автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Оценка взаимодействия гибкого ленточного фундамента с сезоннопромерзающим пучинистым грунтом основания

На правах рукописи

Тугутов Шагдар Самбуевич

ОЦЕНКА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГИБКОГО ЛЕНТОЧНОГО ФУНДАМЕНТА С СЕЗОННОПРОМЕРЗАЮЩИМ ПУЧИНИСТЫМ ГРУНТОМ ОСНОВАНИЯ

Специальность 05.23.02 - Основания и фундаменты, подземные сооружения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2006

Работа выполнена на кафедре геотехники ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

заслуженный работник высшей школы

Российской Федерации

Карлов Владислав Дмитриевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Морарескул Николай Николаевич;

кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник Кривоногова Нниель Федоровна

Ведущая организация: ОАО «Санкт-Петербургский зональный

научно исследовательский и проектный институт жилшцно-гражданских зданий»

Защита состоится « 14 « марта 2006 г. в 1^/часов на заседании диссертационного совета Д.212.233.01 при ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 190005, Санкт-Петербург, ул. 2-я Красноармейская, д.4, ауд.206. Эл. почта: reetef@spise.spb.su Телефакс: (812) 316-58-72

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет». Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенных печатью) просим направлять по адресу: 190005, Санкт-Петербург, ул. 2-я Красноармейская, д.4.

Автореферат разослан «|2£» февраля 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Бадьин Г.М.

Основные сведения

" Актуальность работы. В настоящее время актуальной Задачей б области фундаментостроения является проблема повышения надежности зданий и сооружений различного назначения, возводимых с использованием в качестве оснований сезоннопромерзающих пучинистых грунтов. Традиционный способ устрой-

/»1Ч1А ЛпмтПЧ«ГатРГЛП гт»» ^/УГЛЛЛ»» тпг ТТЛ1ТЛ»т>Л ------- —_ с .......

V 1ыи ^«^АмимшиИ) "К** "Л АДидиишш лщи!Ц/ мм РС№» 1СА Ш1ЖС 1ЛуиИНЫ ИрО"

мерзания грунта, во многих случаях не гарантирует устойчивости фундаментов легких зданий, нагрузки от которых не в состоянии противостоять касательным силам морозного пучения. Строительные нормы проектирования СНиП 2.02.01-83* допускают назначать глубину заложения фундаментов независимо от глубины промерзания, если «... специальными исследованиями и расчетами установлено, что деформации грунтов основания при их промерзании и оттаивании не нарушают эксплуатационную пригодность сооружения». Однако, несмотря на значительный объем специальных исследований, проблема использования в качестве основания сезоннопромерзающих пучинистых грунтов остается малоизученной. Известны многочисленные примеры деформации элементов конструкции и даже аварийного состояния малоэтажных жилых, сельскохозяйственных зданий, сооружений транспортного и энергетического назначения при промерзании и последующем оттаивании грунтовых оснований.

При расчете сооружений на сезоннопромерзающих грунтах помимо силовых факторов, обусловленных совместной работой фундаментов и основания, необходимо учитывать изменение физико-механических свойств грунтов в процессе промерзания и оттаивания. Этим требованиям в полной мере отвечает расчет гибких ленточных фундаментов по предельным состояниям на деформирующихся основаниях. Недостатками существующих методов расчета является то, что они не в полной мере отражают особенности и не учитывают совместную работу еиетемы «сооружение - деформирующееся основание», а также необходимость расчета фундаментов и надфундаментных конструкций на стадии оттаивания грунтов.

Цель диссертации заключается в установлении основных закономерностей взаимодействия гибкого ленточного фундамента с сезоннопромерзающим пучинисгым основанием на основе новой комплексной методики расчета, учитывающей их совместную работу не только на стадии промерзания грунта, но и в процессе последующего его оттаивания.

В соответствии с указанной цепью были поставлены следующие задачи:

1) выполнить анализ методов проектирования ленточного фундамента на сезоннопромерзающих грунтах и оценку степени полноты учета в расчетах геокриологических процессов, определяющих взаимодействие малозагпубленных ленточных фундаментов с основанием, находящимся последовательно в талом, промерзающем и оттаивающем состояниях;

2) разработать методику оценки неравномерности совместных деформаций

сезоннЬпромерзающего пучинистого основшия-ятибкого ленточного фундамен-

™ РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ I 3 БИБЛИОТЕКА I

о»

та на основе данных полевых исследований;

3) разработать математическую модель взаимодействия гибких фундаментов с сезоннопромерзающими пучинистыми грунтами на основе результатов испытаний моделей в полевых условиях и теоретического обобщения других исследований;

4) установить основные закономерности изменения напряженно-деформированного состояния с шлемы «ссзиниоиромерлающий грунч основании — ленточный фундамент - наземные конструкции» в зависимости от изменения деформационных и прочностных свойств грунта, приведенной жесткости и размеров сооружения, глубины промерзания, интенсивности и неравномерности деформаций морозного пучения и в процессе последующего оттаивания основания;

5) разработать методику определения усилий в элементах конструкций здания при промерзании основания с использованием расчетных программ на основе метода конечных элементов (МКЭ), а также упрощенного инженерного метода их расчета на основании установленных закономерностей взаимодействия ленточного фундамента с деформирующимся основанием.

Методика исследования включала:

-теоретические исследования закономерности распределения неравномерности морозного пучения в плане и по глубине промерзания грунтов на основе данных выполненных ранее полевых экспериментальных исследований;

- теоретические исследования методом численного моделирования влияния основных криогенных и посткриогенных процессов на результаты взаимодействия моделей гибких фундаментов с сезоннопромерзающим грунтом основания;

- анализ результатов теоретических исследований совместной работы системы «деформирующееся при промерзании и оттаивании основание - ленточный фундамент - наземные конструкции» на примере расчетов реальных сооружений.

Научная новизна работы состоит:

- в комплексности учета геокриологических факторов, влияющих на устойчивость и надежность малозаплубленных фундаментов, как на стадии промерзания, так и стадии последующего оттаивания сезоннопромерзающего грунта;

- в установлении новых научно обоснованных закономерностей развития деформации морозного пучения грунта в основании зданий в зависимости от статистической неравномерности морозного пучения грунта, неравномерной глубины промерзания по длине фундамента и величины давления по его подошве;

- в разработке новой расчетной модели взаимодействия гибкого ленточного фундамента с неравномерно деформирующимся при промерзании и оттаивании основанием с учетом изменений прочностных и деформационных характеристик грунта в процессе промерзания и последующего оттаивания;

- в установлении закономерностей изменения напряженно-деформированного состояния системы «сезоннопромерзающий грунт - ленточный фундамент - наземные конструкции» в зависимости от степени пучинистости грунта и неравномерности деформации морозного пучения основания, изменения прочностных и де-

формационных свойств основания в процессе промерзания и последующего оттаивания, величины изгибной жесткости сооружения и его размеров;

- в разработке новой методики расчета малоэтажных зданий на ленточных фундаментах при использовании сезоннопромерзающих пучинистых грунтов в качестве основания.

Практическое значение работы заключается в следующем:

- установленные новые, принципиально важные закономерности изменения напряженно-деформированного состояния системы «сезоннопромерзающий грунт — ленточный фундамент - наземные конструкции» как в стадии промерзания, так и оттаивания, позволяют принять обоснованные конструктивные и технологические решения фундаментов малоэтажных зданий;

- предложенные новые методики проектирования малоэтажных зданий на ленточных фундаментах при использовании сезоннопромерзающих пучинистых грунтов в качестве основания, повышают достоверность расчетов и способствуют обеспечению устойчивости, прочности и эксплуатационной надежности проектируемых сооружений;

- разработанные методики проектирования малоэтажных зданий на мало-заглубленных ленточных фундаментах апробированы при назначении комплекса мероприятий по уменьшению влияния морозного пучения грунтов в основании фундаментов стальных резервуаров на площадке мазутного хозяйства ЗАО «Не-лес Контроле» в п. Рябово Тосненского района Ленинградской области, а результаты расчетов были обобщены и обсуждены на семинаре-практикуме специалистов в ОАО «ЛЕННИИПРОЕКТ».

Достоверность теоретических решений и методов расчета определяется:

- строгостью использованных научных методов при разработке физико-математической модели взаимодействия гибкого ленточного фундамента с деформирующимся при промерзании и оттаивании пучинистым грунтом основания;

- комплексным характером исследований закономерностей, обусловливающих эти взаимодействия, на трех стадиях изменения состояния сезоннопромер-зающего грунта (талом, промерзающем и оттаивающем);

- подтверждением численных оценок влияния различных факторов результатами натурных испытаний моделей гибких фундаментов на двух экспериментальных площадках и данными полевых исследований, приведенных в научной литературе.

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и обсуждались на трех научно-практических конференциях СПбГАСУ (2003-2005 гг.), на международном геотехническом симпозиуме «Геотехнические проблемы строительства крупномасштабных и уникальных объектов» в г. Алматы, (Казахстан, 2004 г.), на третьей конференции геокриологов России (г. Москва, 2005 г.), на международной конференции «Приоритетные направления в изучении криосферы Земли» (г. Пущино, 2005 г.), на всероссийском семинаре-практикуме «Выбор про-ектно-строительных технологий устройства фундаментов и защита подземных конструкций от грунтовых вод» (Санкт-Петербург, 2005 г.), получили отражение

в 7 научных публикациях.

Структура и объем работы.' Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов, списка использованной литературы. Список работ включает 162 наименования, 34 таблицы и 52 рисунка. Общий объем диссертации -149 страниц. Работа выполнена на кафедре «Геотехники» СПбГАСУ.

Основное содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы, определяются цель, задачи, научная новизна работы, объект, предмет, границы, методика исследования и его практическая значимость, формулируются основные положения диссертационной работы.

В главе 1 приведены сведения, накопленные в ходе исследований закономерностей формирования слоя сезонного промерзания, морозного пучения и последующего оттаивания грунта с учетом их влияния на работу малозагаубленного ленточного фундамента.

Исследованиями закономерностей промерзания и оттаивания, морозного пучения, влагопереноса и льдовыделения занимались М.И. Сумгин, H.A. Цьгго-вич, И.Н. Вотяков, М.Н. Гольдштейн, В.В. Докучаев, Э.Д. Ершов, В.Ф. Жуков, И .А. Золотарь, Н.К. Захаров, В.Д. Карлов, Н.Ф. Кривоногова, В.А. Кудрявцев, Г.И. Лапкин, A.B. Лыков, B.C. Ласточкин, Б.М. Мельников, З.А. Нерсесова, B.C. Орлов, H.A. Перетрухина, В.Д. Пономарев, Г.В. Порхаев, A.M. Пчелинцев, H.A. Пузаков, Б.А. Савельев, Н.И. Салтыкова, Г.М. Фельдман, Л.В. Чистотинов, И.А. Тютюнов, В.Б. Швец, Е.П. Шушерина, А.Е. Федосов, Л.Н. Хрусталев, D.M. Anderson, G. Beskow, P. Hoekstra, A. Jumikus, E. Penner и многие др.

