автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Исследование несущей способности двухслойного основания заглубленного фундамента

На правах рукописи

Дьяков Михаил Юрьевич

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ДВУХСЛОЙНОГО ОСНОВАНИЯ ЗАГЛУБЛЕННОГО ФУНДАМЕНТА

Специальность - 05.23.02. Основания и фундаменты, подземные сооружения

Авторефера! диссертации на соискание ученой степенн кандидата технических наук

Волгоград 2004

Работа выполнена в Волгоградском государственном архитектурно-строительном университете.

Научный руководитель. Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Богомолов А Н

доктор технических наук профессор Цветков В К кандидат технических наук, доцент Карягина В А

Ведущая организация 23 Государственный морской

проектный инстигут Министерства обороны

Зашита состоится II февраля 2005 года в 10 часов на заседании диссер1ационного совета Д212 026 01 в Волгоградском государа венном архитектурно-строительном университете по адресу

400074, г Волгоград, ул. Академическая, I, аул Б-203

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского юсу дарствен ного архитектурно-строительного университета

Автореферат разослан 11 января 2005 года

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

Л В Кукса

ЛсРЬ!

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Исследование процесса выпора грунта из под заглубленного фундамента является весьма важным с точки зрения определения его несущей способности Известная формула Н П Пузыревского для определения начального критического давления на грунт с введенными в нее коэффициентами условий работы положена в основу ' формулы СНиП для определения величины расчетною сопротивления |рунта основания Я О важности -»того вопроса говорит дискуссия на страницах журнала «Основания, фундаменты и механика грунтов», начавшаяся еще в 1996-1998 гг.

Большинство используемых в настоящее время методов расчета величины несущей способности оснований сооружений предполагают, чго основания фундамента являются однородными и изотропными Для знанию напряженно-деформированного состояния таких оснований исполыуются известные решения линейной теории упругости, в частности, решения Фламана, Митчелла, Колосова и др

Однако, известно, что в большинстве случаев основания являются неоднородными Значения напряжений в точках грунтовой среды зависят от величины отношения модулей общей деформации И„ и коэффициентов бокового давления 4о соответствующих слоев или объемов фунта Рели отношение модулей общей деформации соседствующих слоев гр\нта не превышают двух, то при всех прочих равных условиях определять величин} коэффициента устойчивости фунтового массива можно, исполыуя напряжения, найденные из решения задач теории упругости для однородных областей Если И\1Нг>1, то этого делать нельзя

Очевидно, что данное положение может быть отнесено к вопросу об определении несущей способности неоднородного, в частное ш двухслойного основания

Актуальность вопроса о прогнозе несущей способности двухслойного основания усугубляется тем, что в любой момент времени вследствие действия природных факторов (промррзани^ затлгапг.ыие, подтопление и т д )

СОС НАЦИОНАЛЬНАЯ I БИБЛИОТЕКА I

сямит * оэ й |

любое однородное основание может превратиться, по крайней мере, в двухслойное. Это, в свою очередь, может вызвать необходимость усиления фундаментов Процедура эта достаточно длительная, связанная с затратами большого количества материальных и трудовых ресурсов и нарушением нормальной эксплуатации существующих зданий

Целью диссертационной работы является создание инженерного метода расчета несущей способности двухслойного основания фундамеша мелкого заложения на основе анализа напряженно-деформированного состояния грунтового массива и учета максимального количества определяющих его факторов.

Для достижения поставленной в диссертационной работе цели необходимо

1) определить диапазоны изменения величин, определяющих величину нес\щей способности двухслойного основания, при которых расче! ею устойчивое ¡и может быть без особой погрешности (не более 5 %) проведен 1ак же, как и для однородного, и исключить их из области допустимых значений переменных величин;

2) для каждой рассматриваемой в работе величины интенсивности внешней нагрузки определить толщину рабочего слоя грунта основания /?,„.,ч. когда максимальное значение величины отношения /'УЛ'г будет искажать поля напряжений в верхнем слое основания по сравнению с однородным не более чем на 5 %,

3) разработать расчетные схемы метода конечных элементов, отработав соответствующие граничные условия;

4) получить графоаналитические зависимости величины коэффициент устойчивости К грунтового основания

а) о г величины отношения ширины фундамента к глубине его заложения 2ЫИ\

б) величины интенсивности внешнего воздействия </,

в) величины отношения модулей обшей деформации рабочею и ниже лежащего слоя фунта ЛУА'г;

; «*:>,»> .. т«}1»н I '

I) численных значений физических свойств фунта (угла внутреннего трения (р, удельного сцепления С, давления связанное!и с^, коэффициента бокового давления грунта £<>);

5) построить графики и вывести формулы, позволяющие реализовывать инженерный метод,

6) формализовать разработанный инженерный метод расчета несущей способности двухслойного основания в компьютерную программу,

7) проверить достоверность результатов, полученных при помоши разработанного инженерного метода путем проведения поверочных расчетов и сопоставления результатов расчетов с экспериментальными данными и данными о поведении реальных объектов

Достоверность результатов исследований, выводов и рекомендаций диссертационной работы обусловлены

1) теоретическими предпосылками, опирающимися на фундаментальные положения методов конечных элементов и теории функций комплексного переменного, теории упругости, пластичности, наследственной ползучести, механики фунтов и инженерной I оологии,

2) удовлетворительной сходимостью результатов моделирования процессов разрушения оснований моделей фундаментов с результатами теоретических исследований при различных значениях параметров внешней нагрузки и физико-механических свойств эквивалентного материала,

3) сходимостью результатов теоретических исследований с данными натурных наблюдений и опытов, проведенных независимо от нас другими авторами

Научная новизна диссертационной работы:

I Определены границы изменения расчетных параметров, при которых расчет величины несущей способности двухслойного основания может быть без особых погрешностей выполнен так же, как и для однородного.

2 По всей видимости, впервые вычислительным путем получены зависимости величины несущей способности двухслойного основания фундамента мелкого заложения от подавляющего большинства факторов, определяющих устойчивость последнего, которые составили базу данных при разработке соответствующего инженерного метода

3 Представлен инженерный метод расчета несущей способности двухслойного основания, позволяющий учесть достаточно большое количество факторов, определяющих устойчивость последнего

4 Предложена компьютерная программа для 1ВМ-совместимы\ компьютеров, формализующая расчетный метод

Практическая значимость работы Диссертационная работа является частью научных исследований, проводимых на кафедрах ароительных конструкций, оснований и надежное ж сооружений и информатики и вычислительной математики ВолгГАСУ в 2001 2004 и

Полученные в процессе компьютерного моделирования графоаналитические зависимости и построенная на их базе компьютерная про1 рамма могут быть использованы в процессе

1) расчета величины предельно допустимых и критических нагрузок на этапе проектирования сооружения,

2) прогноза поведения основания сооружения вследствие решого изменения физико-механических свойств грунтов, обусловленною различными природными явлениями,

3) проверки надежности основания сооружения при проведении ею ремонта и реконструкции (увеличения этажности, полезных нагрузок, реконструкции и усиления фундаментов и оснований и т д ) при условии что основание является двухслойным,

4) учебных занятий (курсового и дипломного проектирования) на соответствующих кафедрах строительных вузов.

Апробация работы. Основные результаты данной диссертационной работы докладывались, обсуждались и опубликованы в материалах ежегодных научно-технических конференциях ВолгГАСУ (2001-2004

гг); III Международной научно-технической конференции «Надежность и долговечность строительных материалов и конструкций» (Волгоград, 2003 г.), Научно-технической конференции Кубанского государственного аграрного университета (Краснодар, 2003 г); Научно-технической конференции «Региональные технологические и экономико-социальные проблемы развития строительного комплекса Волгоградской области» (Волгоград, 2003 г); Каспийской международной конференции по геоэкологии и геотехнике (Азербайджан, Баку, 2003 г), Волгоградском центре научно-технической информации (Волгоград, 2004 г); научно-методических семинарах кафедры информатики и вычислительной математики ВолгГАСУ.

Личный вклад автора заключается

1) в отработке и обосновании выбора расчетных схем метода конечных элементов и соответствующих граничных условий,

2) проведении компьютерного моделирования процессов нагружения двухслойного основания, анализе и обработке их результатов, получении аппроксимирующих зависимостей;

3) разработке алгоритма расчета величины несущей способности двухслойных оснований фундаментов мелкого заложения в зависимости от всех рассмотренных в настоящей работе факторов; формализации этого алгоритма в компьютерную программу;

4) проведении экспериментальных исследований на моделях, сопоставительных расчетов и обработке результатов, полученных другими авторами, что позволило сделать вывод о достоверности результате настоящей диссертационной работы

На защиту выносятся:

1 Результаты компьютерного моделирования процесса нагружения и последующего разрушения двухслойного основания ленточною фундамента мелкого заложения и построенные на их основе графоаналитические зависимости.

