У загальному випадку грунтам властива нелінійна деформованість, причому в межах фаз I і II, в деякому початковому інтервалі зміни напружень вона досить близька до лінійної.
Пружні і пластичні деформації. Якщо в процесі навантажування грунту при досягненні деяких значень робити розвантаження (за кордоном фази I), то можна помітити, що при будь-якому значенні p. навіть в межах лінійної деформованості (фаза II), розвантаження не викликає повного відновлення осад поверхні грунту. Отже, при будь-якому значенні тиску загальна осідання грунту може бути розділена на відновлюється (пружну) s e і залишкову (пластичну) s p. При цьому, як правило, s e >> s p (рис. 5.1).
Фізичні причини пружних деформацій:
· Пружність мінеральних часток грунту;
· Пружність замкнутих бульбашок повітря.
Фізичні причини залишкових деформацій:
· Зрушення частинок грунту;
· Руйнування частинок в точках контакту.
Для різних грунтів співвідношення між пружними і залишковими деформаціями різні.
Об'ємні і зсувні деформації. Загальна напружене або деформований стан в точці масиву грунту можна розділити на дві складові. Тоді загальний напружений стан (тензор напружень) виразиться як сума гідростатичного напруженого стану (кульовий тензор). що викликає зміна тільки обсягу грунту, і девіаторного напруженого стану (девіатор напруг). що викликає тільки зміна форми.
Випробування грунту свідчить про те, що зі збільшенням середнього нормального напруження # 963; m, об'ємна деформація # 949; # 957; зростає, але прагне до деякої постійної величини. У той же час збільшення дотичних напружень # 964; i не може відбуватися безмежно і викликає все більше зростання зсувних деформацій # 947; i. що приводить, в кінцевому рахунку, до руйнування грунту. Звідси можна зробити важливий висновок про те, що руйнування грунту відбувається під дією зсувних напружень. тому головною формою руйнування в механіці грунтів вважається зрушення. Гідростатичний обтиснення викликає ущільнення, отже, і збільшення міцності грунту.
Через дискретного будови грунту дійсний характер його деформування при гідростатичному і девіаторном навантаженні буде значно складніше. Так, при зсуві (девіаторном навантаженні) піщаного зразка щільного складання до моменту руйнування відзначається деяке збільшення його обсягу, зване ділатансіі. При зсуві ж піщаного зразка пухкого складання, навпаки, відбувається його додаткове ущільнення. Це явище називається негативною ділатансіі. або контракцією. У той же час при гідростатичному обтисненні зразка грунту, в разі великих напруг, між частинками можуть виникнути місцеві концентрації напружень, що приводять до його руйнування.
При деякому граничному для даного грунту значенні # 964; i виникне стан необмеженого пластичного деформування, що часто називається плином грунту. Такий стан називається граничним.
5.3. Вплив різних факторів на величину і характер деформацій
1. Умови завантаження:
· Безперервно зростаюча навантаження
Мал. 5.2. Деформації грунту при дії безперервно зростаючого навантаження
Найчастіше, практично в будівництві розглядаються лінійні деформації. т. е. до напружень, рівних R.
У цьому випадку правомірно використовувати теорію пружності і інженерні методи розрахунку осад;
· Періодично діюча навантаження
Мал. 5.3. Деформації грунту при дії періодично діючої навантаження
При багаторазовому навантаженні підстави загальні деформації грунту прагнуть до деякого межі.
При великому числі циклів навантаження з'являються лише пружні деформації, т. Е. Грунт набуває пружно-ущільнене стан. (Має практичне значення для будівельників доріг, насипів і т. Д.)
2. Деформації грунту в часі
Мал. 5.4. Деформації грунтів в залежності від часу
При ущільненні підстав швидкість осідання фундаменту (споруди) залежить від швидкості віджимання води з пор грунту (фільтраційна консолідація). Згодом виникають опади реологического характеру (повзучість скелета грунту).
Характер деформації залежить від індивідуальних властивостей ґрунтів.
3. Залежність деформації грунтів від розмірів фундаментів (за інших рівних умов) (рис. 5.5).
Мал. 5.5. Деформації грунту в залежності від розмірів фундаменту
при в <0,5 м деформации очень большие (возможен выпор грунта или достижение I предельного состояния).
При в "0,5 м - мала стислива товща (опади малі).
При в> 0,5 м - збільшення активної стисливої зони - збільшення деформації в цілому.
При в> 7 м (А> 50 м 2) опади менше теоретичних, т. К. Активна стислива зона йде в більш щільні нижні шари грунту (зростання модуля деформації з глибиною).
Підстави і фундаменти розраховуються за двома граничними станами:
1. За несучої здатності:
N - задана розрахункове навантаження на підставу в найбільш невигідній комбінації; Рпр - несуча здатність (граничне навантаження) підстави для даного напрямку навантаження N; gс - коефіцієнт умови роботи підстави (<1); gq – коэффициент надежности (>1).
2. За граничним деформацій:
Sрас - розрахункова абсолютна осаду фундаменту; - розрахункова відносна різниця осідання фундаментів; ; гранична величини, абсолютної і відносної різниці осідань фундаментів відповідно (СНиП 2.02.01-83 *).
5.4. Розрахунок підстав по деформацій і методи розрахунку осад.
Загасання осад у часі
Деформації підстави поділяють наступним чином:
· Опади - деформації, що відбуваються в результаті ущільнення грунту під впливом зовнішніх навантажень і в окремих випадках власної ваги грунту, які не супроводжуються докорінною зміною його структури;
· Просадки - деформації, що відбуваються в результаті ущільнення і, як правило, докорінної зміни структури грунту під впливом як зовнішніх навантажень і власної ваги грунту, так і додаткових факторів, таких, наприклад, як замочування просадного грунту, відтавання льодових прошарків в замерзлому ґрунті і т . п .;
· Підйоми і опади - деформації, пов'язані зі зміною обсягу деяких грунтів при зміні їх вологості або впливі хімічних речовин (набухання і усадка) і при замерзанні води і відтаванні льоду в порах грунту (морозне здимання і відтавання грунту);
· Осідання - деформації земної поверхні, викликані розробкою корисних копалин, зміною гідрогеологічних умов, зниженням рівня підземних вод, карстово-суфозійними процесами і т. П .;
· Горизонтальні переміщення - деформації, пов'язані з дією горизонтальних навантажень на підставу (фундаменти розпірних систем, підпірні стіни і т. Д.) Або зі значними вертикальними переміщеннями поверхні при осіданні, просадках грунтів від власної ваги і т. П .;
· Провали - деформації земної поверхні з порушенням суцільності грунтів, що утворюються внаслідок обвалення товщі грунтів над карстовими порожнинами, гірничими виробками або зонами суфозійного виносу ґрунту.
Розрахунок підстав по деформацій виробляють, виходячи з умови
де - спільна деформація основи і споруди;