книги / Механика грунтов

на недостаточной высоте, приходится исключать из рассмотре ния.

Интересные в методическом отношении обширные испытания' песчаных грунтов пробными нагрузками проведены д-ром наук X. Мусом и инж. X. Калем 1. Ими было поставлено несколько серий опытов по исследованию несущей способности песчаных оснований — естественного и искусственно уплотненных как во­ доненасыщенных, так и ниже уровня грунтовых вод.

Для опытов специально был вырыт весьма больших разме­ ров котлован (шириной по дну около 8 м) вокруг железобетонйого кессона. Нависающая часть кессона использовалась как упор для домкратов, при помощи которых давалась нагрузка (давление) на опытные фундаменты (рис. 110).

Опыты были поставлены для квадратных (размером подош­ вы 1X1 м) и прямоугольных (0,5X2 м) фундаментов различной глубины заложения (от 0 до 4,2 м) при центральной (первая серия опытов) и внецентренной (вторая и третья серии опытов) нагрузках, причем давление на грунт доводилось в некоторых опытах до 35 кг/см2 при осадке грунта до 50 см.

На рис. 111 приведены характерные разрезы по оси опытных фундаментов для первой серии (рис. 111,а), одного опыта из второй серии (рис. 111,в), а также часть плана опытного котло­ вана (рис. 111,6) и схема проведения опыта XIII при испытании на внецентренное сжатие (рис. 111,г).

Во время испытаний по специально установленным маркам (рис. ПО) измерялись деформации поверхности грунта, а в не­ которых опытах измерялось и давление, передающееся от фун­ дамента на грунт, по месдозам, вделанным в опытный фунда­ мент на некотором расстоянии от краев прямоугольной площади подошвы.

На рис. 112 для примера приведены результаты одного из опытов (опыт XIII) второй серии со тщательно замеренными деформациями поверхности песчаного грунта. Эти данные хоро­ шо подтверждают ранее полученные результаты более деталь­ ных исследований проф. И. И. Черкасова2, а именно что зату­ хание деформаций поверхности основания в песке происходит на более близком расстоянии от штампа, чем то вытекает из решения теории упругости для однородных и изотропных тел. Измеренные при помоши месдоз давления под краями жестких

показали, то принятие эпюры давлений л и н е й н о й по подош­ ве фундамента вносит погрешность не более 33%.

В описанных крупномасштабных опытах интересны также рег зультаты определения максимальной несущей способности песчаных оснований, что будет рассмотрено в следующей главе.

XXXVII XXXIX

Рис. 111. Характерные разрезы по оси опытных фундаментов при исследо­ вании сопротивления песчаных оснований (ДЕГЕБО)

Приложения оптического метода

Для экспериментального определения напряжений в упру­ гих, а также и в линейно-деформируемых телах в случае дей­ ствия сил в одной плоскости с успехом может быть применен

Опыт хш

Рис. 112. Деформации поверхности основания грунтов у подошвы опытно­ го фундамента (опыты ДЕГЕБО) при внецентренной нагрузке (цифрами показаны номера грунтовых марок)

хорошо разработанный о п т и ч е с к и й ме т о д о п р е д е л е ­ ния н а п р я ж е н и й .

Как было рассмотрено ранее, теория линейно-деформируе- мых тел, уравнения которой совпадают с уравнениями теории упругости, широко применяется при определении напряжений в грунтах. Поэтому возникает вопрос, соответствуют ли реше­ ния теории линейно-деформируемых тел действительной картине распределения в них напряжений. Ответ на этот вопрос дает оптический метод исследования напряжений.

Как известно, в поле напряжений изотропные прозрачные материалы приобретают свойство двоякой лучепреломляемости, что дает возможность определить распределение напряжений, если через напряженную пластинку пропускать пучок поляризо­ ванного света \ При помощи оптического метода произведены многочисленные исследования распределения напряжений в уп­

деления напряжений и деформаций в упругой и пластических зонах, вып. И, ОНТИ, 1935 и др.

ставлена фотография напряженного состояния бакелитовой пластинки при загрузке ее жестким стальным штампом. Ин­ тенсивность окраски отдельных точек дает возможность опреде­ лить разность главных напряжений для данной точки. Общий характер распределения напряжений, а также для большинства точек напряженной области и величина напряжений подтвер­ ждают теоретические решения. Однако есть отклонения, которые наблюдаются главным образом под подошвой штампа, что указывает на наличие здесь местных напряжений.

Можно было бы рассмотреть целый ряд и других примеров, однако и приведенные материалы показывают, что напряжения, определяемые по теории линейно-деформируемых тел, с доста­ точной точностью соответствуют реальной действительности.

Результаты непосредственного определения распределения

давлений в грунтах

Ниже мы рассмотрим проведение исследования по методу центробежного моделирования и опытов с применением гидро­ аэростатических динамометров и определение давлений в глинах при распределении в них влажности.