Значительный вклад в изучение сложной проблемы взаимодействия промерзающих пуч инистых грунтов с фундаментами и конструкциями сооружений внесли Н.И. Быков, С.С. Вялов, М.Н. ГЬльдштейн, Б.И. Далматов, Ю.К. Зарецкий, В.Н. Иванов, В.Д. Карлов, М.Ф. Киселев, Я.А. Кроник, Ю.К. Куликов, Э.А. Ма-ров, H.H. Морарескул, В.О. Орлов, H.A. Перетрухин, Г.Н. Полянкин, В.И. Пусков, B.C. Сажин, Н.И. Салтыков, H.A. Толкаяев, И.И. Туренко, В.Д. Харлаб, В.П. Уш-калов, В.Б. Щвец, H.A. Цытович, S. Kinoshita, Е. Penner и др.

Согласно современным представлениям промерзающее основание состоит из двух слоев: верхнего - нарастающего во времени мерзлого слоя, и нижнего -талого грунта. В процессе промерзания грунт последовательно переходит через следующие стадии физического состояния: талое, пластичномерзлое и твердо-мерзлое. Механические свойства мерзлого слоя грунта изменяются по толще промерзшего слоя в соответствии с распределением в ней температуры. Принято считать, что в твердомерзлом слое практически прекращаются процессы льдовыделения и его можно рассматривать как твердое деформируемое тело, которому присущи закономерности механики сплошной среды. Деформации промерзшего слоя происходят, как правило, неравномерно и обусловлены силами кристаллизации замерзающей воды в зоне интенсивных фазовых превращений. При взаимодей-

ствии промерзающего грунта с фундаментами развиваются силы морозного пучения, обуславливающие возникновение дополнительных усилий в конструкциях здания.

При последующем оттаивании сезоннопромерзающее основание рассматривается как трехслойное, состоящее из несущего верхнею оттаивающего слоя и подстилающих мерзлого и талого слоев. Мощность верхнего слоя постепенно со временем возрастает за счет оттаивания мерзлого слоя вплоть до смыкания его с талым грунтом. В процессе оттаивания резко изменяются характеристики прочностных и деформационных свойств несущего слоя. Характер совместной работы системы «основание-здание» определяется интенсивностью развития криогенных процессов. В настоящее время многие вопросы взаимодействия системы «деформирующееся основание - здание» исследованы недостаточно.

Развитию теоретических основ взаимодействия промерзающих пучинис-тых грунтов с ленточными фундаментами посвящены работы: Р.Ш. Абжалимова, В.В. Борщева, O.P. Голли, В.Д. Карлова, Б.М. Кассахуна, В.И. Пускова, B.C. Са-жина, Н.С. Штеренфельда и др. На основании анализа этих работ можно выделить два направления по оценке усилий в конструкциях сооружений.

Одно из них основано на замене реактивного давления основания по подошве фундамента нормальными силами морозного пучения (силовое воздействие), определенными на основе экспериментальных данных взаимодействия промерзающего пучинистого грунта с абсолютно жестким штампом. Другое исходит из необходимости учета при определении дополнительных усилий в конструкциях зданий и сооружений вследствие промерзания пучинистого грунта неравномерных деформации морозного пучения основания (кинематическое воздействие).

При этом во всех случаях расчеты выполняются на основе предположения о возможности возникновения наиболее неблагоприятных условий для работы наземных конструкций здания. Экспериментальная количественная оценка воздействия нормальных сил морозного пучения при свободном опирании ленточного фундамента на деформирующееся основание практически невозможна, так как нельзя заранее определить степень стеснения деформации морозного пучения. Расчеты, основанные на кинематическом воздействии, потенциально лучше отражают влияние морозного пучения на здание. Следует отметить, что методики расчета малозаглубленных ленточных фундаментов на сезоннопромерзающих пучинистых грунтах вообще не рассматривают оттаивающее состояние грунтов на стадии весеннего оттаивания основания.

Для учета взаимодействия гибкого ленточного фундамента с сезоннопро-мерзающим основанием на стадии оттаивания были проанализированы исследования и методы проектирования таких фундаментов на оттаивающих вечномерз-лых грунтах (Н.И. Салтыков, A.A. Колесов, В.П. Ушкалов, H.A. Цытович и др.). Установлено, что величина дополнительных усилий, возникающих в конструкциях здания, зависит от ряда факторов, включая характер распределения неравномерности осадок и оттаивания и уплотнения грунта по длине фундамента. Наихудшие условия работы для конструкций здания не всегда совпадают с окончани-

ем процесса оттаивания грунта основания.

При рассмотрении взаимодействия здания с деформирующимся основанием приняты во внимание методики учета работы надфундаментных конструкций, разработанные для просадочных и набухающих грунтов оснований: В.А. Зурнад-жи, С.Н. Клепикова, В.И. Крутова, A.A. Мустафаева, И.А. Розенфельда, Е.А. Со-рочана, Д.Н. Соболева, П.П. Шагина и др.

Проведенный анализ состояния проблемы позволил сформулировать задачи исследования изложенные выше.

Вторая глава посвящена обоснованию расчетной модели взаимодействия малозаглубленного ленточного фундамента с сезоннопромерзающим пучинистым грунтом основания с использованием МКЭ.

В связи с развитием и широким использованием в практике проектирования быстродействующих компьютеров совместный расчет оснований и сооружений на заданные перемещения представляется наиболее целесообразным. Приложения МКЭ к расчету оснований и сооружений освещены в работах JI.A. Рози-на, С.Б. Ухова, А.Б. Фадеева, O.K. Зенкевича и др. Конечно-элементный анализ напряженно-деформированного состояния промерзающего пучинистого основания при его взаимодействии с фундаментами использовался в работах К. М-О. Ахмедова, Б.М. Кассахуна, А.Ф. Кима, Г.Н. Полянкина, В.И. Пускова, И,И. Сахарова и др.

Расчетная схема взаимодействия сезоннопромерзающего пучинистого грунта с гибким ленточным фундаментом рассматривается в виде неразрезной балки с приведенной жесткостью, лежащей на неравномерно деформирующемся упру-гопластическом основании. Для решения поставленной задачи численными методами вводится ряд следующих допущений:

1. Система «ленточный фундамент - сезоннопромерзающее основание» аппроксимируется сеткой конечных элементов (рис.1). В условиях плоской задачи фундамент описывается стержневыми конечными элементами (КЭ), грунт основания - физически нелинейными универсальными четырехугольными КЭ, моделирующими упругопластическую работу грунта в соответствии с критерием Кулона. Неравномерные деформации основания, обусловленные морозным пучением и последующим оттаиванием грунта, моделируются посредством температурного расширения абсолютно жестких стержней-связей, шарнирно присоединенных к балке и основанию.

2. В пределах каждого конечного элемента деформационные и прочностные свойства механические свойства основания постоянны, но могут изменяться в результате промерзания и последующего оттаивания в зависимости от температуры грунта. В зависимости от рассматриваемой стадии расчета грунт основания может был. двухслойным или трехслойным.

3. Распределение температуры по глубине промерзшего слоя грунта принято линейным. Температура в конечном элементе в определенный момент времени считается постоянной и равной среднеарифметическому значению температуры последующего и предыдущего узлов по глубине основания.

Рис 1 Расчетная модель взаимодействия гибкого ленточного фундамента с сезоннопромерзающим пучинистым грунтом основания в МКЭ

4. По контуру выделенного основания принято условие равенства нулю горизонтальных и вертикальных перемещений. Верхняя граница области перемещениями не ограничена, а по контакту фундамента с грунтом принято условие с возможностью его отрыва. Граничные условия по контакту слоев предусматривают отсутствие проскальзывания и непрерывность функций перемещений и сжимающих напряжений.

5. Неравномерные деформации основания гибкого фундамента приводят к перераспределению сил, действующих в системе и, следовательно, изменения НДС всей системы в соответствии новому положению равновесия.

Входными параметрами задачи являются: интенсивность и величина морозного пучения, неравномерность деформирования основания, прочностные и деформационные характеристики мерзлого, оттаивающего и талого грунтов (модуль деформации, коэффициент Пуассона, сопротивление грунта сдвигу, растяжению, угол внутреннего трения).

На основании анализа данных полевых наблюдений в различных районах страны неравномерность морозного пучения грунта в основании фундаментов оказалось возможным разделить на две составляющие: статистическую и детерминированную. Первая из них обусловлена неоднородностью свойств грунта и самой природой морозного пучения, а вторая определяется неравномерной глубиной промерзания грунта в основании.

Результаты исследования статистической неравномерности, проведенные В.Д. Карловым, Б.Н. Мельнитрвым, В.О. Орловым, Н.Ф. Пыщевым, П.И. Сальниковым, В.Б. Швецом, Н.С. Штеренфельдом и др. показали, что морозное пучение в плане распределяется крайне неравномерно. Величина неравномерности пучения изменяется в процессе промерзания и может существенно различаться в разные годы. Данные натурных наблюдений указывают на перио-

личность проявления неравномерности морозного пучения грунта, как в плане, так и по глубине промерзания. Расстояние между точками максимального пучения уменьшается при повышении интенсивности морозного пучения, а при ее снижении увеличивается. Регрессионный анализ данных полевых наблюдений за деформированием свободной поверхности грунта при промерзании показывает возможность их описания случайной периодической функцией (рис.2).

Расстояние, ы

Рис.2. Регрессионные кривые деформации морозного пучения свободной поверхности грунта по данным: а) В.Д. Карлова; б) Н.Ф. Пыщева (1,2,3 - экспериментальные точки; 4 - регрессионные кривые).

Исходя из статистической неравномерности пучения потенциально возможную поверхность деформирования грунта можно определить в виде интегральной характеристики стохастического основания, выраженной периодической функцией:

Sr(x) = |ff-Tif-cos^p (1)

где: ff- абсолютная величина морозного пучения; х - расстояние от начала координат до исследуемой точки; г|р 1 - соответственно коэффициент неравномерности пучения и расстояние между точками с максимальным пучением, определяются по табл.1; щ - частота, меняющаяся в пределах от 0 до 2р.

Для исследования детерминированной неравномерности автором диссертации при участии С.А. Кудрявцева решена температурная задача промерзания и последующего оттаивания сезоннопромерзающего грунта в основании здания на малозагпубленных ленточных фундаментах в пространственной постановке. Для решения задачи использовался программный комплекс «FEM models» (программный модуль «TERMOGRAUND»), разработанный А.Г. Шашкиным. В результате этих исследований выявлен характер промерзания и оттаивания грунта основания во времени.

Таблица 1

Параметры статистической неравномерности пучения грунта в плане

Коэффициент стаотсгической неравномерности морозного пучения груша Hf. доли единицы Расстояние между максимальными точками пучения 1,м Коэффициент морозного пучения грунта 7t, доли единицы

005 11-14 ?г ?0.0!

0.15 9-12 0.01< 1, 70.03

0.25 7-10 0 03< ?е ?0.07

035 5-8 0 07< it 70 10

0.45 2-6 ?г >0 10

С учетом неравномерности глубины промерзания грунта в основании здания прогнозируемую поверхность деформирования основания малозаглубленно-го фундамента можно представить в виде функции:

Sd(x) = -frivcos—,

(2)

где: т^-коэффициент неравномерности глубины промерзания грунта в основании ленточного фундамента, зависящий от температуры внутри здания и особенностей его конструкции; Ь - длина ленточного фундамента.

