Материал: Строительная механика и конструкции. Сафронов В.С., Козлов А

В первой серии опытов исследовалась зависимость дополнительной осадки ленточного свайного фундамента от давления по подошве модели фундаментной плиты и от расстояния между моделями фундаментов. Для этого на модель свайного ленточного фундамента подавалась нагрузка 7,56 кН и фиксировалась ее осадка. После стабилизации осадок модели ленточного фундамента к модели фундаментной плиты ступенями прикладывалось давление от 50 до 350 кПа. При давлении 350 кПа появились признаки исчерпания несущей способности основания штампа – трещины, расходящиеся от углов модели. Расстояние между моделями в разных опытах составляло 0,2b; 0,5b и 0,75b. В процессе опытов измерялись осадки модели свайного ленточного фундамента и осадки штампа.

Во всех опытах отмечалось появление дополнительной осадки модели ленточного свайного фундамента, которое было тем больше, чем меньше расстояние между моделями. Обобщенные графики зависимости развития дополнительных осадок Sad,s модели ленточного свайного фундамента от давления по подошве модели фундаментной плиты показаны на рис. 4.

Рис. 4. Графики зависимости дополнительной осадки основания ленточного свайного фундамента от давления по подошве модели фундаментной плиты:

1 – при L = 0,2b; 2 – при L = 0,5b; 3 – при L = 0,75b

105

Зависимость дополнительной осадки Sad,s основания ленточного свайного фундамента от расстояния между моделями фундаментов представлена на рис. 5.

Рис. 5. Графики зависимости дополнительной осадки основания ленточного свайного фундамента от расстояния L между моделями фундаментов:

при P = 150 кПа; P = 250 кПа; P = 350 кПа

Установлено, что дополнительная осадка основания ленточного свайного фундамента:

увеличивается от 0,15 до 2,9 мм при изменении давления Р на модель плиты от 50

до 350 кПа и L = 0,2b = const;

увеличивается от 0,2 до 1,7 мм при изменении давления Р на модель плиты от 50 до

350 кПа и L = 0,5b = const;

увеличивается от 0,15 до 1,1мм при изменении давления Р на модель плиты от 50

до 350 кПа и L = 0,75b = const;

уменьшается от 2,9 до 1,1 мм при изменении L от 0,2b до 0,75b

иP = 350 кПа = const;

уменьшается от 2,2 до 0,75 мм при изменении L от 0,2b до 0,75b

иP = 250 кПа = const;

уменьшается от 1,25 до 0,45 мм при изменении L от 0,2b до 0,75b

иP = 150 кПа = const.

Вторая серия опытов была посвящена исследованию зависимости дополнительной осадки модели плитного фундамента от нагрузки, приложенной к модели свайного ленточного фундамента и от расстояния между моделями фундаментов. Расстояние между моделями в опытах также составляло 0,2b; 0,5b и 0,75b.

Кмодели плитного фундамента прикладывалась нагрузка 150 кН/м2. После стабилизации

ееосадок к модели ленточного свайного фундамента ступенями прикладывалась нагрузка от

2,52 до 15,12 кН.

В ходе нагружения во всех опытах модель ленточного свайного фундамента получала

неравномерную осадку, а модель плитного фундамента – деформации крена в направлении к модели свайного фундамента. Также около углов модели фундаментной плиты с каждой стороны появлялись трещины.

106

Для анализа данных, полученных в результате проведения экспериментального моделирования, построены обобщенные графики зависимости развития дополнительных осадок модели плитного фундамента от нагрузки, приложенной к модели ленточного свайного фундамента и от расстояния между моделями рассматриваемых фундаментов L соответственно

(рис. 6 - 7).

Таким образом, установлено, что величина дополнительной осадки модели плитного фундамента:

увеличивается от 0,02 до 0,2 мм при изменении нагрузки N на модель ленточного свайного фундамента от 2,5 до 15,02 кН и L = 0,2b = const;

увеличивается от 0,0225 до 0,1 мм при изменении нагрузки N на модель ленточного свайного фундамента от 2,5 кН до 15,02 кН и L = 0,5b = const;

увеличивается от 0,01 до 0,075 мм при изменении нагрузки N на модель ленточного свайного фундамента от 2,5 до 15,02 кН и L = 0,75b = const;

уменьшается от 0,0625 мм до 0,025 мм при изменении L от 0,2b до 0,75b

иN = 5,04 кН =const;

уменьшается от 0,0825 до 0,0375 мм при изменении L от 0,2b до 0,75b

иN = 7,56 кН = const;

уменьшается от 0,125 до 0,065 мм при изменении L от 0,2b до 0,75b

иN = 10,08 кН = const.

