автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Напряженно-деформированное состояние оснований сооружений с учетом степени их водонасыщения

На правах рукописи

Нгуен Хуи Хиеп

НАПРЯЖЕННО- ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ОСНОВАНИЙ СООРУЖЕНИЙ С УЧЕТОМ СТЕПЕНИ ИХ ВОДОНАСЫЩЕНИЯ

Специальность 05.23.02 - Основания и фундаменты, подземные сооружения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г 1 ноя 2013

005539686

Москва-2013

005539686

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный строительный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Тер- Мартиросян Завен Григорьевич

Официальные оппоненты: Орехов Вячеслав Валентинович

доктор технических наук, профессор, Московский филиал - «Энекс» (ОАО), начальник центра безопасности гидротехнических сооружений дирекции по проектированию гидротехнических сооружений

Зехниев Фаршед Фарходович кандидат технических наук, ОАО «НИЦ «Строительство» — Научно-исследовательский, проектно-изыскательский и конструкторско-технологический институт оснований и подземных сооружений им. Н.М. Герсеванова (НИИОСП), заведующий лабораторией № 2

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Казанский государственный архитектурно-строительный университет»

Защита состоится « 3 » декабря 2013 года в час. 00 мин. на

заседании диссертационного совета Д 212.138.08 созданного на базе ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» по адресу 129337, г. Москва,ул.Ярославское шоссе, д.2 Лц цоу ОпЩНг,>Ч)ц бвПШ М

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет».

Автореферат разослан « ^ » ¡ГОЛЬФА 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета —-------- Знаменский Владимир Валерьянович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы Инженерно-геологические и гидрогеологические условия большинства регионов республики Вьетнам, в том числе, города Ханоя относятся к сложным, обусловленные наличием слабых водонасыщенных глинистых грунтов с модулем деформации до 5 мПа и степенью водонасьнцения 0,8<< Iна глубину до 80 м, подстилаемые сравнительно плотными песчаными и гравелистыми грунтами. Освоение этих регионов имеет важное народнохозяйственное значение и связано и решением проблем строительства и эксплуатации зданий и сооружений, возводимые на таких грунтах.

При взаимодействии фундаментов сооружений с водонасыщенными глинистыми грунтами возникает сложное, неоднородное напряженно-деформированное состояние (НДС), которое трансформируется в пространстве и во времени, сопровождаемое процессами консолидации и ползучести.

В диссертационной работе рассматриваются вопросы количественной оценки НДС водонасыщенных оснований, сложенные глинистыми грунтами со степенью водонасьнцения 0,8<Б,. < 1 на начальном и промежуточном этапах НДС аналитическим и численным методами. Они необходимы для совершенствования расчетов водонасыщенных оснований по I и II группам предельных состояний, в том числе, для условий Вьетнама.

Целью работы является изучение и совершенствование методов количественной оценки НДС водонасыщенных оснований сооружений, сложенные глинистыми грунтами со степенью водонасьнцения 0,8<8Г<1 в рамках плоской задачи, в том числе, на начальном и промежуточном этапах. Особое внимание при этом обращено учету граничных условий на контуре расчетной области в виде полуплоскости и полуплоскости с прямоугольным вырезом.

Для достижения поставленной цели были рассмотрены и решены следующие задачи:

1. Составлен обзор и анализ современного состояния проблемы строительства на слабых водонасыщенных глинистых грунтах, в том числе, с учетом степени водонасьнцения меньше единицы;

2. Анализированы современные аналитические и численные методы количественной оценки НДС водонасыщенных оснований, в том числе на начальном и промежуточном этапах;

3. Сформулированы основанные положения и составлены уравнения состояния скелета и поровой газосодержащей воды для количественной оценки НДС водонасыщенных оснований на начальном и промежуточном этапах;

4. Определены расчетные параметры деформируемости скелета и поровой газосодержащей воды грунта, а также грунта целом, в том числе

коэффициент порового давления для условий отсутствия дренирования (закрытия система);

5. Поставлены и решены краевые задачи по количественной оценке НДС водонасыщенных оснований под воздействием местной нагрузки (плоская задача) с учетом различных граничных условий по напряжениям и различной формы границы ( полуплоскости с прямоугольным вырезом);

6. Поставлена и решена задача уплотнения водонасыщенного слабого грунта под воздействием песчаной насыпи с учетом песчаных дрен.

7. Поставлена и решена задача о НДС двухслойного основания состоящего из песчаной дамбы и преобразованного слабого слоя грунта.

8. Исследовано влияние степени водонасыщения в переделах 0,8- 1,0. на НДС в до предельном и в предельном состояниях.

9. Исследовано влияния формы границы расчетной области в виде полуплоскости с прямоугольными вырезами на НДС водонасыщенных оснований под воздействием местной нагрузки;

10. Исследовано влияние касательных напряжений на границе полуплоскости при оценке НДС под воздействием местной нагрузки для определения начальной и предельной нагрузок;

11. Поставлена и решена плоская задача консолидации водонасыщенного основания под воздействием местной нагрузки. Показано, что на начальном этапе формирования НДС избыточное поровое давление концентрируется непосредственно под местной нагрузкой на ограниченную глубину И</2, а в промежуточном этапе экстремум порового давления смещается вниз и рассеивается во все стороны;

12. Исследовано влияние свойств ползучести скелета грунта при сдвиге при прогнозе осадок водонасыщенных оснований в условиях плоской задачи;

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Обоснована необходимость учета степени водонасыщения, касательных напряжений на границе, а также формы границы расчетной области для количественной оценки НДС оснований при определении начальной и предельной критической нагрузок на основания зданий и сооружений;

2. Поставлены и решены задачи по количественной оценке НДС оснований сооружений под воздействием местной нагрузки ( фундамент, дамба ) аналитическим и численным методами с учетом степени водонасыщения, коэффициента Пуассона, касательных напряжений на границе и формы границы в виде полуплоскости с прямоугольным вырезом. Показано существенное влияния этих факторов на НДС оснований сооружений;

3. На основе решения плоской задачи консолидации показано, что под воздействием местной нагрузки в водонасыщенном основании избыточное

поровое давление на начальном этапе концентрируется непосредственно под местной нагрузкой на глубину АУ2 и имеет экстремум, а на промежуточном этапе экстремум порового давления смещается вниз.

4. Рассмотрено НДС двухслойного основания, состоящего из песчаной насыпи и преобразованного слабого слоя с помощью песчаных дрен конечной длины.

Практическое значение работы заключается в том, что результаты выполненных исследований способствуют повышению достоверности количественной оценки НДС водонасыщенных оснований на начальном и промежуточном этапах. Кроме того они позволяют определить начальную и предельную критические нагрузки на водонасыщенное основание, необходимые для расчета оснований по I и II группам предельных состояний.