Неравномерные деформации промерзающего грунта основания определяются с учетом внешнего давления по подошве фундамента с помощью поправочного коэффициента кр к абсолютной величине морозного пучения. Значения поправочного коэффициента получены на основе расчета величины морозного пучения с учетом давления на промерзающее основание (ТМД 50-601-2004 «Методика оценки характеристик морозоопасных свойств грунтов в строительстве Санкт-Петербурга»). Интегрально влияние всех рассмотренных факторов на неравномерность деформации морозного пучения сезоннопромерзающего основания учитывается выражением

S(x)="J ffkp ha' cos~ + % • cos— I

(3)

Используемые в расчетах прочностные характеристики промерзающего грунта определены по СНиП 2.02.04-88 в зависимости от его вида и температуры. Модуль общей деформации мерзлого грунта принят как для условно стабилизированного состояния по линейной зависимости от температуры. Прочностные характеристики оттаивающего грунта вычислялись по методике В.Д. Карлова (ТМД 50-601-2004 СПб). Деформационные показатели в оттаивающей стадии сезоннопромерзающего грунта определялись по уточненной автором диссертации методике М.Ф. Киселева.

В главе 3 выполнена оценка достоверности предложенной модели по результатам натурных экспериментов взаимодействия гибких ленточных фундаментов с сезоннопромерзающими пучинистыми грунтами, проведенных на экспериментальных площадках под научным руководством В.Д. Карлова при участии

сотрудников кафедры «Геотехники» СПбГАСУ инж. A.B. Дерендяева, С.П. Макарова и др.

На площадке №1 (г. Череповец) испытывались 4 модели гибких фундаментов с различной изгибной жесткостью, изготовленные из прокатных профилей. Каждая модель фундамента загружалась двумя сосредоточенными силами. Грунт площадки сложен преимущественно моренными суглинками, сильнопучинисты-ми. На экспериментальной площадке Кк2 (Красное Сели, г. Санкг-Петербур!) модели гибких фундаментов представляли собой металлические листы, загруженные по центру сосредоточенной силой. Грунт площадки слагается преимущественно легкими суглинками, среднепучинистыми. Характеристики моделей гибких фундаментов приведены в табл.2.

В процессе промерзания и последующего оттаивания производились измерения деформаций фундаментов, окружающего грунта и его темперапурно-влаж-ностного режима.

Таблица2

Характеристики моделей гибких фундаментов

Наименование Модели фундаментов

Площадка №1 Площадка №2

Ф-1 Ф-2 Ф-3 Ф-4 Ф-5 ф-6 Ф-7 Ф-8

Геометрические размеры длима, см ширина, см площадь поперечного сечения, см2 момент терции сечения, см4 среднее давление по подоите кПа 300 26 370 172.8 100 300 26 37 0 208! 80 300 26 39.9 512.6 100 300 26 37.0 172.8 80 210 30 48 102 15.9 210 30 48 10.2 15.9 210 30 96 81.9 159 210 30 48 10.2 15 9

Изгибная жесткость поперечного сечения, кН-м1 3560 428.7 1056.0 356 0 21.1 21.1 168.8 21 I

Эскиз поперечного сечения' 1 -швеллер №16; 2 - уголок 75x50x8; Э • швеллер №10; 4 • полоса. 1Г ИЛ IthС JJÜL t-]6MM -А- Htm 1-32 им А- t=16 ми

Количественная оценка взаимодействия гибкого фундамента с сезоннопро-мерзающим пучинистым грунтом основания по предложенной расчетной модели выполнена с использованием программы на основе МКЭ «ЛИРА». Прогнозируемая неравномерность деформирования промерзающего основания определяется исходя из фактических (замеренных в натуре) относительных деформаций моделей фундаментов. Полученные в результате расчета данные изменения усилий (М, <)), реактивного давления основания при промерзании грунта представлены на примере модели гибкого фундамента Ф-3 (рис.3).

Моделирование промерзания при равномерном пучении грунта основания (учитывалось повышение деформационных и прочностных характеристик мерзлого слоя) показало снижение изгибающего момента в опасном сечении модели гибкого фундамента на 3.6% относительно талой стадии. При этом реактивное давление по подошве фундамента распределяется менее равномерно, концентрируясь в местах приложения внешних сосредоточенных нагрузок. Следует отме-

тигь, что при сосредоточенных нагрузках более равномерное распределение реактивного давления по подошве фундамента приводит к увеличению усилий в нем. При промерзании с неравномерным пучением основания величина изгибающего момента в фундаменте возрастает на 32.7% по сравнению с талым состоянием грунта. В сечениях моделей фундамента происходит изменение знака изгибающего момента. Реактивные давления основания смещаются к местам наибольшего пучения грунта с увеличением максимального его значения до 5 раз. Первоначально заданные неравномерные деформации морозного пучения основания в результате установления нового положения равновесия снизились на 6.0 мм.

•) 100 г

б) о -2

Г.

I «

I-

10

12 »> 0

3м а 20 1

9! «

X

-10 -20 -30

39 кН 39 «Н

05 1 1.5

2 2Л 3 35 4 4.5 5 5.5 6

Расстояние, м Длина, м

1 15 2 и 3

1 , .

58/^7 -

И.вГМ 1 890 1 1

- 1 1 1 ,18 4 . , 75 / 29 7 1 185 " |

-183, , -27 9, -85 <у -18 4'

Длинны 0 05 1 2 2.5 0 0—^-г-^-г—-,-1 г "«-»г—

Рис 3. Распределение в сечениях модели фундамента Ф-3 при различном состоянии грунта основания' а) абсолютных деформаций (I -натурной, II- прогнозируемой неравномерности основания при промерзании; III - полученной в ходе расчета); б) изгибающих моментов,

в) поперечных сил; г) реактивного давления (1 - талое состояние; 2 - промерзание с равномерным пучением; 3 - промерзание с прогнозируемой неравномерностью пучения).

Оттаивание промерзшего слоя грунта приводит к увеличению усилий в сечениях фундамента (до 50% по сравнению с величиной усилий, определенных до промерзания основания). Выравнивание прогнозируемых неравномерных деформаций основания (наряду с другими факторами) при оттаивании грунта по сравнению с промерзающей его стадией происходит более интенсивно, что объясняется большей податливостью оттаивающего слоя.

Сопоставление результатов расчетов на основе предложенной модели с экспериментальными данными, полученными в различных грунтовых и климатических условиях, подтверждает достоверность отражения принятой моделью основных закономерностей взаимодействия сезоннопромерзающего грунта с мало-заглубленным фундаментом. Основываясь на данных моделирования, были проведены исследования влияния основных факторов (входных параметров задачи) на взаимодействия моделей гибких балок с сезоннопромерзающим основанием.

Учет деформационных характеристик мерзлого грунта в расчетах взаимодействия промерзающего пучинистого грунта с ленточным фундаментом при всех прочих равных условиях приводит к повышению усилий в сечениях фундамента до 15% и более. При этом зависимость изменения усилий носит нелинейный характер с наибольшей интенсивностью их возрастания при значениях модуля деформации до 100 МПа.

Изменение усилий в сечениях гибкого фундамента зависит от глубины промерзания практически линейно до определенной величины значительно меньшей нормативной глубины промерзания, после которой такими приращениями можно пренебречь.

Исследование влияния деформационных характеристик подстилающего талого грунта на изменение НДС системы в процессе его промерзания с неравномерным пучением показало, что значения усилий в моделях гибких фундаментов тем больше, чем слабее грунт. С увеличением модуля деформации талого грунта уменьшается зависимость усилий в сечениях фундамента от глубины промерзания.

Усилия в моделях фундаментов возрастают с увеличением глубины оттаивания. Верхний оттаивающий слой грунта с малым значением модуля деформации более интенсивно выравнивает заданные неравномерные деформации основания.

Наиболее важными факторами, влияющими на возникновение дополнительных усилий в условиях попеременного промерзания и оттаивания, в порядке их убывания являются: величина неравномерности морозного пучения и ее характер распределения по длине фундамента; погонная жесткость фундамента; глубина промерзания и оттаивания грунта; деформационные и прочностные свойства мерзлого и оттаивающего грунтов.

В главе 4 изложены результаты исследования взаимодействия деформирующегося основания и ленточного фундамента с учетом влияния стены здания в зависимости от приведенной изгибной жесткости системы фундамент-стена, длины фундамента, неравномерности морозного пучения и интенсивности равномер-

ной распределенной нагрузки.

Длина фундамента задавалась в пределах от 6 до 24 м. Изменение приведенной изгибной жесткости поперечного сечения системы фундамент-стена (от Е1=1х105 до 30x105 кН мг) примерно соответствует изменению этажности здания от одного до двух. Абсолютная неравномерность поверхности основания при морозном пучении Л^ варьировалась в пределах от 0 до 45 мм. Указанный интервал включает неравномерность деформирования основания фундаментов при изменении степени пучинистости грунта от практически непучинистого до сильно-пучинистого. Величина давления по подошве фундамента изменялась от нуля до расчетного сопротивления грунта талого состояния. Всего было рассчитано 500 вариантов.

Изменение абсолютной неравномерности морозного пучения грунта основания от 0 до 45 мм вызывает увеличение усилий в конструкциях здания до трех раз и более. Зависимость изменения усилий в системе при увеличении его жесткости имеет нелинейный характер. Интенсивность повышения усилий выше при малых жесткостях системы (рис.4а).

10 20 30

Изгибин жвслюстъ фукшиннга, Е1 х10* кНхм1

т-1-1-,-1

12 1» 24

Длина фундамента Ц ы

Длина фундамент» Ь, м

2 0

—1—Г I 1—Г 02 94 Об 08 Величина относительной нагрузки Т1- р/Д

1 - талое состояние грунта

2 - рввноме ное промерзание

3 - промерзшие с иершиомер*

костью пучения М<=*25 мм 4-тоже А^-35ми 5 - то же ^,=45 мм

ЕМх10>хНмг,Ь-12м <р50кН/м

Рис 4 Изменение изгибающего момента в зависимости от а) приведенной изгибной жесткости фундамента; б) длины фундамента; в) величины нагрузки. На рис. 4г отображено изменение реактивного давления по подошве фундамента

При определенном соотношении между приведенной жесткостью на изгиб поперечного сечения системы фундамент-стена, длины фундамента и характеристиками грунта основания для заданной неравномерности пучения может проявляться экстремум в приращениях дополнительных усилий (рис.4б). Величина приложенной нагрузки неоднозначно влияет на возникновение дополнительных усилий в конструкциях здания. Ее влияние исследовалось в зависимости от соотношения величины давления по подошве фундамента к расчетному сопротивлению грунта до промерзания основания г| = р/Л. Изменение усилий в конструкциях здания при большой погонной изгибной жесткости системы фундамент-стена и величине давления, равной расчетному сопротивлению талого грунта, имеет линейный характер. С уменьшением давления и погонной изгибной жесткости системы характер изменений приобретает нелинейную зависимость (рис.4в). Исследование характера распределения реактивного давления по подошве ленточного фундамента в зависимости от интенсивности и неравномерности деформаций морозного пучения грунта, приведенной изгибной жесткости, величины нагрузки показало возможность ее описания степенной функцией (рис.4г).

Взаимодействие системы «сезоннопромерзакяцее основание - ленточный фундамент - стена здания» на стадии оттаивания грунта исследовалось в зависимости от неравномерности деформаций основания, вызванной предшествующим морозным пучением, и неоднородности сложения грунта, обусловленной неравномерной глубиной оттаивания по длине фундамента.