2. Вновь выявленные закономерности процесса разрушения двухслойного основания.

3. База данных и компьютерная программа, позволяющая вычисляв величину несущей способности двухслойного основания для любого сочетания реальных значений физико-механических свойств фунта основания, геометрических параметров фундаментов и интенсивности внешнего воздействия, рассмотренных в настоящей работе.

4 Результаты внедрения рекомендаций диссертационной работы в практику строительства.

Результаты научных исследований внедрены:

1 В учебном процессе на кафедрах строительных конструкций, оснований и надежности сооружений и информатики и вычислительной математики Волгоградского государственного арчитекгурно-строигельного университета при изучении курса «Механика трунгов» курсовом и дипломном проектировании; в научно-исследовательской работе аспиратов

2 При строительстве объекюв («Закрытая насосная для подачи \iajyia» ги1 4/1, «Открытая насосная станция для подачи мазута» тиг 4/2, «Технологическая эстакада ТСЗ») распределительно-перевалочного комплекса нефтепродуктов «ЛУКОИЛ-П» 1 Высоцк Лениж раде кой области

3 При возведении резервуара статического отстоя объемом 5000 м' нефтеналивного терминала «Балтийская трубопроводная система» I Приморск Ленинградской области.

Публикации. Основные положения диссертационной рабо1ы опубликованы в 7 научных статьях

Структура и объем работы. Диссертационная работа состой! и >, введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы н приложений общим объемом 165 страниц; включает в себя 39 рисунков и 18 таблиц

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ведении обосновывается актуальность задачи исследования несущей способности неоднородных оснований фундаментов мелкого заложения Здесь же сформулирована цель диссертационной работы и основные лапы ее достижения, указаны научная новизна работы, практическая значимость, апробация работы, основные положения, выносимые на защиту Также представлены данные о практическом внедрении и список основных публикаций автора

Первая глава диссертационной работы посвящена обоснованию выбора темы диссертационной работы, анализу существующих методов расчега величины несущей способности оснований ленточных фундаментов мелкого заложения и выбору на этой основе метода, который будет испольюван и диссертационной работе в качестве расчетного

Вопросам исследования несущей способности оснований ленточныч фундаментов мелкого заложения посвящены многие работы А К Бугрова, А.Н Богомолова, С С Вялова, АЛ Гольдина. М Н Гольдштейна, М И Горбунова-Посадова, Ю.К. Зарецкого, А Л Крыжановского и Г М Ломизе, М.В Малышева, Ю.Н Мурзенко, В Н Николаевского, В И. Соломина, В Н Широкова, В В Соколовскою, АС Строганова, ЗГ Тер-Мартиросяна, ИВ Федорова, В.К Цвет ко ва Н А Цытовича и многих других отечественных ученых

Весом вклад в дело развития методов решения задач о несущей способности оснований сооружений и зарубежных ученных К Akai, R Hilscher, Н Lundgren и К Mortensen, G Tschbatarioff, R F Scoft, Z. Mroz и других

На основе анализа современных методов расчета величины несущей способности (коэффициента устойчивости К) основания ленточного фундамента мелкого заложения был сделан вывод о том, что для определения величины К двухслойного основания целесообразно использовать метод конечных элементов (МКЭ) для вычисления напряжений

в точках неоднородного грунтового массива и методику проф В К Цветкова для построения наиболее вероятной поверхности выпора грунта

Такой подход, впервые предложенный А Н Богомоловым и Д.Г1. Торшиным для однородного основания, выгодно отличается тем, что при определении напряженно-деформированного состояния основания, а. значит, и при вычислении его коэффициента устойчивости, учитываются коэффициенты бокового давления с,,, и модули общей деформации /;0 слоев основания, их объемный вес и сдвиговые характеристики При этом не используегся гипотеза о треугольной форме упругого фунтового ядра, а форма и положение наиболее вероятной поверхности выпора (НВПВ) не принимаются заранее известными

Во в юрой главе диссертационной работы дано краткое описание компьютерной профаммы, разработанной в Волгофадском государственном архитектурно-строительном университете (авторы А Н Богомолов А Н Ушаков, А В Редин), иллюстрированы ее возможности и сделан вы вол о целесообразности использования этой профаммы при решении задач поставленных в диссертационной работе

Используемая компьютерная профамма реализует процедуру МКЭ для отыскания численных значений напряжений в точках фунтового массива Это значит, что полубесконечная фунтовая среда заменяется дискретной областью конечного размера, что не может не наложить отпечатка на результат проводимых вычислений Поэтому нами разработана методика определения фаничных условий, накладываемых на конечно-элементную расчетную схему

Эта методика заключается в том, что проводится сопоставление численных значений компонент полного напряжения стг, а, и тх( в точках грунтового массива, расположенных в активной зоне фундамента, вычисленных двумя способами: при помощи метода конечных элементов (МКЭ) и на основе аналитического решения соответствующей задачи теории упругости методами теории функций комплексного переменного Накладывая те или иные граничные условия (в силах или перемещениях) на

расчетную схему МКЭ, добиваемся того, чтобы все три компоненты полного напряжения в рассматриваемых точках, вычисленные на основе МКЭ и МТФКП, отличались друг от друга в среднем не более чем на 5 %

Лишь после такой отработки размеров расчетной схемы, степени ее дискретизации и накладываемых на нее граничных условий начинается процесс компьютерного моделирования.

В этой-же главе на основе анализа содержания действующего СНиП и других нормативных документов установлены диапазоны изменения значений расчетных параметров (всех, кроме напряжений, вычисляемых на основе реализации процедуры МКЭ), входящих в правую часть формулы (I)

К ./(ог, а„; тп,, с, <р; ИХШ2, Ъ, 2Л А, <?) (I)

Области допустимых значений этих параметров приведены в диссертационной работе

Оказалось, что число сочетаний всех возможных численных значений параметров, входящих в формулу (I) составляет 3750 Таким образом, создание базы данных для решения поставленной задачи требует определения (вычисления) численных значений коэффициентов устойчивости для 3750 вариантов расчетных схем.

Отметим, что в диссертационной работе принята базовая расчетная схема, предполагающая, что границы слоев фунта основания горизонтальны, а фундамент является абсолютно жестким

Очевидно, что в неоднородном основании, если толщина рабочего слоя грунта /1„ич, в котором устраивается ленточный фундамент, достаточно велика, то физико-механические свойства слоев фунта, расположенных ниже, не будут оказывать влияния на напряженно-деформированное состояние активной зоны фундамента, а, следовательно, и на величину несущей способности основания В этом случае расчет двухслойного основания можно проводить так же, как для однородного

В диссертационной работе установлены значения причем за

критерий определения принято условие, что величина отношения ЛУЛг

искажает поля напряжений в верхнем слое основания по сравнению с однородным не более чем на 5 % (выполнен расчет более 1000 вариантов)

Для того чтобы наши исследования устойчивости двухслойного фунтового основания соответствующим образом соотносились с расчетами по второй группе предельных состояний, вертикальные напряжения а-приняты за ориентир при определении величины /?,„.,-, т к именно эти напряжения являются определяющими при расчете осадок

Анализ этих результатов расчетов показал, что изменение численных значений компонент напряжений аг более чем на 5 % значительно меняа величину коэффициента устойчивости основания, а величина предельно допустимой нафузки может меняться на 10-52 %

Считаем необходимым отметить интересный результат, полученный при проведении вычислений величины Итт Сколь бы малой ни была толщина рабочего слоя грунта, наиболее вероятная поверхность выпора практически никогда не прорезает нижний слой основания Следовательно, на величину коэффициента устойчивости двухслойного основания не оказывают влияние углл внутреннего трения <р и сцепление С нижнего слоя грунта Поэтому они в дальнейшем исключаются нами из рассмотрения Однако, величину отношения модулей общей деформации И\1к2, как нами установлено. V читывать необходимо

Третья глава диссертационной работы посвящена компьютерном\ моделированию процесса нагружения и последующего разрушения двухслойного фунтового основания, в результате которого определены графо-аналитические зависимости коэффициента устойчивости К основания от численных значений параметров, входящих в правую часть формулы (I), и величины (1„1ач

Для установления этих зависимостей проведены вычисления значений К при условии, что толщина рабочего слоя И принимает значения И 1,0, 0,75, 0,5, для всех рассматриваемых в настоящей работе величин

переменных параметров, входящих в правую часть формулы (I) и определенных в предыдущей главе диссертационной работы

Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о том, что разница численных значений коэффициентов устойчивости однородного и двухслойного основания, при всех прочих равных условиях, и меняется в пределах от 5 до 30 %, а в отдельных случаях достигает 102 %, что говорит о необходимости учета при расчете несущей способности неоднородного строения основания

Выполнен расчет для 1680 вариантов расчетных схем, т.к результаты исследований, описанных во второй главе диссертации, позволили уменьшить объем вычислительной работы, необходимой для создания базы данных, примерно в два раза.

