автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Расчет фундаментных плит и перекрестных лент на многослойном заторфованном основании

МИНСТРОЙ РОССИИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ, ПРОЕКТНО-ИЗЫСКАТЕЛЬСКИЙ И КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ОСНОВАНИЙ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ имени Н.М.Герсеванова

РГ6 ОД

ДУНАЕВА ОЛЬГА МИХАЙЛОВНА

РАСЧЕТ ФУНДАМЕНТНЫХ ПЛИТ И ПЕРЕКРЕСТНЫХ ЛЕНТ НА МНОГОСЛОЙНОМ ЗАТОРФОВАННОМ ОСНОВАНИИ

05.23.02 - Основания и фундаменты

Автореферат

диссертации па соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1996

Работа выполнена в институте "Вологдапроект" и науч исследовательском, проектно-изыскательском и конструкторе технологическом институте оснований и подземных сооружений ик Н.М.Герсеванова Минстроя Российской Федерации.

Научный руководитель - кандидат технических наук,

старший научный сотрудник Федоровский Виктор Григорьевич.

Научный консультант - заслуженный деятель науки и техники Рос

лауреат Государственной премии СССР, доктор технических наук, профессор, Коновалов Павел Александрович.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Сотников Сергей Николаевич.

кандидат технических паук, старший научный сотрудник Маликова Татьяна Андреевна

Ведущая организация - ГПИ "Фундаментпроект" Минстроя Россш

Защита состоится " " ¿¿-¿^-¿-С 1996 года в

на заседании специализированного совета К 033.06.01 в НИИ основан подземных сооружений имени Н.М.Герсеванова.

Адрес: 109428, Москва, 2-я Институтская ул., д.6 (проезд до ст.м "Рязанский проспект", далее трол. 63 и авт. 29, 143, 160 и 169 до ост. "Иист бетона").

С диссертацией можно ознакомиться в Ученом совете института. Автореферат разослан " "________ 1996 года.

Ученый секретарь специализированного совета доктор технических наук

В.П. Петр

ОВЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. При больших масштабах промышленного и гражданского строительства в целях экономного использования земель, пригодных для сельского хозяйства, возникает необходимость строить на заболоченных, заторфованных участках, а также на основаниях, включающих слабые водонасыщенпые глинистые грунты.

Наличие таких грунтов в основаниях зданий и сооружений характерно для Вологодской области, других областей Нечерноземной зоны России, Западной Сибири, а также стран ближнего л дальнего зарубежья.

Необходимость использования ранее считавшихся непригодными для застройки территорий послужила мощным толчком к ускоренному изучению заторфованных грунтов и использованию их в качестве естественных оснований, созданию методов расчета эффективных фундаментов на таких грунтах.

Основания, включающие заторфованные грунты, характеризуются сильной и неравномерной сжимаемостью, большими величинами возникающего под нагрузкой норового давления, высокой влажностью, развитием реологических процессов при сдвиге и сжатии.

Для снижения давления от сооружения на кровлю заторфованных грунтов и выравнивания неравномерных осадок применяются в качестве фундаментов монолитные железобетонные фундаментные плиты и перекрестные ленты. Эти конструкции способны снижать значительные неравномерные деформации оснований, обеспечивая возможность нормальной эксплуатации зданий.

Как показывают данные натурных наблюдений, осадки зда1 построенных на заторфованных грунтах, превышают предельно допусп по нормам в несколько раз. Одной из причин этого является несовершен существующих методов расчета осадок. Использование наиб| распространенных линейных моделей грунтовых оснований оказмва неоправданным для заторфованных оснований.

Работа фундаментных плит и перекрестных лепт влияет на напряже состояние всей конструкции сооружения, поэтому велико знач! усовершенствования методов их расчета.

Существует множество методов и программ расчета фуидамен' 11лит и перекрестных лент на линейно-деформируемом основа Проведенный анализ существующих методов расчета показывает, ч настоящее время нет общепризнанных методов и программ расчета плр нелинейно-деформируемом основании. Существующие методы не учитьк особенностей деформирования заторфованных и других слабых основа Практически отсутствуют методы расчета указанных конструкци нелинейно-деформируемом основании во времени.