Исследование неоднородности основания, моделируемая симметричным оттаиванием мерзлого слоя грунта (образования чаши протаивания), показало, что максимальные значения дополнительных усилий в конструкциях здания возникают при длине оттаявшего слоя равной половине длины ленточного фундамента Ь. При этом значения изгибающих моментов возрастают до 60% по сравнению с их значениями в талом состоянии грунта. Однако усилия в конструкциях здания в большой степени зависят от неравномерности деформирования поверхности основания, чем от его неоднородности (рис.5а).

0 02 04 06 0« I 0 10 20 30 40 50

Опюсительнаядлина^/Ь Коэффициент гибкости 1

Рис. 5 Изменение изгибающего момента в зависимости от а) неоднородности оттаивающего слоя грунта по подошве фундамента и неравномерности деформирования основания при оттаивании Мй; б) коэффициента гибкости I 16

Сравнение усилий в конструкциях здания при промерзающем и оттаивающем состояниях грунта основания показало их сближение с уменьшением погонной приведенной изгибной жесткости системы фундамент-стена. При коэффициенте гибкости Х>2'5 (по М.И. Горбунову-Посадову) возникающие дополнительные усилия в конструкциях здания при оттаивании грунта основания становятся больше, чем при его промерзании, а также при больших сосредоточенных нагрузках в средней части фундамента (рис. 56).

Полученные закономерности указывают на то, что усилия, возникающие в конструкциях здания, можно регулировать конструктивно за счет наиболее оптимального распределения жесткости по его объему (размещения проемов, железобетонных поясов усиления), а также разбивки сооружения по длине.

На основании анализа проведенных исследований разработан инженерный метод определения усилий (М и ()) в конструкциях здания на малозаглубленных фундаментах, результаты которого достаточно близки с результатами, полученных при расчетах с использованием МКЭ.

В инженерной методике расчета используются следующие параметры: величина и интенсивность морозного пучения, прочностные и деформационные характеристики талого и мерзлого грунтов основания, длина и приведенная жесткость фундамента, величина нагрузки. За исходные положения приняты зависимости усилий от факторов, определяющих взаимодействие фундамента с про садочными грунтами при замачивании лессового грунта (В.А. Зурнаджи). Исходной предпосылкой в предложенной методике расчета являлось задание реактивного давления по подошве ленточного фундамента при морозном пучении грунта функцией, полученной в результате исследований, параметры которой определяются неравномерностью морозного пучения, величиной нагрузки, длиной и изгибной жесткостью ленточного фундамента с учетом работы надфундаментных конструкций, деформационными характеристиками сезоннопромерзающего грунта.

Усилия в сечениях малозаглубЛенйого ленточного фундамента при промерзании пучинистого грунта в его основании определяются по формулам

М = к- • «("-Р 4 2(а+п)(а + 2)

2||ГхГ2-(" + 2)х2 + п|у2

д = ка4я-х0(а-1)

-4-2-п + 2(я+1>(^У(2 + п)

(4)

4 2 0 (а+пХ2+п)

где: а и п - соответственно коэффициенты неравномерности распределения реактивного давления по подошве фундамента и степенной функции, определяются в зависимости от неравномерности морозного пучении основания и от

(1-у?)я-Е„Ь13

коэффициента гибкости системы 1 - —2л ,с ,—; Ь - длина фундамента,

х0 - координата рассматриваемого сечения; Ео, уо - осредненный модуль деформации и коэффициент Пуассона грунта на стадии промерзания; Е,, V,, 1, Ь, 1 - приведенный модуль упругости, коэффициент Пуассона, момент инерции, ширина и полудлина ленточного фундамента; к^ - коэффициент, учитывающий влияния величины действующей нагрузки, определяется в зависимости от величины нагрузки и коэффициента гибкости системы I. Максимальное значение изгибающего момента образуется в сечении фундамента с координатой х0 =0, а

2-Ь"

поперечной силы - х = 2<а+о .

В большинстве случаев при проектировании зданий на малозаглубленных ленточных фундаментах можно ограничиться проведением расчета по предельным состояниям на стадии промерзания с учетом выполнения условия равенства величины морозного пучения грунтов при промерзании величине осадки основания при весеннем оттаивании. На основе проведенных исследований разработаны методики проектирования малоэтажных зданий по предельным состояниям, возводимых с использованием в качестве основания сезоннопромерзающего пу-чинистого грунта. В данных методиках определение усилий в элементах конструкций здания выполняется: с использованием распространенных программ на основе метода конечных элементов (МКЭ); по эмпирическим формулам, учитывающим установленные закономерности, отражающие процессы промерзания, воздействия неравномерных деформаций при морозном пучении грунтов основания на фундамент.

Основные выводы

1. На основании результатов полевых исследований неравномерности морозного пучения установлены факторы, влияющие на характер формирования потенциально возможной поверхности грунта основания в процессе его промерзания и пучения. Регрессионный анализ данных указанных исследований показал возможность описания неравномерности деформирования основания периодической функцией, определяемой детерминированной и статистической закономерностями развития морозного пучения (формула 3).

2. Разработана новая расчетная модель взаимодействия гибкого ленточного фундамента с деформирующимся при промерзании и последующем оттаивании грунтовым основанием. Фундамент рассматривается в виде неразрезной балки с приведенной жесткостью, лежащей на неравномерно деформирующемся упруго пластическом основании. При определении усилий в конструкциях здания выполняется расчет по предельным состояниям системы «основание - сооружение» на прогнозируемые перемещения.

3. В соответствии с разработанной моделью взаимодействия «основание-здание», используя численный метод анализа - МКЭ, установлены основные факторы, определяющие напряженно-деформированное состояние системы «сезон-

нопромерзающее основание - малозаглубленный фундамент - стена», которые можно расположить по степени убывания их влияния в следующей последовательности: величина неравномерности морозного пучения и характер ее распределения по длине фундамента; погонная жесткость фундамента, глубина промерзания и оттаивания, характеристики деформационных и прочностных свойств мерзлого, оттаивающего и талого грунтов основания.

4. Теоретические исследования разработанной модели взаимодействия позволили установить закономерности изменения напряженно-деформированного состояния рассматриваемой системы в зависимости от перечисленных выше факторов:

- изменение степени пучинистости грунта от малопучинистого до силь-нопуч инисто го (что равнозначно увеличению неравномерности деформирования основания от 5 до 45 мм) вызывает возрастание усилий в сечениях фундамента до трех раз;

- с увеличением приведенной изгибной жесткости поперечного сечения системы фундамент-стена усилия в ней возрастают нелинейно, причем интенсивность повышения усилий выше при малых ее значениях (коэффициент гибкости 1> 10);

- влияние длины фундамента на изменение напряжений в конструкциях здания при морозном пучении основания необходимо рассматривать совместно с его изгибной жесткостью в поперечном сечении, так как при определенном их соотношении может проявляться экстремум в приращениях дополнительных усилий. Увеличение длины фундамента от 6 до 24 м при коэффициенте гибкости 1 <10 и прочих равных условиях приводит к повышению усилий в шесть раз и более, тогда как при больших его значениях происходит снижение;

- учет в расчетах деформационных характеристик мерзлого грунта при всех прочих равных условиях приводит к повышению усилий в ленточном фундаменте в зависимости от глубины промерзания до 15% и более;

- максимальные значения дополнительных усилий в конструкциях здания при учете неоднородности основания, моделируемой симметричным прота-иванием мерзлого слоя грунта (образования чаши протаивания), возникают при длине оттаявшего слоя равной половине длины ленточного фундамента;

- в случае малой гибкости системы «сезоннопромерзающее основание -ленточный фундамент - стена здания» (1 г 25), а также при сосредоточенных нагрузках в средней части фундамента возникающие дополнительные усилия в конструкциях здания в стадии оттаивания сезоннопромерзающего грунта основания больше, чем при его промерзании.

5. При расчете ленточного фундамента на сезоннопромерзающем пучини-стом грунте с использованием программ на основе МКЭ выполняется расчет на прогнозируемые неравномерности морозного пучения. Входными параметрами задачи являются: заданная неравномерность пучения, прочностные и деформационные характеристики мерзлого, оттаивающего и талого грунта (модули деформации, коэффициенты Пуассона, сопротивление грунта сдвигу, растяжению,

угол внутреннего трения), геометрические и механические параметры подземной и наземных конструкций здания.

6. Разработан инженерный метод расчета определений усилий на основании установленных количественных зависимостей от основных факторов. Исходной предпосылкой в упрощенной методике расчета явилось описание реактивного давления по подошве ленточного фундамента грунта степенной функцией, параметры которой определяются неравномерностью морозного пучения, величиной нагрузки, длиной и изгнбной жесткостью ленточного фундамента с учетом работы надфундаментных конструкций, деформационными характеристиками сезоннопромерзающего грунта (формула 4).

7. Усилия, возникающие в конструкциях здания, можно регулировать за счет наиболее оптимального распределения жесткости по объему здания (размещения проемов, железобетонных поясов усиления), разбивки сооружения по д лине, уменьшения абсолютной неравномерности деформирования, достигаемой за счет следующих мероприятий: мелиоративных (дренаж), теплотехнических (утепление, отопление); конструктивных (компенсирующих устройств, песчаных и других подушек); увеличения глубины заложения фундаментов.

Публикации автора по теме диссертации:

1. Тугутов Ш.С. Исследование взаимодействия ленточных фундаментов с сезон-нопромерзающим пучинистым грунтом основания // Актуальные проблемы современного строительства: доклады 56-й науч.-техн. конф. молодых ученых. 4.1. - СПб.: СПбГАСУ, 2004.- С Л 4-15.

2. Тугутов Ш.С. Математическое моделирование взаимодействия опытных гибких фундаментов Ь промерзающим пучинистым основанием // Актуальные проблемы современного строительства: доклады 57-й науч.-техн. конф. молодых ученых. 4.1. - СПб.: СПбГАСУ, 2004.- С.13-17.

3. Тугутов Ш.С. Обоснование расчетной схемы взаимодействия ленточного фундамента с неравномерно деформируемым при промерзании пучинистым основанием // Основания и фундаменты: теория и практика: межвуз. темат. сб. тр. - СПб., 2004. - С. 143-147.

4. Карлов В.Д., Тугутов Ш.С. Результаты полевых исследований на моделях и математического моделирования взаимодействия ленточного фундамента с деформирующимся при промерзании основанием // Теоретические и практические проблемы геотехники: межвуз. темат. сб. тр. - СПб., 2005. -С.189-195.

5. Тугутов Ш.С. Математическое моделирование взаимодействия опытных гибких фундаментов с' промерзающим пучинистым основанием // Геотехнические проблемы строительства крупномасштабных и уникальных объектов: международный геотехнический симпозиум. - Алматы, 2004.-С.419—421.

6. Карлов В.Д., Тугутов Ш.С. О закономерностях взаимодействия гибких фундаментов с промерзающим пучинистым основанием // Материалы Третьей кон-

ференции геокриологов России, т.4. -М.: Изд-во МГУ, 2005. - С.137-144.

7. Карлов В.Д., Тугутов Ш.С. Учет криогенных и посткриогенных процессов при проектировании малозашубленных фундаментов // Приоритетные направления в изучении криосферы Земли: тезисы международной конференции. -Пущино, 2005. - С.89-90. (Karlov V.D., Tugutov Sh.S. (2005) Cryogenic and Postcryogenic Processes in Designing Shallow Foundations //Priorities in the Earth Ciyobphere Research. Abstracts of the International Conterence. Pushchino pp. 258-259.).

Подписано к печати 26.01.2006. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Усл. печ. л. 1,5. Тир. 100 экз. Заказ И .

