при розтяганн!, пдастичних деФормац1ях при стисненн! з зеуво»

зеув! по поверхност! контакту.геолог1чних вар!в.

Беручи до увагн, що грунти слабо чинять оп1р розтяганню, щ

якому не д!с закон опору зеуву та знихуеться модуль деформаци

будемо ввахатн, що вони працюпть т!дьки на стнснення. Тому, як:

компоненти напруг {6.} включають природннй тнек р 1 в д1н1йно>

розв'язку одержано 6^)0, то приймасться б^Р-О» но в!дпов;

дае припуаенн» про безпереакодне дефорнування грунту по напряь

в!дпов1дно1 головно! напруги. При цьому друга головна напруга пс

винна задовольнятн умову:

0>б2> -2 с-со5^/(1-зшу?).

В 1ниому раз! :

. б^-р-О ' або , б^- "2-С-С05(р/(1-5Ш^} .

При просторовому напрухеному стан! аналог!чн! евмехенна встано]

Кв

летоться для напруг .

Як показни^ зб^^ост! 1терац!1 . прнйнята норма розб!хнос-сиди Еп,- ),1 , де }.- вектор розб!хност! сиди, виз-

5 1 " ■ 51

начений у в!дпов!дност1 з процедурою методу початкових напр: Б - номер вузла, ! - крок !терац!1. Дорустиме значения норми ро: б!хност! Е^ задаеться як частина (3-5Х) в!д аналог!чно! но]

ми Е д!ючого навантахення. На кохному крон! !терац!! проводить

анализ напрухеного стану в ск^енних елеиентах. визначаиться п

6-Р

чатков!" напруги g ; k( {6.1 "(6.1 ) i вектор початкових с: 111

- 16 -

[В]{Дб}|. необх!дний для побудови вектора розб!хност! грац!йний процес зак1нчуеться п!сля знихення розб!хност1 сиди встановленого р1вня або вичерпання заданого я!м1ту 1терац!й.

Розрахункова зона Фундамент1в в пробитих свердловинах показана мал. 1.

При математичному моделюванн! статичного випробування ФПС :ористову»ться континуальн! просторов! елементи трикутного пере-1У, як! моделюють грунт, зал1зобетонний Фундамент 1 втрамбований зсткий матер!ал. При цьому, як показано на схен! с!тка ск1нчен-х елемент!в згудуеться в м1сцях кокцентрац!! напруг, но дозволяе еыя докладно вивчити процес деформування основи. Кожному шару, 51леному на розрахунков!й . схем!, прнсвоюються розрахунков1 рактеристики, визначен! в процес! !нхенерно-геолог!чних досл!д-нь.'Б окрений шар вид!хяеться бетонне т!ло фундаменту, зона роз-рення, утворена втрамбуванням хорсткого матер1агу ! зона ук2.ль-ння грунту. Б залехност! в!д розм!р!в уи!льнена зона мохе бути збита на дек1лька шар!в, кохному з яхих налаяться розрахунков! рактеристики, визначен! у в!дпов1дност! э р!внянн'ями (9)-(11).

Роэрахунок фундамент!в проводиться при табличнону значенн! еф!ц1ента бокового розаирення грунту (коеф!ц!ента Пуассона) ийнятим для сугликк!в 0,35. Однак, як показують досл!дхекня, ;я грунт!в коеф!ц!снт Пуассона не с пост1йним, а залехить в!д пазника текучост! грунту. Для пор!внянкя регультат1в були прове-:н1 рограхунки, в яких коеф!ц!ент бокового розииренкя для кожного [ру визначався за формулой (Врик Я.В., Розенфельд 1.0.):

> = 0.1 -ь 0,3 (16)

>и цьому для шару грунту в якоку виконано розвирення в природ* >му стан! значения коеф!ц!ента Пуассона колквал'ось в мехах

М&ААЖА- А Ж

Кал.1. Розрахункова область фундакекту в пробкгих свердловинах, 11 членування на елеиенти та

граничк1 умовн. 1 - ствол; 2 - розаиреннв; 3 - уц1льнення.

1.24-0,32. Така зм!на привела до зб1льшення деформац!! (пунктира л!н!я на граФ1ку мал.2), яке однак стае пом!тнмм лише при 1авантаженн!, що приводить до значного роэвитку пдастячних облас-

'ахунок зм!ни коеф!ц!ента Пуассона, скллдае 10%. Розглядаючи гранки випробувань фундамент!в в пробитих свердловинах мохна в!д-1Начяти, ¡до э эб!дывенням об'ему втрамбованого песен» граф1ки ¡риймають все б!льш пологу Форму, 1 на граф!ку практично в1дсутн±П •рет!й етап - нема явно! втрати несучо1 здатност! фундаменту. Тому, !ри визначенн! несучо! здатност! Фундамент!в ущ!льнення по результатах статичних випробувань або математичного модеяювання, рекомен-.уеться за несучу здатн!сть приймати навантахення, при якому в!д-юшення прухних 1 пластичних деформац!й буде 1:1,5. При такому ЛдходД несуча здатн!сть буронабивно! пал! та фундаменту в пробной свердловин! без розаирення практично буде в!дпов!дати несуч1й |датност!, яка визначена у в!дпов!дност! з "СНиП 2.01.03-85. Свай-те Фундаменты", й при зб!льшенн! об'ему втрамбованого щебеню та-:ий метод дас б!лып точну несучу здатн!сть фундаменту на в!дм!н-|!сть в!д нормативного методу, який занихуе несучу здатн!сть.