Целью диссертационной работы является разработка метода рас фундаментных плит и перекрестных лент на нелинейно-деформиру основании с учетом особенностей деформирования заторфованных гру! а также разработка методики инженерного расчета этих конструкци нелинейно-деформируемом основании во времени.

Научная новизна выполненной диссертационной работы заключа в следующем:

- разработана модель основания со структурной прочностью, кот

учитывает неоднородность грунтов в плане и по глубине и их нелинейную деформируемость при сжатии;

- предложена методика конечноэлементного расчета фундаментных плит и перекрестных лент на нелинейно-деформируемом основании;

- проверена достоверность расчета осадок зданий на сильносжимаемых заторфованных основаниях по предлагаемой модели грунта путем сопоставления с данными многолетних натурных наблюдений;

- исследовано и оценено влияние параметров расчетной модели (тага сетки, количества итераций и т.д.) на результаты расчета;

- предложена методика инженерного расчета фундаментных плит и перекрестных лепт на нелинейно-деформируемом основании во времени.

Практическая значимость работы заключается в том, что разработанный метод расчета фундаментных плит и перекрестных лепт может быть использован при проектировании сооружений на заторфованных и других слабых водонасыщенных грунтах, что позволит принимать научно обоснованные экономичные проектные решения. Для реализации разработанного метода на ЭВМ составлена соответствующая программа. Для подбора арматуры по полученным усилиям в конечных элементах также составлена программа, что позволяет полностью осуществить проектирование фундаментных плит и перекрестных лепт.

Результаты работы использованы при проектировании жилых зданий в институте "Вологдапроект". Применение нового метода расчета позволило снизить расход бетона на 20%, стали на 15%.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на заседании секции "Основания и фундаменты" НИИОСП им.Н.М.

Герсеванова (1994 г.), на IY Российской конференции с иностранным учас "Нелинейная механика грунтов" (Санкт-Петербург, 1993), на Pocciii научно-практической конференции "Реконструкция зданий и сооруже (Вологда, 1992).

Публикации. Основные положения диссертации отражены к чет опубликованных работах.

Объем диссертации - 188 страниц. Работа состоит из основной г объемом 155 страниц, включающей введение, 4 главы, общие вьп список литературы из 103 наименований и приложений на 33 стран Работа содержит 50 рисунков и 10 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследова сформулирована цель работы, отмечены ее научная новизна и ирактич значимость.

В первой главе описаны инженерно-геологические условия Волого; области, которые характеризуются значительным распростране заторфоваипых грунтов, указаны особенности залегания заторфова грунтов и торфов по глубине. Проблема строительства на заторфова территориях имеет место и в ряде стран ближнего и дальнего зарубеж Научные основы фундаментостроения на слабых грунтах зало: Б.Д.Васильевым. Строительные свойства заторфоваипых грунтов из; П.А.Коновалов, М.Ю.Абслев, В.Е.Васильевский, Г.В. Сорок Б.И.Далматов, С.Н.Сотников и др.

Заторфованные грунты характеризуются значительной и неравномерной сжимаемостью, осадки зданий, построенных на основаниях, включающих заторфованные грунты и слои торфа, как правило, превышают предельно допустимые по нормам в несколько раз. Для осадок характерно явление ползучести.

Даны характеристики наиболее часто применяемых типовых серий жилых домов и наиболее употребительных типов фундаментов в Вологодской области, приведены примеры неудачного выбора типа фундаментов.

Сделан вывод о том, что в условиях Вологодской области плиты и перекрестные ленты являются, как правило, приемлемыми типами фундаментов.

Расчеты конструкций на упругом основании подразделяются на расчеты балок и расчеты плит, а также фундаментов из перекрестных лент, которые занимают промежуточное положение между ними.