Выполненные исследования показали, что время стабилизации осадки под воздействием местной нагрузки ( плоская задача ) существенно меньше чем время, определенное методом эквивалентной одномерной задачи.

Показано, что предварительное уплотнение верхних слоев слабых водонасыщенных глинистых грунтов большой мощности с помощью песчаной насыпи и дрен позволяют использовать образованное двухслойного массива в качестве оснований фундаментов конечной ширины.

Реализация работы. Результаты работы будут использованы на кафедре механики грунтов и геотехники МГСУ и автором диссертации в его дальнейшей научной и практической деятельности.

На защиту выносятся:

1. Постановка и решения задач по количественной оценке НДС водонасыщенных оснований на начальном и промежуточном этапах аналитическими и численными методами в рамках плоской задачи с учетом различных факторов;

2. Анализ результатов полученных решений плоской задачи консолидации и ползучести водонасыщенных оснований в том числе, начальной и предельной критических нагрузок с учетом различных факторов;

3. Анализ результатов решения осесимметричной задачи консолидации для предварительного уплотнения слабых водонасыщенных грунтов с помощью песчаной насыпи и дрен;

4. Выводы и рекомендации, составленные по результатам исследований.

Диссертационная работа выполнена на кафедре механике грунтов и геотехники МГСУ в период обучения в аспирантуре в 2009-2013 годах под руководством профессора, доктора технических наук З.Г. Тер-Мартиросяна,

которому автор выражает искреннюю благодарность за постоянное вынимание и помощь.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приводится обоснование актуальности темы диссертации, формулируются цель и задачи исследований, отмечаются научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе приводится обзор современного состояния изучаемой проблемы строительства на слабых водонасыщенных грунтах, в том числе вопросы количественной оценки взаимодействия фундаментов зданий и сооружений с основаниями из слабых водонасыщенных грунтов.

Отмечается, что грунты ниже уровня подземных вод находятся в водонасыщенном состоянии, причем степень их водонасыщения всегда меньше единицы, что обусловлено наличием воздуха в виде пузырьков и в растворенном виде. Отмечается также, что наличие воздуха в грунтах, особенно глинистых, оказывает существенное влияния на НДС оснований под воздействием внешней нагрузки, в том числе, на начальном и промежуточном этапах формирования НДС. Они существенно отличаются от стабилизированого НДС и поэтому неизбежно НДС водонасыщенных оснований рассматривают на начальном и промежуточном этапах. Это связано необходимостью расчета устойчивости водонасыщенных оснований в нестабилизированном состоянии уплотнения, а также прогнозом скорости и разности осадок однородных и неоднородных оснований сооружений во времени в рамках плоской задачи.

Существенный вклад в решении этих задач внесли российские и зарубежные ученые, в том числе: Абелев М.Ю, Булычев В.Г, Герсеванов Н.М., Гольдин A.JI., Далматов Б.И., Зарецкий Ю.К., Ильичев В.А., Иванов П.Л., Коновалов П.А., Мангушев P.A., Орехов В.В., Тер- Мартиросян З.Г., Цытович H.A., Улицкий В.М., Флорин В.А. и их ученики, а также К.Терцаги, Био A.M., Бишоп А. и др.

В настоящее время накоплено большое количество экспериментальных и теоретических исследований, необходимые для количественной оценки НДС в водонасыщенных глинистых грунтовых основаниях в условиях плоской задачи аналитическим и численным методами. Вместе с тем существуют много нерешенных задач в этом направлении, обусловленные необходимостью учета ряда факторов, в том числе: степени водонасыщения, касательных напряжений на границе расчетной области, формы границы, ползучести скелета и др.

В заключительной части главы приводятся выводы и формулируются цель и задачи исследований.

Вторая глава посвящена теоретическим основам количественной оценки НДС водонасыщенных оснований сооружений в нестабилизированном состоянии

уплотнения в рамках плоской и пространственной задач консолидации и ползучести. Отмечается, что в таких задачах начальная осадка фундамента конечной ширины не равна нулю, так как она в большей степени обусловлена сдвиговыми деформациями грунта и не связана с избыточным поровым давлением, причем начальная сдвиговая осадка Бу(0) может составить 70% от стабилизированной осадки водонасыщенного основания. Следовательно понятие степени консолидации в таких случаях будет зависеть только от осадки, обусловленное объемными деформациями грунтов основания то есть:

ило.мш

5Д»)-5„(0) (1)

где 0<Ъ\(1)<1- степень консолидации, причем =БУ(оо).иу0).

Для описания начального НДС водонасыщенных оснований приводится формула для определения коэффициента порового давления в виде: а =__

К,+К,л (2)

где К„ и К5- модули объемной деформации поровой газосодержащей воды и скелета грунта, соответственно; п- пористость грунта; при этом избыточное поровое давление определяется по формуле вида:

и„(х,у-,О)=ф,у,:,О).0„ (3)

где п(х,у,;}0)=(а1+а2+а3)/3- среднее значение тотального напряжения, причем а—<т'+и„, а'- среднее значение эффективных напряжений.

Модуль объемной сжимаемости поровой воды определяется по известной формуле:

к К»гКг

• (4)

где Бг- степень водонасыщения( 0,8<БГ<1); модуль объемной

сжимаемости воды, содержащий растворенный воздух 2.106 кН/м2), причем при Бг-+1, К„—*Ку,ж, т.е. при полном водонасыщении модуль объемной сжимаемости поровой воды равен модулю объемной сжимаемости воды, содержащей растворенный воздух, а К200 кН/м2.

Для определения модуля объемной и сдвиговой деформаций и коэффициента Пуассона водонасыщенного грунта в целом ( закрытая система ) используется также известные формулы в виде:

К^—Кг+Ку/п, (5)

при этом коэффициенты Пуассона для грунта в целом и для скелета грунта определяются следующим образом, соответственно:

к..- ю

к =-

у. = -

+ (6) к,-го

2 (?)

Для количественной оценки НДС водонасыщенных оснований в нестабилизированном состоянии уплотнения используется известное уравнение теории фильтрационной консолидации:

а а к. (8)

где kf - коэффициент фильтрации, уп- удельный вес воды, V2 -операторЛапласа (V2 = .

В третьей главе приводится постановка и решение задачи по количественной оценке НДС водонасыщенного основания под воздействием местной нагрузки в рамках плоской деформации (задача Фламана) в условиях отсутствия дренажа, что соответствует начальной стадии формирования НДС. Такая постановка справедлива для глинистых грунтов с низким коэффициентом фильтрации, т.е. к/^КУ6 см/сек. Решение этой задачи рассматривается с учетом влияния различных факторов, в том числе, с учетом степени водонасыщения, касательных напряжений на границе, формы границы и коэффициента Пуассона.