В' четвертому розд!л! приведений анад1тичний метод розрахунку ¡есучо1 эдатност1 Фундамент1з в пробитих свердловинах з урахуван-1ям технодог!чних особливостей !х влаштування:

Визначаемо сп!вв!дношення м!х п!эосями розаирення:

■ей. Максимальне зб!льшення ос1дання, досягнуте в розрахунках за

У

сг

(17)

Рад!ус розширення визначаеться за Формулою:

. I

а

и 100 200 300 400 р,кн

Мал.2. Графики роэрахуакових (1-4) та експеринентальиих (5-7) эалсхиостей ,fнaвaвтa*eн^«я-ociдaвlïЯ,, ФПС. 1, 5 - об'сн втрамбоввного пюбеню 0.9 на; 2, 6 - 0.45 и3; 3, 7 - 0.0 и3) 4 - Суронабивна паля; 3"~ роарахуякк при У = 0.1 +0.3 Ii.

однак значения рад!уса розвмрення, яке використову еть ся в лодалъ-иих роэрахунках несучо! здатноет! фундаменту не мохе леревищувати двох рад1ус1в ствола фундаменту.

Рад1ус пояирення зоми увольнения:

в-г / **JL_iU/3)

К . Г (-] (19)

1 сг е - е . а а.тш

При розрахуиках за рад1ус ул!льнено! зони прнймаеться рад!ус эони достатнього ущ1льнення (при 1.55 т/м8).

Несуча здатнОсть фундаменту в пробкт!й саердловин! з розии-ренням в нихн!й часгин! з этраябованого яебеню виэначаеться як м!н1мальна 1з зиачень несучо! здатност!:

- Фундаменту по хорсткому- матер!алу, втрамбованому в дно

свердловинм F,..

"1 v ' - '

- грунту в мехах уцОльненоО эоии 1,„.

а2 р

- грунту природнього складу, який яОдстилас уд1льненг зону г ,„.

. d3

Приведений виде алгоритм реад!зований в програм! "TPS" для персональна* кокп'отер1в типу IBM PC за допоногсв мови програку-вання Pascal. -

Завераальнмй параграф четвертого роэд1ду мОетить опис рогра-хунку екоиом1чно! ефехтивност! та впровадхенкя фундаментов в про-битих свердлогинах в практику буд!вництва.

ОСЯОБЯ1 ВИСНОВКЯ.

На основ! проведеного комплексу ексттеркментахьннх i теорети-чних досл!дхень напрухено-деформовпиого стану систеки "фундамент в пробит!й свгрдловин! - основа" мехна эрсбити так! основк! вис-иовкя: ,

1. В npouecl влаитування фундамент1в в пробиткх стердловяках в грунт! навколо всього Фундаменту Форму стьсх ~аояа «п**в7". во

включае розтиреннн 1 зону у«!льненого грунту 1 пращое сп!льно ним, яка визначае нШн:1сть та дефоркативн!сть системи "основа Фундамент в пробит!й свердловин!". Експериментально-анал!тичн методика визначення форм 1 розм!р1в дебекевого розширення т уд!льнених зон фундаменПв в пробитих свердловинах з використан ням коеф!ц1енту активно! г.ористост! дозволяв розраховувати ц1 па раиетри з урахувачням роэм1р!в та маси трамб!вки, характеристи хорсткого катер!алу, його об'ему та к!лькост! засипок, Ф!зични властивостей грунту.

2. Розроблена методика, яка дозволяе визначати розрахунков ф!зико-механ!чн! характеристики уд!льненого грунту в будъ-як! точц! уш!льнено! зони ка основ! ветановленнн вэаемозв'язку м1 Ф!зичними та розрахунковими характеристиками Грунту. При в!дпов!д н!й обробц! ц! результати мохуть бути використан! такох ! для 1н ших вид!в фундамент!в увольнения.

3. Отриман! законон!ркост! зм1ни розрахункових характерно тик грунт? в зон! уд!дьнення дозволили провести розрахунков експерименти по математичному ноделюванню системи "ФПС-основа" використанням прухно-пдастично! модед! грунту. Порхвняннк резуль тат!в розракунк!в з результатами статичних випробувань ФПС показа ло достатню зб!жн!сть, до говорить про правильн!сть вибору модел ! п!дтвердхуе достов!рн!сть встгновлених закономерностей зм!н характеристик ущ!льненого грунту.