Сокращение объема вычислительной работы произошло также потому, что нами установлено для каждого рассматриваемого в диссертационной работе варианта расчетной схемы такое значение интенсивности внешнего воздействия (¡ггап1 что если выполняется условие то отличие численных

значений компонент полного напряжения в соответствующих точках однородного и слоистого основания, при всех прочих равных условиях, не будет превышать 5 %. Это означает, что в этих, случаях величин} коэффициента устойчивости двухслойного основания можно вычислять как для однородного.

Графики зависимостей вида <уГО1„ ([2Ь А,) приведены на рис 1 На рис 2-6 в качестве примеров приведены графические зависимости коэффициента устойчивости двухслойного основания от численных значений переменных параметров, входящих в формулу (1)

Отметим, что все без исключения графические зависимости, полученные после обработки результатов проведенных (как отмечалось выше) 1680 вычислений величины коэффициента устойчивости двухслойного основания, помещены в приложение к диссертационной работе

2 й/Л,

Рис. 1. Графики зависимое гей вила утт--/\2Ь/11,)

<Р

9

'maxi

м

11,0

Рнс. 5. График зависимостей вида hm„-ß,EJEj)

E\!Ei

Графические зависимости, помещенные в приложение к диссертационной работе, составили базу данных, использование которой в совокупности с методом линейной интерполяции, позволяет определять величину коэффициента устойчивости двухслойного основания ленточного фундамента мелкого заложения, находящегося под действием равномерно-распределенной нагрузки, для любого рассмотренного в диссертационной работе сочетания численных значений переменных параметров правой части формулы (2), используя эмпирическую зависимость

(/VMW)' (</-38)) • ((I ,-//))), (2)

где Др. /(<,,, //а, Лч„ А,м коэффициенты, численные значения которых приведены в табл 4 и 5

Процедура эта весьма громоздка и трудоемка Для того чтобы исключить вошожные ошибки при ее проведении, повысить точность вычислений и до минимума сократить необходимое для них время, нами, на основе созданной базы данных, разработана программа для IBM-совместимых компьютеров, позволяющая реализовать предложенный инженерный метод для любых возможных сочетаний численных значений переменных параметров из области их допустимых значений

Таблица 4

Коэффициенты Е,!Ег

1/10 1/6 1/3 10/6 10/3 10/1

В, 0,588 0,591 0,609 0,591 0,650 0,698

А, 0 154 0,152 0,155 0,129 0,131 0,139

А„ 0,028 0,027 0.023 0,022 0,022 0,022

-0,00030 -0,00024 -0,00014 0,00019 -0,00019 -0,00020

Аф -0,00146 -0,00142 0,00143 -0.00121 -0.00113 -0.00148

Таблица 5

Ег/Ег Я. т/м2

38 56 76

Л* Аьч 4ч.- 1 Ьып

1/10 0,01290 5,84 0,00389 7,30 0,00298 8,5 (

1/6 0,01066 5,31 0,00365 6,74 0,00326 7,92

1/3 0,00893 3,80 0,00748 5,22 0,00373 6,35

10/6 -0,00948 2,00 -0,01387 2,69 -0,01024 3,62

10/3 -0,01215 5,48 -0,00728 7,03 -0,00619 8,41 11,89

10/1 -0,01084 8,38 -0,00672 10,28 -0,00395

В четвертой главе диссертационной работы проводится сопоставление результатов вычисления величины коэффициента устойчивости основания фундамента мелкого заложения, полученных при использовании предлагаемого инженерною метода и методики, регламентируемой СНиП 2 02 01-83* «Основания зданий и сооружений»

В табл 6 приведены результаты такою сравнения' численные значения коэффициентов устойчивости, вычисленных согласно положениям действующего СНиП на 8,67-53,84% меньше полученных на основе предложений, сделанных в диссертационной работе

Таблица 6

№ п. п. Характеристики основания Коэффициент устойчивости К

по СНиП 2.02.01-83* (К) по разработанному методу (1С,) ЛА, %

1 ~2 2А/Л=0,25, £,/£,=1/6. Г=38 т/м3, у=2 т/м\ £.=0,75, о„-10,ф=20°,йм--5,31 м 4,63 5,705 -18,8%

2Мк=0,25, £1/£2=1/3, 4=56 т/м2, у=2 т/м\ £.=0,75, ая,= 15,ф=15°,Ли=5,22м 2,14 4,636 -53,84%

3 2АЛ=0,25, £!/£,=10/6, ?-56 т/мг, у=2 т/м3, £.=0,75, о„=6, ф=10°, А«=2,69 м 0,978 1,444 -31,97%

4 2Ь/к=0,25, £,/£2=10/3, 4Г=38 т/м2, г=2 т/м', 4»=0,75, ст„=5, <р=10°, А»-5,48 м 1,631 1.785 -8,67%

Далее приводится сопоставление линий токов в слое слабого фунта, подстилаемого твердым слоем, при его выпоре из-под абсолютно твердого штампа, полученных С С Вяловым и А Л Миндичем экспериментальным путем, с линиями, построенными для аналогичных условий согласно методике, используемой в диссертационной работе в качестве расчетной

Не трудно видеть, что линии тока, полученные экспериментальным путем, при наложении будут практически совпадать с построенными нами

Рис. 7. Траектории перемещения точек грунта по опытам С С Вялова и А Л Мнндича АСА и ВСВ - границы неподвижных зон, ЭО - линии токов

т

, \ \ \ \ \ -V —/\ЧЧЧЧ 0 ^л 4

-- '- -- и ■ '///.'/////У / '// Ч-чЧЧЧ'СчЧ«^4

< Чччх

' * ос

; V -^/уу / -^^^с*//^/'/ '.'.'У/у////?

Рис. 8. Углы наклона а наиболее вероятных площадок сдвиг-а

С целью проверки достоверности результатов, получаемых при использовании предлагаемого инженерного метода и компьютерной программы, проведены экспериментальные исследования процесса разрушения основания в лаборатории кафедры информатики и вычислительной математики Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета

Лабораторная установка состоит из деревянного лотка с прозрачной передней стенкой размерами 1200x300x650 мм; тарированного динамометра ДОСМ 3-02, набора металлических пластин, имитирующих фундамент, и рычажно-винтовой системы, передающей нагрузку на модель фундамента

В качестве эквивалентного материала (материала модели основания) использована смесь песка средней крупности и машинного масла

Сдвиговые характеристики смеси, определенные при помощи сдвигового прибора ВСВ-25 следующие приведенное давление связности сты, ('(у/г,Г£ф) '=0,65, <р=12°. Удельный вес у-1,5 т/м1 определен стандартным способом, а величина коэффициента бокового давления, определенная методом К Терцаги, путем протаскивания вертикально и горизонтально расположенной металлической линейки сквозь исследуемый материал, оказалась приблизительно равной 0,5

Таблица 7

X» опыта Значение критической нагрузки в опыте ц„ т/м2

2Ь/к -3, А„„«=Л 2Ь/к =5, 2Ь/И -6, Л™,-/»

1 8,01 7,33 7,13

2 7,70 7,61 7,43

3 7,56 7,84 6,97

4 8,23 7,46 6,80

5 7,81 7,38 7,48

6 7,96 7,08 7,29

Ср значение нагрузки, (по опытам) <7„пыг 7,88 7,45 7,18

Расчетное значение нагрузки Чг 8,50 8,20 8,00

/V/, % 7,31 % 9,15% 10,15%

Неоднородность основания достигалась различной степенью уплотненности слоев эквивалентного материала

Всего выполнено три серии по 6 опытов каждая Суть их состояла в определении величины интенсивности внешней нагрузки, при которой происходит выпор грунта из-под модели фундамента Естественно, чю данной величине интенсивности внешнего воздействия соответствует расчетная величина коэффициента устойчивости К= 1