Начальная осадка водонасыщенного основания под воздействием местно нагрузки

Известно, что под воздействием местной полосовой нагрузки интенсивностью р на ширину Ь=2а в грунтовом основании возникает НДС, при котором стабилизированная осадка поверхности определяется по формуле:

5(00

2С7 (9)

где со- коэффициент формы и жесткости приложенной нагрузки,

у^ и й- коэффициент Пуассона и модуль сдвига скелета грунта, соответственно, причем С=С5.

В случае водонасыщенного основания коэффициент Пуассона определяется для грунта в целом у„ . Так как хи>х! начальная осадка Би(0)<8(ю),осадка 8и(0)<8(ж),

причем Б(5Г=0)>&(Бг=1), т.к. у„>у1, т.е:

5.(0) _l-v,

5(оо) 1-у,

Знание начальной осадки, обусловленная сдвиговыми деформациями необходимо при рассмотрении промежуточного этапа НДС основания.

Очевидно, что остальная часть осадки водонасыщенного основания, обусловленная объемными деформациями скелета грунта в процессе консолидации будет определена как разность Бщ- При полном

водонасыщении (5Г=/, \>„=0,5 ) и тогда:

5(0) _ 1

(11)

S(oo) 2(1-.',)

При у5=0,33; Б(о/Б(оо)=0,75 , что существенно.

Из (11) следует, что предположение о нулевой осадке водонасыщенного основания в условиях плоской и пространственных задач консолидации не может быть использована при приведении их к эквивалентной одномерной задаче.

Начальная критическая нагрузка водонасыщенного основания (задача Пузыревского) при 8г<1

В этом случае (рис.1) главные эффективные напряжения определяются известными формулами Фламана в виде:

(12)

<х' =———(a±sina)-u„(a)

'■' ж

где« - угол видимости, определяющий местоположение точки М(a ,z)\ q — пригрузка на уровне :=0 от веса вышележащей толщи грунта мощностью d с удельным весом во взвешенном состоянии у', т.е. q = y'd. -WL

b=2a

q=y'd

Рис.1.Расчетная схема для определения начальной критической нагрузки на водонасыщенное основание (0,8<8Г<1)

Распределение эффективных напряжений в грунтовом основании от действия пригрузки с/ в предположении гидростатического распределения можно определить с использованием следующей формулы:

Суммарное значение тотальных напряжения <т„ (а)=(о1+о3)(1+хи) и избыточного порового давления и„(а) в грунтовом основании можно определить с учетом формул (3) и (12) следующим образом:

= ^'-=3>а(1+у.)г (14)

п

»„(й)=ЫД.(1+п)а (15)

5Л

где V',,- определяется по (6).

Эффективные главные напряжения <т\ и о-', можем определить на основе уравнений (13)- (15), и тогда получаем:

ffn =-

a±sina-^y/?0(l + v„)

. .. +r'(d + z) (16)

Условие предельного равновесия в точке М(аг,г) можем определить, если напряжения по формуле (16) подставить в известное уравнение предельного состояния следующего вида: а, -<т,

sinp = —--3--(17)

er¡+а, +2c-ctg<p 4

где с — удельное сцепление, <р — угол внутреннего трения (параметры

прочности грунта); а[ и <т3' — эффективные напряжения, а[ =ux-uw, сг'} =<т3-и„.

Подставляя (16) в (17) получаем:

p-aísina „ ^ с Z = -—-B-ct\--j-ctg<p-d, (18)

я-./^sin q> J /

где 5 = l-2/?0(l+v„)/3. (19)

Причем при Sr—>1, 0О-+1, v„ —>0,5 а В—>0.

Уравнение (18) описывает границу области предельного равновесия в зависимости от а, то есть г* = f(z,cc). Максимальную глубину этой области z¡mx

(см. рис. 1) можно определить из условия dz /da = 0. Тогда получаем:

а = arccos(B sin ф) (20)

или cosa* = Bsin^ ^i)

где а- угол видимости при z=zmax, причем при Sr=l a*=it/2 , В=0 . Подставив это выражение для а* в (18) и (20) получим г^ а после некоторых преобразований получим следующую формулу для определения критической распределенной нагрузки р* в зависимости от z'm:¡x и степени водонасыщения Sr, т.е:

Р = —-;-;—'-Л-ус1

Бтог /этр-Ва

при5г=0: р'{Бг = 0):

+ /с/

С1£(р+<р-Ж И

при =;: р (5,. = 0) = Я-(/'г'^ + /с1 +«с ■ с^р) ип (р+у'д.

(23)

причем соотношение

р'У,= 0)

>1

Р"(5Г=1)

*

Из анализа (20) и (22) следует, что при с ростом 5,- растет гтах а при

одинаковых значениях ¿тах критическое значениер* меньше там где Бг больше.

Выражение (22) в частном случае, когда -„,ах=0; 5,<0,5; /?о=0; В=1 и а =л/2-<р совпадает формулой Пузыревского (23) для определения начальной

критической нагрузки рн , а при г = =й/4 критическая нагрузка рн

В нормативных документах Л получило название расчетного сопротивления грунта основания. Очевидно, что Е(8Г(0))> ,(!)).

Начальная и предельная критические нагрузки водонасыщенного основания с учетом эквивалентных касательных напряжений на границе z=0 (рис.2 ) г-..............-................., Р ,......................................,

Рис.2. Расчетная схема для определения начальной и предельной критической нагрузок на водонасыщенное основание с учетом влияния касательных напряжений на уровне г=0, причем г =q.tg<p+ с.

Аналитическое решение этой задачи затруднено в связи с громоздкими формулами от действия касательных напряжений т. Поэтому решение задачи получено численным методом. В качестве расчетной для грунтов основания принята упруго- пластическая модель Кулона- Мора.

На рис.3 приведены результаты расчета в виде кривых .ч-р с учетом степени водонасыщенного основания 5Г=0 и 5Г<У и касательных напряжений г при с1=2м, Ь=8м, (р=10°, с=50 кПа, Е= ЗОмПа.

Из рис(З) следует, что на начальном участке кривой й-р общая осадка основания с ростом степени водонасыщения от 0 до 1 уменьшается. Это

объясняется с ростом соответствующего коэффициента Пуассона V,, и подтверждается анализом (9). Видно, что предельное напряжение р** при 5Г=/ меньше чем при 5Г=0.

