РАЗДЕЛ 2
Экспериментальные исследования закономерностей развития во времени кренов
фундаментов с прямоугольной формой подошвы на грунтовом слое конечной толщины
При проведении экспериментальных исследований преследовалась цель выявить
закономерности процесса развития во времени кренов фундаментов с прямоугольной
формой подошвы на грунтовом слое конечной толщины при учете реологических
свойств грунта и переменной во времени внешней нагрузке.
В ходе экспериментов варьировались такие факторы:
- толщина и свойства грунтового основания;
- геометрические соотношения между длиной, шириной подошвы фундаментов и
толщиной грунтового слоя;
- величина эксцентриситета действующей на фундамент нагрузки;
- характер изменения внешней нагрузки во времени.
Переход от испытаний полноразмерных прямоугольных фундаментов к испытанию их
моделей был обоснован выводами Довнаровича С.В. представленными в его работе
[47] и выполнен с использованием метода теории размерностей и подобия [46]. Все
экспериментальные исследования были выполнены в лотке с прозрачными стенками
0,8ґ0,48 м и высотой 0,7 м. При этом в качестве основания в первой серии
исследований был использован модельный материал (полиуретан), а во второй –
глинистая паста и песок.
Использование в качестве основания полиуретана обусловлено тем, что он обладает
ярко выраженными реологическими свойствами и позволяет обеспечить хорошую
воспроизводимость экспериментов.
Выполненные испытания жестких штампов имели такую структуру. На первом этапе
(основание из модельного материала) варьировались геометрические размеры
моделей фундаментов и отношение ширины подошвы фундаментов к толщине
основания.
На втором этапе испытаний варьировались свойства грунта и текстура основания.
Эти опыты были выполнены на модели основания из глинистой пасты и песчаного
грунта.
2.1. Методика приготовления глинистой пасты. Приборы и оборудование. Методики и
результаты определения свойств основания
Для приготовления грунтовой пасты в качестве основы был использован
воздушно-сухой грунт – суглинок, который находился в помещении в течение одного
года. Это обусловлено тем, что при замачивании воздушно-сухого грунта глинистая
паста является более однородной, чем при замачивании грунта с естественной
влажностью (в нем отсутствуют комки).
Поскольку воздушно-сухой грунт представлял собой монолитное образование, он
вначале измельчался, а затем растирался на металлическом листе при помощи
трамбовки. Далее полученный таким образом порошок пропускался через систему сит
с диаметром ячеек от 1,0 до 0,3 мм. Затем грунт увлажнялся водой и тщательно
перемешивался. Полученная таким образом глинистая паста послойно укладывалась в
грунтовый лоток с прозрачными стенками из оргстекла, имеющий внутренний размер
в плане 480800 мм и высоту 700 мм (рис. 2.1.1). Толщина каждого слоя грунта
составляла 25 ± 2 мм. При этом осуществлялось поверхностное уплотнение каждого
вновь уложенного слоя трамбовкой весом 15 кг. После того, как высота слоя
грунта в лотке достигала требуемой величины 100 мм, лоток заполнялся водой так,
чтобы поверхность воды была выше поверхности грунта на 5 мм. В таком состоянии
грунт выдерживался в течение 7 суток. При этом по мере испарения и впитывания
влаги уровень воды в лотке поддерживался постоянным, путем добавления
жидкости.
После того, как уменьшение воды в лотке в течение суток не превышало 2 мм
(обычно уровень воды стабилизировался в течение 3–5 суток), начинались
испытания.
Методика устройства песчаного основания была принята такой. Вначале песок
высушивался до воздушно-сухого состояния. Затем он пропускался через сито с
диаметром ячеек 1,0 мм.
Рис. 2.1.1. Схема установки, использовавшейся при проведении лотковых
экспериментов. 1 – стенка лотка из прозрачного оргстекла; 2 – грунтовое
основание; 3 – штамп; 4 – реперная плита; 5 – стержни; 6 – загрузочные диски; 7
– спицы; 8 –вертикальные направляющие ; 9 – рама загрузочного устройства; 10 –
индикаторы перемещений часового типа.
Далее песок загружался в лоток слоем 25 ± 2 мм и увлажнялся. После этого
производилось его поверхностное уплотнение трамбовкой весом 15 кг. Далее
процесс повторялся до достижения песчаным слоем проектной высоты 100 мм. После
этого выполнялось полное увлажнение основания так, как это делалось для
глинистого грунта. После полного увлажнения основания начинались испытания
моделей фундаментов. Для определения свойств грунта из устроенного в
соответствии с вышеизложенной методикой основания отбирались образцы. Отбор
образцов выполнялся после завершения испытаний. При этом расстояния от места
расположения штампа до точек отбора образцов были приняты максимально большим.
Таблица 2.1.1
Физические и механические свойства грунта, установленные с использованием
методик ГОСТ
№ слоя
Тип грунта
Удельный вес
частиц гS кН/м3
удельный вес
г кН/м3
Весовая влажность
%
Пределы пластичности
IP
д.Ед
IL
д.Ед
Коэфф.
Пори-стости е
д.Ед
Степень влажности
Sr д.Ед
Прочностые
ГОСТ 12248-78
Деформационные
ГОСТ 23908-79
WL
Wp
град
кПа
Коэфф. Пуассо
на
н, д.Ед
Модуль общей деформ.
Е, кПа
8
10
11
12
13
14
15
Суглинок палево-желтый
27.0
19.1
27.0
33
20
13
0.54
0.80
0.92
18
18
0.35
201
Песок мелкий
26.5
19.4
22.0
0.67
0.87
30
0.3
420
Суглинок палево-желтый
27.0
18.5
25.3
33
20
13
0.41
0.83
0.82
16
17
0.35
176
Таблица 2.1.2
наименование
Вид ядра ползучести K(t,t)
Еу
КПа
Еод
КПа
Сv
см2
сут
_1_
час
d1
_1_
час
_1_
- Київ+380960830922