Расчет оснований и фундаментов на прочность

О прочностных параметрах грунтов.

Многочисленно создаваемые программы для расчетов оснований, конечно-элементные комплексы и пр., широко применяющиеся в современной практике проектирования, в своей основе используют одни и те же математические модели формулирующие некоторую функцию поведения грунтовых массивов. Таким образом, при выполнении инженерных расчетов конструкций, расчетов оснований и фундаментов зданий и сооружений, гораздо важнее правильное применение математической модели грунта, нежели использование широко разрекламированного программного продукта от известного создателя.

Наиболее существенной частью любой расчетной теории является группа физических соотношений, представляющих собой математическую модель деформирования и разрушения. Физические соотношения целесообразно рассматривать в двух взаимосвязанных аспектах: уравнения, описывающие зависимость между напряжениями и деформациями (модель поведения грунта); и критерии прочности, устанавливающие условия перехода грунтов в предельное состояние.

Особое значение модели поведения грунтов приобретают при оценке деформирования и при оценке соблюдения условий по 2-ая группе предельных состояний.

При расчетах по 1-ой группе предельных состояний (потеря грунтами несущей способности) одним из важнейших вопросов является выбор такого критерия прочности грунтов, чтобы он максимально соответствовал механизму разрушения.

И именно критерий прочности определяет выбор параметров грунтов необходимых для выполнения расчетов.

Здесь не ставится задача описать все существующие критерии прочности. Делается попытка акцентировать внимание на многообразии и сложности проблемы выбора оптимального критерия прочности для решения конкретных задач, связанных с разрушением грунтов, поскольку, на наш взгляд, ей уделяется недостаточно внимания. Так же, несмотря на тот факт, что в представленном обзоре затрагиваются отдельные моменты, касающиеся методики определения прочностных характеристик грунтов, обсуждение подходов и схем испытаний грунтов, несмотря на всю актуальность данных вопросов, не входило в планы авторов.

Основные критерии прочности, используемые при оценке развития оползневых процессов.

Под критерием прочности (К) понимают функцию F, которая описывает траекторию предельной точки. В упруго-пластичной модели предельная точка зависит только от состояния напряжения. Следовательно, критерий прочности, зависящий, как правило, от простейших видов прочности (при растяжении, сжатии или сдвиге) может быть записан в виде следующего неравенства:

Исторически первой реализацией такого подхода можно считать критерий наибольших нормальных напряжений (Галилей): «Разрушение наступает тогда, когда наибольшее из нормальных напряжений достигает предельного значения»:

Критерий дает удовлетворительные результаты при разрушении хрупких материалов в условиях одноосного напряженного состояния или при объемном растяжении, когда все три главные напряжения различны по величине. В дальнейшем по мере развития знаний были сформулированы другие критерии (Латышев О. Г., Корнилков М. В. Направленное изменение фрактальных характеристик, свойств и состояния пород поверхностно-активными веществами в процессах горного производства: научная монография; Урал. гос. горный ун-т. Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2016. – 407 с.).

В частности, Сен-Венаном, на основании опытных данных Треска, было предложено условие, состоящее в том, что предел прочности тела наступает, как только максимальное касательное напряжение τ_max достигает некоторого критического значения k (предела текучести):

τ_max = k

В настоящее время классические теории предельных состояний (критерии прочности) формируется по-разному в зависимости от физической природы опасного состояния. При этом хрупкое разрушение связывается обычно с величиной нормальных напряжений, в теориях пластичности рассматриваются в первую очередь касательные напряжения.

В современной практике расчетов устойчивости нашли применение следующие критерии прочности: Мора-Кулона, SHANSEP, Duncan-Chang, Хоека-Брауна, Бартона-Бандиса.

Прочностные модели грунтов используются при расчетах оснований по первой группе предельных состояний и могут применяться в проектировании фундаментов, в анализе устойчивости откосов и склонов, расчетов и проектировани подпорных стен, расчетов подземных сооружений и пр.