31 Использование характеристик физических свойств грунтов для приближенной оценки их механических свойств.

Так как определение механических свойств грунта значительно сложнее и дороже определения физических свойств, на практике довольно часто используются физические характеристики для приближенной оценки механических характеристик. Это возможно потому, что между физическими и механическими характеристиками грунта существует корреляционная связь. Например, чем крупнее песок, чем меньше его коэффициент пористости, тем выше его угол внутреннего трения φ и модуль деформации Е. У глинистых грунтов механические свойства (φ, с, Е) можно косвенно оценивать по консистенции (показателю текучести I_L) и коэффициенту пористости е.

Эмпирические зависимости, связывающие физические и механические характеристики грунта, имеют свою специфику применительно к каждому литологическому виду грунта (глины, суглинки, супеси). При этом они отражают влияние происхождения (аллювий, морена и т.д.), возраста, местных особенностей. По этой причине использование упомянутых эмпирических зависимостей наиболее эффективно, когда они получены на основе статистической обработки архивных материалов конкретного региона, и в этом же регионе используются.

Тем не менее, получение локальных зависимостей для каждого конкретного региона, для каждой разновидности грунта пока не представляется реальным, и в СНиП 2.02.01-83* приводятся в виде таблиц наиболее общие, хотя и менее точные закономерности, справедливые для большинства грунтов нашей страны. Так нормативные характеристики механических свойств песков (φ, с, Е) даются в зависимости от их крупности и коэффициента пористости применительно ко всем кварцевым пескам четвертичного возраста. Примерно такой же подход принят для определения прочностных характеристик глинистых грунтов (φ, с), которые определяются в зависимости от литологической принадлежности (глины, суглинки, супеси), консистенции и коэффициента пористости также применительно ко всем четвертичным отложениям с коэффициентом водонасыщения S_r ≥ 0,8 и малой долей (≤5%) органических примесей.

Тем не менее, для определения модуля деформации СНиП требует дополнительного  учета генезиса. Например, для аллювиальных, флювиогляциальных, моренных грунтов даются разные эмпирические зависимости.

Работы в направлении уточнения рассматриваемых зависимостей продолжаются, и в новом нормативном документе СП 50-101-2004 приводятся дополнительные таблицы для заторфованных грунтов, для различных элювиальных отложений. В соответствии с СП 50-101-2004 «табличное» определение характеристик грунта допускается для проектирования объектов III уровня ответственности, для более ответственных объектов табличные значения могут использоваться только для предварительных расчетов.

32 Выбор расчетных значений характеристик грунта.

Характеристики грунта в каждой точке площадки, на каждой глубине различные, поэтому для проектирования фундаментов необходимо использовать расчетные, т.е. обобщенные значения этих характеристик. Такие значения устанавливаются не для всей площадки в целом, а для отдельных зон грунта – инженерно-геологических элементов или расчетных грунтовых элементов.

Инженерно-геологическим элементом (ИГЭ) называется некоторый объем грунта одного и того же вида и происхождения, в пределах которого характеристики колеблются в незначительных пределах (коэффициент вариации должен лежать в пределах ±15% для физических свойств, ±30% - для механических).

 ИГЭ выделяет изыскатель, который обосновывает свой выбор в отчете по проведенным изысканиям. Каждому ИГЭ присваивается определенный порядковый номер (например, ИГЭ-1, ИГЭ-2 и т.д.).

Иногда на стадии проектирования возникает целесообразность выделять более мелкие или более крупные объемы грунта – расчетные грунтовые элементы. Расчетным грунтовым элементом (РГЭ) называется объем грунта, выделенный по произвольному признаку, удовлетворяющему проектировщика, но этот признак должен быть достаточно стабильным в пределах этого объема (коэффициент вариации выбранного признака может колебаться в таких же пределах, как и при выделении ИГЭ: ±15% для физических свойств, ±30% - для механических). Для выделения грунтов в единый РГЭ не требуется одинаковое происхождение.

Расчетные характеристики грунта устанавливаются для каждого ИГЭ, а при выделении РГЭ – для каждого РГЭ. На разных участках здания или инженерного сооружения фундаменты могут опираться на грунты различных ИГЭ или РГЭ, в связи с чем в расчетах будут использоваться разные характеристики грунтов основания.

Результат конкретного определения характеристик в какой либо конкретной точке грунтового массива называется частным значением. Среднее значения этой характеристики (по ИГЭ или РГЭ) называется нормативным ее значением.

 г де X_n – нормативное значение характеристики;

      n – число определений характеристики;

      X_i – частные значения характеристики, получаемые по результатам отдельных i-х опытов.

Р асчетное значение (X) представляет результат деления нормативного значения X_n на коэффициент  надежности по грунту γ_g, отражающий диапазон колебаний частных значений (X_i), и определяемый путем их статистической обработки.

 

Диапазон колебаний частных значений X_i оценивается с вероятностью, соответствующей опасности последствий неправильных решений: для расчетов оснований по несущей способности доверительная вероятность (односторонняя) такого диапазона принимается равной 0,95, для расчетов по деформациям – равной 0,85. Иными словами, характеристики грунта, используемые при расчетах несущей способности оснований, должны иметь большие «запасы» надежности, чем соответствующие характеристики, используемые при расчетах деформаций.

При малом числе частных значений нормативные и расчетные значения могут устанавливаться упрощенно, без статистической обработки (например, по минимальным частным значениям или с использованием назначенного без расчета коэффициента надежности и т.д.).

В отчете по изысканиям обычно приводится таблица расчетных характеристик грунтов каждого инженерно-геологического элемента (например, для ИГЭ-1, ИГЭ-2 и т.д.). Проектировщик, нанося контур проектируемого объекта на план участка и на литологический разрез, выясняет, какие ИГЭ попадают под его фундаменты, и использует те характеристики, которые соответствуют этим ИГЭ.