Расчетами этих конструкций занимались Б.Г.Коренев, П.Л. Пастернак, Н.П.Пулыревский, Н.М.Герсеванов, М.И.Горбунов-Посадов, Е.А.Палатников, О.Я.Шехтер, Т.А.Маликова, Б.Н.Жемочкин, В.А.Флорин, П.И.Клубин, А.Г.Ишкова, В.И.Соломин.

Расчеты фундаментных плит нельзя выполнить без предпосылок о деформативпьтх свойствах грунтов основания, которые намного сложнее свойств других материалов. Поэтому для упрощения расчетов используют различные контактные модели основания. Контактные модели были предложены Винклером, С.Н.Клепиковым, С.А.Ривкиным, Г.Э.Проктором, Х.Р.Хакимовым,Г.К.Клейном, В.З.Власовым, М.М.Филоненко-Бородичем, П.Л.Пастернаком, И.Я.Штаерманом, В.А.Барвашовым, В.Г.Федоровским.

-8В настоящее время проблема расчета фундаментных балок и пл упругом однородном полупространстве или сжимаемом слое получил почти исчерпывающее разрешение как в теоретическом отношении, т отношении достаточной простоты для практического примен Значительно менее разработаны вопросы расчета этих конструкц основаниях, описываемых нелинейными моделями грунта, к кот относятся заторфованные грунты.

Ввиду больших математических трудностей при решении задач р; фундаментных плит для упрощения расчетов применяются числ( методы, которые, помимо прочего, позволяют учесть в расчетах разл осложняющие факторы (переменную жесткость плиты, сложную ( плиты в плане, неоднородность основания в плане и по глубине и Почти все практически применяемые в настоящее время программ расчета фундаментных плит на ЭВМ разработаны для основ; описываемых линейными моделями грунта.

Таким образом, из выполненного обзора вытекает необходи разработать модель грунта, адекватно описывающую и заторфов; грунты, разработать метод инженерного расчета фундаментных п перекрестных лент на таких грунтах.

Во второй главе для расчета осадки основания с учетом нелин деформируемости грунтов предлагается модель грунта со структ прочностью. Учитывая общепринятую и нормированную в стапд ведущих стран для слабых грунтов полулогарифмическую завися коэффициента пористости б от эффективных напряжений с переломо переходе от упругого к упруго-пластическому деформированию, у!

пластическое деформирование описывается уравнением а упругое

¿6 Ж

(16 б

где - численно равен 6 , соответствующему эффективному

напряжению 0 = 1т/кв.м,

А - коэффициент компрессии,

Зи - уклон прямой упругих деформаций.

Осадка грунта определяется по формуле

Не.

IV-

Г 0

(I с^ ^ > ^ С1 |

где С-^К - компрессионная составляющая относительной вертикальной деформации па глубине Z ; Не, - глубина сжимаемой толщи;

«гА^ - коэффициент, учитывающий отличие реальных

условий деформирования грунта от компрессионной схемы.

6 - во-е» 2К 4+е0

где

6 о - начальный коэффициент пористости грунта; 6 7К - то же, конечный, соответствующий вертикальному эффективному напряжению 62. .

При

при

^ б2С е2К= ъ-х-Ь) 4 ;

и20

б* ^ бгс £гк = ^ - Л " ¿Л ,

е>;

где иго - начальное эффективное напряжение;

(5гс - структурная прочность

62с = е х р

Для инженерных расчетов формулу для расчета осадки можно предст;

«с

в виде: л ( jЗ

5 =

о О

где

те-(о;-бго) + тр(б,-бс)

■¿7-

Р - коэффициент влияния бокового обжатия грунта. Е - модуль общей деформации,

т - доля упругих деформаций, ГП^ - то же, пластических, бгс 1 ^г ~ начальные и текущие вертикальные нормальные напряж! На основе описанной схемы нелинейного деформирования грун НИИОС11 им.Герсеванова составлен алгоритм расчета осадки основ; который реализован в программе ОСА для персонального компыоте] Приведены результаты наблюдений за осадками зданий, построе на сильносжимаемых грунтах, в том числе заторфованных, кот показывают, что осадки зданий, построенных на таких грунтах, значите превышают предельно допустимые по нормам.

