Напружено-деформований стан тривало навантажених лесових основ за умови їх підтоплення

Размещено на http://www.allbest.ru

ПОЛТАВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ЮРІЯ КОНДРАТЮКА

ГРАНЬКО ОЛЕНА ВАЛЕРІЇВНА

УДК 624.131.23

НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНИЙ СТАН ТРИВАЛО НАВАНТАЖЕНИХ ЛЕСОВИХ ОСНОВ ЗА УМОВИ ЇХ ПІДТОПЛЕННЯ

05.23.02 - Основи і фундаменти

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Полтава 2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Полтавському національному технічному університеті імені Юрія Кондратюка Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Винников Юрій Леонідович, Полтавський національний технічний університет імені Юрія Кондратюка, професор кафедри видобування нафти і газу та геотехніки

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, професор Петраков Олександр Олександрович, Донбаська національна академія будівництва і архітектури, завідувач кафедри основ, фундаментів та підземних споруд

- кандидат технічних наук, професор Корнієнко Микола Васильович, Київський національний університет будівництва і архітектури, професор кафедри основ і фундаментів

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Полтавського національного технічного університету імені Юрія Кондратюка за адресою:

36601, м. Полтава, Першотравневий проспект, 24.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради В.В. Чернявський

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

замоклий фундамент лесовий будівля

Актуальність теми. Основами фундаментів будівель і споруд на більшій частині України (до 70%) є лесові просадочні ґрунти. Підтоплення територій, що відзначається останнім часом, суттєво впливає на їх властивості. Експериментальні дослідження доводять, що при замоканні леси знижують свої механічні властивості й переходять у деградований стан.

У той же час через дорожнечу нового будівництва чи його неможливість в умовах щільної міської забудови зростають обсяги реконструкції будівель і споруд. Поширеними стають їх надбудови і перепланування внутрішнього простору, що призводить до зростання навантаження на фундаменти.

Тому актуальність досліджень у цьому напрямку зумовлено:

необхідністю розв'язувати проблему можливості використання фундаментів у існуючому вигляді при наявності резервів несучої здатності основ чи з їх підсиленням;

не достатньою вивченістю напружено-деформованого стану (НДС) замоклих лесових основ при тривалому обтисненні під підошвою фундаментів (відсутня як кількісна, так і якісна його оцінка; не визначений вплив підтоплення території на властивості ущільненої зони лесової основи);

відсутністю методики розрахунку додаткових осідань основ при реконструкції будівель на тривало обтиснених ґрунтах.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертації відповідає напрямам науково-технічної політики держави в галузі оцінювання технічного стану будівель згідно з Постановами Кабінету Міністрів України №409 від 05.05.1997 р. „Про забезпечення надійності і безпечної експлуатації будівель, споруд та мереж”, №1313 від 20.08.2000 р. „Про затвердження програми запобігання і реагування на надзвичайні ситуації технічного і природного характеру на 2000-2005 роки з метою комплексного вирішення проблем захисту населення і територій від надзвичайних ситуацій техногенного і природного характеру і в інтересах безпеки окремої людини, суспільства, національного надбання та навколишнього середовища”, рішенням науково-технічної ради Держбуду України від 16.11.2001 р. №63 „Про досвід НДІБК щодо вирішення науково-технічних проблем обстеження, оцінки технічного стану та підсилення конструкцій і будівель в умовах стислих термінів будівництва та реконструкції”. Робота виконана у розвиток цільової комплексної програми Держкомітету з питань науки і технології №02.01.02/054-93, відповідно до рішень координаційної Ради з питань будівництва, захисту будівель, споруд, територій у складних інженерно-геологічних та сейсмічних умовах України і науково-дослідної тематики кафедри “Видобування нафти і газу та геотехніки” ПолтНТУ.

Мета роботи - оцінювання напружено-деформованого стану замоклих лесових основ фундаментів при їх тривалій експлуатації.

Для досягнення поставленої мети слід вирішити такі задачі:

експериментально дослідити зміни фізико-механічних властивостей замоклих лесів у зоні впливу фундаментів при їх тривалій експлуатації;

шляхом чисельного моделювання, в якому використовується пружно-пластична модель ґрунту, методом скінчених елементів (МСЕ) проаналізувати НДС замоклих лесових основ фундаментів при їх тривалій експлуатації;

розробити інженерну методику розрахунку замоклих лесових основ фундаментів для проектування реконструкції будівель.

Об'єкт дослідження. Замоклі лесові основи, тривало обтиснені фундаментами будівель.

Предмет дослідження. НДС замоклих лесових ґрунтів, що тривалий час обтиснені під підошвою фундаменту.

Методи дослідження. Лоткові дослідження за методикою одночинникового планування експерименту; стандартні лабораторні методи визначення фізико-механічних властивостей ґрунту; методи математичної статистики для обробки результатів експерименту; МСЕ для моделювання НДС основи; геодезичні спостереження за осіданнями будівель, які надбудовують.

Наукова новизна одержаних результатів:

уперше встановлено, що при реконструкції будівель, за умови підтоплення, слід враховувати додатковий резерв несучої здатності лесової основи в разі її тривалого завантаження при співвідношенні середнього тиску під підошвою фундаменту до розрахункового опору замоклого природного ґрунту більше 0,65;

шляхом цілеспрямованих експериментів встановлені нові аналітичні залежності підвищення механічних характеристик тривало обтиснених замоклих лесових ґрунтів від співвідношення середнього тиску під підошвою фундаменту до розрахункового опору замоклого природного ґрунту;

за результатами експериментально-теоретичних досліджень модифіковано деформаційну пружно-пластичну модель ґрунту для підвищення точності оцінювання НДС тривало обтиснених замоклих лесових основ фундаментів за допомогою МСЕ і кроково-ітераційних процедур;

у межах методу пошарового підсумовування запропоновано нову методику визначення додаткових осідань основ при реконструкції будівель на тривало обтиснених ґрунтах, яка враховує: ущільнення основи під фундаментом; визначення коефіцієнта вz за міцністю ґрунту; змінність модуля деформації ґрунту в усьому діапазоні напруг.

Практичне значення одержаних результатів полягає в:

розробленні інженерних методів визначення розрахункового опору ґрунту й додаткових осідань основи при реконструкції будівель з урахуванням закономірностей утворення ущільненої зони під підошвою фундаментів й особливостей замоклих лесових ґрунтів;

розробленні рекомендації щодо проектування реконструкції будівель і споруд на замоклих лесових ґрунтах.

