ки изменчивости сопротивлений древесины сосны и ели для разных видов напряжённого состояния.

При растяжении древесина деформируется практически упруго, вплоть до разрушения. Поэтому считается, что древесина – это хрупкий материал и для аппроксимации распределения её прочностных характеристик наиболее подходит распределение Вейбулла с абсолютным минимумом:

В табл. 3.7 приведены статистические данные для древесины хвойных пород среднего качества. С увеличением влажности до 25%, температуры и длительности нагружения прочность древесины падает. Влияние температуры увеличивается с повышением влажности.

Прочность древесины возрастает с увеличением размера элементов. При пропитке древесины огнезащитными составами прочность уменьшается на 10%. Антисептические средства на прочность практически не влияют.

3.7. Грунты

Отличительной особенностью фундаментов и других подземных конструкций является зависимость их надежности от неопределенностей свойств грунта. Грунт имеет существенно больший разброс характеристик свойств, чем искусственные материалы. Причинами не-

173

определенности свойств грунта являются пространственная изменчивость, недостаток исследования грунта в лабораторных условиях или испытаний на строительной площадке, а также неточность методов исследования грунта и неоднозначная интерпретация опытных данных.

Грунт крайне неоднородный материал, коэффициент вариации сопротивления песчаных и глинистых грунтов колеблется в очень широких пределах: 0,05 – 0,5. Статистики механических свойств грунтов оценивать очень сложно, так как грунтовые образцы очень чувствительны к способам подбора, хранения и испытания. На определение свойств грунтов оказывают влияние разброс данных за счёт нарушений, возникающих при отборе пробы (разрыхление, уплотнение, изменение содержания воды), и разброс, обусловленный поряд-

могут изменяться под влиянием динамических воздействий, процес-

ком проведения испытаний из-за систематических ошибок эксперимента. Следует иметь в виду, что свойстваИодного и того же грунта

сов консолидации и т.д. Поэтому изменчивостьД механических харак-

теристик грунтов в натуре в отличие от других материалов меньше, чем в опытных образцах.

Необходимые характеристики грунтов определяются в процессе

инженерно-геологических изысканий, а также полевых и лаборатор-

ных испытаний. В связи с большой стоимостью изысканий и экспе-

174

Как правило, исследователи исходят из того, что механические параметры грунтов распределены нормально, хотя при малых вероятностях это не соответствует действительности, поскольку механические параметры не могут принимать отрицательных значений. Более подходящим является логнормальное распределение. В связи с возможностью учёта коэффициента асимметрии и ограниченности области определения может подходить и бета-распределение.

Несмотря на сложности, связанные с большой изменчивостью характеристик грунтов, именно для этого материала разработан нормативный документ, который регламентирует методы статистической обработки результатов испытаний: ГОСТ 20522–96 «Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний».

Статистическую обработку результатов испытаний проводят для оценки неоднородности грунтов, выделенияИинженерно-геологичес- ких элементов (ИГЭ) и вычисления нормативных и расчетных значений характеристик грунтов. НеоднородностьДгрунта оценивается с помощью коэффициента вариации характеристик грунта.

При наличии закономерного изменения характеристики в какомлибо направлении (чаще всегоАс глубиной) статистическая обработка проводится также для определения параметров аналитической зависимости, аппроксимирующейбопытные точки линейной или кусочнолинейной функцией.

Для всех характеристикигрунта вычисляют нормативные, а для характеристик, используемых в расчетах, и расчетные значения.

НормативныеСзначен я характеристик определяют как среднестатистические, получаемые осреднением их частных значений, или отвечающие аппроксимирующим зависимостям между измеряемыми в опытах величинами (или функционально с ними связанными величинами), осредненным по частным значениям, или зависимостям ка- ких-то из этих величин от координат по одному из направлений. Расчетное значение получают делением нормативного значения на коэффициент надежности по грунту.

Коэффициент надежности по грунту устанавливается с учетом изменчивости и числа определений характеристики (числа испытаний) при заданной доверительной вероятности.

Применяемые в стандарте методы статистической обработки используют нормальный или логарифмически нормальный закон распределения вероятностей. Эти методы применяют при числе опреде-

175

лений характеристик грунтов или фиксируемых в опытах величин не менее шести.