Анализ данных, приведенных в табл 7, показывает, чю численные значения величин интенсивности разрушающей равномерно распределенной нагрузки, полученные опытным путем и на основе расчета по предлагаемому методу, отличаются друг от друга на 7,31 -10,15 %

В приложении приведены графические зависимости величины коэффициента устойчивости двухслойного основания от численных значений переменных параметров, рассмотренные в диссертационной работе и таблицы соотве1Ствующи\ численных значений, которые составляют базу данных представленной компьютерной программы

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1 Для исследования напряженно-деформированного состояния двухслойного основания целесообразно использовать метод конечных элементов с предварительной отработкой граничных условий, накладываемых на конечно-элементную расчетную схему, на основе использования аналитических решений первой основной задачи теории упругости методами теории функций комплексного переменного, а для построения наиболее вероятной поверхности выпора и вычисления соответствующего значения коэффициента устойчивости методику проф В К Цветкова

2 Установлено, что если толщина рабочего слоя грунта достаточно велика' а интенсивность внешнего воздействия меньше

определенного нами значения <у«/шш, то расчет двухслойного основания может проводиться так же, как и для однородного

3 Сколь бы малой ни была толщина рабочего слоя грунта (особенно, когда 2Ь /)>0,5), наиболее вероятная поверхность выпора практически никогда не прорезает нижний (второй) слой двухслойного основания Следовательно, на величину коэффициента устойчивости двухслойного основания не оказывают влияние угол внутреннего трения <р и сцепление с нижнего слоя грунта Однако, величину о г ношения модулей общей деформации Е\Н'.г, как нами установлено, учитывать необходимо Установлено, что учет слоистого строения основания изменяет величину коэффициента устойчивости на 5-30 %, а в отдельных случаях это изменение может достигать 102 %.

4 На основе анали¡а результатов компьютерного моделирования процессов нагружения и ра ¡рушения двухслойного грунтового основания получены графические зависимости величины коэффициента устойчивости основания от численных значений переменных параметров, определяющих его несущую способность Установлено что зависимости вида К- Дер), А'-/(сс„) и КЧ{ф легко и с достаточной для практики степенью точности аппроксимируются прямыми линиями, в то время как зависимости вида К=ЦИ), К /(/,'|//:1), А.шч^Л^!/''-:) и '/1Ш„=/(2А Ь,} имеют довольно сложный вид

5 Полученные графические зависимости легли в основу предложенного инженерного метода расчета несущей способности двухслойного основания ленточного фундамента мелкого заложения Они также составили базу данных компьютерной профаммы, в которой этот метод формализован

6 Экспериментальная проверка резулыатов, получаемых при помощи анонсированного инженерного метода и компьютерной программы, показала, что они с достаточной степенью точности совпадают с результатами эксперимента Сопоставление численных значений коэффициентов устойчивости двухслойных оснований, вычисленных на основе положений действующего СНиП и предлагаемого инженерного метода, показывает, что для рассмотренных в работе примеров они отличаются на 8,67-53,84 %

Причем, расчет по СНиП дает меньшие значения Л" Сопоставление экспериментально полученных С С Вяловым и A JI Миндичем линий тока в двухслойном основании при ею выпоре из-под абсолютно твердого игтампа, с линиями, построенными нами для аналогичных условий, показало их практически полное совпадение

7 На основании выше изложенного можно утверждать, что разработанный инженерный метод и созданная на ei о основе компьютерная программа адекватно отражают работу двухслойного основания и могут быть рекомендованы для практического применения

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих pa6oiax:

1 Богомолов А.Н. Постановка ¡адач и об устойчивости оснований вблизи подземных коммуникаций / АН Богомолов, МЮ Дьяков, В И Филатов // Надежность и долговечность строительных материалов и конструкций Материалы III Междунар науч -техи конф Ч П/ВолгГАСА-Волгоград, 2003. - С 183-189

2 Постановка задачи о прогнозе несущей способности двухслойного основания /АН Богомолов. М Ю Дьяков, В И Филатов, И И Никитин // Сб науч гр /КГАУ Краснодар. 2003 - С 183-189

3 Богомолов А.Н. Раечек несущей способности слоистого основания заглубленного фундамента при фиксированной его ширине / А Н Богомолов, М Ю Дьяков//Труды каспийской международной конференции по геоэкологии и геотехнике - Баку, 2003 - С 106-109

4 Дьяков М.Ю. Расчет несущей способности двухслойного основания / М Ю Дьяков // Региональные технологические и экономико-социальные проблемы развития строительного комплекса Волгоградской области Материалы научно-технической конференции, г Михайловка Ч 1 Вол! оград, 2003 - С 158-166

5 Дьяков М.Ю. Инженерный метод расчета устойчивости двухслойного основания фундамента мелкого заложения / МЮ Дьяков // Региональные технологические и экономико-социальные проблемы развития

строительного комплекса Волгоградской области • Материалы научно-технической конференции, г Михайловка Ч 1. - Волгоград, 2003 -С. 174-177.

6. Компьютерная программа для расчета несущей способности двухслойного грунтового основания фундамента мелкого заложения / А Н Богомолов, М.Ю , Нестратов, М Ю Дьяков, О.В Ермаков / Информационный листок № 51-119-04 / ВЦНТИ Волгоград, 2004

7 Компьютерная программа для расчета несущей способности двухслойного фунтового основания фундамента мелкого заложения / А Н Богомолов, М.Ю Несфатов, М Ю Дьяков, О В Ермаков Информационный листок № *Ч-117-04 / ВЦНТИ - Волгоград, 2004

В работах [1, 2] автором обосновывается схема для расчета несущей способности основания фундаментов и выполнена постановка задачи В работе [3] представлены промежуточные результаты исследований' фаницы мощностей рабочего слоя, когда необходимо учитывать слоистость оснований, фафики напряжений в грунтовом массиве, сравнение несущей способности однородных и слоистых оснований В работах [4, 5] - анализ полученных результатов (графических зависимостей), разработка инженерного метода расчета В работе {(> 7] описываются компьютерные программы, разработанные при непосредственном участии автора, в которых формализован инженерный метод расчета несущей способности двухслойного основания лет очного фундамента мелкого заложения.

Дьяков Михаил Юрьевич

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ДВУХСЛОЙНОГО ОСНОВАНИЯ ЗА1 Л> БЛ ЕННОГО ФУНДАМЕНТА

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

на правах р\ копнен Отвепмвснныи за вытек Л В К)кса

Печат ь трафаретная Формат ЪО х 84 / 16 Уел печ л 1,4 Тираж ИОэкз Заказ .4° ¿50

I

?

ï

í

1

í

I

! [

4 «

»-1244

РНБ Русский фонд

2005-4 48117

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ОСНОВАНИЙ ЗАГЛУБЛЕННЫХ ФУНДАМЕНТОВ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

1.1. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ТЕМЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

1.2. ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ВЕЛИЧИНЫ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ОСНОВАНИЙ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ. ВЫБОР РАСЧЕТНОГО МЕТОДА.

1.2.1. Методы основанные, на определении глубины развития областей пластических деформаций.

1.2.2. Методы, основанные на построении поверхности выпора грунта. ^

1.3. ВЫБОР РАСЧЕТНОГО МЕТОДА.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1.

ГЛАВА 2. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ (ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ) ДВУХСЛОЙНОГО ОСНОВАНИЯ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ.

2.1. ОПИСАНИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ ПРОГРАММЫ, ИСПОЛЬЗУЕМОЙ В ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ.

2.2. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНИЧНЫХ УСЛОВИЙ, НАКЛАДЫВАЕМЫХ НА РАСЧЕТНУЮ СХЕМУ МКЭ.

2.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА НЕСУЩУЮ СПОСОБНОСТЬ ОСНОВАНИЯ ЛЕНТОЧНОГО ФУНДАМЕНТА, И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ИХ ЧИСЛЕННЫХ ЗНАЧЕНИЙ

2.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МИНИМАЛЬНОЙ ТОЛЩИНЫ РАБОЧЕГО

СЛОЯ.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА ВЕЛИЧИНУ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ДВУХСЛОЙНОГО ОСНОВАНИЯ ФУНДАМЕНТА МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ.

3.1. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТОЛЩИНЫ РАБОЧЕГО СЛОЯ НА ВЕЛИЧИНУ КОЭФФИЦИЕНТА УСТОЙЧИВОСТИ ДВУХСЛОЙНОГО ГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ.