Реалізація роботи. Результати досліджень автора використані при:

складанні “Рекомендацій з розрахунку замоклих лесових основ фундаментів будівель, які підлягають реконструкції” (до СНиП 2.02.01-83* “Основания зданий и сооружений”)” і ДБН “Основи та фундаменти будинків і споруд”.

реконструкції 14 об'єктів (7 надбудов, 4 перепрофілізації споруд та ін.) у Полтавській області. Економічний ефект при цьому склав 124800 грн.

Особистий внесок автора. Наведені в роботі результати досліджень отримані автором самостійно. В публікаціях у співавторстві особистий внесок здобувача полягає в: [1, 2, 3, 4, 6] - плануванні та виконанні лоткових і натурних досліджень властивостей замоклих лесових ґрунтів, які тривалий час перебували під тиском; [10, 11, 13] - отриманні кореляційних залежностей коефіцієнтів зростання модуля деформації й питомого зчеплення ґрунту від співвідношення середнього тиску під підошвою фундаменту до розрахункового опору природного лесового ґрунту в замоклому стані; [7, 9] - дослідному обґрунтуванні логарифмічної залежності зростання граничного опору від щільності сухого ґрунту при тривалому обтисненні замоклих лесових суглинків; [5, 13] - розробці та апробації методики розрахунку додаткових осідань основ при реконструкції будівель; [8] - обґрунтуванні модифікації деформаційної пружно-пластичної моделі стосовно тривало обтисненого замоклого лесового ґрунту та її чисельній реалізації МСЕ; [12] - обґрунтуванні геометричних розмірів складових пристрою для відбору зразків грунту з-під підошви фундаменту та їх співвідношень.

Апробація результатів роботи. Основні положення та результати дисертації доповідалися й обговорювалися на науково-технічних конференціях: міжнародній “Перспективи розвитку сільського будівництва й архітектури на сучасному етапі” (Полтава, листопад 2003 р.); міжнародній “Сучасне будівництво: конструкції, технології, перспективи” (Полтава, травень 2004 р.); 5-й Всеукраїнській „Механіка ґрунтів, геотехніка, фундаментобудування” (Одеса, листопад 2004 р.); „Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди” (Рівне, вересень 2006 р.); міжнародній „Проблеми механіки ґрунтів і фундаментобудування в складних ґрунтових умовах” (Уфа, жовтень 2006 р.); міжнародній „Проблеми проектування та будівництва геотехнічних об'єктів в умовах центрально-черноземного регіону Росії” (Ліпецьк, червень 2007 р.); міжнародній „Геотехнічні проблеми ХХІ сторіччя у будівництві будівель та споруд” (Перм, вересень 2007 р.); 56-59 професорсько-викладацького складу та аспірантів ПолтНТУ (2004-2007 р.). У завершеному вигляді дисертація доповідалась на міжнародному семінарі “Сучасні проблеми геотехніки” (Полтава, листопад, 2007 р.) і розширених засіданнях кафедр “Видобування нафти і газу та геотехніки” ПолтНТУ й “Основи та фундаменти ” ОДАБА.

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 13 праць (2 без співавторів), у т. ч. 8 статей у фахових виданнях ВАК, отримано патент України №13104 від 15.03.2006 на корисну модель, затверджені й видані „Рекомендації з розрахунку замоклих лесових основ фундаментів будівель, які підлягають реконструкції” (до СНиП 2.02.01-83* “Основания зданий и сооружений”).

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, 5 розділів, загальних висновків, списку використаних джерел з 190 найменувань на 20 стор., трьох додатків на 51 стор. Вона містить 115 стор. основного тексту, а також 64 рисунки, 32 таблиці.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність проблеми, наукова новизна й практична цінність роботи, подана її загальна характеристика.

У першому розділі проаналізовані сучасні уявлення про взаємодію замоклих лесових основ з фундаментами при їх тривалій експлуатації та виявлені проблеми їх проектування при реконструкції будівель.

Дослідженнями будівельних властивостей лесових порід займались М.Ю.Абелєв, Ю.М.Абелєв, В.П.Ананьєв, І.П.Бойко, Ю.Й.Великодний, Ф.Г.Габібов, Я.Д.Гільман, В.М.Голубков, М.Н.Гольдштейн, А.Л.Готман, А.О.Григорян, А.М.Дранніков, М.В.Друкований, М.Л.Зоценко, Ю.О.Кірічек, С.М.Клєпіков, М.В.Корнієнко, В.Ф.Краєв, В.І.Крутов, А.К.Ларіонов, М.П.Лисенко, І.М.Литвинов, І.Я.Лучковський, М.М.Маслов, І.В.Матвєєв, М.С.Метелюк, А.С.Моргун, А.А.Мустафаєв, О.О.Петраков, Є.В.Платонов, А.І.Поліщук, В.Ф.Разоренов, А.М.Рижов, І.О.Розенфельд, О.Л.Рубінштейн, С.А.Слюсаренко, Є.А.Сорочан, В.Г.Таранов, Л.М.Тімофєєва, Р.А.Токар, А.С.Трегуб, Ю.Ф.Тугаєнко, М.О.Цитович, Г.І.Черний, В.Г.Черний, Д.М.Шапіро, В.Г.Шаповал, В.Б.Швец, О.В.Школа, В.С.Шокарєв, А.В.Яковлєв, S.Andrei, R.Bally, V.Dumitrescu та ін.

При підтопленні значення механічних і деформативних характеристик лесів зменшуються внаслідок взаємодії ґрунту з водою та прояву просідання. Окремого дослідження потребує НДС деградованих лесових основ будівель, які експлуатують.

Суттєвий вклад у дослідження НДС тривало обтиснених глинистих ґрунтів під фундаментами зробили Ю.Л.Винников, Б.І.Далматов, П.О.Коновалов, М.В.Корнієнко, М.М.Морарескул, О.О.Петраков, А.І.Поліщук, О.В.Савінов, Є.А.Сорочан, В.М.Улицький, Д.М.Шапіро, В.Б.Швець та ін. Встановлено, що внаслідок тривалої експлуатації будівель механічні властивості глинистої основи під підошвою фундаменту покращуються, коли ступінь її обтиснення (співвідношення середнього тиску під підошвою фундаменту р до розрахункового опору природного ґрунту R) р/R?0,7, але для випадків замоклих лесових ґрунтів ці зміни не досліджені. За Г.І.Швецовим під підошвою фундаменту перші 15 років експлуатації будівлі переважає процес ущільнення ґрунтів, а після 20 років починає формуватись нова, більш міцна, структура через „старіння” лесу. Розміри зони ущільнення досягають 0,5b (де b - ширина підошви фундаменту), але не більше 0,5 м.