Окончательное выделение размеров ИГЭ проводят с учётом характера пространственной изменчивости характеристик грунтов и их коэффициента вариации. При этом устанавливают, изменяются характеристики грунтов в пределах ИГЭ случайным образом или имеет место их закономерное изменение в каком-либо направлении. Критерием выбора ИГЭ является коэффициент вариации, который не должен превышать допустимых значений, принимаемых равным для фи-

зических характеристик 0,15, а для механических − 0,30.

Для анализа используют физические характеристики, а при достаточном количестве и механические.

Коэффициент надежности по грунту γg вычисляют в зависимо-

ментов (СП 50-102–2003) противоречивы, в результате чего у проектировщиков возникают сомнения в эффективности принимаемых решений. Одно из так х положений касается надёжности расчёта оди-

где N − продольное усилие в свае от расчётных нагрузок; Fd − расчёт-

ная несущая способность грунта основания одиночной сваи (несущая способность сваи), определяемая по результатам испытаний свай или образцов грунта; γk − коэффициент надёжности, принимаемый в зави-

симости от способов определения Fd и в ряде случаев от числа свай в

фундаменте.

Коэффициент γk по смыслу ближе всего к группе коэффициентов надёжности по материалу γm (по грунту γg ), с помощью которых

осуществляется переход от нормативных значений сопротивлений материалов к расчётным.

176

Правила определения коэффициентов вариации для различных свойств грунта, в том числе для коэффициента вариации несущей способности грунта основания сваи vF , изложены в ГОСТ 20522–96.

Согласно этому стандарту для всех характеристик грунта вычисляют нормативные и расчётные значения. Нормативные значения характеристик определяют как среднестатистические, т.е. Fdn = Fd , а расчёт-

ные значения получают делением нормативного значения на коэффициент надёжности по грунту γg , т.е. Fd = Fdn / γg . Таким образом,

подтверждается аналогия между коэффициентом надёжности по грунтуи коэффициентами надёжности по материалу.

Коэффициент надёжности γk имеет несколько иную смысловую

так как в общем случае учитывает не только изменчивость свойств грунта, но и погрешности методов получения статистических данных

Изменчивость механических характеристик грунта в натуре в отличие от других материалов меньше, чем в опытных образцах. Особенно это касается изысканий на площадках небольших размеров.

Наиболее просто и точно получают характеристики изменчивости грунта методом статического зондирования. В процессе изысканий согласно нормам требуется статистическая обработка результатов измерений несущей способности свай не менее чем в 6 точках зондирования. При этом получают значения vF , коэффициент надёжности

γg =1(1−µF vF ) и можно уточнить формулу (3.15).

177

где µF = tα / n – коэффициент, характеризующий степень обеспе-

ченности нормативных значений несущей способности сваи по грунту в зависимости от числа определений n; tα– коэффициент Стьюден-

та.

Следует отметить, что значения vF характеризуют изменчи-

вость несущей способности одиночной сваи по грунту, которая может быть расположена в любой точке на строительной площадке. Изменчивость несущей способности сваи в конкретной точке значительно меньше, поэтому представим коэффициент вариации vF в виде

конкретной точке или кусте (локальная изменчивостьИ, отражающая в основном способ измерения механических характеристик грунта).

где vF1 и vF 2 − коэффициенты вариации, характеризующие независи-

мую изменчивость свойств грунта соответственно на площадке и в

Свайный фундамент (свайный куст) в отличие от одиночной

Из анализаСформулы (3.18) видно, что при увеличении числа свай m несущая способность куста приближается к сумме расчётных значений несущей способности одиночных свай, определяемых по формуле (3.14). Такой подход к учёту числа свай в фундаменте используется нормами применительно к сплошным свайным полям жёстких сооружений (при числе свай более 100), если несущая способность свай определена по результатам статических испытаний. При этом принимается коэффициент надёжности γk = 1.

Коэффициент надёжности для куста свай с жёстким ростверком в общем случае можно получить из совместного учёта формул (3.13) и (3.18) по аналогии с выражением (3.16)

178