3.1.1. Влияние угла внутреннего трения.

3.1.2. Влияние величины давления связанности.

3.1.3. Влияние величины интенсивности внешней нагрузки.

3.1.4. Влияние мощности рабочего слоя.

3.1.5. Влияние величины отношения модулей общей деформации слоев основания на величину его коэффициента устойчивости и йтах.

3.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ НАЧАЛЬНОЙ НАГРУЗКИ.

3.3. ИНЖЕНЕРНЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА ВЕЛИЧИНЫ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ДВУХСЛОЙНОГО ГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ

ЗАГЛУБЛЕННОГО ФУНДАМЕНТА.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3.

ГЛАВА 4. СОПОСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ С РЕЗУЛЬТАТАМИ РАСЧЕТОВ И ЭКСПЕРИМЕНТОВ, ПРОВЕДЕННЫХ НАМИ И СТОРОННИМИ АВТОРАМИ.

4.1. СОПОСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТА НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ОСНОВАНИЯ ПРЕДЛАГАЕМЫМ ИНЖЕНЕРНЫМ МЕТОДОМ И НА ОСНОВАНИИ ДЕЙСТВУЮЩИХ СНиП.

4.2. СОПОСТАВЛЕНИЕ ЛИНИЙ ВЫПОРА ГРУНТА.

4.3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗНАЧЕНИЙ ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМОЙ НАГРУЗКИ НА ДВУХСЛОЙНОЕ ОСНОВАНИЕ

ФУНДМЕНТА МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4.

Актуальность темы диссертации. Исследование процесса выпора грунта из под заглубленного фундамента является весьма важным с точки зрения определения несущей способности последнего. Известная формула Н.П. Пузыревского для определения начального критического давления на грунт с введенными в нее коэффициентами условий работы положена в основу формулы СНиП для определения величины расчетного сопротивления грунта основания R. О важности этого вопроса говорит и дискуссия на страницах журнала «Основания, фундаменты и механика грунтов», начавшаяся еще в 1996-1998 гг.

Большинство используемых в настоящее время методов расчета величины несущей способности оснований сооружений предполагают, что основания фундаментов являются однородными и изотропными. Для анализа напряженно-деформированного состояния таких оснований используются известные решения линейной теории упругости, в частности, решения Фламана, Митчелла, Колосова и др.

Однако, известно, что в большинстве случаев основания являются неоднородными. Значения напряжений в точках грунтовой среды зависят от величины отношения модулей общей деформации Е0 и коэффициентов бокового давления соответствующих слоев или объемов грунта. Если отношение модулей общей деформации соседствующих слоев грунта не превышает двух, то при всех прочих равных условиях определять величину коэффициента устойчивости грунтового массива можно, используя напряжения, найденные из решения задач теории упругости для однородных областей. Если Е{1Е2>2, то этого делать нельзя [5].

Очевидно, что данное положение может быть отнесено к вопросу определения несущей способности неоднородного, в частности двухслойного основания.

Актуальность вопроса о прогнозе несущей способности двухслойного основания усугубляется тем, что в любой момент времени вследствие действия природных факторов (промерзание, затопление, подтопление и т.д.) любое однородное основание может превратиться, по крайней мере, в двухслойное, что, в свою очередь, может вызвать необходимость усиления фундаментов. Процедура эта достаточно длительная, связанная с затратами большого количества материальных и трудовых ресурсов и нарушением нормальной эксплуатации существующих зданий.

Целью диссертационной работы является создание инженерного метода расчета несущей способности двухслойного основания фундаментов мелкого заложения на основе анализа напряженно-деформированного состояния грунтового массива и учета максимального количества определяющих его факторов.

Для достижения поставленной в диссертационной работе цели необходимо:

1) определить диапазоны изменения величин, определяющих величину несущей способности двухслойного основания, при которых расчет его устойчивости может быть без особой погрешности (не более 5 %) проведен так же, как и для однородного, и исключить их из области допустимых значений переменных величин,

2) для каждой рассматриваемой в работе величины интенсивности внешней нагрузки определить толщину рабочего слоя грунта основания Лтах, когда максимальное значение величины отношения Е\/Ег будет искажать поля напряжений в верхнем слое основания по сравнению с однородным не более чем на 5 %,

3) разработать расчетные схемы метода конечных элементов, отработав соответствующие граничные условия,

4) получить графоаналитические зависимости величины коэффициента устойчивости К грунтового основания: а) от величины отношения ширины фундамента к глубине его заложения 2b/h3; б) величины интенсивности внешнего воздействия q\ в) величины отношения модулей общей деформации подстилающего и ниже лежащего слоя грунта Е\/Ег, г) численных значений физических свойств грунта (угла внутреннего трения ф, удельного сцепления с, давления связанности стсв, коэффициента бокового давления грунта

5) разработать формулы и представить графики, позволяющие реализовывать инженерный метод,

6) формализовать разработанный инженерный метод расчета несущей способности двухслойного основания в компьютерную программу,

7) проверить достоверность результатов, полученных при помощи разработанного инженерного метода, путем проведения поверочных расчетов и сопоставления результатов расчетов с экспериментальными данными и данными о поведении реальных объектов.

Достоверность результатов исследований, выводов и рекомендаций диссертационной работы обусловлена:

1) теоретическими предпосылками, опирающимися на фундаментальные положения методов конечных элементов и теории функций комплексного переменного, теории упругости, пластичности, наследственной ползучести, механики грунтов и инженерной геологии;

2) удовлетворительной сходимостью результатов процесса разрушения моделируемых оснований фундаментов с результатами теоретических исследований при различных значениях параметров внешней нагрузки и физико-механических свойств эквивалентного материала;

3) сходимостью результатов теоретических исследований с данными натурных наблюдений и опытов, проведенных независимо от нас другими авторами.

Научная новизна диссертационной работы состоит в том:

1) что определены границы изменения расчетных параметров, при которых расчет величины несущей способности двухслойного основания может быть без особых погрешностей выполнен так же, как однородного;

2) по всей видимости, впервые вычислительным путем получены зависимости величины несущей способности двухслойного основания фундамента мелкого заложения от подавляющего большинства факторов, определяющих устойчивость последнего. Полученные зависимости составили базу данных при разработке соответствующего инженерного метода;

3) представлен инженерный метод расчета несущей способности двухслойного основания, позволяющий учесть достаточно большое количество факторов, определяющих устойчивость грунтового массива;

4) предложена компьютерная программа для IBM-совместимых компьютеров, формализующая расчетный метод.

Практическая значимость работы. Диссертационная работа является частью научных исследований, проводимых на кафедре информатики и вычислительной математики ВолгГАСУ в 2001-2004 гг.

Полученные в процессе компьютерного моделирования графоаналитические зависимости и построенная на их базе компьютерная программа могут быть использованы:

1)для расчета величины предельно допустимого и критического давления на этапе проектирования сооружения;

2) прогноза поведения основания сооружения вследствие резкого изменения физико-механических свойств грунтов, обусловленного различными природными и техногенными явлениями;

3) проверки надежности основания сооружения в период проведения ремонта и реконструкции (увеличение этажности, полезных нагрузок, реконструкция и усиление фундаментов и оснований и т.д.) при условии, что основание является двухслойным;

4) проведения учебного процесса (курсового и дипломного проектирования) на соответствующих кафедрах строительных вузов.

Апробация работы. Основные результаты данной диссертационной работы докладывались, обсуждались и опубликованы в материалах ежегодных научно-технических конференциях ВолгГАСУ (2001-2004 гг.); III Международной научно-технической конференции «Надежность и долговечность строительных материалов и конструкций» (Волгоград, 2003 г.); Научно-технической конференции Кубанского государственного аграрного университета (Краснодар, 2003 г.); Научно-технической конференции «Региональные технологические и экономико-социальные проблемы развития строительного комплекса Волгоградской области»

Волгоград, 2003 г.); Каспийской международной конференции по геоэкологии и геотехнике (Азербайджан, Баку, 2003 г.), Волгоградском центре научно-технической информации (Волгоград, 2004 г.); научно-методических семинарах кафедры информатики и вычислительной математики ВолгГАСУ.

