РОЗДІЛ 2
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ ЗАМОКЛИХ ЛЕСОВИХ ОСНОВ ФУНДАМЕНТІВ ПРИ ЇХ ТРИВАЛОМУ ОБТИСНЕННІ
Для дослідження зміни напружено-деформованого стану замоклих лесових основ фундаментів при їх тривалому обтисненні розглянемо такі напрямки:
- отримання якісного боку впливу на несучу здатність і деформативність замоклих лесових основ тривалого обтиснення (лоткові дослідження);
- визначення кількісного боку зміцнення замоклих лесових ґрунтів від їх тривалого обтиснення підошвою фундаменту (натурні дослідження).
2.1. Результати лоткових досліджень взаємодії тривало завантажених штампів із замоклими лесовими ґрунтами
2.1.1. Методика лоткових досліджень замоклих лесових суглинків тривало завантаженими штампами
При проведенні лоткових досліджень, взаємодії замоклого лесового ґрунту з короткочасно і тривало навантаженими моделями жорстких штампів, ставилась задача з визначення впливу тривалого навантаження на зміну несучої здатності та деформативності цього ґрунту.
При цьому використовувався досвід дослідження деформативності основи під жорсткими штампами, викладений у працях Голубкова В.М., Горбунова-Посадова М.І., Коновалова П.О., Крутова В.І., Мурзенка Ю.М., Поліщука А.І., Тугаєнка Ю.Ф., Швеця В.Б [31, 94, 133, 155] та ін.
Для вирішення задачі спланований одночинниковий модельний експеримент. Для нього зокрема, прийняті такі умови.
1. Модель і реальний фундамент (штамп) геометрично подібні.
2. Зусилля, що діють на ґрунт і модель при її виконанні та завантаженні, подібні зусиллям у натурних умовах.
3. Середовище, в якому працює модель, за фізико-механічними характеристиками наближене до природного.
4. Матеріал моделі та її прототипу при дії навантаження - нестисливий.
Масштабний коефіцієнт при виконанні моделі дорівнює 10. При моделюванні використовувалось співвідношення безрозмірних параметрів:
, (2.1)
де dn, dm - діаметр підошви відповідно фундаменту та його моделі.
Діаметр моделі штампу (фундаменту) склав dm = 100 мм. Дослідження взаємодії жорстких штампів малого діаметра із замоклими лесовими суглинками проводились у лотку з розмірами в плані 535?580 мм і висотою - 555 мм (рис. 2.1). Він являв собою металевий ящик із кутиків і листової сталі. Дно та три бічні стінки лотка були підсилені кутиками. Передня стінка лотка виготовлена із оргскла товщиною 40 мм. Перфороване дно лотка дозволяло в разі необхідності забезпечити рівномірне витиснення води з ґрунту.
Лоток заповнювався шарами по 15 мм із доведенням його трамбівкою масою 3 кг до заданої щільності сухого ґрунту ?d. Кожний шар біля прозорої стінки відокремлювався один від одного прошарком крейди товщиною 1 мм для наочності досліду (рис. 2.2). Контроль щільності й вологості ґрунту виконувався методом ріжучого кільця об'ємом 140 см3. Штампи навантажували через одну добу після заповнення лотка ґрунтом.
В якості дослідного ґрунту використано суглинок лесовий, легкий пилуватий з вологістю на межі текучості WL=0,29 та на межі пластичності WP=0,21, щільністю частинок ?s=2,68 г/см3, коефіцієнтом водонасичення Sr=0,80, який доводився до однорідної маси зі щільністю сухого ґрунту в діапазоні від ?d=1,30 до 1,50 г/см3 (змінні показники ґрунту вказані в табл. 2.1).
Рис. 2.1 Схема експериментального лотка: 1 - лоток; 2 - реперна рама;
3 - штамп; 4 - навантаження; 5 - прогиноміри
Рис. 2.2 Дослідний лоток із пошарово укладеним ґрунтом
Таблиця 2.1
Зміна фізичних властивостей ґрунту на етапах дослідження
Етапи дослідів№ дослідівew?d, г/см3?, г/см311-61.060.321.301.7127-120.990.291.351.75313-180.920.271.401.78419-240.850.251.451.82525-300.790.241.501.85
В експерименті використані два штампи: круглий у плані - посередині та напівкруглий - біля прозорої стінки лотка. Площа напівкруглого штампа 40 см2, а круглого - 80 см2, їх маси відповідно - 185 г і 340 г. Штампи виконані з нержавіючої сталі, товщиною 6 мм, що надавало їм необхідної жорсткості.
Розміри лотка та штампів призначались з умови мінімізації впливу на НДС основи бічних стінок і дна лотка. Так, згідно зі СНиП 2.02.01-83* напруги в масиві під штампом затухають вище від рівня дна лотка.
Значення вертикальних осідань визначались двома індикаторами переміщень годинникового типу (прогиномірами) конструкції Санкт-Петербурзького архітектурно будівельного університету. Точність відліку за шкалою дорівнювала 0,01 мм. Прогиноміри закріплювались на нерухомій реперній рамі й з'єднувались з краями штампів сталевою проволокою (рис 2.3).
Завантаження штампу проводилось ступенями. Спочатку знімали нульовий відлік, потім прикладали навантаження. Його витримувались 1 год. з фіксацією осідань (за прогиноміром) через послідовні проміжки часу в 1, 4, 10, 15 і 30 хв.
Для кожного з п'яти значень ?d проведено шість серій дослідів (по три для кожного штампа). Зазначимо, що перед кожним наступним експериментом ґрунт з лотку виймали і заново переукладали.
Перша частина досліджень (умовно, "короткочасне" завантаження штампів) полягала у визначенні несучої здатності (граничного опору) ґрунту Р при постійній швидкості навантаження ?Р/?t =const. Друга частина ("тривале" завантаження штампів) імітувала три періоди існування будівлі. Перший, будівництво, представлявся навантаженням штампу до величини 80% (0,8Р) від граничної несучої здатності (за даними першої серії досліджень).
Рис. 2.3 Розміщення прогиномірів на реперній рамі
Рис. 2.4 Тривале навантаження напівкруглого штампу
до настання межі міцності ґрунту в лотку
Другий період, "експлуатація будівлі", моделювався витримкою навантаження величиною 0,8Р на протязі однієї доби (рис. 2.4). Третій період, "рекон