Более подробно рассмотрены результаты многолетних наблюден] осадками пяти многоэтажных зданий, возведенных в 1 квар Васильевского острова в Ленинграде. Дана краткая характеристика обы натурных наблюдений, расположенных на мощной толще сильносжима! водонасыщенных грунтов, в том числе заторфованных и торфов.

Измерение осадок осуществлялось методом высокоточ

геометричсского нивелирования сотрудниками лаборатории "Механики грунтов" Ленинградского инженерно-строительного института.

Для указанных зданий выполнены расчеты по программе ОСА, то есть по предлагаемой нами модели грунтового основания со структурной прочностью. Сравнение с данными натурных наблюдений показывает, что значения измеренной и расчетной осадки 8тях близки между собой.

Используя данные многолетних натурных наблюдений за осадками зданий, определены коэффициенты консолидации методом Асаоки. Значения этих коэффициентов подставлены в формулу Роза-Черноградского-Флорина и получены значения максимальной консолидационной осадки, которые хорошо согласуются с расчетными значениями по программе ОСА. Следовательно, предлагаемая нами модель хорошо описывает фильтрационное уплотнение слабых водонасыщенных грунтов, в том числе и заторфоваппых. Имеющиеся расхождения объясняются погрешностями графического построения при определении коэффициента консолидации и точностью определения физико-механических свойств грунтов. Следует отметить, что в результатах расчета по программе ОСА значение глубины сжимаемой толщи близко к размеру всей толщи слабых грунтов, что соответствует выводам, полученным в результате натурных наблюдений. Отклонение же от фактически замеренной осадки объясняется явлениями вторичной консолидации (ползучести). Доля вторичной консолидации от фактически замеренной осадки составила от 8 до 47%.

Предложена методика конечноэлементного расчета фундаментных плит и перекрестных лент с использованием нелинейного коэффициента постели к* в рамках итеративного алгоритма Шварца.

Он позволяет учесть нелинейную деформируемость грунт неоднородность иапластований в плане.

Рассматривается плита на винклеровском основании, то есть рент; граничная задача для уравнения

где (Й - изгибная жесткость плиты,

Vf

- осадки плиты, к*- нелинейный коэффициент постели, Cj, - внешняя нагрузка на плиту.

Требуется определять осадки плиты и основания Ю[Х,Ц)при зада нагрузке на плиту р (Х .

Алгоритм Шварца включает следующую последовательность шаг

1. Принимается некоторое постоянное значение

2. Решается задача для уравнения (1) при

Результат решения - некоторая функция прогибов VJ | 3.Определяются осадки основания ü/^ ^ ~ А ' р'

где pW=kW-H/W

Д - некоторый нелинейный оператор, связывающий ос основания с нагрузкой на его поверхности, то есть контактная мс основания.

4.Определяется уточненный коэффициент постели

Р'" (х.ч)

км(х,у)-

-иг» (х.ц.)

. 5.Если отличие между к'^ и к не превосходит зада погрешности, задача считается решенной. В противном случае перехо,

шагу 2 (с заменой номеров приближений для ИГ , К , р ) и так до сходимости.

Рассматривается прямоугольная плита. Расчет задачи выполнен численно на ЭВМ. Разбиение плиты произведено на прямоугольные участки. В пределах каждого такого элемента коэффициент постели принимается постоянным, при этом матрица жесткости элемента плиты принимает вид:

[К] - [¡у + [к J

где

К,

- матрица жесткости элемента собственно плиты,

К к] - матрица жесткости винклсровского основания.

Первая из этих матриц хорошо известна, вторая приводится в работе. Для расчета основания используется то же разбиение участка поверхности основания, занятого плитой.