Виходячи з особливостей визначення підвищуючих коефіцієнтів до розрахункового опору природного ґрунту, методики прогнозу цього показника після тривалого обтиснення фундаментом можливо поділити на п'ять груп. Методики групи 1 враховують вид і вологість ґрунту та час експлуатації будівлі (підходи прості, наочні, але не розглядають можливих осідань фундаментів). Група 2 бере до уваги вид ґрунту, ефект ущільнення основи під фундаментом і частку осідання будівлі за час експлуатації від граничної величини (але ці методики неприйнятні для замоклих лесів). В методиках групи 3 враховуються вологість ґрунту й час експлуатації будівлі (не враховуються зміни вологісного режиму). Група 4 (ДБН В.3.1-1-2002) розглядає ефект ущільнення основи під фундаментом та час його експлуатації (недоліки ті ж, що і в попередньої групи). Методики групи 5 враховують ефект ущільнення основи для прогнозу наведених величин питомого зчеплення с та модуля деформації ґрунту Е (та ці підходи не поширюються на замоклі лесові основи).

Отже, існуючі методики визначення розрахункового опору ущільненої основи внаслідок тривалого обтиснення фундаментом мають обмежену область застосування та потребують удосконалення. Для обґрунтування збільшення навантажень на основу при реконструкції будівель без підсилення фундаментів або зміцнення основ доцільно враховувати: зміну параметрів конструктивної схеми будівлі; первинну нормативну базу проектування; закономірності зміцнення природного та насипного ґрунтів відповідно від тривалого обтиснення під підошвою фундаменту і в результаті самоущільнення тощо.

Відсутня й окрема методика визначення додаткових осідань основ при реконструкції (надбудові). Для вирішення цього питання доцільно за базовий прийняти метод пошарового підсумовування, в якому врахувати: ущільнення основи під фундаментом; визначення коефіцієнта вz за міцністю ґрунту; змінність модуля деформації ґрунту в усьому діапазоні напруг; наведену анізотропію ґрунту.

У розрахунках основ і фундаментів, у т.ч. для задач їх реконструкції, достатню апробацію пройшли програмні комплекси МСЕ, створені І.П.Бойко, О.К.Бугровим, Г.Г.Болдирєвим, Ю.Л.Винниковим, О.Л.Гольдіним, А.В.Гришиним, В.О.Гришиним, О.С.Городецьким, Б.Й.Дідухом, М.М.Дубиною, Ю.К.Зарецьким, С.М.Клепіковим, С.Ф.Клованичем, І.В.Матвєєвим, Ш.Р.Незамутдіновим, Ю.І.Немчиновим, В.М.Ніколаєвським, А.С.Перельмутером, О.О.Петраковим, О.В.Пілягіним, В.С.Прокоповичем, А.С.Сахаровим, С.Б.Уховим, О.Б.Фадєєвим, В.Г.Федоровським, Д.М.Шапіро, В.Г.Шаповалом, S.Alturi, A.Britto, C.Desai, J.Grabe, G.Gudehus, S.Henke, M.Kelm, R.Lewis, R.Merifield, A.Pak й ін.

Практика застосування існуючих програмних комплексів МСЕ до проектування фундаментів з ущільненою основою (в т.ч. від її тривалого обтиснення) показує, що найбільшою проблемою є урахування параметрів зон ґрунту з наведеними характеристиками. Підходи їх урахування в задачах моделювання НДС основ фундаментів доцільно поділити на три групи. Методики групи 1 ураховують зміцнення ґрунту на контакті з фундаментом. Порівняння числових досліджень із натурними показує, що спроби ввести в розрахунки характеристики ущільненого ґрунту призводять до непевних результатів, оскільки після прикладання навантаження швидко починають розвиватись зони пластичних деформацій, відбувається значне випирання ґрунту до верхньої межі напівпоростору. В підсумку отримана картина відрізняється від дійсної. В методиках групи 2 наведені параметри ґрунту навколо фундаментів задають окремим скінченим елементам (СЕ). Проблема методик цієї групи - трудомісткість призначення вихідних характеристик ґрунту в кожному СЕ розрахункової області. Група 3 об'єднує ряд методик моделювання швидкоплинних процесів, в яких розроблена можливість одержання наведених характеристик ґрунту після утворення і роботи в ньому фундаментів.

Сучасні рішення задач МСЕ, у т.ч. для моделювання швидкоплинних процесів, з використанням пружно-пластичних моделей достатньо адекватно відбивають НДС масивів з ущільненням ґрунту при влаштуванні й роботі фундаментів. До проблем моделювання зміцнення замоклих лесових основ від тривалого обтиснення слід віднести: непристосованість методик визначення параметрів моделей як за чинником часу, що відповідав би умовам попереднього навантаження, так і за специфікою замоклих лесів.

Вищевикладене стало основою для постановки мети та задач дисертації.

У другому розділі представлені результати лоткових і натурних досліджень властивостей замоклих лесових ґрунтів, які тривалий час перебували під тиском. Для оцінювання зміни НДС замоклих лесових основ фундаментів при їх тривалому обтисненні досліджені два напрямки: отримання якісного боку впливу на несучу здатність і деформативність замоклих лесових основ тривалого обтиснення (лоткові дослідження); визначення кількісного боку зміцнення замоклих лесових ґрунтів від їх тривалого обтиснення підошвою фундаменту (натурні дослідження).

У лоткових дослідженнях взаємодії замоклого лесового ґрунту з короткочасно і тривало навантаженими моделями жорстких штампів ставилась задача визначення впливу тривалого навантаження на зміну несучої здатності та деформативності ґрунту. Для цього спланований одночинниковий експеримент. При моделюванні використовувалось співвідношення безрозмірних параметрів

, (1)

де dn, dm - діаметр підошви відповідно фундаменту та його моделі.

Дослідження взаємодії штампів із замоклими лесовими суглинками проводились у лотку з розмірами 535Ч580Ч555 мм, передня стінка якого виконана з оргскла товщиною 40 мм (рис. 2). Для досліджень використовувався суглинок лесовий порушеної структури, що пошарово укладався до щільності сухого ґрунту (скелету ґрунту) сd від 1,30 до 1,50 г/см3 з коефіцієнтом водонасичення ґрунту Sr=0,80. В експерименті застосовувалися два металеві штампи: круглий у плані - посередині та напівкруглий - біля прозорої стінки. Діаметр штампів - 100 мм. Повторність дослідів 6 (число етапів 5). Загальна кількість дослідів 30.