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская, 4.

Отпечатано на ризографе. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская, 5

sUëâA Л

р-¿970

i s

N

;

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЛЕНТОЧНЫХ ФУНДАМЕНТОВ С

МОРОЗООПАСНЫМИ ГРУНТАМИ ОСНОВАНИЯ.

1.1. Явления и процессы в промерзающих пучинистых грунтах оснований, определяющие их взаимодействие с фундаментами сооружений.

1.2. Анализ существующих методов расчета малозаглубленных ленточных фундаментов на промерзающих пучинистых грунтах основания.

1.3. Явления и процессы в оттаивающих грунтах оснований, определяющие их взаимодействие с фундаментами сооружений.

1.4. Взаимодействие малозаглубленных фундаментов с сезоннопромерзающим основанием на стадии оттаивания.

Выводы по главе 1 и задачи исследований.

ГЛАВА 2. РАСЧЕТНАЯ МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МАЛОЗАГЛУБЛЕННОГО ЛЕНТОЧНОГО ФУНДАМЕНТА С СЕЗОННОПРОМЕРЗАЮЩИМ ОСНОВАНИЕМ.

2.1. Расчетная модель взаимодействия ленточных фундаментов с сезоннопромерзающим пучинистым основанием.

2.2. Обоснование закономерности неравномерных деформаций морозного пучения основания.

2.3. Оценка показателей деформационных и прочностных свойств промерзающего грунта.

2.4. Оценка показателей деформационных и прочностных свойств оттаивающего грунта.

Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. ОЦЕНКА ДОСТОВЕРНОСТИ ПРЕДЛОЖЕННОЙ МОДЕЛИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ПОЛЕВЫХ НАБЛЮДЕНИЙ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МОДЕЛЕЙ ГИБКИХ ФУНДАМЕНТОВ С МОРОЗООПАСНЫМИ ГРУНТАМИ.

3.1. Анализ результатов расчета моделей гибких фундаментов с морозоопасным основанием на экспериментальной площадке № 1.

3.2. Анализ результатов расчета гибких фундаментов с морозоопасным основанием на экспериментальной площадке № 2.

3.3 . Исследование влияния различных факторов на напряженно-деформированное состояние модели ленточного фундамента при промерзании и оттаивании пучинистого основания.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ЛЕНТОЧНОГО ФУНДАМЕНТА НА МОРОЗООПАСНЫХ ГРУНТАХ ОСНОВАНИЯ.

4.1. Исследование взаимодействия промерзающего пучинистого основания с малозаглубленным ленточным фундаментом, рассматриваемым как составной элемент конструкций здания.

4.2. Исследование взаимодействия сезоннооттаивающего пучинистого основания с малозаглубленным ленточным фундаментом, рассматриваемым как составной элемент конструкций здания.

4.3. Методика расчета ленточного фундамента на морозоопасном основании.

4.3.1. Основные положения.

4.3.2. Методика расчета усилий в конструкциях малоэтажных зданий с учетом совместной работе системы «стена — ленточный фундамент — сезоннопромерзающее основание» с использованием

4.3.3. Упрощенный расчет усилий в конструкциях малоэтажных зданий с учетом совместной работе системы: сезоннопромерзающее основание —ленточный фундамент — стена.

4.4. Примеры расчетов взаимодействия малозаглубленного фундамента с учетом жесткости стены с морозоопасным основанием.

Выводы по главе 4.

Актуальность работы. В настоящее время актуальной задачей в области фундаментостроения является проблема повышения надежности зданий и сооружений различного назначения, возводимых с использованием в качестве оснований сезоннопромерзающих пучинистых грунтов. Традиционный способ устройства фундаментов, при котором их подошва закладывается ниже глубины промерзания грунта, во многих случаях не гарантирует устойчивости фундаментов легких зданий, нагрузки от которых не в состоянии противостоять касательным силам морозного пучения. Строительные нормы проектирования СНиП 2.02.01-83* допускают назначать глубину заложения фундаментов независимо от глубины промерзания, если «. специальными исследованиями и расчетами установлено, что деформации грунтов основания при их промерзании и оттаивании не нарушают эксплуатационную пригодность сооружения». Однако, несмотря на значительный объем специальных исследований, проблема использования в качестве основания сезоннопромерзающих пучинистых грунтов остается малоизученной. Известны многочисленные примеры деформации элементов конструкции и даже аварийного состояния малоэтажных жилых, сельскохозяйственных зданий, сооружений транспортного и энергетического назначения при промерзании и последующем оттаивании грунтовых оснований.

При расчете сооружений на сезоннопромерзающих грунтах помимо силовых факторов, обусловленных совместной работой фундаментов и основания, необходимо учитывать изменение физико-механических свойств грунтов в процессе промерзания и оттаивания. Этим требованиям в полной мере отвечает расчет гибких ленточных фундаментов по предельным состояниям на деформирующихся основаниях. Недостатками существующих методов расчета является то, что они не в полной мере отражают особенности и не учитывают совместную работу системы «сооружение - деформирующееся основание», а также необходимость расчета фундаментов и надфундаментных конструкций на стадии оттаивания грунтов.

Цель диссертации заключается в установлении основных закономерностей взаимодействия гибкого ленточного фундамента с сезоннопромерзающим пучинистым основанием на основе новой комплексной методики расчета, учитывающей их совместную работу не только на стадии промерзания грунта, но и в процессе последующего его оттаивания.

В соответствии с указанной целью были поставлены следующие задачи:

1. выполнить анализ методов проектирования ленточного фундамента на сезоннопромерзающих грунтах и оценку степени полноты учета в расчетах геокриологических процессов, определяющих взаимодействие малозаглубленных ленточных фундаментов с основанием, находящимся последовательно в талом, промерзающем и оттаивающем состояниях;

2. разработать методику оценки неравномерности совместных деформаций сезоннопромерзающего пучинистого основания и гибкого ленточного фундамента на основе данных полевых исследований;

3. разработать математическую модель взаимодействия гибких фундаментов с сезоннопромерзающими пучинистыми грунтами на основе результатов испытаний моделей в полевых условиях и теоретического обобщения других исследований;

4. установить основные закономерности изменения напряженно-деформированного состояния системы «сезоннопромерзающий грунт основания - ленточный фундамент - наземные конструкции» в зависимости от изменения деформационных и прочностных свойств грунта, приведенной жесткости и размеров сооружения, глубины промерзания, интенсивности и неравномерности деформаций морозного пучения и в процессе последующего оттаивания основания;

5. разработать методику определения усилий в элементах конструкций здания при промерзании основания с использованием расчетных программ на основе метода конечных элементов (МКЭ), а также упрощенного инженерного метода их расчета на основании установленных закономерностей взаимодействия ленточного фундамента с деформирующимся основанием.

Методика исследования включала:

- теоретические исследования закономерности распределения неравномерности морозного пучения в плане и по глубине промерзания грунтов на основе данных выполненных ранее полевых экспериментальных исследований;

- теоретические исследования методом численного моделирования влияния основных криогенных и посткриогенных процессов на результаты взаимодействия моделей гибких фундаментов с сезоннопромерзающим грунтом основания;

- анализ результатов теоретических исследований совместной работы системы «деформирующееся при промерзании и оттаивании основание - ленточный фундамент - наземные конструкции» на примере расчетов реальных сооружений.

Научная новизна работы состоит:

- в комплексности учета геокриологических факторов, влияющих на устойчивость и надежность малозаглубленных фундаментов, как на стадии промерзания, так и стадии последующего оттаивания сезоннопромерзающего грунта;

- в установлении новых научно обоснованных закономерностей развития деформации морозного пучения грунта в основании зданий в зависимости от статистической неравномерности морозного пучения грунта, неравномерной глубины промерзания по длине фундамента и величины давления по его подошве;

- в разработке новой расчетной модели взаимодействия гибкого ленточного фундамента с неравномерно деформирующимся при промерзании и оттаивании основанием с учетом изменений прочностных и деформационных характеристик грунта в процессе промерзания и последующего оттаивания;

- в установлении закономерностей изменения напряженно-деформированного состояния системы «сезоннопромерзающий грунт - ленточный фундамент - наземные конструкции» в зависимости от степени пучинисто-сти грунта и неравномерности деформации морозного пучения основания, изменения прочностных и деформационных свойств основания в процессе промерзания и последующего оттаивания, величины изгибной жесткости сооружения и его размеров;

- в разработке новой методики расчета малоэтажных зданий на ленточных фундаментах при использовании сезоннопромерзающих пучинистых грунтов в качестве основания.

Практическое значение работы заключается в следующем:

- установленные новые, принципиально важные закономерности изменения напряженно-деформированного состояния системы «сезоннопромер-зающий грунт - ленточный фундамент - наземные конструкции» как в стадии промерзания, так и оттаивания, позволяют принять обоснованные конструктивные и технологические решения фундаментов малоэтажных зданий;

- предложенные новые методики проектирования малоэтажных зданий на ленточных фундаментах при использовании сезоннопромерзающих пучинистых грунтов в качестве основания, повышают достоверность расчетов и способствуют обеспечению устойчивости, прочности и эксплуатационной надежности проектируемых сооружений;

- разработанные методики проектирования малоэтажных зданий на ма-лозаглубленных ленточных фундаментах апробированы при назначении комплекса мероприятий по уменьшению влияния морозного пучения грунтов в основании фундаментов стальных резервуаров на площадке мазутного хозяйства ЗАО «Нелес Контроле» в п. Рябово Тосненского района Ленинградской области, а результаты расчетов были обобщены и обсуждены на семинаре-практикуме специалистов в ОАО «ЛЕННИИПРОЕКТ».

Достоверность теоретических решений и методов расчета определяется:

- строгостью использованных научных методов при разработке физико-математической модели взаимодействия гибкого ленточного фундамента с деформирующимся при промерзании и оттаивании пучинистым грунтом основания;

- комплексным характером исследований закономерностей, обусловливающих эти взаимодействия, на трех стадиях изменения состояния сезонно-промерзающего грунта (талом, промерзающем и оттаивающем); подтверждением численных оценок влияния различных факторов результатами натурных испытаний моделей гибких фундаментов на двух экспериментальных площадках и данными полевых исследований, приведенных в научной литературе.

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и обсуждались на трех научно-практических конференциях СПбГАСУ (20032005 гг.), на международном геотехническом симпозиуме «Геотехнические проблемы строительства крупномасштабных и уникальных объектов» в г. Ал-маты, (Казахстан, 2004 г.), на третьей конференции геокриологов России (г. Москва, 2005 г.), на международной конференции «Приоритетные направления в изучении криосферы Земли» (г. Пущино, 2005 г.), на всероссийском семинаре-практикуме «Выбор проектно-строительных технологий устройства фундаментов и защита подземных конструкций от грунтовых вод» (Санкт-Петербург, 2005 г.), получили отражение в 7 научных публикациях.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов, списка использованной литературы. Список работ включает 162 наименования, 34 таблицы и 52 рисунка. Общий объем диссертации - 149 страниц. Работа выполнена на кафедре «Геотехники» СПбГАСУ. Автор выражает благодарность научному руководителю д-ру техн. наук, проф. В.Д. Карлову, д-ру техн. наук, проф. В.И. Морозову, д-ру техн. наук С.А. Кудрявцеву, зав. кафедры, д-ру техн. наук, проф. Р.А. Мангушеву, кандидату техн. наук Ширунову Г.Н., д-ру техн. наук, проф. И.И. Сахарову и всем сотрудникам кафедры геотехники СПбГАСУ.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. На основании результатов полевых исследований неравномерности морозного пучения установлены факторы, влияющие на характер формирования потенциально возможной поверхности грунта основания в процессе его промерзания и пучения. Регрессионный анализ данных указанных исследований показал возможность описания неравномерности деформирования основания периодической функцией, определяемой детерминированной и статистической закономерностями развития морозного пучения (формула 3).