Личный вклад автора заключается:

1) в отработке и обосновании выбора расчетных схем метода конечных элементов и соответствующих граничных условий;

2) проведении компьютерного моделирования процессов нагружения двухслойного основания, анализе и обработке их результатов, получении аппроксимирующих зависимостей;

3) разработке алгоритма расчета величины несущей способности двухслойных оснований фундаментов мелкого заложения в зависимости от всех, рассмотренных в настоящей работе факторов; формализации этого алгоритма в компьютерную программу;

4) проведении экспериментальных исследований на моделях, сопоставительных расчетов и обработке результатов, полученных другими авторами, что позволило сделать вывод о достоверности результатов настоящей диссертационной работы.

На защиту выносятся:

1) результаты компьютерного моделирования процесса нагружения двухслойного основания ленточного фундамента мелкого заложения и построенные на их основе графо-аналитические зависимости;

2) вновь выявленные закономерности процесса разрушения двухслойного основания;

3) база данных и компьютерная программа, позволяющая вычислять величину несущей способности двухслойного основания для любого сочетания реальных значений физико-механических свойств грунта основания, геометрических параметров фундаментов и интенсивности внешнего воздействия, рассмотренных в настоящей работе;

4) результаты внедрения рекомендаций диссертационной работы в практику строительства (корректировка готовых проектных решений).

Результаты научных исследований внедрены:

1.В учебном процессе на кафедре строительных конструкции, оснований и надежности сооружений Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета при изучении курса «Механика грунтов», курсовом и дипломном проектировании, в научно-исследовательской работе аспирантов.

2. При строительстве объектов распределительно-перевалочного комплекса нефтепродуктов «ЛУКОИЛ-П» г. Высоцк Ленинградской области: а) закрытая насосная для подачи мазута титул 4/1; б) открытая насосная для подачи мазута титул 4/2; в) технологическая эстакада ТСЗ распределительно-перевалочного комплекса нефтепродуктов «ЛУКОЙЛ-П» г. Высоцк Ленинградской области. л

3. При возведении резервуара статического отстоя объемом 5000 м нефтеналивного терминала «Балтийская трубопроводная система» г. Приморск Ленинградской области.

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в научных статьях:

1. Богомолов А.Н. Постановка задачи об устойчивости оснований вблизи подземных коммуникаций / А.Н. Богомолов, М.Ю. Дьяков, В.И. Филатов // Надежность и долговечность строительных материалов и конструкций : Материалы III Междунар. науч.-техн. конф. Ч- II / ВолгГАСА - Волгоград, 2003. - С. 183-189.

2. Постановка задачи о прогнозе несущей способности двухслойного основания / А.Н. Богомолов, М.Ю. Дьяков, В.И. Филатов, И.И. Никитин // Сб. науч. тр. / КГАУ. - Краснодар, 2003. - С. 183-189.

3. Богомолов А.Н. Расчет несущей способности слоистого основания заглубленного фундамента при фиксированной его ширине / А.Н. Богомолов, М.Ю. Дьяков // Труды каспийской международной конференции по геоэкологии и геотехнике. - Баку, 2003. - С. 106-109.

4. Дьяков М.Ю. Инженерный метод расчета устойчивости двухслойного основания фундамента мелкого заложения / М.Ю. Дьяков // Региональные технологические и экономико-социальные проблемы развития строительного комплекса Волгоградской области : Материалы научно-технической конференции, г. Михайловка. Ч. 1. - Волгоград, 2003.-С. 174-177.

5. Дьяков М.Ю. Расчет несущей способности двухслойного основания / М.Ю. Дьяков // Региональные технологические и экономико-социальные проблемы развития строительного комплекса Волгоградской области : Материалы научно-технической конференции, г. Михайловка. Ч. 1.- Волгоград, 2003. - С. 158-166.

6. Компьютерная программа для расчета несущей способности двухслойного грунтового основания фундамента мелкого заложения / А.Н. Богомолов, М.Ю. Нестратов, М.Ю. Дьяков, О.В. Ермаков // Информационный листок № 51-119-04 / ЦНТИ. - Волгоград, 2004.

7. Компьютерная программа для расчета несущей способности двухслойного грунтового основания фундамента мелкого заложения / А.Н. Богомолов, М.Ю. Нестратов, М.Ю. Дьяков, О.В. Ермаков //

Информационный листок № 51-117-04 / ЦНТИ. - Волгоград, 2004.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложений общим объемом 165 страниц, включает в себя 39 рисунков и 18 таблиц.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Для исследования напряженно-деформированного состояния целесообразно использовать метод конечных элементов с предварительной отработкой граничных условий, накладываемых на конечно-элементную расчетную схему, на основе использования аналитических решений первой основной задачи теории упругости методами теории функций комплексного переменного.

2. Установлено, что если толщина рабочего слоя грунта достаточно велика hp>hmaxi а интенсивность внешнего воздействия меньше определенного нами значения q<qmin, то расчет двухслойного основания может проводиться так же, как и однородного.

3. Сколь бы малой ни была толщина рабочего слоя грунта (особенно, когда 2b/h>0,5), наиболее вероятная поверхность выпора практически никогда не прорезает нижний (второй) слой двухслойного основания. Следовательно, на величину коэффициента устойчивости двухслойного основания не оказывают влияние угол внутреннего трения (р и сцепление с нижнего слоя грунта. Однако, величину отношения модулей общей деформации Et/E2, как нами установлено, учитывать необходимо. Установлено, что учет слоистого строения основания изменяет величину коэффициента устойчивости на 5-30%, а в отдельных случаях это изменение может достигать 102%.

4. На основе анализа результатов компьютерного моделирования процессов нагружения и разрушения двухслойного грунтового основания получены графические зависимости величины коэффициента устойчивости основания от численных значений переменных параметров, определяющих эго несущую способность. Установлено, что зависимости вида K=f{(p)\

K=j{<7ce) и K=f{q) легко и с достаточной для практики степенью точности аппроксимируются прямыми линиями, в то время, как зависимости вида K=f{h); K=^f[E1/E2y, hnax=f[E]/E2) и qmin=j{2b/h3) имеют довольно сложный вид.

5. Полученные графические зависимости легли в основу предложенного инженерного метода расчета несущей способности двухслойного основания ленточного фундамента мелкого заложения. Они так же составили базу данных компьютерной программы, в которой этот метод формализован.

6. Экспериментальная проверка результатов, получаемых при помощи анонсированного инженерного метода и компьютерной программы, показала, что они с достаточной степенью точности совпадают с результатами эксперимента. Сопоставление численных значений коэффициентов устойчивости двухслойный оснований, вычисленных на основе положений действующего СНиП и предлагаемого инженерного метода, показывает, что они для рассмотренных в работе примеров отличаются на 8,67-53,84%. Причем, расчет по СНиП дает меньшие значения К. Сопоставление экспериментально полученных С.С.Вяловым и А.Л.Миндичем линий в двухслойном основании при его выпоре из-под абсолютно твердого штампа, с построенными нами для аналогичных условий на основании метода, принятого в настоящей диссертационной работе в качестве расчетного, показало их практически полное совпадение.

7. На основании выше изложенного можно утверждать, что разработанный инженерный метод и созданная на его основе компьютерная программа, адекватно отражают работу двухслойного основания и могут быть рекомендованы для практического применения.

1. Абрамов В.Е. Теоретические основы устройства свайных оснований фундаментов на неоднородном грунтовом основании : дис. .д-ра. техн. наук / Абрамов Валентин Ефимович. Владивосток, 1998.

2. Байков В.Н. Железобетонные конструкции. / В.Н. Байков,

3. Е. Сигалов. М . : Стройиздат, 1991. - 768 с.

4. Бартоломей А. А. Метод расчета устойчивости однородных и слоистых нагруженных откосов / А.А. Бартоломей, В.К. Цветков, А.Н. Богомолов // Основания и фундаменты в геологических условиях Урала : Межвузовский сборник научных трудов. Пермь, 1986. - С. 2325.

5. Безрук В.М. Геология и грунтоведение. М. : Недра, 1977. - 256 с.

6. Богомолов А.Н. Расчет несущей способности оснований сооружений и устойчивости грунтовых массивов в упругопластической постановке /

7. A.Н. Богомолов. Пермь : ПГТУ, 1996. - 150 с.

8. Богомолов А.Н. Постановка задачи об устойчивости оснований вблизи подземных коммуникаций / А.Н. Богомолов, М.Ю. Дьяков,

9. B.И. Филатов // Надежность и долговечность строительных материалов и конструкций : Материалы III Междунар. науч.-техн. конф. Ч. II / ВолгГАСА Волгоград, 2003. - С. 183-189.