Приведем результаты опытов, проведенных Г. И. Покров­

жений в грунтах1. Опыты были поставлены с естественным песком в полевых условиях (испытание площадкой 5000 см2) и по методу моделирования на центрифуге. Результаты опытов сравнивали с теоретическим распределением напряжений по оси штампа. Для измерения давлений применяли особые гидро­ аэростатические динамометры Г. И. Покровского, не требующие отсчетов во время действия нагрузки. На рис. 115 изображены результаты непосредственных измерений вертикальных напря­ жений в грунте по оси штампа, причем кривая 1 нанесена по результатам полевых опытов, кривая 2 — по результатам лабо­ раторных опытов по методу центробежного моделирования и кривая 3 — теоретическая, построенная для линейно-деформи- руемого массива с учетом действия собственного веса грунта. Радиусы кружков на кривых равны средней квадратичной ошибке нескольких параллельных испытаний.

Результаты опытов показывают достаточно хорошую сходи­

1 Г. И. П о к р о в с к и й , И. С. Ф е д о р о в . Исследование распреде­ ления напряжений в песке под модельным фундаментом при помощи центри­

мость теории е экспериментом 1 (наблюдающиеся отклонения мо­ гут быть объяснены условиями испытания), а также примени­ мость метода центробежного моделирования к исследованию во­ просов о распределении напряжений в грунтах.

грунта проведены в незначительном количестве, что объясняет­ ся сложностью их проведения. Сложность заключается в том, что всякое внесение в связный грунт постороннего тела (напри­ мер, прибора для измерения давлений) нарушает однородность грунта и дает иную картину распределения напряжений, чем в грунте однородном. Для глинистых грунтов, все поры которых заполнены водой, непосредственное определение давлений в скелете грунта возможно путем определения влажности в от­ дельных его точках, после того как закончится процесс уплот-

1 Отметим, что хорошую сходимость дает и кривая, вычисленная по так называемому дискретному распределению вертикальных давлений И. И. Кан­ даурова (см. его книгу «Теория дискретного распределения вертикальных на­ пряжений и деформаций сжатия в однородных и многослойных грунтовых основаниях. ВАТТ, М., 1959). Однако это целиком зависит от выбора соот­ ветствующей величины коэффициента распределительной способности Л, ко­ торая в данном случае была принята равной 0,7.

кения под действием местной нагрузки. Так как для глинистых грунтов между влажностью и давлением существует определен­ ная закономерность (см. главу II), то, пользуясь диаграммой зависимости между давлением и влажностью, можно опреде­ лить давление в скелете грунта.

Нами было проделано несколько опытов определения дав­ лений в слое глины при загрузке части ее поверхности равно­

ляемых с точностью до 0,001 мм, для слоя глины толщиной 9 см в зависимости от условий опыта измерялось 10—15 днями. По­ сле затухания осадок штампа из образца глины брались пробы размером 0,5X1X2 см для определения влажности, а по влаж­ ности находилось соответствующее давление (по кривой зависи­ мости между давлением и влажностью).

Результаты одного из таких опытов для глины, содержа­ щей 33% частиц диаметром менее 0,005 мм и имеющей число пластичности 12, приведены на рис. 116, где изображена эпюра распределения давлений в точках, расположенных под центром тяжести нагруженного штампа. Отметим, что полного уплот­ нения в приведенном опыте, по-видимому, все же не было до­ стигнуто в результате некоторого уменьшения давлений.

Из сравнения полученных данных с теоретическими (см. § 3 «Распределение напряжений в случае плоской задачи») можно сделать заключение, что формулы теории линейно-деформируе- мых тел с достаточной для практических целей точностью могут

применяться для глин, процесс осадки которых под действием внешней нагрузки закончился.

В л и я н и е в р е м е н и д е й с т в и я н а г р у з к и может за­ метно сказаться на величине сжимающих напряжений под штампом. Опыты в этом направлении проводились В. Ф. Баб­ ковым в Московском автодорожном институте (МАДИ) и дали следующие результаты.

При разной скорости движения автомобиля по свеженасыпанному дорожному полотну из тяжелой супеси величины сжи­ мающих напряжений в грунте, зарегистрированные гидроаэростатическимй динамометрами проф. Г. И. Покровского, оказа­ лись тем меньше, чем больше скорость движения автомобиля. На рис. 117 представлены результаты одного из опытов В. Ф. Бабкова, при этом (как и на рис. 115) радиусы заштри­ хованных кружков равны средней квадратичной ошибке не­ скольких параллельных испытаний.

Опытные данные о распределении контактных давлений

Вопрос о распределении контактных давлений по подошве фундаментов имеет огромное практическое значение, особенно для сооружений с большой площадью подошвы, поэтому рядом исследователей были поставлены опыты по изучению распреде­ ления контактных давлений в грунтах.

Подробная сводка зарубежных опытов по определению кон­ тактных давлений опубликована в 1961 г. проф. Э. Шультце1, куда, однако, не вошли работы советских исследователей. Отме­ тим только важнейшие результаты зарубежных опытов, осветив более подробно данные отечественных исследований.

Одним из первых за рубежом были опыты проф. Кеглера и Шейдига2, результаты которых изображены на рис. 118. Так как эти опыты на долгие годы внесли неясность в вопрос о рас­ пределении контактных давлений, рассмотрим их несколько под­ робнее. Кеслер получил почти при всех нагрузках параболиче­ ское распределение давлений по подошве незаглубленных штам­ пов на песке. Если же нагрузка возрастала настолько, что про­ исходило выпирание грунта, то диаграмма давления по подошве приобретала очертание треугольника и даже форму острия стре­ лы, причем давление могло превосходить трехкратную величину среднего давления на подошву.