2. Разработана новая расчетная модель взаимодействия гибкого ленточного фундамента с деформирующимся при промерзании и последующем оттаивании грунтовым основанием. Фундамент рассматривается в виде неразрезной балки с приведенной жесткостью, лежащей на неравномерно деформирующемся упругопластическом основании. При определении усилий в конструкциях здания выполняется расчет по предельным состояниям системы «основание -сооружение» на прогнозируемые перемещения.

3. В соответствии с разработанной моделью взаимодействия «основание-здание», используя численный метод анализа - МКЭ, установлены основные факторы, определяющие напряженно-деформированное состояние системы «сезоннопромерзающее основание - малозаглубленный фундамент - стена», которые можно расположить по степени убывания их влияния в следующей последовательности: величина неравномерности морозного пучения и характер ее распределения по длине фундамента; погонная жесткость фундамента, глубина промерзания и оттаивания, характеристики деформационных и прочностных свойств мерзлого, оттаивающего и талого грунтов основания.

4. Теоретические исследования разработанной модели взаимодействия позволили установить закономерности изменения напряженно-деформированного состояния рассматриваемой системы в зависимости от перечисленных выше факторов:

- изменение степени пучинистости грунта от малопучинистого до силь-нопучинистого (что равнозначно увеличению неравномерности деформирования основания от 5 до 45 мм) вызывает возрастание усилий в сечениях фундамента до трех раз;

- с увеличением приведенной изгибной жесткости поперечного сечения системы фундамент-стена усилия в ней возрастают нелинейно, причем интенсивность повышения усилий выше при малых ее значениях (коэффициент гибкости t > 10);

- влияние длины фундамента на изменение напряжений в конструкциях здания при морозном пучении основания необходимо рассматривать совместно с его изгибной жесткостью в поперечном сечении, так как при определенном их соотношении может проявляться экстремум в приращениях дополнительных усилий. Увеличение длины фундамента от 6 до 24 м при коэффициенте гибкости t <10 и прочих равных условиях приводит к повышению усилий в шесть раз и более, тогда как при больших его значениях происходит снижение;

- учет в расчетах деформационных характеристик мерзлого грунта при всех прочих равных условиях приводит к повышению усилий в ленточном фундаменте в зависимости от глубины промерзания до 15% и более;

- максимальные значения дополнительных усилий в конструкциях здания при учете неоднородности основания, моделируемой симметричным про-таиванием мерзлого слоя грунта (образования чаши протаивания), возникают при длине оттаявшего слоя равной половине длины ленточного фундамента;

- в случае малой гибкости системы «сезоннопромерзающее основание -ленточный фундамент - стена здания» (t > 25), а также при сосредоточенных нагрузках в средней части фундамента возникающие дополнительные усилия в конструкциях здания в стадии оттаивания сезоннопромерзающего грунта основания больше, чем при его промерзании.

5. При расчете ленточного фундамента на сезоннопромерзающем пучи-нистом грунте с использованием программ на основе МКЭ выполняется расчет на прогнозируемые неравномерности морозного пучения. Входными параметрами задачи являются: заданная неравномерность пучения, прочностные и деформационные характеристики мерзлого, оттаивающего и талого грунта (модули деформации, коэффициенты Пуассона, сопротивление грунта сдвигу, растяжению, угол внутреннего трения), геометрические и механические параметры подземной и наземных конструкций здания.

6. Разработан инженерный метод расчета определений усилий на основании установленных количественных зависимостей от основных факторов. Исходной предпосылкой в упрощенной методике расчета явилось описание реактивного давления по подошве ленточного фундамента грунта степенной функцией, параметры которой определяются неравномерностью морозного пучения, величиной нагрузки, длиной и изгибной жесткостью ленточного фундамента с учетом работы надфундаментных конструкций, деформационными характеристиками сезоннопромерзающего грунта (формула 4).

7. Усилия, возникающие в конструкциях здания, можно регулировать за счет наиболее оптимального распределения жесткости по объему здания (размещения проемов, железобетонных поясов усиления), разбивки сооружения по длине, уменьшения абсолютной неравномерности деформирования, достигаемой за счет следующих мероприятий: мелиоративных (дренаж), теплотехнических (утепление, отопление); конструктивных (компенсирующих устройств, песчаных и других подушек); увеличения глубины заложения фундаментов.

1. Абжалимов, Р.Ш. Гипотеза о распределении нормальных сил морозного пучения по подошве твердомерзлого слоя грунта под фундаментами / Р.Ш. Абжалимов // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2004. - №1.— С.4 -6.

2. Аверочкина, М.В. К вопросу о прочности грунтов при оттаивании / М.В. Аверочкина // Основания и фундаменты зданий и сооружений на вечно-мерзлых грунтах: тез. докл. всесоюз. науч.-техн. совещ. М., 1975. - Т. 2 — С.54 -56.

3. Андрианов, П.И. Температура замерзания грунтов / П.И. Андрианов. -М: Изд-во АН СССР, 1936. 54 с.

4. Арефьев, С.В. Результаты экспериментальных исследований влияния параметров колебаний на сопротивление сдвигу оттаивающего грунта / С.В. Арефьев, В.Д. Карлов // Фундаментостроение в условиях слабых и мерзлых грунтов.-Л., 1986.-С. 117-122.

5. Бакулин, Ф.Г. Деформации мерзлых дисперсных грунтов при оттаивании/ Ф.Г. Бакулин, В.Ф. Жуков // Изв. АН СССР. М., 1955. - С.132 - 136.

6. Березанцев, В.Г. Сопротивление грунтов местной нагрузке при постоянной отрицательной температуре / В.Г. Березанцев // Материалы по лабораторным исследованиям мерзлых грунтов. М., 1953. - С.86 - 117.

7. Бредюк, Г.П. Результаты исследования процесса пучения связных грунтов при промерзании / Г.П. Бредюк // Материалы по физике и механике мерзлых грунтов. М., 1959. - С.56 - 72.

8. Бродская, А.Г. Сжимаемость мерзлых грунтов / А. Г. Бродская. М.: Изд-во АН СССР, 1962. - 83 с.

9. Вялов, С.С. Взаимодействие здания и оттаивающего основания с учетом фактора времени / С.С. Вялов, В.Г. Позовская // Оттаивающие грунты как основания сооружений. -М.: Наука, 1981. С.28 - 47.

10. Вялов, С.С. Подземные льды и сильнольдистые грунты как основания сооружений / С.С. Вялов, В.В.Докучаев, Д.Р. Шейнкман. Д.: Стройиздат. Ленингр. отд-ние., 1976. - 165 с.

11. Вялов, С.С. Расчеты на прочность и ползучесть при искусственном замораживании грунтов / С.С. Вялов, Ю.К.Зарецкий, С.Э. Городецкий. Л.: Стройиздат, 1981. - 199 с.

12. Вялов, С.С. Реологические основы механики грунтов / С.С. Вялов. — М.: Высшая школа, 1978. 447 с.

13. Вялов, С.С. Реология мерзлых грунтов / С.С. Вялов. М.: Стройиздат, 2000.-464 с.

14. Вялов, С.С. Экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния слоя слабого грунта, подстилаемого малосжи-маемой толщей / С.С. Вялов, A.JI. Миндич // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1977. -№1.-С.26-30.

15. Гарагаш, Б.А. Аварии и повреждения системы «здание основание» и регулирование надежности ее элементов / Б.А. Гарагаш. - Волгоград: Изд-во ВолГУ, 2000. -384 с.

16. Герасимов, А.С. Фундаменты легких зданий на вечномерзлых грунтах / А.С. Герасимов. Д.: Стройиздат Ленингр. отд-ние., 1984 - 153 с.

17. Гольдштейн, М.Н. Деформации земляного полотна и оснований сооружений при промерзании и оттаивании / Гольдштейн М.Н. М., 1948. — 212 с.

18. Горбунов-Посадов, М.И. Расчет конструкций на упругом оснований / М.И. Горбунов-Посадов, Т.А. Маликова, В.И. Соломин. Изд. 3-е, перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1984 - 680 с.

19. Далматов, Б.И. Воздействие морозного пучения грунтов на фундаменты сооружений / Б.И. Далматов. Д., 1957. - 60 с. - (Сборник научных трудов / Ленингр. инженер.-строит. ин-т; вып.27).

20. Далматов, Б.И. Устройство газопроводов в пучинистых грунтах / Б.И. Далматов, B.C. Ласточкин -JI.: Недра, 1978.-199 с.

21. Дерендяев, А.В. Об изменении прочностных свойств промороженного пылевато-глинистого грунта в процессе оттаивания / А.В. Дерендяев, В.Д. Карлов // Фундаментостроение и механика слабых грунтов. JL 1988 - С.77 -84.

22. Деформации и напряжения в промерзающих и оттаивающих грунтах / под ред. Э.Д. Ершова. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1985. - 167 с.

23. Докучаев, В.В. Взаимодействие оттаивающих оснований с фундаментами, рассматриваемыми как составные элементы конструкций зданий/ В.В. Докучаев, Л.И. Неймарк, А.И. Золотарь // Оттаивающие грунты как основания сооружений. М., 1981. - С.14 - 20.

24. Докучаев, В.В. Расчет фундаментов на вечномерзлых грунтах по предельным состояниям / В.В.Докучаев. М.: Стройиздат Ленингр. отд-ние., 1968.- 120 с.

25. Жесткова Т.Н. Криолотогические последствия неодномерного промерзания / Т.Н. Жесткова // Проблемы геокриологии. М.: Наука, 1983. - С. 169 -177.

26. Жуков, В.Ф. Предпостроечное протаивание многолетнемерзлых горных пород при воздействии на них сооружений / В.Ф.Жуков. М.: Изд-во АН СССР, 1958.- 148 с.

27. Зарецкий, Ю.К. Вязкопластичность грунтов и расчеты сооружений / Ю.К. Зарецкий. -М.: Стройиздат, 1988. 352 с.

28. Зенкевич, O.K. Метод конечных элементов в технике / O.K. Зенкевич -М.: МИР, 1975.-541 с.

29. Золотарь И.А. Теоретические основы применения тонкодисперсных грунтов для возведения земляного полотна автомобильных дорог в северных районах области многолетнемерзлых грунтов / И.А. Золотарь Л., 1961 - 422 с.

30. Зурнаджи, В.А. Основания и фундаменты на лессовых просадочных грунтах: изыскания, проектирование, возведение / В.А. Зурнаджи и др.. Ростов на/Д.: Изд-во Рост, ун-та, 1968. - 320 с.

31. Иванов, В. Н. Высокоэффективная теплоизоляция в основаниях аэродромов и дорог/В.Н. Иванов. М.: Транспорт, 1988. - 133с.

32. Иванов, В.И. К вопросу о фильтрации воды в мерзлых грунтах/ В.И. Иванов // Материалы по лабораторным исследованиям мерзлых грунтов. М., 1957.-С6.3.-С.149-162.