10. Богомолов А.Н. Программа «Stress-Plast» для ПЭВМ / А.Н. Богомолов, А.Н. Ушаков, А.В. Редин // Информационный листок о научно-техническом достижении № 313-96 / ЦНТИ. Волгоград, 1996.

11. Богомолов А.Н. Программа «Несущая способность для ПЭВМ» / А.Н. Богомолов, А.Н. Ушаков, А.В. Редин // Информационный листок о научно-техническом достижении № 311-96 / ЦНТИ. Волгоград, 1996.

12. Богомолов А.Н. Разработка теоретических основ расчета напряженного состояния, несущей способности оснований сооружений и устойчивости грунтовых откосов // Автореферат дис. .д-ра. техн. наук / Пермь, 1997.-40 с.

13. Богомолов А.Н. Расчет несущей способности слоистого основания заглубленного фундамента при фиксированной его ширине /

14. A.Н. Богомолов, М.Ю. Дьяков // Труды каспийской международной конференции по геоэкологии и геотехнике. Баку, 2003. - С. 106-109.

15. Бойко М.Д. Техническое обслуживание и ремонт зданий и сооружений. Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1986. - 210 с.

16. Бонаренко В.М. Железобетонные и каменные конструкции /

17. B.М. Бонаренко, Д.Г. Суворкин. М. : Высшая школа, 1987. - 346 с.

18. Бугров А.К. Напряженно-деформированное состояние основания при наличии в нем областей предельного равновесия / А.К. Бугров, А.А. Зархи // Труды ЛПИ. Л. : 1976. - № 354 - С. 15-20.

19. Бугров А.К. Расчет упругопластических оснований и проектирование фундаментов на них / А.К. Бугров, А.А. Исаков // Исследование и расчеты оснований и фундаментов в нелинейной стадии работы : Сборник статей НПИ. Новочеркасск, 1986. - С. 30-36.

20. Веселое В.А. Проектирование оснований и фундаментов. М. : Стройиздат, 1990. - 304 с.

21. Вялов С.С. Напряженно-деформированное состояние неоднородных оснований с наклонными слабыми слоями / С.С. Вялов, А.К Бугров, А.Н. Цеева // Основания фундаментов и механика грунтов. 1989. - №2. -С. 18-21.

22. Вялов С.С. Прочность и ползучесть мерзлых грунтов и расчеты ледогрунтовых ограждений / С.С. Вялов, Ю.К. Зарецкий и др. М. : АН СССР, 1962.-454 с.

23. Вялов С.С. Реологические основы механики грунтов. М. : Стройиздат, 1978. - 447 с.

24. Вялов С.С. Реологические свойства и несущая способность мерзлых грунтов. М. : АН СССР, 1959. - 360 с.

25. Вялов С.С. Экспериментальные исследования на напряженно-деформированного состояния слоя слабого грунта, подстилаемого малосжимаемой толщей / С.С. Вялов, A.J1. Миндич // Основания фундаментов и механика грунтов. 1977. - №1. - С. 26-30.

26. Герсеванов Н.М. Теоретические основы механики грунтов. / Н.М. Герсеванов, Д.Е. Польшин. М. : 1948. - 294 с.

27. Гольдин A.JI. Упругопластическое деформирование основания под жестским штампом / A.JI. Гольдин, B.C. Прокопович, Д.Д. Свпегин // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1983. - №5. - С. 55-61.

28. Гольдштейн М.Н. Ускоренный метод расчета устойчивости откосов / М.Н. Гольдштейн // Бюллетень СоюздорНИИ. М. : Трансжелдориздат. -1936. -№1-2. - С. 40-45.

29. Горбунов-Посадов М.И. Балки и плиты на упругом основании. М. : Машстройиздат, 1949.- 544 с.

30. Горбунов-Посадов М.И. Расчет конструкций на упругом основании / М.И. Горбунов-Пасадов, Т.А. Маликова, В.И. Соломин М. : Стройздат, 1984.- 368 с.

31. Горбунов-Посадов М.И. Устойчивость фундаментов на песчаном основании. М. : Госстройиздат, 1962.- 432 с.

32. Горбунов-Посадов М.И. Учет структуры уплотненного грунтового ядра при учете устойчивости песчаных оснований / М.И. Горбунов-Посадов // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1982. - №1. -С. 24-27.

33. ГОСТ 12071-2000. Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов. Введен 2001-01-07. - М. , 2001.

34. ГОСТ 13580-85. Плиты железобетонные для ленточных фундаментов. Введен 1987-01-01. - М. : Стройиздат, 1985.

35. ГОСТ 20276-99. Грунты. Методы определения характеристик прочности и деформируемости. Введен 2000-01-07. - М. , 2000.

36. ГОСТ 20522-96. Грунты. Методы статической обработки результатов испытаний. Введен 1997-01-01. - М. , 1996.

37. ГОСТ 24846-81. Методы измерений деформаций оснований зданий и сооружений. Введен 1982-01-01. - М. : Стройиздат, 1982.

38. ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация. Введен 1999-01-07. -М. , 1996.

39. ГОСТ 30672-99. Грунты. Полевые испытания. Общие положения. -Введен 2000-01-07. М. , 1999.

40. Далматов Б.И., Проектирование фундаментов зданий и промышленных сооружений / Б.И. Далматов, Н.Н. Морарескул, В.Г. Науменко М. : Высшая школа, 1986. - 240 с.

41. Довнаровский С.В. Опасная дезинформация, ориентирующая читателей журнала на необоснованное завышение предельных нагрузок на основание / С.В. Довнаровский // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1998. - №3. - С. 2-7.

42. Зарецкий Ю.К. Вязко-пластичность грунтов и расчеты сооружений. М. : Стройиздат, 1988 .- 352 с.

43. Зарецкий Ю.К. Теория консолидации грунтов. М. : Наука, 1967. -270 с.

44. Каляев А.А. К расчету устойчивости оснований массивных сооружений на песчаных грунтах / А.А. Калаев // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1962. - №5. - С. 3-6.

45. Калаев А.И. Экспериментальные исследования устойчивости оснований сооружений на нескальных грунтах / А.И. Калаев // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1965. - N24. - С. 7-10.

46. Келдыш М.В. Конформное отображение многосвязных областей на кононические области / М.В. Келдыш // Успехи математической науки.1939. №6.-С. 53-57.

47. Коган Г.В. Разработка метода и средств автоматизированного использования данных статического зондирования при проектировании плитных фундаментов : дис. .канд. техн. наук / Коган Геннадий Валентинович. Уфа, 1999.

48. Компьютерная программа для расчета несущей способности двухслойного грунтового основания фундамента мелкого заложения / А.Н. Богомолов, М.Ю. Нестратов, М.Ю. Дьяков, О.В. Ермаков // Информационный листок № 51-119-04 / ЦНТИ. Волгоград, 2004.

49. Компьютерная программа для расчета несущей способности двухслойного грунтового основания фундамента мелкого заложения /

50. A.Н. Богомолов, М.Ю. Нестратов, М.Ю. Дьяков, О.В. Ермаков // Информационный листок № 51-117-04 / ЦНТИ. Волгоград, 2004.

51. Коновалов П.А. Основания и фундаменты реконструируемых зданий. М. : Стройиздат, 1988. - 289 с.

52. Копейкин B.C. Соломин В.И. Расчет песчаного основания с помощью физических и геометрических нелинейных уравнений /

53. B.C. Копейкин, В.И. Соломин // Основания фундаментов и механика грунтов. 1977. -№1. - С. 30-32.

54. Костерин Э.В. Основания и фундаменты. М. Высшая школа, 1990. - 432 с.

55. Криворотое А.П. Влияние некоторых факторов на результаты решения задачи об устойчивости основания / А.П. Криворотое // Известия ВУЗов. 1973. - №8. - С. 88-95.

56. Криворотое А.П. Влияние природной неоднородности грунта основания на результаты расчета осадок фундаментов / А.П. Криворотое // Известия ВУЗов. 1999. - №7. - С. 150-153.

57. Ломизе Г.М. Исследование закономерностей развития напряженно-деформированного состояния песчаного основания при плоской деформации / Г.М. Ломизе, А.Л. Крыжановский, В.Ф. Петрянин // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1972. - №1. - С. 4-8.

58. Лыткин В.А. Напряженное состояние основания под фундаментом глубокого заложения / В.А. Лыткин, Н.Н. Фотиева // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1970. - №4. - С. 81-84.

59. Малышев М.В. Об идеально сыпучем клине, находящемся в предельном напряженном состоянии / М.В. Малышев // Доклады АН СССР, Т. 75, Вып. 6. 1950. - С. 68-73.