Перша частина досліджень (умовно, „короткочасне” завантаження штампів) полягала у визначенні несучої здатності (граничного опору) ґрунту Р при постійній швидкості навантаження ДР/Дt=const (20-60 Н/год - для круглого штампу; 10-30 Н/год - для напівкруглого). Друга частина („тривале” завантаження штампів) імітувала три періоди існування будівлі. Перший, будівництво, представлявся навантаженням штампу до величини 80% (0,8Р) від граничної несучої здатності (за даними першої серії досліджень). Другий період, „експлуатація будівлі”, моделювався витримкою навантаження величиною 0,8Р на протязі однієї доби. Третій період, „реконструкція” - наступним довантаженням штампу з початковою швидкістю ДР/Дt=const. За дослідами побудовані графіки залежності осідання штампів S від навантаження на них Р (рис. 3).

Внаслідок тривалого обтиснення відбувається зміцнення ґрунту, кінцевий граничний опір зростає. З порівняння графіків осідання „короткочасно” і „тривало” навантажених штампів зроблені узагальнення щодо підвищення граничного опору замоклої лесової основи від тривалого обтиснення її штампами малого діаметру. Для цього визначався коефіцієнт збільшення несучої здатності ґрунту Кр

, (2)

де Рt - граничне навантаження на штамп за режиму „тривалого” завантаження, Н; Р - граничне навантаження на штамп, Н, за „короткочасним” завантаженням.

За цими даними побудовано графік залежності коефіцієнта збільшення несучої здатності основи від щільності сухого ґрунту (рис. 4), що описується логарифмічною функцією (при коефіцієнтах кореляції і варіації )

, (3)

де сd0 = 1 г/см3.

Лотковими дослідженнями взаємодії тривало завантажених штампів із замоклим лесовим суглинком доведено логарифмічний вид залежності збільшення граничного опору основи від щільності сухого ґрунту, але при величині сd?1,60 г/см3 ефект ущільнення й зміцнення ґрунту під штампом стає несуттєвим.

Для кількісної оцінки зміцнення замоклих лесових ґрунтів від тривалого обтиснення проведені натурні дослідження на 18 об'єктах Полтавщини. Вік їх експлуатації, головним чином, від 30 до 50 років. Більшість з них дво- й триповерхові будівлі з цегляними несучими стінами. Фундаменти - стрічкові та стовпчасті з глибиною закладання d = 1,5 - 3,5 м. Ширина стрічкових фундаментів b = 0,95-1,0 м. Основою служили лесові суглинки від твердих до тугопластичних з коефіцієнтом водонасичення Sr ? 0,80.

Відбір зразків ґрунту природної структури та з-під підошви фундаменту (рис. 5) виконували із шурфів, пошарово при товщині шару 25-30 см. Переважно кільця мали горизонтальну орієнтацію, та на окремих об'єктах їх відбирали ще й під кутами 45° і 90° до горизонту. Потім у лабораторії за нормативними методиками визначали фізико-механічні властивості ґрунту. Модуль деформації Е досліджували шляхом компресійного ущільнення ґрунту без можливості бічного розширення. Питоме зчеплення с і кут внутрішнього тертя ц визначали в приладах для випробування ґрунту на пряме зрушення.

Аналіз отриманих даних дає можливість стверджувати, що при тривалому обтисненні замоклих лесових основ за умов співвідношення середнього тиску під підошвою фундаменту до розрахункового опору природного замоклого ґрунту р/R?0,65 відбувається зменшення коефіцієнта пористості ґрунту е та збільшення величин його механічних властивостей. Тривале обтиснення основи фундаментом призводить до утворення під його підошвою ущільненої зони, потужність якої не перевищує 0,5b і складає 0,35-0,5 м, в якій в середньому щільність сухого ґрунту підвищується до 6 %, значення питомого зчеплення - на 18%, а модуль деформації Е - на 19%. Значення кута внутрішнього тертя залишається постійним або збільшується на 1-2. За умови р/R<0,65 характеристики тривало обтиснених замоклих лесових ґрунтів практично не змінюються.

За результатами відбору зразків ґрунту під підошвою фундаменту на трьох горизонтах і за трьома напрямками до горизонту б=0°, 45°, 90° побудовані квадранти годографів (рис. 6). З них видно, що при замоканні лесових ґрунтів під фундаментом формується практично ізотропне середовище.

Для кожного об'єкта визначали коефіцієнти зростання питомого зчеплення Kс і модуля деформації ґрунту KЕ в зоні під підошвою фундаменту за формулами

Kс = сt / c; (4)

KЕ = Еt / Е, (5)

де сt , Еt - відповідно значення питомого зчеплення й модуля деформації замоклого ґрунту після його тривалого обтиснення підошвою фундаменту; с, Е - ті ж параметри ґрунту в його природному замоклому стані.

Величини коефіцієнтів зростання питомого зчеплення (при та ) і модуля деформації ґрунту (при ; ) за умови р/R?0,65 пропонується визначати за емпіричними лінійними залежностями

; (6)

. (7)

При проектуванні збільшення навантаження на існуючі фундаменти будівель з часом експлуатації понад 10 років за умови співвідношення р/R?0,65 рекомендується множенням величин питомого зчеплення й модуля деформації природного лесового ґрунту в замоклому стані на коефіцієнти їх зростання отримувати їх величини (ct; Et) після тривалого обтиснення

; (8)

. (9)

Дослідним шляхом доведено, що внаслідок тривалого обтиснення фундаментом відбувається ущільнення ґрунту через зменшення коефіцієнта пористості та його зміцнення за рахунок утворення нових водно-колоїдних зв'язків між частками.

Третій розділ присвячено дослідженню НДС тривало обтиснених замоклих лесових основ за допомогою математичного моделювання. Крім аналітичної методики визначення наведених характеристик ґрунту після тривалого тиску на нього з боку фундаменту, іншим перспективним напрямом є моделювання ущільнення основи від тривалого тиску на них із боку фундаментів будівель, зокрема з використанням МСЕ. Деформаційну пружно-пластичну модель ґрунту, розроблену фахівцями ПолтНТУ для опису ущільнення основ, модифіковано для оцінювання НДС тривало обтиснених замоклих лесових основ фундаментів за допомогою МСЕ і кроково-ітераційних процедур програмним комплексом, орієнтованим на вісесиметричні задачі ущільнення масиву (перший етап моделювання), та наступного додаткового статичного навантаження ґрунту, наприклад, при надбудові (другий етап). При цьому враховується нелінійність процесу ущільнення й роботи ґрунту. Приймається, що після закінчення першого етапу значення наведених фізико-механічних характеристик ґрунту зберігаються. При складному НС загальні деформації включають лінійну та пластичну частини, причому пластична складова виникає після досягнення НС межі міцності відповідно до умови Мізеса-Шлейхера-Боткіна.