На ¡ - ом прямоугольном участке давление р ¿ принимается постоянным и равным kf/iui,

где К ¡, - соответствующий коэффициент постели, U¡L - осадка центра участка из расчета плиты.

По способу угловых точек подсчитываете» дополнительное (от нагрузки) вертикальное напряжение (Тг на вертикалях, проходящих через центры участков. Здесь используется решение Буссинеска теории упругости для однородного полупространства. Затем по этим вертикалям производится послойное суммирование деформаций с учетом структурной прочности фунта и влияния бокового обжатия по методике, разработанной в НИИОСП им.Герсеванова. Тем самым находятся новые значения Itíf, и уточняются коэффициенты постели K¡,~ pi/^-

Алгоритм Шварца позволяет рассчитать контактные давления | обеспечивающие совпадение в центрах элементов вертикальных перемещу плиты W и осадок основания 11/ . Согласно описанной методики лаборатории механики грунтов НИИОСП им.Герсеванова нанис; программа PLASTR на языке ФОРТРАН и подготовлена для работы персональном компьютере.

Расчет прямоугольной железобетонной плиты на наклонном ci опертом на скалу, с предлагаемым нелинейным kVVf и обычным сред[ kw = 100 т/куб.м показывает, что предлагаемый способ может сниж моменты в плите более, чем в 2 раза.

В третьей главе рассмотрены практические аспекты, расч фундаментных плит. Выполнен подбор арматуры для конечного элеме фундаментной плиты, исходя из прочности и трещиностойкости, с уче изгибающих, крутящих моментов, нормальных и касательных с поперечных сил, значения которых получаются при расчете плиты программе PLASTR. Алгоритм расчета реализован в программе PROBA персонального компьютера. Выполнена оценка влияния параметров рас^ на его результаты.

1. Рассмотрено влияние шага сетки (размеров конечных элемент на величину расчетных изгибающих моментов в срединной плоскости пл для фундаментной плиты размером 42x42 м, толщиной 0,6м. Пагрузк; плиту передается через колонны, шаг колонн 6x6 метров, Р = 100 т, прилох в узлах сетки. Основание принято винклеровским. При уменьшении н сетки с 6x6 м до 3x3 м,2х2 и до 1,5x1,5 м происходит трансформация э: изгибающих и крутящих моментов. В местах расположения кол

происходит постепенное увеличение изгибающих моментов, а в межколонном пространстве пики уиолаживаготся и на срединных участках моменты принимают почти постоянное значение.

2. Изучено влияние шага сетки на эпюры моментов для фундаментной плиты на реальном грунтовом основании, описываемом предлагаемой нами моделью со структурной прочностью. Плита 11x11 м, толщина 0,7 метров, загружение принято равномерно распределенной нагрузкой от 4 колонн. Основание принято слабым водонасыщенным заторфованным как на площадке строительства корпуса N 11 в 1 квартале Васильевского острова в Ленинграде. Сравнение эпюр изгибающих и крутящего моментов по сечениям, проходящим через центр банкеток, для более крупного и мелкого шага сетки выявило их идентичный характер; при этом при уменьшении шага сетки на эпюрах изгибающих моментов происходит увеличение их значений в точках максимумов и некоторое сглаживание в минимуме. При размерах конечных элементов, не превышающих 1,5 - 2,0 толщины плиты дальнейшее уменьшение размеров конечных элементов не является существенным. В практике проектирования уменьшение шага сетки менее 1,0 метра не требуется. По краям плиты должны быть нулевые значения моментов, а в нашем расчете получаются малые, но не нулевые, что дает оценку погрешности расчета.

3. Исследовано влияние способа передачи нагрузки на фундаментную плиту на реальном объекте, запроектированном в г.Вологде. Плита размером 9x9 м, толщина плиты 0,7 метров.

Выполнены 2 варианта расчетов:

- равномерно распределенная нагрузка на элементы плиты,

- нагрузка сосредоточенная, приложенная в узлах сетки.