33. Иванов, В.Н. Высокоэффективная теплоизоляция дорожных и аэродромных покрытий / В.Н. Иванов, И.И. Кравчук // Аэропроект, вып. 16, М., 1974. С.37 - 42.

34. Иванов, Н.С. Тепло- и массоперенос в мерзлых горных породах / Н.С. Иванов. М.: Наука, 1969. - 240 с.

35. Иноземцев, В.К. О методике определения сжимаемости оттаивающих грунтов с учетом динамических воздействий в лабораторных условиях / В.К. Иноземцев, В.Д. Карлов // Механика грунтов, основания и фундаменты. -Л., 1980.-С.122-129.

36. Каган, А.А. Многолетнемерзлые скальные основания сооружений / А.А. Каган, Н.Ф. Кривоногова. Л.: Стройиздат Ленингр. отд-ние., 1978. -208 с.

37. Каган, А.А. Основные закономерности процесса пучения грунтов / А.А. Каган, А.Н. Кривоногова // Инженерно-геологические изучения и оценка мерзлых, промерзающих и протаивающих грунтов (ИКГ 92). - СПб.: Изд-во ВНИИГ, 1993.-С.4- 18.

38. Карлов, В.Д. Анализ деформаций моделей гибких фундаментов при промерзании в их основании пучинистого грунта / Карлов В.Д., Кушнир И.Н., Королькова В.В., Рубцова Т.В. // Инженерные геокриологические проблемы Забайкалья. Чита, 1987. - С.75 - 78.

39. Карлов, В.Д. К вопросу оценки величины нормального давления морозного пучения грунтов / В.Д. Карлов // Геотехнические проблемы строительства крупномасштабных и уникальных объектов. Алматы, 2004. - С.274 - 276.

40. Карлов, В.Д. О неравномерности морозного пучения грунтов и ее оценке / В.Д. Карлов // Механика грунтов, основания и фундаменты. JI.,1977. - С. 121 - 130. - (Межвузовский тематический сборник научных трудов / Jle-нингр. инженер.-строит. ин-т, №2 (123)).

41. Карлов, В.Д. О прочности мерзлого грунта в процессе его оттаивания / В.Д. Карлов, А.В. Дерендяев // Актуальные проблемы прочности материалов и конструкций при низких и криогенных температурах. СПб., 1995. - С. 18 - 19.

42. Карлов, В.Д. Об определении относительной осадки оттаивающих мерзлых глинистых грунтов / В.Д. Карлов // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1978. - №4. - С. 16.

43. Карлов, В.Д. Принципы проектирования фундаментов при использовании в основаниях сооружений сезоннопромерзающих грунтов / В.Д. Карлов // Геотехника: наука и практика. СПб., 2000. - С. 15-24.

44. Киселев, М.Ф. Предупреждение деформации грунтов от морозного пучения/М.Ф. Киселев. Л.: Стройиздат Ленингр.отд-ние., 1985.-130 с.:ил.

45. Киселев, М.Ф. Теория сжимаемости оттаивающих грунтов под давлением / М.Ф. Киселев Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние., 1978.-176 с.

46. Коновалов, А.А. Прочностные свойства мерзлых грунтов при переменной температуре / А.А. Коновалов. Новосибирск: Наука Сиб. отд-ние., 1991.-93 с.

47. Косицын, Б.А. Статический расчет крупнопанельных и каркасныхзданий / Б.А. Косицын. -М.: Стройиздат, 1971.-215 с.

48. Кроник, Я.А. Термомеханические модели мерзлых грунтов и криогенных процессов / Я.А. Кроник // Реология грунтов и инженерное мерзлотоведение. М., 1982. - С.51-71.

49. Кудрявцев, В.А. Общее мерзлотоведение (геокрилогия): учеб. / В.А. Кудрявцев. Изд.2, перераб. и доп. - М.: Изд-во МГУ, 1978. - 404 с.

50. Кудрявцев, С.А. Геотехническое моделирование процесса промерзания и оттаивания морозоопасных грунтов / С.А. Кудрявцев. СПб., М.: АСВ, 2004.-37с.

51. Лапкин, Г.И. Расчет осадок сооружений на оттаивающих грунтах по методу контактных давлений / Г.И., Лапкин. М.: Стройиздат, 1947. - 76 с.

52. Ласточкин B.C. Исследование морозного пучения и сжимаемости после оттаивания кембрийских глин / В.С Ласточкин // Механика грунтов и фундаментостроение. Л., 1970. - С.12-17. - (Сборник научных трудов / Ле-нингр. инженер.-строит, ин-т; вып. 61).

53. Лишак, В.И. Расчет бескаркасных зданий с применением ЭВМ / В.И. Лишак. -М.: Стройиздат, 1977. 176 с.

54. Лукьянов, B.C. Расчет глубины промерзания грунтов/ B.C. Лукьянов, М.Д. Головко. М., 1957. - 164 с. - (Труды всесоюзного научно-исследовательского института транспортного строительства; вып.23).

55. Лялин, Я.Д. К вопросу об оптимальном опробовании стохастического грунтового массива/ Я.Д. Лялин // Надежность и долговечность строительных конструкций. Волгоград, 1976.— С.39 - 42. - (Сборник трудов / Волгоградский политехи, ин-т; вып. 2).

56. Малышев, М.В. Расчет осадки фундаментов на оттаивающем грунте/ М.В. Малышев// Основания, фундаменты и механика грунтов. 1966. — № 4. — С.20 - 24.

57. Маров, Э.А. Определение касательных и нормальных сил морозного пучения в полевых условиях / Э.А. Маров // Материалы по проектированию сложных фундаментов и оснований и по производству изысканий. -М. 1974. —

58. С.40 49. - (Сборник трудов / Гос. произв. ком. по монтажным и спец. строит, работам СССР; Главспецпромстрой; Проектный институт Фундаментпроект; вып. 14).

59. Мустафаев, А.А. Фундаменты на просадочных и набухающих грунтах: учеб. пособие для студентов строит, спец. вузов / А.А. Мустафаев М.: Высш. шк., 1989. - 590 е.: ил.

60. Невзоров, A.JI. Фундаменты на сезоннопромерзающих грунтах: уч. пос. для вузов/ A.JI. Невзоров. М.: АСВ, 2000. - 319 с.

61. Неймарк, Л.И. Расчет и моделирование зданий на неравномерно деформируемых оттаивающих основаниях/ Л.И. Неймарк. Л.: Стройиздат Ленингр. отд-ние., 1979. - 168 с.

62. Орлов, В.О. Криогенное пучение тонко дисперсных грунтов/ В.О. Орлов. М.: Изд-во Академии наук СССР, 1962. - 188 с.

63. Орлов, В.О. Морозоопасные грунты как основания сооружений/ В.О. Орлов и др.. Новосибирск: Наука [Сиб. отд-ние], 1992. - 165 с.

64. Орлов, В.О. Пучение промерзающих грунтов и его влияние на фундаменты сооружений / В.О. Орлов, Ю.Д. Дубнов, Н.Д. Меренков. Л., Стройиздат Ленингр. отд-ние., 1977. - 184 с.

65. Основы геокриологии (мерзлотоведения): в 2 ч. / Ред. коллегия: Н.А. Цытович [пред.] и др. М.: Изд-во Акад. Наук СССР, 1959.

66. Инженерная геокрилогия / отв. ред. Н.И. Салтыков, 1959. 366 с.

67. Основы геокриологии: в 5 ч. / под ред. Э.Д. Ершова. М.: Изд-во МГУ, 1995- 1999.4.1: Физико-химические основы геокриологии. 1995. 368 с.4.5: Инженерная геокриология. 1999. 526 с.

68. Перетрухин, Н.А. Взаимодействие фундаментов с промерзающим пучинистым основанием / Н.А. Перетрухин // Морозное грунтов и способы защиты сооружений от его воздействия. М., 1967. - С.74 - 92.

69. Пономарев, В.Д. Проблемы механики оттаивающих грунтов и пути их решения / В.Д. Пономарев // Оттаивающие грунты как основания сооружений.-М., 1981.-С.5-13.

70. Порхаев, Г.В. Тепловое взаимодействие зданий и сооружений с веч-номерзлыми грунтами / Г.В. Порхаев. М.: Наука, 1970. - 208с.

71. Пузаков, Н.А. Водно-тепловой режим земляного полотна автомобильных дорог / Н.А. Пузаков. М.: Автотрансиздат, 1960. - 168 с.

72. Пчелинцев, A.M. Строение и физико-механические свойства мерзлых грунтов / Пчелинцев A.M. М.: Наука, 1964 — 260 с.

73. Пыщев, Н.Ф. Распределение морозного пучения в массиве промерзающего грунта / Н.Ф. Пыщев, Б.Н. Мельников, O.K. Вострецов // Основания и фундаменты. Пермь, 1978. - С. 73 - 77.

74. Расчет и проектирование конструкций высотных зданий из монолитного железобетона: проблемы, опыт, возможные решения и рекомендации, компьютерные модели, информационные технологии / А.С. Городецкий и др.. Киев: Факт, 2004. - 106 е.: ил.

75. Рекомендации по проектированию и расчету малозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах / НИИ оснований и подзем, сооружений им. Н.М. Герсеванова М., 1985. - 60 с.

76. Рекомендации по учету и предупреждению деформаций и сил морозного пучения грунтов / Произв. и НИИ по инж. изысканиям в стр-ве. М.: Стройиздат, 1986. - 72 с.

77. Розин JI.A. Задачи теории упругости и численные методы их решения / Л.А. Розин. СПб: Изд-во СП6ГТУД998. - 530 с.

78. Роман JI.T. Механика мерзлых грунтов / J1.T. Роман. М.: Наука — Интерпериодика, 2002. - 426 с.

79. Савельев Б.А. Физико-химическая механика мерзлых пород/ Б.А. Савельев. М.: Недра, 1989. - 211 с.

80. Сажин B.C. Конструкции и технология возведения фундаментов зданий на пучинистых грунтах / B.C. Сажин, В.Я. Шишкин, Б.Н. Жаналинов. -Алма-Ата: Гылым, 1991. 232 с.

81. Сажин B.C. Проектирование и строительство фундаментов сооружений на пучинистых грунтах / B.C. Сажин, В.Я. Шишкин, А.С. Волох. Саратов: Изд-во Саратовск. ун-та, 1988. - 237 с.

82. Сажин B.C. Расчет фундаментов по деформациям пучения/ B.C. Сажин, В.В. Борщев, А.В. Сажин // Совершенствование конструкций и теплотехнических характеристик зданий сельскохозяйственного назначения. М., 1982. -С. 78-85.

83. Салтыков Н.И. Теоретические основы проектирования фундаментов на оттаивающем основании / Н.И. Салтыков. М.: Изд-во АН СССР, 1952. -164 с.

84. Сахаров, И.И. Физикомеханика криопроцессов в воде и грунтах и акустическая эмиссия / И.И. Сахаров; С.-Петерб. гос. архитектур.-строит. ун-т. -СПб., 1994.-98 с.

85. Толкачев, Н.А. Экспериментальные исследования нормальных сил пучения грунтов / Н.А. Толкачев. М., 1963. — С.91-116. - (Труды / НИИ оснований и подзем, сооружений им. Н.М. Герсеванова; вып. 52).

86. Тютюнов, И.А. Природа миграции воды в грунтах при промерзании и основы физико-химических приемов борьбы с пучением / И.А. Тютюнов, З.А. Нерсесова. М.: Изд-во АН СССР, 1963. - 158 с.