600 р (кПа)

— 1-5і=0 --2-31=0.99

— 3-5г=1

Рис.3. Зависимости 5-р водонасыщенного основания при действии местной нагрузки с учетом степени водонасыщенного основания 5, <1 и касательных напряжений тна уровне г=0 в точка А ( рис.2)

Начальная и предельная критические нагрузки на водонасыщенное основание под воздействием равномерной нагрузки на дно прямоугольной выемки

В этом случае аналитическое решение не представляется возможным, т.к. определение компонентов напряжений от действия собственного веса и от распределенной нагрузки в замкнутом виде не существует (рис.4). Р

/

1-І/ у

Рис.4. Расчетная схема для количественной оценки НДС тяжелой полуплоскости с прямоугольной выемкой под воздействием нагрузки р (кПа)

Решение получено численным методом, по программе Р1ах18. В качестве расчетной рассмотрена упруго- пластическая модель грунта, по Кулону- Мору.

Из рис.5 следует, что на начальном участке в точке А (рис.4) общая осадка больше при 8Г=0 т.к. (см. (12)). Очевидно, что критическая нагрузка при

8Г=0 также будет больше (крива 1). Вместе с тем при одной и той же нагрузке (р=2оокПа)

О 100 200 300 400

0 ..........—"""............—"г

р (кПа)

0.05

Рис 5. Зависимости я-р в тяжелой полуплоскости с прямоугольной выемкой под воздействием нагрузки приложенной на дно выемки при степени водонасыщения 5,.=0 (1) и Б, =1(2) в точке А (рис.4)

0.25 0.3 Б (м)

0.15

0.1

0.2

Четвертая глава посвящена результатам аналитического решения плоской и пространственной задач консолидации и ползучести водонасыщенных глинистых грунтов под воздействием местной нагрузки необходимые для прогноза скорости осадки оснований во времени, и оценки устойчивости в нестабилизированном состоянии уплотнения.

В этом случае задача сводится к решению дифференциального уравнения консолидации (8) с начальными (3) и граничными условиями дренирования. Важным этапом решения этой задачи является определение начального распределения избыточного порового давления в грунтовом полупространстве под воздействием местной нагрузки. Из формулы (3) следует, что распределение избыточного порового давления на начальном этапе зависит от распределения среднего значения суммы тотальных напряжений

ат(х,у, 1,0) /0)+а/0)+сг/0)]/3= а(х,у,г, 0)

Известно, что в условиях плоской и пространственной задач под воздействием местной нагрузки среднее тотальное напряжение ггт=(ах+ау+и^/3 с глубиной затухает в два раза интенсивнее чем напряжение аг на оси г. Из (рис.6а,б) видно, что изолинии о,=50кПа и а„,=50кПа находятся на уровнях 30м и 13м, соответственно. Из рис.6а,б следует также, что от(г,р) и объемные деформации концентрированы непосредственно под загруженной площадью и распространяются на глубину до /¡,,=/¡,/2 а разность а1р- вт(:,р) имеет экстремум (рис.бв). Следовательно сдвиговые деформации также имеют экстремум.

-15 -10 -5 0 5

a) czp

10 15

10 15

В)

-15 -10 -5 0 5 б) cm(z,p)

Рис 6. Изолинии Ozp(a) и a(z,p)(6) по H.A. Цытовичу при р=300 кПа и Ъ=6м и эпюры (в): а:р(1), am(z,p)(2) и [vlp- a„,(z,p)](3).

Анализ этих решений показал, что эквивалентные эпюры а- и а(:,р) по аналогий метода эквивалентного слоя H.A. Цытовича при линейном их распределении по глубине г позволяет определить глубины активных зон распределений ozp и crm(z,p), т.е. ha и hv соответственно, причем для условий плоской задачи:

К =

h arctg — + а In -

К

а2 +hl

К =

8(1 + v)

Зтг

а а, t n .arctg--1- — m -

К 2

(24)

(25) с ростом

Решение этих трансцендентных уравнений показало, что полуширины полосы нагружения Ну растет быстрее чем К.

Такое разделение активных зон распределения а2р и а(-,р) связано с необходимостью количественной оценки эпюры начального избыточного перового давления а также эпюр относительной деформации £,_(-) на оси возникающих вследствие объемных и сдвиговых деформаций, соответственно. Известно, что в этом случае линейную деформацию на оси г можно представить в виде суммы:

а' (г, р) : <У:р-сг{г,р)

К, 20 (26)

Такая форма записи уравнения Гука позволяет определить максимальную деформацию на оси - с учетом <т' (:,р) и <у':р в начальном и промежуточном этапах НДС водонасыщенного основания.

Осадку, обусловленную объемными деформациями на оси г можно определить методом суммирования или интегрирования по формулам:

£=£+е=-

2С/ (28)

где </(г,/7, 0 =а(г,р)-щ (г, (), И„- определяется по (25).

Иа- толщина сжимаемого слоя, определенная из условий о2р=0,2а^ при Ь< 10м и а1р=0,5а^ при Ь>10м, или по формуле Иа=2Иэ, где Иэ=Ам>Ь - толщина эквивалентного слоя по Цытовичу Н.А.

Из структур (27) и (28) следует, что в первом случае осадка зависит от и„(х,1) а во втором нет, т.к. С,=Ои^С. Очевидно, что суммарную осадку можно

определиться суммируя (27) и (28), т.е. Бу .

Такое решение задачи по определению осадки существенно отличается от общепринятого метода, в котором полагают, что по всей толще имеет место компрессионное сжатие, и следовательно, избыточное поровое давление в начальный момент возникает по всей толще ка, а начальная осадка равна нулю.

Рассмотрим аналитическое решение плоской задачи фильтрационной консолидации.

Начальное распределение порового давления определим на основе (3) по формуле (3):

. ,,, „ 2р{\+у) , а-х а + х.

и„ (х, г, 0) = Д,. ---- (агсГ^-+ агс!£-)

Зл г г (29)

Решение уравнения консолидации (8) с учетом начального условия (29) и дренирования в направлениях х и г имеет вид:

о- I у > V , л (30)

Пределы интегрирования в (30) можно менять от нуля до ка и от ка до °о. Это позволяет оценить удельный вес второго интервала и в случае его незначительности им пренебречь.