Відмінності модифікованої феноменологічної моделі ґрунту стосовно тривало обтиснених замоклих лесових основ полягають у наступному: немає необхідності врахування геометричної нелінійності ущільнення ґрунту на першому етапі моделювання; релаксації напруг у масиві після нього не відбувається, бо тиск на ґрунт від фундаменту зберігається; модель відбиває стан замоклого ґрунту при тривалому статичному тиску на нього (кінцевий тиск на ґрунт не перевищує 0,4 МПа; час витримки кожного ступеня тиску приймають як для умовної стабілізації деформацій 0,01 мм за 24 години; для визначення умови міцності граничні співвідношення дотичної й нормальної напруг для ґрунту досліджують випробуваннями на пряме зрушення у діапазоні нормальних напруг, аналогічному одноосьовому стисненню). Параметри моделі встановлюють інтерпретацією логарифмічною функцією даних випробувань ґрунту на стиснення в режимі, що відповідає експлуатації основ (рис. 8).

, (10)

де , та , - модуль деформації та об'єм ґрунту на початковому та і-му ступені навантаження; - емпіричний коефіцієнт.

Геометрична інтерпретація граничних співвідношень дотичної й нормальної напруг на октаедричних площадках відносно діагоналі простору головних напруг для модифікованої моделі ґрунту являє собою два паралельні конуси, внутрішній з яких відповідає ґрунту природної структури, а зовнішній - ґрунту після тривалого обтиснення (рис. 9). Граничні співвідношення дотичної та нормальної напруг визначають апроксимацією даних прямого зрушення ґрунту лінійною функцією.

Описані параметри моделі для оцінювання НДС основ будівель, які підлягають реконструкції, використовуються як вихідні дані в програмному комплексі “PRIZ-Pile”, розробленому С.Ф. Клованічем та Ю.Л. Винниковим. Розрахункова область вісесиметричної задачі - циліндр, отриманий оберненням прямокутної розрахункової зони навколо осі симетрії ОА (рис. 10). Розміри зони встановлюють таким чином (рис. 11): діаметр розрахункової області приймають не менше ніж 10b; за її глибину приймають нижню межу стислої товщі відповідно до СНиП 2.02.01-83*.

Особливістю використання програмного комплексу, завдяки властивості восьмивузлових ізопараметричних СЕ змінюватися за формою й об'ємом, є можливість визначення наведених характеристик ґрунту від тривалого тиску на нього з боку фундаменту та його наступного додаткового навантаження відповідно до класу “Робота ґрунту з обмеженою можливістю його бічного витиснення з-під фундаменту”, що дає можливість врахувати зміцнення тривало обтиснутої основи для збільшення на неї тиску, наприклад при надбудові.

Як приклад застосування методики розглянемо моделювання НДС обтиснутої основи фундаменту чотириповерхової будівлі. Глибина закладання фундаменту - м, а половина ширини його підошви м. Несучий шар - суглинок

лесовий, важкий пилуватий, тугопластичний. Його потужність нижче підошви фундаменту - 1,75 м. Підстильний шар - суглинок лесовий, легкий пилуватий, текучопластичний. Його потужність 3,50 м. Нижче залягає суглинок важкий пилуватий, тугопластичний потужністю понад 6 м. Середній тиск під підошвою фундаменту до реконструкції складав кПа. Співвідношення . Осідання фундаменту до надбудови - см. Тиск від ґрунту, розташованого вище підошви фундаменту, умовно замінено розподільним навантаженням q = 40 кПа. Порівняння значення щільності скелету ґрунту (рис. 12, а) та модуля деформації (рис. 12, б), отриманих моделюванням, з даними натурних досліджень дає можливість стверджувати, що використовуючи МСЕ можливо враховувати зміцнення тривало обтиснутої основи фундаментів будівель, оскільки відносна похибка не перевищує 5 %.

У четвертому розділі представлено методику визначення додаткових осідань ґрунту при реконструкції будівель. Шляхами удосконалення розрахунку з використанням методу пошарового підсумовування є:

урахування зростання величини модуля деформації в ущільненій зоні;

визначення коефіцієнта, який враховує відсутність поперечного розширення ґрунту в компресійному приладі, вz за міцністю ґрунту

, (11)

де н - коефіцієнт поперечної деформації (коефіцієнт Пуассона), який дорівнює

, (12)

де p - вертикальний тиск, що діє під підошвою фундаменту для умов b=0, кПа; цII, cII - відповідно кут внутрішнього тертя (град.) та питоме зчеплення (кПа) для водонасиченого зв'язного ґрунту;

урахування зміни модуля деформації ґрунту в усьому діапазоні тиску, який сприймає основа при навантаженні.

При реконструкції будівель вирішальним критерієм можливості підвищення навантаження на фундаменти є оцінювання додаткових осіданнь та їх нерівномірності, що розвиваються при реконструкції. Їх необхідно враховувати в залежності від категорії споруди за технічним станом, виходячи з умов:

Sd ? Sd.u; ( Д S/L)d ? (ДS/L)u; іd? іd.u, (13)

де Sd - додаткове осідання від збільшення навантаження на фундамент, см; Sd.u - гранично допустиме осідання будівлі від збільшення навантаження на фундамент, см; (ДS/L)d - розрахунковий перекіс двох сусідніх фундаментів після реконструкції; (ДS/L)u - граничне значення перекосу на ділянці довжиною L; іd - додатковий крен будівлі за розрахунком; іd.u - граничний додатковий крен будівлі.

Для оцінювання додаткових осідань основ будівель, що підлягали реконструкції, виконані розрахунки за методиками: СНиП 2.02.01-83* та її модифікацією. Аналіз їх свідчить, що урахування зміцнення замоклого лесового ґрунту від тривалого тиску під підошвою фундаментів за авторською методикою дозволяє зменшити величину додаткових осідань на 20-40 % порівняно зі СНиП 2.02.01-83*.

Для перевірки модифікованої методики розрахунку додаткових осідань основ будівель при реконструкції проведені геодезичні спостереження за одноповерховою спорудою з підвалом в Полтаві, що надбудовували одним поверхом. Її фундаменти під стіни - стрічкові, залізобетонні, на природній основі, з глибиною закладення 2,4 м. Ширина фундаментів b=0,70 м. За розрахунком осідання основи до реконструкції становило S= 2,74 см, а після неї додаткове осідання замоклої лесової основи за модифікованою методикою повинно було ще скласти Sd=1,19 см.