4. Досл!пження капруженс-дефсрмованого стану системи "ФПС-ос но«а" дозволиго оа!нити характер утворення та розвитку зон плас тичних деформац!й, розпод!л напружень в грунт! основи ! уточнит уковк раа!.онального застосування фундамент!в в пробитих свердло винах. Зопрепонований критер!й для визначекня несучо! здатност Фундамент!в в пробитих свердаовинах по результатах статични випробувань. За несучу здатн!сть фундамент!в необх!дно пркймат

навантахення, при як оку сп1вв1дноаення пру жни* i пластичних складских деформаи!й досягае в!днопення 1:1.5, це дозволяв б!лых повно використоаувати несучу здатн!сть 4>ПС.

5. Роэроблвна методика аизначвння несучо! эдатност1 Фундамен-т!в в пробитих свердховинах на д!ю вертикального навантахення, яка реал1зована в прогрдм! "FPS" для персональних 20М (нова програну-вання Pascal). Основн! полохеимя роботи ув!йвли в склад, або були враховап! при розробц! "Рекомендац!й по проектуванню та влаштуван-н» фундамент1в в витрамбуваних котлованах на глннистих та п1паних грунтах".

6. Результата досд!джень впровахден! в практику буд!вництва, по дозволило отринати економ!чиий ефект в сум! 102,4 тис. крб s ц!нах 1984 року.

Основн! положения ддсертац!йно! роботм опубл1кован1 в таких роботах:

1. В!да C.B., Зоценко Н.Л. Нел!н!йна модель основи Фундаменту в пробит!й сзердловин! // ЕФективн! буд1вельн! матер1али та конструкц!!, до використозуються при зведенн! будинк!в та споруд: Эб. наук. пр. - Ки1в УМК ВО, 1992. - с. 4-10.

2. Б1да C.B. Шляхи скорочення матерlaльних витрат п1д час оц1нки несучо! здатност! Фундакент1в в пробитих свсрдловинах методом статичного зондування // Знихення матер!алом1сткост1 та,трудо-вих затрат в- буд1зництв!: 36. наук. пр. - Ки!в УМК ВО, 1991. - с. 125-130.

3. Б1да C.B. Зведення фундамент!э на основ! э слабким п!д-стилаючим варом // Вдосконалення та впровадхення фундамент!в на г*ибинно-уи!льнвн!й основ!: Тез. доп. зонально! наук.-техн. конф. -Пенза, - 1989. - с. 36-38.

4. Б!да C.B., Б!локонь О.М. Конструктивн! особливост! та

ефективн!сть фундамент!« > пробит«г сверд л овинах // Тез. доп. Респ. наук.-техн. коиФ. "Вдоскокалення зал1зобетснних конструкции яс1 працюють на скхадн! види деФориац1й та !х впровадхення в буд!вель-ну практику". 4.2.3. -Полтава. 1989. - с.15-16.

5. Б!локонь O.K., Б!да C.B. Критерil визначення несучо! здатиост! пальових Фундамент!в по результатах статичних випробу-вань // Розрахунок та проектувания паль 1 пальових Фунда*ент1в: Пр. II Всесоюзно! конф. "Сучаси! проблем« пальового фундаментобудуванне в CPCP" ч-l. - Перм. ПП1, 1990. - с.«1-62.

в. Б!да C.B. Досл1дхення напружено-деФсрмованого стану ос-нови при статичному зоидуванн! // Тез. доп. II Всесоюзно! наук.-техн. конф. "Викорйстання досягненг нел!н!йно! механ!ки грунт!в в проектуванк! основ та фундамент!в". - Йошкар-Ола, ИИ, 1989. -c.9S-97. "

7. Пап!ро Д.М., Б!да C.B. Математичне моделивания наванта-хення паль осьоэос сил сю // Сучасн! методи розрахунку паль ! пальових фундамент!»: Пр. III и1хнародно! конф. "Проблеми пальового фундакентобудування" 4.II. - Пери, ШП, 1992. - с.26-28.

8. В!да C.B. До.питания п!двшцення якост! обробки реэульта-т!в пенетрац!! та зондування // Тез. доп. обл. наук.-техн. конф.' "1нтемсиФ1как!я буд!вельного виробництва". - Полтава, 1989. - с. 20-23.

9.'Б1даС.В. Урахування зм!ии розрахункових характеристик грунту в зон! увольнения грунту при розрахунках фундамент!в в про-битих свердловинах // Тез. доп. Респ. наук.-техн. конф. "Эфективн! фундамента, до споруяхуються без виймання грунту". - Полтава, 1991 - с.285-287. '

10. А.с, 1744194 СРСР, MKI Е 02 D 1/00. Наконечник для зондування грунт1в. /C.B. Б1да - В4767990/33; заявлено 14.12.89; опубх!козано 30.06.92. Бел. В24.