8.2.2 Расчетные характеристики грунтов


При расчете фундаментов необходимо уметь оценивать упругие свойства грунтов, их демпфирующую способность, а также способность поглощать энергию упругих волн при распространении колебаний.

Упругие свойства грунтов характеризуют следующие параметры (в т/м3):

Cz — коэффициент упругого равномерного сжатия;
Cφ — коэффициент упругого неравномерного сжатия;
Cx — коэффициент упругого сдвига.

Эти коэффициенты входят в зависимости (рис. 65):

 

где σ — напряжение в основании фундамента;
F — площадь подошвы фундамента;
I — ее момент инерции относительно центральной оси, перпендикулярной плоскости действия момента M;
a — размер подошвы фундамента в плоскости действия момента M.

Знаменатели выражений (67) показывают, какие усилия требуется прикладывать к фундаменту для получения деформации, равной единице. Следовательно, эти величины представляют собой коэффициенты жесткости основания: при упругом равномерном сжатии — Kz , упругом неравномерном сжатии — Кφ и упругом сдвиге — Кx , т. е.

 f_068

Коэффициенты Cz , Cφ и Cx называют обобщенными упругими характеристиками грунта, так как они учитывают не только упругие свойства грунтов, но и влияние боковой засыпки, инерции массы грунта, колеблющегося вместе с фундаментом, и т. п.

Величины коэффициентов Cz , Cφ и Cx зависят от вида грунта, размеров и формы подошвы фундамента, а также от напряжений в его основании. При увеличении размеров подошвы фундамента эти коэффициенты уменьшаются, с увеличением напряжений в его основании — возрастают. Определение величин коэффициентов Cz , Cφ и Cx следует производить по способу О. А. Савинова, пользуясь формулами:

 

Модуль затухания колебаний Φ, входящий в формулу (62), характеризует демпфирующие свойства основания; его необходимо знать при расчете фундаментов, находящихся в условиях резонанса. Модуль представляет собой устойчивую характеристику грунта, колеблющуюся в узких пределах; он мало зависит от вида грунта, но имеет тенденцию возрастать с увеличением размеров подошвы фундамента. При прочих равных условиях модуль Φ для рыхлых грунтов несколько больше, чем для плотных. Наличие за стенами фундамента боковой засыпки приводит к увеличению модуля Φ по сравнению с незасыпанными фундаментами.

Классификация грунтов как оснований фундаментов под машины (по О.А. Савинову)

Значения модуля Φ в практических расчетах можно принимать равными:

 

Нижний предел приведенных величин относится к мелко заложенным фундаментам, верхний — к фундаментам глубокого заложения. Для того чтобы определить амплитуду колебаний грунта на некотором расстоянии от источника, необходимо знать коэффициент поглощения энергии волн α. Он характеризует способность грунта поглощать энергию при распространении в нем колебаний. Если известна амплитуда колебаний грунта A на ¦расстоянии r от источника колебаний, то, зная коэффициент α, можно определить величину амплитуды колебаний А0 на расстоянии r0 от той же точки.

Исследования автора показали, что коэффициент α для данного фундамента не является постоянной величиной и зависит от расстояний r и r0 : чем меньше эти расстояния, тем интенсивнее происходит поглощение энергии.

Таким образом, коэффициент α при одних и тех же грунтовых условиях представляет собой функцию трех переменных: r , r0 и F; эта зависимость весьма сложна и еще изучается. Опыты, проведенные автором, показали, что величину α ориентировочно можно принимать (для грунтовых условий Ленинграда) в пределах

Минимальные значения α относятся к фундаментам со значительными размерами подошвы и к большим величинам rср , а максимальные значения α — к мелким фундаментам и к меньшим величинам rср .