Для вимірів осідань основи фундаментів на об'єкті реконструкції було вибрано два репери та влаштовано шість деформаційних стінових марок. Геометричне нівелювання відповідало ІІІ класу точності. Відліки знімались п'ять разів, через 19 діб кожний. Після завершення монтажних робіт середнє додаткове осідання становило 0,8 см. Отже, розрахунок додаткових осідань основ будівель модифікованим методом дає задовільну збіжність з даними натурних спостережень.

П'ятий розділ присвячено впровадженню результатів досліджень у практику реконструкції будівель на замоклих лесових ґрунтах. При обстеженні основ будівель, що підлягають реконструкції, доцільно використовувати запатентований автором пристрій для відбору зразків ґрунту з-під підошви фундаменту (Патент України №13104 від 15.03.2006). Він забезпечує якісний відбір зразків ґрунту непорушеної структури в ущільненій зоні, що утворилась під фундаментом. За рахунок цього підвищується точність визначення властивостей ґрунту, що дає змогу збільшити навантаження на фундаменти без їх підсилення.

При збільшенні навантаження на основи при реконструкції будівель, у разі виключення відривання фундаментів без розширень, можливо враховувати сили тертя, що виникають між їх бічною поверхнею й ущільненим не менше, ніж за 10 років під власною вагою ґрунтом зворотної засипки.

T = Aбіч ·t , (14)

де Aбіч - площа бічної поверхні фундаменту, м2; t - питома сила тертя ґрунту за бічною поверхнею фундаменту, кПа

t = гс •(Pg•tgц + K•c), (15)

де гс - коефіцієнт умов роботи (відповідно до СНиП 2.02.03-85, як для бурових паль у замоклому лесовому суглинку гс = 0,80); Pg - тиск ґрунту на бічну поверхню фундаменту, кПа; К= 0,22-0,65 - коефіцієнт, який залежить від показника текучості IL ґрунту при Sr=0,90; с - питоме зчеплення замоклого ґрунту, кПа.

За статистичною обробкою 26 надбудованих об'єктів встановлено, що, за умови збільшення загальної жорсткості будівлі (влаштування суцільних залізобетонних поясів) значення коефіцієнта умов роботи (у формулі (7) СНиП 2.02.01-83*) збільшується на 2-6 %, за рахунок зменшення відношення довжини будівель до їх висоти , збіль-шуючи розрахунковий опір основи на таку ж величину.

Результати досліджень увійшли до “Рекомендацій з розрахунку замоклих лесових основ фундаментів будівель, які підлягають реконструкції” (до СНиП 2.02.01-83* “Основания зданий и сооружений”)”. До їх особливостей, зокрема, слід віднести такі положення:

ураховані особливості властивостей замоклих лесових ґрунтів природної структури та при тривалому обтисненні;

розрахунковий опір ґрунту , під підошвою фундаменту визначають за формулою (7) СНиП 2.02.01-83* при наведених величинах питомого зчеплення ґрунту несучого шару, що є лінійною функцією ступеня обтиснення основи , і з урахуванням зміни конструктивної схеми будівлі;

додаткові осідання основи обчислюють з урахуванням: закономірності зміни величини модуля деформації ґрунту в межах ущільненої зони масиву від його тривалого обтиснення фундаментом; визначення коефіцієнта, що враховує відсутність поперечного розширення ґрунту в компресійному приладі, вz за показниками міцності ґрунту, ущільненого фундаментом; змінності модуля деформації ґрунту в усьому діапазоні тиску, що сприймає основа;

вирішальним критерієм можливості підвищення навантаження на фундаменти є додаткові осідання та їх нерівномірність при реконструкції. Їх слід враховувати в залежності від категорії споруди за технічним станом.

Практична реалізація роботи здійснена на 14 об'єктах реконструкції (7 надбудов, 4 перепрофілізації споруд та ін.), що засвідчено в довідках про впровадження. Загальний економічний ефект при цьому склав 124800 грн.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

Викладені дослідження свідчать про розв'язання в дисертації наукової задачі з удосконалення розрахунково-теоретичної методики оцінювання напружено-деформованого стану замоклих лесових основ фундаментів при їх тривалій експлуатації. Вони дозволяють зробити наступні висновки.

1. При обтисненні замоклих лесових основ будівлями понад 10 років за співвідношення середнього тиску під підошвою фундаменту до розрахункового опору ґрунту природної структури р/R?0,65 внаслідок зменшення коефіцієнта пористості й виникнення нових водно-колоїдних зв'язків між частками утворюється зона ізотропного ґрунту з підвищеними величинами характеристик, товщина якої не перевищує половини ширини фундаменту і складає 0,35-0,50 м. Доведено логарифмічний вид залежності збільшення граничного опору основи від щільності сухого ґрунту, але при величині сd?1,60 г/см3 ефект ущільнення й зміцнення ґрунту під фундаментом стає несуттєвим.

2. Вперше рекомендовано при проектуванні збільшення навантаження на існуючі фундаменти будівель з часом експлуатації понад 10 років за умови співвідношення р/R?0,65 множенням величин модуля деформації й питомого зчеплення природного лесового ґрунту в замоклому стані на коефіцієнти їх зростання, що є лінійними функціями від співвідношення р/R, враховувати їх величини після тривалого обтиснення. Значення кута внутрішього тертя ґрунту обтисненої основи постійне чи збільшується на 1-2.

3. Для оцінювання НДС тривало обтиснених замоклих лесових основ фундаментів за допомогою МСЕ і кроково-ітераційних процедур модифіковано деформаційну пружно-пластичну модель, відмінності якої від прототипу наступні: немає необхідності врахування геометричної нелінійності ущільнення ґрунту на етапі влаштування фундаменту та зведення будівлі; релаксації напруг у масиві після нього не відбувається; модель відбиває стан замоклого ґрунту при тривалому статичному тиску на нього; геометрична інтерпретація граничних співвідношень дотичної й нормальної напруг на октаедричних площадках відносно діагоналі простору головних напруг являє собою два паралельні конуси, внутрішній з яких відповідає ґрунту природної структури, а зовнішній - ґрунту після тривалого обтиснення. Параметри моделі встановлюють інтерпретацією логарифмічною функцією даних випробувань ґрунту на стиснення у режимі, що відповідає експлуатації основ, а граничні співвідношення дотичної і нормальної напруг - апроксимацією даних прямого зрушення ґрунту лінійною функцією.