Интегрирование (30) численным методом для условий (29) показало, что эпюра избыточного порового давления на оси г имеет экстремум как по глубине г так и во времени (рис.7,8,9). Причем экстремум порового давления под полосовой нагрузкой смещается вниз, а избыточное поровое давление рассеивается в направлениях х и

Рис.7. Эпюры избыточного порового давления в грунтовом полупространстве на оси: (х=0) при Ь=4 м, р=300 кПа, 8,=0,98 в различные моменты времени 11=5 суток; 1г=30 суток; 13=100 суток; 14=300 суток; с,=0,04 м2/сут; р0= 0,9, построенные по формуле (30)

О SO 100 ISO ZOO 250 ЗОО

Рис.8. Кривые изменения избыточного порового давления во времени, на разных глубинах zi<z2<z3<z„рассчитанные по формуле (30) Zi =3; z2=5m; z3=6m; z4=8m

в) гї

Рис.9. Изолинии избыточного порового давления в массиве грунта под полосовой нагрузкой р по ширине Ь=4м, р=300 кПа, 8Г=0,98, с1-=0,04м2/дней при двусторонней фильтрации (вверх и в бок) по формуле (30): а)при 1=0 ; б) через 1= 30 суток ; в) через 1=100 суток; г) через 1=1000 суток

Для определения максимальной осадки на оси 2 накопленные за счет объемных деформаций необходимо воспользоваться формулой (31).

20 30

1 (дней)

Рис.10. Кривые осадки основания в центре (рис.9) во времени без учета ползучести скелета грунта; 1-по эквивалентному слою; 2-по Р1ах1$; 3- по формуле (32)

Учет сдвиговой ползучести скелета грунта в плоской задаче консолидации Полагая, как и прежде, что осадка основания обусловлена объемными и сдвиговыми деформациями определяются отдельно можем записать:

5(0=8/0+5/0 (31)

где Б/0 определяется по (27), а Бу(0- по (28), причем скорость сдвиговой ползучести можно представить по формуле:

и,—а а -а

где £у - скорость деформации на оси г\(0- изменяющийся во времени коэффициент вязкости скелета при сдвиге, причем он имеет вид:

П(0=ц0Л/к (33)

где /о- параметр имеющий размерность времени, условного начала отсчета (?о=/Одней).

Интегрируя обе части (32) в пределах г0- ' при постоянстве внешней нагрузки с учетом начальной деформации еу(0) и полагая в первом приближении, что напряженное состояние упругого и упруго- вязкого основания совпадают, получаем:

(34)

Очевидно, что при ¿=г0 получаем начальную упругую деформацию, а при г'>С0 деформация будет развиваться пропорционально логарифму времени. Интегрирование (34) на оси г дает:

„.. 2 р( 1 г0 , ¿V 2-уи, а2+/г; 1-2г , ИЛ

= — —+—111— а. -+ —г-(35)

* По 'о А 3 а 3 а)

17

Это выражение определяет сдвиговую часть осадки водонасыщенного (8Г<1) основания при действии местной нагрузки р на ширину Ь=2а.

Подставляя это значение (36) и Б^) в (27) можем определить общую осадку Б(1) по (31).

На рис.11 представлены графики и ип(1) для фундаментов различной ширины, т.е. 4, 6 и 10 метров рассчитанные по (31). Видно, что с ростом ширины фундамента существенно меняется экстремальные значения избыточного порового давления, а также время его наступления и рассеивания. Из графиков видно также, что после полного рассеивания избыточного порового давления осадки основания развиваются пропорционально графику времени, что обусловлено ползучестью грунта.

и...1к 10 кГЫ

101 ю2 И3

-100

Рис.11. Кривые осадки водонасыщенного основания во времени с учетом консолидации и сдвиговой ползучести грунта по (35): 1- S(0,t) при Ь=4м; 2-S(0,t) при Ь=6м; 3-S(0,t) при Ь=4м; l'-uw(z=6M,t) при Ь=4м; 2'-uw(z=8M,t) при Ь=6м ; 3'-uw(z=12M,t) при Ь=10м

Скорость осадки зависит не только от коэффициента консолидации с„ но и от ширины фундаментов Ъ. Если сравнить степени фильтрационной консолидации фундаментов различной ширины bt и Ь2 без сдвиговой ползучести при cvl=cv.2, то получим, что времена стабилизации их осадки определяются зависимостью вида: tl/t2=(bi/b2)", где п~2 рис.12.

1000

2000

3000

4000

5000

Цлнен)

Рис.12. Кривые степени фильтрационной консолидаций основания фундаментов различной ширины ( плоская задача ): 1-Ь=16м; 2-Ь=8м; 3-Ь=4м В пятой главе рассмотрено влияние песчаной насыпи (дамбы) на НДС в подстилаемом водонасыщенном слое слабого водонасыщенного грунта с учетом его уплотнения песчаными сваями - дренами.

Известно, что при строительстве на слабых водонасыщенных глинистых грунтах используют песчаные подушки, насыпи, дамбы в комбинации с песчаными сваями. Уплотнение слабого основания происходит как от насыпи, так и от шнековых песчаных свай.

Известно также, что для количественной оценки НДС уплотненного слабого грунта с помощью насыпи и песпаных дрен необходимо решить уравнение трехмелрной консолидации вида:

<Э«„

ИГ

аЧ

дг2

1 Зи„

н----

г дг

+ с.

дг2

(36)

где и„- по прежнему поровое давление, к к.

,с.=-

■ коэффициенты консолидации.

-0.06

-0.16

Рис.13. Расчетная схема консолидации двухслойного основания, состоящего из насыпи высотой 6м (1), песчаной дрены (2) высотой 10м, и диаметром 30 см (а); кривые изменения порового давления иж0) в точке А(1) и осадки 3(1;) в точке

В(2) (б)

Решение (36) связано с большими трудностями и приводит к использованию специальных функций Бесселя, что связано с использованием таблиц. Численное решение (36) МКЭ с помощью Р1ах1з в значительном степени упрощает задачу, т.к. они позволяют одновременно представить результаты решения в виде графиков порового давления и„(г,:,1), и осадки во времени Ър) (рис.13).

Анализ выполненных расчетов НДС (рис.13) показал, что в условиях Вьетнама наиболее эффективным является использование комбинированное двухслойное преобразованное основание, состоящего из песчаной насыпи высотой 6м и шнековых песчаных свай длиной 10м с шагом 4м.

Основные выводы:

1. Обзор и анализ современного состояния вопросов количественной оценки НДС водонасыщенных оснований фундаментов конечной ширины показал, что они требуют совершенствование путем учета степени водонасыщения, граничных условий и раздельного прогноза осадки, обусловленные объемными и сдвиговыми деформациями грунтов основания.

2. Под воздействием внешней нагрузки в водонасыщенном основании (0,8<8,<1) фундаментов конечной ширины возникает сложное и неоднородное НДС, в том числе избыточное поровое давление, которое меняется в пространстве и во времени. Оно существенно зависит от степени водонасыщения, ширины фундамента, граничных условий и формы границы в виде полуплоскости с прямоугольным вырезом.