Произведено сравнение эпюр изгибающих и крутящего моментов : сечению, проходящему через центр банкеток. В результате выявл идентичный характер этих эпюр, но при загружении равномер распределенной нагрузкой происходит увеличение положительш изгибающих моментов, что идет в запас прочности. При загружении плит узловой нагрузкой и крупной сетке элементов получается снижение расчета величин изгибающих моментов, что может привести к недоармировани конструкции.

4. Изучено влияние геологического строения площадки строительст на значения моментов в фундаментной плите. Смоделирована задача, г, плита, указанная в п.З, перенесена в инженерно-геологические услов: площадки строительства корпуса N11 1 квартала Васильевского остро! Выполнены расчеты для сосредоточенной и равномерно распределен!!! нагрузок.

5. Плита, указанная в п.З, рассчитана также по широко используем! при проектировании программе ППП АПЖБК ("Лира"). Рассмотре! особенности линейной модели основания, принятой в данной программ Произведено сравнение эпюр изгибающих и крутящего моментов, получснш при расчете по предлагаемому нами методу с данными, полученными п расчете той же плиты по программе ППП АПЖБК ("Лира"), котор показывает идентичность характера этих эпюр. В то же время при расче по нашему методу для реального, а не винклеровского основания происход уменьшение значений этих эпюр, что подтверждает экономичное предлагаемого решения.

-176. Исследовано влияние количества итераций на сходимость расчетных величин изгибающих и крутящих моментов. Расчеты показали хорошую сходимость процесса при числе итераций, не превышающем 10.

7. Для определения характера эпюры моментов в месте опирания колонны на плиту рассмотрена осесимметричная задача для плиты как объемного тела на винклеровском основании. Задача решена методом конечных элементов. Исследовано влияние радиуса колонны, радиуса плиты, толщины плиты на величины радиальных, тангенциальных моментов и поперечных сил.

Для сравнения рассмотрено конечноразностное решение задачи об изгибе круглой плиты постоянной толщины Ь , лежащей на основании с коэффициентом постели 1\ =100т/куб.м.

На основании сопоставления результатов различных расчетов даны рекомендации по подбору параметров расчета, в частности, по выбору шага сетки.

В четвертой гласе даются предложения по расчету фундаментных плит на нелинейно деформируемом во времени основании.

В связи с тем, что для заторфованных оснований имеют место и деформации ползучести, доля которых в осадке зданий значительна, а также учитывая то, что наиболее опасная ситуация в конструкции здания (например, наибольший перекос) может возникнуть в момент, промежуточный между "Ь = 0 и "Ь = 0-9 , установление одних только величин конечных осадок недостаточно. Нужно знать, как протекает деформация заторфованного основания во времени.

Для решения общей задачи прогноза контактных давлений и прогибов

плиты необходимо разработать методику прогноза узловых осадс

необходим совместный учет нелинейных деформируемости и вязкости скелет грунта, а для водонасыщенных слоев и нелинейной проницаемости.

В существующих решениях учет влияния различных факторе производится раздельно или с использованием суперпозиции деформацт или же используются необоснованные нелинейные зависимости указаннь свойств грунтов.

Предлагаемое нами решение дается в предположении, что водонасыщенных слоях фильтрация происходит только в вертикально направлении, что для слабых оснований, которые обычно являютс многослойными и чередующими слабо и сильнофильтрующие слои, не буд( приводить к существенным погрешностям.

Для скелета грунта принималась нелинейная модель Бингам; учитывающая ползучесть только при упруго-пластическом деформировали: для которой имеем:

основания Ш, при заданных во времени. При этом для слабых грунте

е = ёе +

(2)

где -скорость (изменение коэффициента пористости)

общих деформаций;

6 - то же упругих;

У?

- то же вязкопластических.

В соответствии с зависимостью для деформируемости

Формула 6 ^ следует ил зависимости для нелинейной вязкости.