4. Для прогнозу зміцнення тривало обтиснених замоклих лесових ґрунтів і збільшення тиску на них доведено можливість підвищення точності оцінювання НДС таких основ у межах рішення вісесиметричної задачі МСЕ відповідно до розрахункових схем класу “Робота ґрунту з обмеженою можливістю його бічного витиснення з-під фундаменту”. В області під підошвою фундаменту змодельовані значення модуля деформації та щільності скелету ґрунту дещо менші за дані натурного експерименту, а нижче ущільненої зони - навпаки.

5. Запропоновано нову методику визначення додаткових осідань основ при реконструкції будівель на тривало обтиснених замоклих лесових ґрунтах, яка дозволяє зменшити приріст значень осідань основи при надбудові до 40% порівняно з нормативною методикою. Вона базується на методі пошарового підсумовування та враховує: закономірності зміцнення основи під фундаментом; визначення коефіцієнта вz, що бере до уваги відсутність поперечного розширення ґрунту в компресійному приладі, за його міцністю; змінність модуля деформації в усьому діапазоні напруг, який сприймає основа. Геодезичні спостереження за об'єктами надбудов, показали, що розрахунок їх додаткових осідань за цією методикою дає задовільну збіжність з даними нівелювання.

6. Результати досліджень реалізовані у вигляді “Рекомендацій з розрахунку замоклих лесових основ фундаментів будівель, які підлягають реконструкції”, що містять методику визначення розрахункового опору ґрунту й додаткових осідань основи при реконструкції будівель з урахуванням закономірностей утворення ущільненої зони під підошвою фундаментів й особливостей замоклих лесових ґрунтів, зміни параметрів існуючої конструктивної схеми споруди тощо, та на 14 об'єктах реконструкції (7 надбудов, 4 перепрофілізації споруд та ін.). Економічний ефект при цьому склав близько 124800 грн.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Яковлєв А.В., Винников Ю.Л., Гранько О.В. Використання існуючих основ та фундаментів при реконструкції будівель і споруд// Зб. наук. праць (галузеве машинобуд., буд-во)/ Полтавський національний технічний університет ім. Юрія Кондратюка. - Полтава: ПолтНТУ, 2003. - Вип. 13. - С. 93-95.

2. Дослідження наведених параметрів лесових основ при їх тривалому обтисненні/ Ю.Л. Винников, А.В. Яковлєв, О.В. Гранько, В.А. Титаренко// Будівельні конструкції: Міжвід. наук.-техн. зб. Вип. 61. - Т. 1. - К.: НДІБК, 2004. - С. 33-36.

3. Винников Ю.Л., Гранько О.В. Натурні дослідження тривало обтиснених замочених лесових основ фундаментів будівель// Зб. наук. праць (галузеве машинобуд., буд-во)/ Полтавський національний технічний університет ім. Юрія Кондратюка. - Полтава: ПолтНТУ, 2004. - Вип. 14. - С. 66-68.

4. Гранько О.В. Зміна значень фізико-механічних показників лесових суглинків під фундаментами за умов підтоплення// Зб. наук. праць (галузеве машинобуд., буд-во)/ Полтавський національний технічний університет ім. Юрія Кондратюка. - Полтава: ПолтНТУ, 2005. - Вип. 15. - С. 126-129.

5. Винников Ю.Л., Яковлєв А.В., Гранько О.В. Пропозиції щодо уточнення розрахунку осідань основ при реконструкції будівель// Будівельні конструкції: Міжвід. наук.-техн. зб. Вип. 63. - К.: НДІБК, 2005. - С. 55-58.

6. Винников Ю.Л., Гранько О.В., Стешенко А.М. Модельні дослідження взаємодії тривало завантажених штампів із замоклими лесовими суглинками// Зб. наук. праць (галузеве машинобуд., буд-во)/ Полтавський національний технічний університет ім. Юрія Кондратюка. - Полтава: ПолтНТУ, 2006. - Вип. 17. - С. 143-147.

7. Винников Ю.Л., Гранько О.В. Лоткові дослідження взаємодії тривало завантажених штампів із замоклими лесовими суглинками// Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. - Зб. наук. праць. - Вип. 14. - Рівне: НУВГП, 2006. - С. 397-403.

8. Гранько О.В., Винников Ю.Л. Модель стану тривало обтисненого замоклого лесового ґрунту та її чисельна реалізація// Зб. наук. праць (галузеве машинобуд., буд-во)/ Полтавський національний технічний університет ім. Юрія Кондратюка. - Полтава: ПолтНТУ, 2007. - Вип. 19. - С. 31-37.

9. Гранько Е.В., Яковлев А.В. Резервы несущей способности длительно обжатых замоченных лёссовых грунтов при реконструкции зданий// Проблемы механики грунтов и фундаментостроения в сложных грунтовых условиях. - Тр. междунар. научно-техн. конф. - Т. 3. - Уфа: БашНИИстрой., 2006. - С. 23-28.

10. Гранько Е.В., Яковлев А.В. Влияние длительного обжатия на замоченные лёссовые грунты// Проблемы проектирования и строительства геотехнических объектов в условиях центрально-черноземного региона России. - Тр. междунар. научно-техн. конф. - Липецк: ЛПИ, 2007. - С. 48-51

11. Гранько Е.В. Особенности поведения замоченных лёссовых грунтов при длительном обжатии// Геотехнические проблемы ХХI века в строительстве зданий и сооружений. - Тр. междунар. научно-техн. конф. - Пермь: Астер, 2007. - С. 112-117.

12. Пат. 13104 (Е02D 1/00) Пристрій для відбору зразків ґрунту з-під підошви фундаменту/ Ю.Л. Винников, А.В. Яковлєв, О.М. Шахов, О.В. Гранько // Бюл. - 2006. - №3. - С. 5.112

13. Рекомендації з розрахунку замоклих лесових основ фундаментів будівель, які підлягають реконструкції (до СНиП 2.02.01-83* “Основания зданий и сооружений”)/ Ю.Л. Винников, А.В. Яковлєв, О.В. Гранько - Полтава: ПолтНТУ, 2007. - 12 с.

АНОТАЦІЯ

Гранько О.В. Напружено-деформований стан тривало навантажених лесових основ за умови їх підтоплення. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.02 - основи і фундаменти. - Полтавський національний технічний університет імені Юрія Кондратюка, Полтава, 2008.