3. Начальная и предельная критическая нагрузки на водонасыщенное основание конечной ширины существенно зависят от: степени водонасыщения, коэффициента бокового давления, эквивалентных касательных напряжений на границе 2=0 и формы границы расчетной области в виде полуплоскости с прямоугольным вырезом.

4. Анализ НДС водонасыщенных оснований фундаментов конечной ширины показал, что среднее напряжение стт и соответствующее объемные деформации грунтов оснований локализуются непосредственно под подошвой фундамента на глубину половины активной зоны деформирования, т.е. а разность (а2р- а) имеет экстремум вдоль осевой лини г.

5. Соотношение осадок оснований в условиях плоской задачи, обусловленные сдвиговой деформацией и объемной деформацией грунтов составляющих общей осадки существенно зависит от степени водонасыщения и коэффициента Пуассона скелета грунта в целом и может изменяться в широких пределах, причем 5/5у>7.

6. Количественная оценка избыточного порового давления в основании фундаментов конечной ширины (плоская задача) аналитическими и численными методами показала, что оно на начальном этапе концентрируется непосредственно под подошвой фундаментов, имеет экстремум по координатам и по времени. Со временем область экстремальных значений порового давления смещается вниз и полностью рассеивается во все стороны. Время и скорость рассеивания существенно зависят от коэффициента консолидации и главным образом от ширины фундамента Ъ=2а, причем

7. Сдвиговая осадка водонасыщенного основания под воздействием местной нагрузки в рамках теории линейно- деформируемой средэ не зависит от избыточного порового давления и возникает на начальном этапе нагружения. Развитие осадки во времени в этом случае будет обусловлена только объемными деформациями грунта.

8. Учет сдвиговой ползучести скелета грунта в теории фильтрационной консолидации ( плоская задача) приводит к развитию сдвиговой осадки во всем интервале фильтрационной консолидации и продолжает развиваться пропорционально логарифму времени после рассеивания избыточного порового давления.

9. Математическое моделирование процесса НДС уплотнения слабого водонасыщенного основания с помощью песчаной насыпи и дрен конечной длины показало, что двухслойный массив может служить надежным основанием фундаментов конечной ширины.

Список опубликованных работ по теме диссертации:

1. Тер-Мартиросян З.Г, Сидоров В.В, Нгуен Хуи Хиеп, Расчетное сопротивление грунтов оснований фундаментов зависимости от степени их водонасыщения, журнал Инженерная Геология № 5, 2012, сс.48-52 (По списку ВАК).

2. Тер-Мартиросян З.Г, Нгуен Хуи Хиеп, Влияние степени водонасыщения глинистого грунта на его напряженнО-деформированное состояние, журнал Вестник МГСУ № 8, 2012, сс.112-120 (По списку ВАК).

3. Тер-Мартиросян З.Г, Тер-Мартиросян А.З, Нгуен Хуи Хиеп, Консолидация и ползучесть оснований фундаментов конечной ширины, журнал Вестник МГСУ № 4, 2013, сс.38-52 (По списку ВАК).

4. Тер-Мартиросян З.Г, Тер-Мартиросян А.З, Сидоров В.В, Нгуен Хуи Хиеп, Влияние граничных условий на расчетное сопротивление грунтов оснований фундаментов и предельную нагрузку на них, журнал Геотехника № 4, 2012,сс.12-15.

5. Тер-Мартиросян З.Г, Сидоров В.В, Нгуен Хуи Хиеп., Напряженно-деформированное состояние основания под воздействием полосовой нагрузки с учетом неполного водонасыщения грунта, XXI Российского Словацко- Польский семинар "Теоретические основы строительства", Варшава, 2012, сс.463-472.

Подписано в печать:

29.10.2013

Заказ № 9006 Тираж - 100 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

04201450399

НГУЕН ХУИ ХИЕП

НАПРЯЖЕННО- ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ОСНОВАНИЙ СООРУЖЕНИЙ С УЧЕТОМ СТЕПЕНИ

ИХ ВОДОНАСЫЩЕНИЯ

Специальность 05.23.02- Основания и фундаменты, подземные сооружения

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -/ Заслуженный деятель науки РФ ^✓¿у^^Двктор технических наук, профессор Тер-Мартиросян З.Г.

Москва 2013

СОДЕРЖАНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ..................................................................................................- 2 -

УСЛОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ..........................................................................- 5 -

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ........................................................................- 6 -

ВВЕДЕНИЕ.........................................................................................................-7-

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ НДС ВОДОНАСЫЩЕННЫХОСНОВАНИЙ ФУНДАМЕНТОВ КОНЕЧНОЙ ШИРИНЫ..........................................................................................................- 12 -

1.1.Введени е......................................................................................................- 13 -

1.2.Современные методы количественной оценки НДС водонасыщенных оснований фундаментов конечной ширины аналитическими методами... - 14 -

1.3. Современные методы количественной оценки НДС водонасыщенных оснований фундаментов конечной ширины численными методами..........- 21 -

1.4. Современные методы количественной оценки прочности и устойчивости оснований фундаментов конечной ширины..................................................- 22 -

1.4.1. Определение начальной критической нагрузки и расчетного сопротивления основания................................................................................- 22 -

1.4.2. Основы теории предельного напряженного состояния и определение второй (предельной)критической нагрузки р**............................................-261.5. Выводы по главе........................................................................................- 30 -

1.6.Цель и задачи исследований.....................................................................-31-

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ НДС ВОДОНАСЫЩЕННЫХ ОСНОВАНИЙ ФУНДАМЕНТОВ КОНЕЧНОЙ ШИРИНЫ..........................................................................................................- 33 -

2.1. Введение.....................................................................................................- 33 -

2.2. Теоретические основы количественной оценки НДС водонысыщенных оснований..........................................................................................................- 34 -

у

2.2.1. Общие положения..................................................................................- 34 -

2.2.2. Уравнения состояния двухкомпонентного грунта.............................- 36 -

2.2.3.Уравнения теории фильтрационной консолидации не полностью водонасыщенного грунта в условиях плоской задачи, в том числе при фильтрационной анизотропии........................................................................- 40 -

2.3. Теоретические основы численного моделирования НДС грунтов оснований....