О

1

Ъы

б' ^ бе б'^ бе

(4)

где

С - коэффициент нелинейной вязкости; ^ -параметрическая скорость;

Ое

)£,- эквивалентное давление

'ел - еЛ

=ехр

(5)

\

/\

Для водонасьпценных недренажных слоев грунта полученную модель можно интерпретировать как нелинейное водопасыщснное тело Бингама, параметры элементов которого соответствуют принятым зависимостям свойств грунта. Нелинейная проницаемость описывается следующей зависимостью:

к - к

V П ! &

е*Ри

(6)

где

А« - коэффициент нелинейной проницаемости, К - параметрический коэффициент фильтрации.

Использование в уравнении консолидации водонасьпценного грунта приведенных зависимостей (2)-(6) обеспечивает совместный учет влияния на процесс консолидации его нелинейной деформируемости, вязкости и проницаемости. Учет слоистости основания, а также последовательности и скорости его загружения осуществляется при записи системы определяющих уравнений. Слоистость учитывается введением условий сопряжения разнородных слоев грунта, а последовательность и скорость нагружсния

путем записи граничных условий в аффективных напряжениях и учетом зависимости общих напряжений от внешней нагрузки.

В заторфованных грунтах часто содержатся газы. Установлено, что уравнения консолидации для двухфазного грунта со сжимаемой жидкостью и трехфазного грунта со сжимаемыми жидкостью и газом приводятся к виду

М «. о . п . ЙцД ,,,

а-Ь йг^е 0г/

где Олц;-- коэффициент сжимаемости межпоровой фазы (жидкости, либо совместно жидкости и газа); IX\д/ - поровое давление (избыточное и плюс гидростатическое);

- удельный вес межпоровой фазы;

Км>п- - коэффициент фильтрации газированной жидкости;

- время.

Даны предложения по нахождению параметров уравнения в инженерных расчетах.

Показано построение определяющей системы уравнений для прогноза деформаций оснований, включающих водонасыщснные (полностью или частично) и нсводонасыщенные (сухие) слои грунтов. Решение этой системы (краевой задачи) может быть получено только численным методом. Целесообразно использовать метод конечных разностей. Для учета больших деформаций грунтов (геометрической нелинейности) можно использовать процедуру корректировки размеров сетки в процессе пошагового решения.

Нами предлагается следующий метод расчета системы плита основание во времени.

Пусть решение для момента времени "Ьо (то есть иабор\Д^.(1'£>), ' вычисляемых по ним величин, таких как усилия в плите и коэффициент! постели (^"Р^/Цр известно.

Ищем решение для момента

п1,)/->- \

Для этого нодсчитываются отпоры [Л ^ Ц]по заданной внешней нагрузке 1 момент при к ~

Далее по описанной выше методике подсчи тываем \<\/(, (1л|) — осадки I предположении липеиного изменения И; I Ь) в интервале

!/!<)-п(1)11/м

Пересчи тываем коэффициенты постели Р//»^. и вновь определяв! отпоры в момент , теперь это уже второе приближение (Ь,).

Затем вновь определяем осадки \Л/|( Ь^) и так до сходимости, которую определяем по осадкам, поскольку они могут изменяться при постоянны: давлениях на основание вследствие консолидации последнего.

В предполагаемом процессе /л1/ не обязательно означает один шаг п< времени. Это может быть и много шагов, поскольку величина шага расчет по времени определяется условиями устойчивости и точности разностно схемы и может быть весьма малой, а необходимости в столь частом пересчет плит, разумеется, нет.

Расчет трансформации нестабилизированной контактной эпюр1 давлений во времени, в процессе изменения дополнительных нагрузок н основание п его консолидации, позволяет определить наиболее опасны комбинации усилий и деформаций в элементах плиты.