87. Ухов, С.Б. Расчет сооружений и оснований методом конечных элементов: учебн. пособие / С.Б. Ухов. М., 1973. - 118 с.

88. Ушкалов, В.П. Исследование работы протаивающих оснований и их расчет по предельным деформациям сооружений / В.П. Ушкалов. М., 1962. -221 с.

89. Фадеев, А.Б. Метод конечных элементов / А.Б. Фадеев. М.: Недра, 1987.-220 с.

90. Федоров, В.И. Фундаменты в экстремальных условиях Дальнего Востока и Сибири: исследования, поиски, открытия / В.И. Федоров, Н.Я. Федорова. Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2003- 292 с.

91. Федосеев, Ю.Г. Экспериментальные исследования осадки оттаивающих грунтов/ Ю.Г. Федосеев// Оттаивающие грунты как основания сооружений. -М., 1981. -С.60-68.

92. Фельдман, Г.М. Передвижение влаги в талых и промерзающих грунтах/ Г.М. Фельдман. Новосибирск: Наука, 1988. - 258 с.

93. Цырендоржиева, М.Д. Прогноз деформации мерзлых грунтов методом температурно-временной аналогии при штамповых испытаниях/ М.Д. Цырендоржиева, JI.T. Роман // Вестн. Моск. ун-та, Сер. 4, Геология. — М.,1994. -С. 18-25.

94. Цытович, Н.А. Механика грунтов (краткий курс): учебник для вузов. 3-е изд., доп. / Н.А. Цытович. - М.: Высшая школа, 1979. - 272 с.

95. Цытович, Н.А. Механика мерзлых грунтов: учебн. Пособие / Н.А. Цытович. -М.: «Высшая школа», 1973. 448 е.: ил.

96. Цытович, Н.А. Основания механики мерзлых грунтов / Н.А. Цытович, М.И. Сумгин. М.: Изд-во АН СССР, 1937. - 432 с.

97. Чеверев, В.Г. Природа криогенных свойств грунтов / В.Г. Чеверев. -М.: Научный мир, 2004. 234 с.

98. Чистотинов, JI.B. Миграция влаги в промерзающих грунтах / JI.B. Чистотинов. М.: Наука, 1973. - 144 с.

99. Шагин, П.П. Прочность сборных конструкций на просадочных грунтах/П.П. Шагин. -JI.-M.: Гостройиздат Ленингр. отд-ние., 1963. 120 с.

100. Швец В.Б. Надежность оснований и фундаментов / В.Б. Швец, Б.Л.Тарасов, Н.С. Швец. М.: Стройиздат, 1980. - 158 с.

101. Швец В.Б. Фундаменты мелкого заложения на Урале / Швец В.Б. -Свердловск, 1965. 120 с.

102. Шушерина Е.П. Некоторые опыты по изучению влияния промораживания и последующего оттаивания на прочность глинистых грунтов/ Е.П. Шушерина, Н.А. Цытович // Материалы по лабораторным исследованиям мерзлых грунтов: Сб.З. М., 1957. - С.280 - 289.

103. Абжалимов, Р.Ш. Особенности взаимодействия пучинистых грунтов с конструкциями подземных переходов и метод их расчета: автореф. дис. . канд. техн. наук. М., 1987. - 25 с.

104. Борщев, В.В. Взаимодействие мелкозаглубленных фундаментов с сезоннопромерзающими грунтами: автореф. дис. . канд. техн. наук. М., 1988.-21с.

105. Голли, О.Р. Интегральные закономерности морозного пучения грунтов и их использование при решении инженерных задач в строительстве: автореф. дис. . д-ра техн. наук / ВНИИГ им. Веденеева Б.Е. СПб., 2000. -45 с.

106. Захаров, Н.К. Исследование сопротивления грунтов сдвигу при оттаивании: автореф. дис. канд. техн. наук.-М., 1951.-12 с.

107. Карлов, В.Д. Исследование особенностей морозного пучения нево-донасыщенного моренного суглинка: автореф. дис. . канд. техн. наук. JL, 1969.- 19 с.

108. Карлов, В.Д. Сезоннопромерзающие грунты как основания сооружений: автореф. дис. . д-ра техн. наук.-СПб., 1999.— 41 с.

109. Кассахун, Б.М. Эффективные фундаменты мелкозаглубленных фундаментов для малоэтажных зданий в условиях Московской области: дис. . канд. техн. наук. М., 2004. - 241 с.

110. Колесов, А.А. Исследование работы гибких фундаментов на оттаивающих вечномерзлых грунтах: автореф. дис. . канд. техн. наук. М., 1973. -28 с.

111. Миндич, A.JI. Экспериментальные исследования деформативных свойств и несущей способности слоя слабого грунта, подстилаемого жестким основанием: автореф. дис. канд. техн. наук. М., 1973.-22 с.

112. Морарескул, Н.Н. Исследование нормальных сил пучения грунтов: дисс. . доктор техн. наук. JL, 1950. - 257 с.

113. Мусорин, А.В. Метод расчета малозаглубленных фундаментов в условиях глубокого сезонного промерзания: автореф. дис. канд. техн. наук. Якутск, 1998.-22 с.

114. Пахомова, Г.М. Осадки оттаивающих грунтов в процессе консолидации: автореф. дис. . канд. техн. наук. М., 1980. -24с.

115. Пекарская, Н.К. Прочность мерзлых грунтов при сдвиге и ее зависимость от текстуры: автореф. дис. . канд. геол.-минер, наук. М., 1962. 24 с.

116. Полянкин, Г.Н. Исследование совместной работы основания и фундамента в промерзающих пучинистых грунтах: дисс. . канд. техн. наук. — Новосибирск, 1982. 197 с.

117. Пусков, В.И. Силовые воздействия морозного пучения грунтов на фундаменты сооружений и методы их расчета: дисс. .д-ра техн. наук. М., 1993.-421с.

118. Пыщев, Н.Ф. Исследование распределения морозного пучения в плане: автореф. дис. . канд. техн. наук. Свердловск, 1974. - 23 с.

119. Пыщев, Н.Ф. Экспериментальные исследования неравномерности морозного пучения массива промерзающих грунтов оснований зданий и сооружений: автореф. дис. . канд. техн. наук. -М. 1982. -23 с.

120. Рабинович, И.Г. Исследование глубины промерзания грунтов у отапливаемых зданий: автореф. дис. . канд. техн. наук. -М.,1968. 24с.

121. Сальников, П.И. Устойчивость фундаментов зданий на мерзлых грунтах в Южном Забайкалье: автореф. дис. . д-ра техн. наук. Якутск, 1996. -29 с.

122. Соколов, Д.А. О глубине заложения фундаментов на пучинистых грунтах в условиях Латвийской ССР: автореф. дис. . канд. техн. наук. Л., 1957.-22 с.

123. Суханов, Б.И. Исследование прочностных свойств мерзлых грунтов с оттаиванием в полевых условиях: автореф. дис. . канд. техн. наук. Свердловск, 1975.-28 с.

124. Чернов, В.К. Методы расчета фундаментных балок и плит на неоднородном основании: дисс. . канд. техн. наук. Л, 1978. 166 с.

125. Шалагин, А.П. Исследование влияния морозного пучения элювиальных крупнообломочных грунтов на устойчивость фундаментов зданий и сооружений: автореф. дис. . канд. техн. наук. Свердловск, 1970. - 19с.

126. Штеренфельд, Н.С. Исследование влияния морозного пучения на незаглубленные малонагруженные фундаменты под электрооборудование подстанций: автореф. дис. . канд. техн. наук. М., 1977. - 24 с.

127. Шушерина Е.П. Исследование изменений физико-механических свойств грунтов в результате их промерзания и последующего оттаивания: автореф. дис. . канд. геол.-минер. наук.-М., 1955.- 16 с.1. XXX

128. ГОСТ 20522-96. Методы статистической обработки результатов испытаний. Минстрой России. М. 1996.

129. ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация. Минстрой России. -М.1996.

130. ГОСТ 28622-90. Метод лабораторного определении степени пучи-нистости. Государственный строительный комитет СССР. -М. 1990.1. XXX

131. ВСН 29-85. Проектирование мелкозаглубленных фундаментов малоэтажных сельских зданий на пучинистых грунтах. М.,1985 - 47с.

132. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружения (к СНиП 2.02.01-83)/НИИОСП им. Герсеванова. -М.: Стройиздат, 1986. -415с.

133. СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений / Госстрой России. М.: ГУП ЦПП, 2002. - 48с.

134. СНиП 2.02.04-88. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах / Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1990. - 78с.

135. СНиП 23-01-99. Строительная климатология / Госстрой России. -М.: ГУП ЦПП, 2000.-58 с.

136. СНиП П-22-81*. Каменные и армокаменные конструкции / Госстрой России. М.: ГУП ЦПП., 2004. - 40 с.

137. СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции / Госстрой России. М.: ГУП ЦПП., 1996. - 77 с.

138. ТМД 50-601-2004 СПб. Методика оценки характеристик морозо-опасных свойств грунтов в строительстве Санкт-Петербурга. СПб., 2005г. — 11 с.

139. ТСН МФ-97 МО. «Проектирование, расчет и устройство мелкоза-глубленных фундаментов малоэтажных жилых зданий в Московской области», Миноблстрой. М. 1999г. - 50 с.

140. ТСН-50-302-2004. «Проектирование фундаментов зданий и сооружений в Санкт-Петербурге» / Правительство Санкт-Петербурга. СПб., 2004. -58 с.1. XXX

141. Оценка надежности оснований при промерзании и оттаивании грунтов: отчет о НИР/ ЛИСИ: рук. и исполн.; Далматов Б.И., Карлов В.Д., Макаров С.П,. Дерендяев А.В. Л., 1990.

142. Andersland D.M. Physical and thermal properties of frozen ground / Andersland D.M., Pusch R., Penner E. // Geotechnical Engineering for Cold Region.-N.Y.: McCraw- Hill, 1978.-pp.37-102.

143. Andersland O. An introduction to frozen ground engineering / Ander-sland O., Ladanayi B. N.Y.: Chapman and Hall, 1994. - 352 p.

144. Brinkgreve R.B.J. Non-linear finite element analysis of safety factors / Brinkgreve R.B.J., Bakker H.L. // Proc. 7th Int. Conf. on Сотр. Methods and Advances in Geomechanics, Cairns (Australia). Cairns, 1991. - P.l 117 - 1122.

145. Fucuda M. Field prediction of the uplift force to conducts due to frost heaving / Fucuda M., Kinoshita S. // Proc. 5-th Intern. Symp. On Ground Freezing, Sapporo. Japan. 1985. Vol.2, pp.135 - 139.

146. Hoekstra P. Moisture movement in soil under temperature gradients with the cold side below freezing / Hoekstra P. // Water Res. 1966. Vol.2, pp.45-53.

147. Konrad J.M. Frost heave mechanics: Ph. D. Thesis / Konrad J.M. Edmonton Alberta. 1980. - 472 p.

148. Ladanayi B. Evolution of frost heaving stress acting on pile / Ladanayi B. Foriero A. // Proc. 7-th Intern. Symp. on the Permafrost, Yellowknife. 1998. -pp.623-633.

149. Penner E. Uplift forces on foundations in frost heaving soils / Penner E. //Canad. Geotechn. J. 1974.-№ 11.-pp. 323-338.1. XXX