Дисертацію присвячено оцінюванню напружено-деформованого стану (НДС) замоклих лесових основ при їх тривалій експлуатації та розробці методів їх розрахунку. Шляхом лоткових і натурних досліджень встановлено, що при реконструкції будівель, за умови підтоплення, слід враховувати додатковий резерв несучої здатності лесової основи в разі її тривалого завантаження при співвідношенні середнього тиску під підошвою фундаменту до розрахункового опору замоклого природного ґрунту більше 0,65. Отримані лінійні емпіричні залежності підвищення механічних характеристик тривало обтиснених замоклих лесових ґрунтів від співвідношення середнього тиску під підошвою фундаменту до розрахункового опору замоклого природного ґрунту.

За результатами експериментально-теоретичних досліджень модифіковано деформаційну пружно-пластичну модель ґрунту для підвищення точності оцінювання НДС тривало обтиснених замоклих лесових основ фундаментів за допомогою МСЕ і кроково-ітераційних процедур. У межах методу пошарового підсумовування запропоновано нову методику визначення додаткових осідань основ при реконструкції будівель на тривало обтиснених ґрунтах. Цей підхід дозволяє зменшити приріст значень осідань основи при надбудові порівняно з нормативною методикою до 40%. Він враховує: ущільнення основи під фундаментом; визначення коефіцієнта вz за міцністю ґрунту; змінність модуля деформації ґрунту в усьому діапазоні напруг, який сприймає основа. Результати досліджень реалізовані у вигляді “Рекомендацій з розрахунку замоклих лесових основ фундаментів будівель, які підлягають реконструкції” та впроваджені на 14 об'єктах реконструкції.

Ключові слова: лесові ґрунти, реконструкція, підтоплення територій, напружено-деформований стан, ущільнена зона, метод скінченних елементів.

АННТОЦИЯ

Гранько Е.В. Напряженно-деформированное состояние длительно нагруженных лессовых оснований при условии их подтопления. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.23.02 - основания и фундаменты. - Полтавский национальный технический университет имени Юрия Кондратюка, Полтава, 2008.

Диссертация посвящена оценке напряженно-деформированного состояния замоченных лессовых оснований при длительном времени их эксплуатации и разработке методов их расчета.

В первом разделе выполнен анализ состояния проблемы и известных исследований в этом направлении. Определены задачи работы. Второй раздел посвящен экспериментальным исследованиям изменений физико-механических свойств замоченных лессов (при коэффициенте водонасыщения Sr ? 0,80) в зоне влияния фундаментов при их длительной эксплуатации. Путем лотковых испытаний получена логарифмическая зависимость коэффициента увеличения несущей способности основания от плотности сухого грунта сd. Установлено, что при значении сd >1,60 г/см3 эффект упрочнения лессов становится несущественным. Данные натурных исследований на 18 объектах показали, что при реконструкции зданий на замоченных лессовых грунтах целесообразно учитывать резерв несущей способности основания лишь при соотношении среднего давления под подошвой фундамента к расчетному сопротивлению замоченного природного грунта р/R?0,65. Получены эмпирические линейные зависимости коэффициентов увеличения удельного сцепления и модуля деформации грунта от соотношения р/R, с помощью которых рекомендуется определять значения механических характеристик грунта после длительного обжатия.

В третьем разделе для прогноза упрочнения длительно обжатых замоченных лессовых грунтов и увеличения давления на них доказана возможность повышения точности оценки напряжено-деформированного состояния таких оснований в рамках решения осесимметричной задачи МКЭ соответственно расчетной схемы “Работа грунта с ограниченной возможностью его бокового выдавливания из-под фундамента”. Для этого обоснована модификация упруго-пластической модели уплотнения оснований, отличия которой в следующем: нет необходимости учитывать геометрическую нелинейность уплотнения грунта на этапе устройства фундамента и возведения здания; релаксации напряжений в массиве после него не происходит; модель отражает состояние замоченного грунта при длительном статическом давлении; геометрической интерпретацией предельных соотношений касательных и нормальных напряжений на октаэдрических площадках относительно диагонали пространства главных напряжений является два параллельных конуса, внутренний из которых соответствует грунту природной структуры, а внешний - грунту после длительного обжатия. При сравнении результатов моделирования с данными натурных исследований относительная разность их не превышает 5%.

В четвертом разделе описана усовершенствованная методика определения дополнительных осадок основания при реконструкции зданий на длительно обжатых замоченные лессовые грунтах. Базируясь на методе послойного суммирования, она дополнительно учитывает: упрочнение грунта под фундаментом; определение коэффициента вz, который отражает отсутствие поперечного расширения грунта в компрессионном приборе, по показателям прочности; изменения модуля деформации во всем диапазоне напряжений, которые воспринимает основание. Модифицированная методика позволяет уменьшить значение дополнительных осадок основания при надстройке по сравнению с нормативной методикой до 40%. Пятый раздел посвящен внедрению результатов исследований в практику реконструкции зданий на замоченных лессовых грунтах.

Ключевые слова: лессовые грунты, реконструкция, подтопление территорий, напряженно-деформированное состояние, уплотненная зона, метод конечных элементов.

ABSTRACT

Granko О.V. The Stressed-deformed state of long reduction loessial soils under condition of their wetted.- Manuscript.

Thesis for the Candidate Degree in Technical Science on speciality 05.23.02 - bases and foundations. - Poltava National Technical University named in honour of Yuri Kondratuck, Poltava, 2008.

Dissertation is devoted the estimation of the stressed-deformed state of wetted of bases of loessial during their protracted exploitation and development of recommendation from the engineering methods of their calculation.

Dissertation is devoted the evaluation of the stressed-deformed state (SDS) of wetted loessial soils during their protracted exploitation and development of methods of their calculation. It is set by researches of trays and models, that at the reconstruction of buildings, on condition of wetted, it follows to take into account additional reserve of bearing strength of loess basis in the case of its protracted load at correlation of middle pressure under the sole of foundation to calculation resistance of wetted natural soil more than 0,65. Linear empiric dependences of increase of mechanical descriptions are got wringing out lasted wetted loessial soils correlation of middle pressure under the sole of foundation to calculation resistance of wetted natural soil.

As a result of experimentally theoretical researches a deformation resiliently plastic model is modified soil for the increase of exactness of evaluation of SDS wringing out lasted wetted of bases of loessial of foundations by MUE. Within the limits of method of the layer adding up the new method of determination of the additional settling of bases is offered at the reconstruction of buildings on wringing out lasted soils and allows decreasing the increase of values of settling of basis at building on comparatively with a normative method to 40%. He takes into account: a compression of basis is under foundation; determination of coefficient вz after durability soil; changeableness of the module of deformation soil in all range of stressed. The results of researches are realized as “Recommendations from the calculation of wetted of bases of loessial of foundations of buildings which are subject a reconstruction” and inculcated on 14 objects of reconstruction.