Получаемые в результате такого расчета данные о деформация основания и плиты во времени позволят также оценить срок ввода сооружени в эксплуатацию (преждевременный ввод может привести к повреждения оборудования и т.п.).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ инженерно-геологических условий Вологодской обласп конструктивных схем наиболее часто применяемых на территории обла типовых проектов жилых зданий показывает необходимость применения заторфованных и других слабых водонасьнценных основаниях фундамент! плит и перекрестных лент. Необходимость их применения обусловл следующими факторами:

- наличием на значительной территории заторфованных грунто верхней части инженерно-геологических разрезов, которые подстилаю слабыми водонасыщенными грунтами;

- строительством в стесненных условиях в городах и невозможность] связи с этим забивки свай, а также из-за недостаточной несущей способно) буровых свай в условиях отрицательного трения;

- трудностью транспортировки свай и сваебойного оборудовани; отдаленные районы;

- необходимостью снижения давления на кровлю слабых заторфованг грунтов, перераспределения нагрузки за счет восприятия растягиваю! усилий арматурой плиты, что ведет к уменьшению неравномерности оса^

- спецификой конструктивных схем зданий (большое количес несущих стен).

2. Анализ имеющихся методов и программ расчета фундамент! плит и перекрестных лент показал, что подавляющее большинство выполнено в рамках модели линейно-деформируемой среды. В настоя! время нет общепризнанных методов и программ расчета, учитываю!

особенности деформирования слабых и заторфованных оснований, то есть очевидна необходимость создания таких методов расчета.

3. В работе предложена новая модель основания со структурной прочностью, которая учитывает неоднородность грунтов в плане и по глубине, их нелинейную деформируемость.

4. В работе поставлена, решена п реализована в программе для персонального компьютера пространственная контактная задача расчета фундаментных плит и перекрестных лент на нелинейно-деформируемом основании, описываемом предложенной моделью со структурной прочностью. Программа учитывает пространственные условия работы конструкции, историю загружения, различный характер загружения статическими нагрузками (точечными и распределенными), совместность перемещений фундамента и поверхности основания).

5. Сравнение результатов расчета осадок болынеразмерных фундаментных плит с данными многолетних натурных наблюдений за осадками зданий, расположенных па слабых водонасыщепных, в том числе заторфованных, основаниях подтвердили основные закономерности и результаты, полученные в расчетах, что является дополнительным обоснованием теоретических положений принятой расчетной модели.

6. Проведено исследование влияния параметров расчетной модели fia результаты расчета фундаментных плит. Даны рекомендации по выбор} размеров сетки конечных элементов, способу передачи нагрузки от колонн i расчете и т.д.

7. Проведено сопоставление расчетов по предлагаемому способу и пг наиболее распространенной программе "Лира". Показано, что учет реально!

деформируемости грунтов приводит к снижению расчетных усилий в шп то есть дает экономию арматуры и бетона.

8. По результатам полученных значений эпюр изгибающих и крутяи моментов выполнен алгоритм подбора арматуры в фундаментной пли который реализован в программе для персональной ЭВМ.

9.Сравнение расчетных и фактических осадок зданий, расположен! на сильносжимаемых основаниях, показывает, что для заторфованны: слабых водонасыщенных глинистых грунтов имеет место вторит консолидация (ползучесть). Поэтому важно не только знать конечи осадку, по и ход осадки во времени, так как наиболее опасная ситуация ; конструкции может быть и до достижения максимальной осадки. В связ этим в работе предложена новая методика инженерного расч< фундаментных плит и перекрестных лепт на нелинейно-деформируемо\: времени основании.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работ

1. Дунаева О.М. К вопросу о реконструкции зданий на структур неустойчивых грунтах. -Тр./ Российская научно-практическая конфереп "Реконструкция зданий и сооружений" 29 сентября-2 октября 1992 год Вологда, 1992.

2. Федоровский В.Г., Безволев С.Г., Дунаева О.М. Методика расч фундаментных плит на нелинейно-деформируемом во времени основание Тр./ 1У Российская конференция с иностранным участием "Нслиней механика грунтов" 23-25 июня 1993 года. Т.1. -С.-П., 1993.

3. Федоровский В.Г., Дунаева О.М. Метод расчета фундаментных н на заторфованном основании при усилении фундаментов. -Тр./ Российс