Рис. 6. Графики зависимости дополнительной осадки основания плитного фундамента Sad.s от нагрузки, приложенной к модели ленточного свайного фундамента:

4 – L = 0,2b; 5 – L = 0,5b; 6 – L = 0,75b

Рис. 7. Графики зависимости дополнительной осадки основания плитного фундамента Sad.s от расстояния L между моделями фундаментов:

1 – N = 5,04 кН; 2 – N = 7,56 кН; 3 – N = 10.08 кН

107

2. Численное моделирование взаимного влияния свайного и плитного фундаментов

Для численного моделирования геотехнических задач наибольшее распространение получил метод конечных элементов [10, 11, 12, 13, 14]. На основе этого метода разработан целый ряд программных комплексов, позволяющих создавать численные модели сложнейших геотехнических сооружений и решать задачи по исследованию напряженнодеформированного состояния грунтовых массивов при различных видах нагружения.

Численное моделирование взаимного влияния свайного и плитного фундаментов проводилось в условиях пространственной постановки в программном комплексе Midas GTS NX, ориентированном на решение геотехнических задач методом конечных элементов.

Для моделирования напряженно-деформированного состояния грунта была использована упруго-пластическая модифицированная модель Мора-Кулона. У данной модели есть ряд преимуществ перед обычной моделью Мора-Кулона: она дает более точные результаты (как осадок, так и кренов) в песчаных грунтах, наиболее приближенные к реальным.

Основные параметры, необходимые для осуществления моделирования, принимались по СП [9] с учетом разновидности грунта. Недостающие параметры модели были рассчитаны при помощи пособий и технических материалов, предоставленных Midas IT.

Модели плитного фундамента, сваи и ростверк ленточного свайного фундамента моделировались как линейно-упругий материал. Для моделирования свай использовались объемные элементы. В качестве материала для указанных моделей был выбран бетон класса B25 с соответствующими характеристиками: Е = 3∙107 кН/м2; ν = 0,2; γ = 25 кН/м3.

Осуществлялось численное моделирование описанных выше лотковых экспериментов. В объемном массиве создавались модели ленточного свайного и плитного фундаментов, которые находились друг от друга на расстоянии 0,2b, 0,5b, 0,75b. Конечно-элементная модель представлена на рис. 8.

Рис. 8. Конечно-элементная модель массива грунта и моделей ленточного свайного и плитного фундаментов при расстоянии между ними L = 0,2b

Производился стадийный расчет. В первой серии расчетов на первой стадии формировался грунтовый массив и обнулялись перемещения от собственного веса грунта. На второй стадии после создания модели ленточного свайного фундамента на неё передавалась нагрузка N = 7,56 кН. На третьей стадии для более наглядного изучения развития дополнительных осадок существующего здания было повторно осуществлено обнуление

108

деформаций основания. На четвертой стадии к созданной модели плитного фундамента прикладывалось давление ступенями по 50 кПа.

При численном исследовании получены изополя вертикальных перемещений и построены графики зависимости абсолютных и дополнительных осадок от давления на плитный фундамент или нагрузки на ленточный свайный фундамент. Изополя вертикальных перемещений при постоянной нагрузке на ленточный свайный фундамент и изменяющемся давлении на плитный фундамент при L = 0,2b представлены на рис. 9.

Рис. 9. Изополя вертикальных перемещений при постоянной нагрузке на ленточный свайный фундамент и давлении на плитный фундамент (L = 0,2b):

а – P =150 кПа; б – P =250 кПа; в – P =350 кПа

При численном, как и при экспериментальном, моделировании во всех случаях замечены: воронка оседания вокруг свай и плитного фундамента, дополнительная осадка модели свайного фундамента при возрастании давления на плитный, неравномерность осадки модели ленточного свайного фундамента при нагружении модели плитного фундамента, деформации крена плитного фундамента в сторону модели свайного фундамента.

Во второй серии расчетов на второй стадии после создания модели плитного фундамента на неё передавалось давление Р = 150 кПа. На третьей стадии также было повторно осуществлено обнуление деформаций основания. На четвертой стадии к созданной модели ленточного свайного фундамента прикладывалась нагрузка N ступенями по 2,52 кН от 2,52 до15,12 кН.

При численном исследовании также получены изополя вертикальных перемещений и построены графики зависимости абсолютных и дополнительных осадок от давления на плитный фундамент или нагрузки на ленточный свайный фундамент. Изополя вертикальных перемещений при постоянном давлении на плитный фундамент Р = 150 кПа и нагрузке на ленточный свайный фундамент N = 15,2 кН при L = 0,2b; 0,5b и 0,75b представлены на рис. 10.

Рис. 10. Изополя вертикальных перемещений при постоянном давлении на плитный фундамент Р = 150 кПа и нагрузке на ленточный свайный фундамент N = 15,2 кН:

109