............................................................................................................................- 45 -

2.3.1.Общие положения...................................................................................- 45 -

2.3.2. Программный комплекс РЬАХК!.........................................................- 50 -

2.4. Выводы по главе........................................................................................- 50 -

ГЛАВА 3. НАЧАЛЬНОЕ НДС ВОДОНАСЫЩЕННОГО ОСНОВАНИЯ ПРИ ДЕЙСТВИИ МЕСТНОЙ НАГРУЗКИ............................................................- 52 -

3.1. Постановка задачи.....................................................................................- 52 -

3.2. Начальная критическая нагрузка на основание фундаментов в зависимости от степени их водонасыщения..................................................- 53 -

3.2.1.Введени е...................................................................................................- 53 -

3.2.2.Начальная критическая нагрузка основание с учетом степени их водонасыщения.................................................................................................- 55 -

3.2.3.Выводы и рекомендации........................................................................- 60 -

3.3.Влияние граничных условий на начальную и предельную критическую

нагрузки на грунты оснований сооружений..................................................- 61 -

3.3.1 Введение...................................................................................................- 61 -

3.3.2.Постановка и решение задачи................................................................- 62 -

3.3.3.Выводы и рекомендации:.......................................................................- 67 -

3.4.Выводы по главе:........................................................................................- 67 -

ГЛАВА 4. НДС ВОДОНАСЫЩЕННОГО ОСНОВАНИЯ ФУНДАМЕНТА КОНЕЧНОЙ ШИРИНЫ В НЕСТАБИЛИЗИРОВАННОМ СОСТОЯНИИ (ДВУХМЕРНАЯ ЗАДАЧА КОНСОЛИДАЦИЯ)..........................................- 69 -

4.1. Общие положения. Исходные уравнения...............................................- 69 -

4.2. Аналитическое решение двумерной фильтрационной консолидации с учетом 8Г<1........................................................................................................- 74 -

4.3. Аналитическое решение плоской задачи консолидации с учетом ползучести скелета грунта...............................................................................- 79 -

4.4.Численное решение плоской задачи флильтрационной консолидации - 83 -

4.5.Выводы по главе:........................................................................................- 86 -

ГЛАВА 5. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СТРОИТЕЛЬВА НА ПРЕОБРАЗОВАННЫХ ОСНОВАНИЯХ СЛАБОГО ВОДОНАСЫЩЕННОГО ГРУНТА................................................................- 88 -

5.1.Влияние песчаной насыпи (подушки) на НДС слабого водонасыщенного глинистого основания фундаментов конечной ширины..............................- 88 -

5.1.1.Введени е...................................................................................................- 88 -

5.1.2.НДС слабого водонасыщенного основания с учетом взаимодействия с песчаной подушкой и фундаментом конечной ширины..............................- 90 -

5.1.3.НДС слабого водонасыщенного основания с учетом взаимодействия с песчаной насыпью и фундаментом конечной ширины................................- 92 -

5.2.Влияние песчаной насыпи (дамбы) на НДС в подстилаемом водонасыщенном слое слабого водонасыщенного грунта с учетом его уплотнения песчаными сваями.......................................................................- 95 -

5.3. Выводы по главе......................................................................................- 101 -

Основные выводы:.........................................................................................- 102 -

Список литературы........................................................................................- 104 -

УСЛОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

иги - инженерно-геологические изыскания;

ИГУ - инженерно-геологические условия;

игэ - инженерно-геологический элемент;

кэ - конечный элемент;

мкэ - метод конечных элементов;

МКР - метод конечных разностей;

НДС - напряженно-деформированное состояние;

НИР - научно-исследовательская работа;

НТР - научно-техническая работа;

ПК - персональный компьютер;

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Упругость - свойство тел восстанавливать деформации после снятия нагрузки.

Вязкость (внутреннее трение) -свойство тел, оказывать сопротивление перемещению из одной их части относительно другой с заданной скоростью.

Реология - раздел механики грунтов, изучающий деформационные и прочностные свойства грунтов во времени.

Математическая модель - математическое представление реальности.

Компрессионное испытание (испытание в одометре)- лабораторное определение величины деформации грунта под действием внешней нагрузки без возможности бокового расширения.

Консолидация - процесс уплотнения водонасыщенного грунта, который сопровождается отжатием поровой воды в сторону дренирующей поверхности.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы Инженерно- геологические и гидрогеологические условия большинства регионов республики Вьетнам, в том числе, города Ханоя относятся к сложным, обусловленные наличием слабых водонасыщенных глинистых грунтов с модулем деформации до 5 мПа и степенью водонасыщения 0,8<8Г < Уна глубину до 80 м, подстилаемые сравнительно плотными песчаными и гравелистыми грунтами. Освоение этих регионов имеет важное народно- хозяйственное значение и связано и решением проблем строительства и эксплуатации зданий и сооружений, возводимые на таких грунтах.

При взаимодействии фундаментов сооружений с водонасыщенными глинистыми грунтами возникает сложное, неоднородное напряженно-деформированное состояние (НДС), которое трансформируется в пространстве и во времени, сопровождаемое процессами консолидации и ползучести.

В диссертационной работе рассматриваются вопросы количественной оценки НДС водонасыщенных оснований, сложенные глинистыми грунтами со степенью водонасыщения 0,8<3Г < 1 на начальном и промежуточном этапах НДС аналитическим и численным методами. Они необходимы для совершенствования расчетов водонасыщенных оснований по I и II группам предельных состояний, в том числе, для условий Вьетнама.

Целью работы является изучение и совершенствование методов количественной оценки НДС водонасыщенных оснований сооружений, сложенные глинистыми грунтами со степенью водонасыщения 0,8<8Г<1 в рамках плоской задачи, в том числе, на начальном и промежуточном этапах. Особое внимание при этом обращено учету граничных условий на контуре расчетной области в виде полуплоскости и полуплоскости с прямоугольным вырезом.

Для достижения поставленной цели были рассмотрены и решены следующие задачи:

1. Составлен обзор и анализ современного состояния проблемы строительства на слабых водонасыщенных глинистых грунтах, в том числе, с учетом степени водонасыщения меньше единицы;

2. Анализированы современные аналитические и численные методы количественной оценки НДС водонасыщенных оснований, в том числе на начальном и промежуточном этапах;

3. Сформулированы основанные положения и составлены уравнения состояния скелета и поровой газосодержащей воды для количественной оценки НДС водонасыщенных оснований на начальном и промежуточном этапах;

4. Определены расчетные параметры деформируемой скелета и поровой газосодержащей воды грунта, а также грунта целом, в том числе коэффициент порового давления для условий отсутствия дренирования (закрытия система);

5. Поставлены и решены краевые задачи по количественной оценке НДС водонасыщенных оснований под воздействием местной нагрузки (плоская задача) с учетом различных граничных условий по напряжениям и различной формы границы ( полуплоскости с прямоугольным вырезом );

6. Поставлена и решена задача уплотнения водонасыщенного слабого грунта под воздействием песчаной насыпи с учетом песчаных дрен.

7. Поставлена и решена задача о НДС двухслойного основания состоящего из песчаной дамбы и преобразованного слабого слоя грунта.