60. Малышев М.В. Прочность грунтов и устойчивость оснований сооружений. М. , 1980. - 137 с.

61. Маслов Н.Н. Инженерная геология. М. Государственное издательство литературы по строительству и архитектуре, 1957. - 408 с.

62. Маслов Н.Н. Основы инженерной геологии и механики грунтов. -М. : Высшая школа, 1982. 450 с.

63. Могучева Т.А. Разработка методов определения жескостных характеристик грунтового основания по результатам испытания эталонных свай и балочных штампов : дис. .канд. техн. наук / Могучева Татьяна Астахова. Уфа, 2000.

64. Мурашев В.И. Железобетонные конструкции. / В.И. Мурашев, Э.Е. Сигалов, В.Н. Байков М. : государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам, 1962. - 660 с.

65. Мурзенко Ю.Н. Расчет оснований зданий и сооружений в упругопластической стадии работы с применением ЭВМ. J1. : Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1989. - 135 с.

66. Мусхелишвили Н. И. Некоторые основные задачи математической теории упругости. М. : Наука, 1966. - 708 с.

67. Николаевский В.Н. Дилатансия и разрушение грунтов и горных пород / В.Н. Николаевский // Экспериментально-теоретические исследования нелинейных задач в области оснований и фундаментов : Сборник статей НПИ. Новочеркасск, 1979. - С. 73-75.

68. О расчете фундаментов по цифровым моделям инженерно-геологических разрезов / Б.В. Гончаров, И.Б. Рыжков, Н.Б. Гарева, Н.Я. Горбатова // Исследование пар конструкций свайных фундаментов : сб. тр. НИИПромстрой. Уфа, 1989. - С. 105-111.

69. Пособие по определению продолжительности строительства предприятий, зданий и сооружений (к СНиП 1.04.03-85) М. : ЦНИИОМТП, 1987. - 60 с.

70. Пособие по проектированию железобетонных ростверков свайных фундаментов под колонны зданий и сооружений (к СНиП 2.03.01-84) -М. : ЦНИИпромзданий, 1985. 38 с.

71. Постановка задачи о прогнозе несущей способности двухслойного основания / А.Н. Богомолов, М.Ю. Дьяков, В.И. Филатов, И.И. Никитин // Сб. науч. тр. / КГАУ. Краснодар, 2003. - С. 183-189.

72. Почаевец А.П. Экспериментальное исследование деформаций двухслойного основания с определением сжимаемой толщи / А.П. Почаевец // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1965. - №4. -С. 13-15.

73. Расчет длин свай по цифровым моделям разреза площадок / Б.В. Гончаров, И.Б. Рыжков, Н.Б. Гарева, Н.Я. Горбатова // труды конференции Современные проблемы свайного фундаментостроения в СССР. Пермь, 1988. - С. 101-105.

74. Рекомендации по проектированию и устройству оснований, фундаментов и подземных сооружений при реконструкции гражданских зданий и исторической застройки М. Москомархитектура: 1998 - 48 с.

75. Ройтман А.Г. Предупреждение аварий жилых зданий. М. : Стройиздат, 1990. - 189 с.

76. СНиП 11-02-96. Инженерные изыскания для строительства. Введен 1996-01-11.-М. , 1996.

77. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. Введен 1987-01-01. -М. : Стройиздат, 1996.

78. СНиП 2.02.01-83*. Основания и сооружения. Введен 1985-09-12. -М. : Стройиздат, 1995.

79. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты. Введен 1985-20-12. - М. : Стройиздат, 1985.

80. СНиП 3.03.01-87. Несущие и ограждающие конструкции. Введен 1988-01-07. - М. : Стройздат, 1989.

81. Соколовский В.В. Статика сыпучей среды. М. : Гостехиздат, 1954.-276 с.

82. Соколовский В.В. Теория пластичности. М. : АН СССР, 1946. -520 с.

83. Соловьев Ю.И. Новые решения статики грунтов / Ю.И.Соловьев, A.M. Караулов // Вестник Сибирского государственного ун-та путей сообщения.-1999. №1.-С. 131-139.

84. Солодухин М.А. Некоторые тенденции в развитии инженерно-геологических изысканий / М.А. Солодухин // Строительство и городское хозяйство в Санкт-Петербурге и Ленинградской области. 2004. - апрель (№68). - С. 23-25.

85. Справочник строителя. Т. 1,4. 1. М. : Стройиздат, 1988. - 462 с.

86. Справочник строителя. Т. 1, Ч. 2. М. : Стройиздат, 1988. - 624 с.

87. Строганов А.С. Инженерный метод расчета несущей способности оснований и его экспериментальная оценка / А.С. Строганов, А.С. Снарский, А.А. Безценная // Механика грунтов. 1996. - №4. - С. 7-12.

88. Строганов А.С. Несущая способность пластически неоднородного основания, ограниченного жестким подстилающим слоем / А.С. Строганов // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1974. -№6. - С. 24-26.

89. Тер-Мартиросян З.Г. Прогноз механических процессов в массивах многофазных грунтов. М. : Недра, 1986. - 364 с.

90. Терцаги К. Теория механики грунтов. М. : 1961. - 507 с.

91. Торшин Д.П. Разработка инженерного метода расчета несущей способности основания заглубленного фундамента на основе анализа напряженно-деформированного состояния : автореф. дис. .канд. тех. наук ; ВолгГАСА. Волгоград, 2002. - 28 с.

92. Федеральная целевая программа «Жилище» на 2002-2010 годы : утв. распоряжением Правительства РФ от 14 марта 2001 № 146-р.

93. Федеральная целевая программа «Энергоэффективная экономика» на 2002-2005 годы : утв. распоряжением Правительства РФ от 22 января 2001 № 83-р.

94. Федеральная целевая программа «Юг России» : утв. распоряжением Правительства РФ от 3 мая 2001 № 632-р.

95. Федоров В.К. О показателях механических свойств дисперсных грунтов / В.К.Федоров, В.М. Сбоев, А.В. Лубягин // Проектирование и строительство в Сибири. 2003. - №4. - С. 55-61.

96. Федоров И.В. Методы расчета устойчивости склонов и откосов. -М. : Госстройиздат, 1962. 360 с.

97. Халтурина Л.В. Деформируемость глинистого грунта и основания полосовых штампов и фундаментов : дис. .канд. техн. наук / Халтурина Лариса Викторовна. Новосибирск, 1997.пород / В.К. Цветков // Известия вузов. Горный журнал. 1981. - №5. -С. 104-108.

98. Цветков В.К. Расчет устойчивости однородных откосов при упругопластическом распределении напряжений в массиве горных пород / В.К. Цветков // Известия вузов. Горный журнал. 1981. - №5. - С. 38-43

99. Цветков В.К. Расчет устойчивости откосов и склонов. Волгоград : Нижне-Волжск. кн. издательство, 1979. - 180 с.

100. ЮЗ.Цытович Н.А. Механика грунтов. М. : Высшая школа, 1983. -288 с.

101. Ю4.Цытович Н.А. Механика грунтов. М. : Стройздат, 1963. - 636 с. 105.Цытович Н.А. Основания и фундаменты / Н.А. Цытович, В.Г. Безанцев, Б.И. Далматов, М.Ю. Абелев // - М. : Высшая школа, 1970.-384 с.

102. Черепанов Г.П. Методика расчета несущей способности / Черепанов Г.П. М. : Стройиздат, 1978. - 235 с.

103. Шрестха Рекха Напряженно-деформационное состояние неоднородных оснований в грунтовых условиях Непала : дис. .канд. техн. наук / Шрестха Рекха. Ростов на Дону, 1997.

104. Akai К. On the stress distribution in the earth embankment end the foundation // Proceedings of the 4th Japan National congress for Appl. Mech. 1954.1.lO.Flamant. Comptes rendus. T. 114. Paris, 1892.

105. Lundgren H. Determination by the Thtorie of plasticity of the Bearing Copacity of Continous Foktings on Sand. / H. Lundgren, K. Mortensen // Proceedings 3 Int. Conference of Soil Mechanics fnd Foundation Engeneerings V.J., Zurich. 1953.

106. Mroz Z. Proc. 15 JUTAM Congress, 1980.

107. Scott R.F. Principles of Soil mechnics. London : Addison-Wesley Company, Inc. 1963.

108. Tscytbatarioff G. Foundations, Retaining and Earth Structures. New-Iork : McCraw-Hill Book Company, 1973.