8. Исследовано влияние степени водонасыщения в переделах 0,81,0. на НДС в допредельном и в предельном состояниях.

9. Исследовано влияния формы границы расчетной области в виде полуплоскости с прямоугольными вырезами на НДС водонасыщенных оснований под воздействием местной нагрузки;

10. Исследовано влияние касательных напряжений на границе полуплоскости при оценке НДС под воздействием местной нагрузки для определения начальной и предельной нагрузок;

11. Поставлена и решена плоская задача консолидации водонасыщенного основания под воздействием местной нагрузки. Показано, что на начальном этапе формирования НДС избыточное поровое давление концентрируется непосредственно под местной нагрузкой на ограниченную глубину На/2, а в промежуточном этапе экстремум порового давления смещается вниз и рассеивается во все стороны;

12. Исследовано влияние свойств ползучести скелета грунта при сдвиге при прогнозе осадок водонасыщенных оснований в условиях плоской задачи;

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Обоснована необходимость учета степени водонасыщения, касательных напряжений на границе, а также формы границы расчетной области для количественной оценки НДС оснований при определении начальной и предельной критической нагрузок на основания зданий и сооружений;

2. Поставлены и решены задачи по количественной оценке НДС оснований сооружений под воздействием местной нагрузки ( фундамент, дамба ) аналитическим и численным методами с учетом степени водонасыщения, коэффициента Пуассона, касательных напряжений на границе и формы границы в виде полуплоскости с прямоугольным вырезом. Показано существенное влияния этих факторов на НДС оснований сооружений;

3. На основе решения плоской задачи консолидации показано, что под воздействием местной нагрузки в водонасыщенном основании избыточное поровое давление на начальном этапе концентрируется непосредственно под местной нагрузкой на глубину Л/2 и имеет

экстремум, а на промежуточном этапе экстремум порового давления смещается вниз.

4. Рассмотрено НДС двухслойного основания, состоящего из песчаной насыпи и преобразованного слабого слоя с помощью песчаных дрен конечной длины.

Практическое значение работы заключается в том, что результаты выполненных исследований способствуют повышению достоверности количественной оценки НДС водонасыщенных оснований на начальном и промежуточном этапах. Кроме того они позволяют определить начальную и предельную критические нагрузки на водонасыщенное основание, необходимые для расчета оснований по I и II группам предельных состояний.

Выполненные исследования показали, что время стабилизации осадки под воздействием местной нагрузки ( плоская задача ) существенно меньше чем время, определенное методом эквивалентной одномерной задачи.

Показано, что предварительное уплотнение верхних слоев слабых водонасыщенных глинистых грунтов большой мощности с помощью песчаной насыпи и дрен позволяют использовать образованное двухслойного массива в качестве оснований фундаментов конечной ширины.

Реализация работы. Результаты работы будут использованы на кафедре механики грунтов и геотехники МГСУ и автором диссертации в его дальнейшей научной и практической деятельности.

На защиту выносятся:

1. Постановка и решения задач по количественной оценке НДС водонасыщенных оснований на начальном и промежуточном этапах аналитическими и численными методами в рамках плоской задачи с учетом различных факторов;

2. Анализ результатов полученных решений плоской задачи консолидации и ползучести водонасыщенных оснований в том числе, начальной и предельной критических нагрузок с учетом различных факторов.

3. Анализ результатов решения осесимметричной задачи консолидации для предварительного уплотнения слабых водонасыщенных грунтов с помощью песчаной насыпи и дрен.

4. Выводы и рекомендации, составленные по результатам исследований;

Диссертационная работа выполнена на кафедре механике грунтов и геотехники МГСУ в период обучения в аспирантура в 2009- 2013 годах под руководством профессора, доктора технических наук З.Г.Тер- Мартиросяна, которому автор выражает искреннюю благодарность за постоянное вынимание и помощь.

По теме диссертации опубликовано 5 научных работ, из них 3 в научных журналах, рекомендованных ВАК. Основные из них:

1. Тер-Мартиросян З.Г, Сидоров В.В, Нгуен Хуи Хиеп, Расчетное сопротивление грунтов оснований фундаментов зависимости от степени их водонасыщения, журнал Инженерная Геология № 5, 2012, сс.48-52 (По списку ВАК).

2. Тер-Мартиросян З.Г, Нгуен Хуи Хиеп, Влияние степени водонасыщения глинистого грунта на его напряженно-деформированное состояние, журнал Вестник МГСУ № 8, 2012, сс.112-120 (По списку ВАК).

3. Тер-Мартиросян З.Г, Тер-Мартиросян А.З, Нгуен Хуи Хиеп, Консолидация и ползучесть оснований фундаментов конечной ширины, журнал Вестник МГСУ № 4,2013, сс.38-52 (По списку ВАК).

4. Тер-Мартиросян З.Г, Тер-Мартиросян А.З, Сидоров В.В, Нгуен Хуи Хиеп, Влияние граничных условий на расчетное сопротивление грунтов оснований фундаментов и предельную нагрузку на них, журнал Геотехника №4,2012,сс.12-15.

5. Тер-Мартиросян З.Г, Сидоров В.В, Нгуен Хуи Хиеп., Напряженно- деформированное состояние основания под воздействием полосовой нагрузки с учетом неполного водонасыщения грунта, XXI Российского Словацко- Польский семинар "Теоретические основы строительства", Варшава, 2012, сс.463-472.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ НДС ВОДОНАСЫЩЕННЫХОСНОВАНИЙ ФУНДАМЕНТОВ КОНЕЧНОЙ ШИРИНЫ

1.1.Введение

При проектировании и строительстве зданий и сооружений на водонасыщенных глинистых грунтах неизбежно возникает необходимость количественной оценки НДС оснований во времени, обусловленное процессами консолидации и ползучести. Такая оценка связно с прогнозированием скорости и величины осадки основания во времени, а также его устойчивости в нестабилизированном состоянии уплотнения.

Под воздействием внешней нагрузки (фундамент, дамба и др.) в водонасыщенном основании возникает сложное и неоднородное НДС, которое трансформируется в пространстве и во времени обусловленные распределением и перераспределением общих напряжений между поровой водой и скелетом грунта в соответствии с теорией фильтрационной консолидации. Теория фильтрационной консолидации является одной из сложных в прикладной механике грунтов, т.к. она связана с решением уравнений в частных производных, следующего вида [1,2,48, 62, 63]:

ды„, 2

д1

сХМ

(1.1)

где Чуг поровое давление, су- коэффициент консолидации,

V2- оператор Лапласа

( 2 | д2р 2

У

дх2 &■

с заданными начальными и

граничными условиями.

Кроме того для решения задач фильтрационной консолидации необходимо определ