Основания и фундаменты, подземные сооружения. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Строительство и архитектура
Влияние геометрических параметров откосов и уступов грунтовых выемок на их устойчивость
Статья научная
В работе представлены результаты исследования влияния углов наклона уступов и откосов на их взаимную устойчивость. Определяются величины коэффициентов устойчивости откосов в зависимости от угла наклона уступов, а также величины коэффициентов устойчивости каждого уступа в зависимости от угла наклона откоса и местоположения уступа на нём. Оценка напряженно-деформированного состояния рассматриваемых грунтовых массивов и определение коэффициентов устойчивости (с определением форм и положений наиболее вероятных поверхностей скольжения) проведены посредством компьютерного моделирования с применением метода конечных элементов и учётом величины коэффициента бокового давления грунта. Рассмотрены различные сочетания высот уступов и их углов наклона, при этом установлено, что максимальная разница между коэффициентами устойчивости прямолинейного и двухступенчатого откосов наблюдается в случае, когда нижний уступ имеет наибольшую высоту и угол наклона. Верхний уступ при этом можно считать изолированным. Устойчивость нижнего уступа для каждого из рассмотренных вариантов имеет зависимость от его угла наклона и угла наклона верхнего уступа. Таким образом, обнаружено, что представляется возможность подобрать такие сочетания значений углов наклона их уступов и высот при проектировании откосов, при которых их устойчивость будет максимальной. Подбор этих геометрических параметров в свою очередь позволяет при проектировании на откосах различных сооружений правильно спланировать работы по выравниванию формы естественных откосов или созданию насыпей таким образом, что это окажет существенное влияние на повышение их эксплуатационной надёжности.
Бесплатно
Статья научная
В статье предложен один подход к повышению достоверности определения значений горизонтальных перемещений (x), изгибающих моментов (M), поперечных сил (Q), реакции грунта по боковой поверхности (R) для буронабивных свай большого диаметра, испытанных горизонтальными нагрузками. В качестве основного объекта исследований принята буронабивная свая диаметром 1,5 м длиной 12,5 м (далее - свая ТР15), испытанная горизонтальными нагрузками (P) различной интенсивности. Предложенный подход предусматривает построение и сопоставление по глубине (z) эпюр реакций х(z), M(z), Q(z), R(z), полученных с применением следующих двух процедур (способов). Способ 1 основан на классическом дифференцировании эпюры углов поворотов φ(z) нормальных сечений сваи, способ 2 - на непосредственном дифференцировании эпюры M(z), полученной из результатов конечно-элементного анализа на модели свайной конструкции, предусматривающей применение эпюры x(z), определенной способом 1 для задания параметров контрольных точек, расположенных на глубине (z) по длине сваи. Авторами получены кривые распределения значений коэффициента пропорциональности K и коэффициента постели CZ(z) по длине испытанной сваи. Работа выполнена с применением результатов полевых экспериментов, которые провели G. Price и I.F. Wardle (1987), в частности с применением измерений угловых смещений (φ) контрольных точек по длине сваи. Эпюры построены авторами в системе математики MathCAD; расчеты M(z) для способа 2 выполнены с учетом особенностей нелинейного деформирования железобетонных конструкций в SAP2000. Для оценки достоверности значений M(z), Q(z), R(z), полученных указанными методами, учитывалось несколько критериев соответствия. Установлено, что незначительные отклонения кривой φ(z), построенной с применением аналитической функции, при огибании ею дискретных значений (φ), зафиксированных при инклинометрических измерениях, оказывают значительное влияние на достоверность построения эпюр M(z), Q(z), R(z). Показано, что при таком незначительном отклонении для сваи TP15 при нагрузке P = 1200 кН расхождение в оценках между значениями смещений (x) составляет 0,7 %, но расхождения между максимальными значениями (M), (Q) и (R) уже определяются равными 30, 30 и 38 % соответственно. Установлено, что зависимости K(z) и CZ(z), полученные для испытанной сваи при различных нагрузках (P) в уровне поверхности земли, имеют кардинально разный вид. Последнее следует объяснять нелинейной работой грунта и особенностями неупругого поведения свай при горизонтальных нагрузках большой интенсивности.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты натурного полевого эксперимента исследования несущей способности и осадочной деформации зернистых грунтов основания набивной сваи в грунтовытесненной пробитой скважине. Разработана методология расчетного исследования с показом теории и методов расчетного определения напряжений пяти зон состояний предельных равновесий грунтов в основании по боковой поверхности кругового конуса и ствола рассматриваемой сваи. Дано обоснование выбора зон состояний предельных равновесий грунта, задействованных экспериментально набивной сваей в основании. Представлен расчет предельной несущей способности грунтов основания и осадки набивной сваи в пробитой скважине с построением расчетного графика зависимости осадки сваи от нагрузки. Результаты исследований обобщены в выводах.
Бесплатно
Статья научная
Представлены данные натурного эксперимента полевого испытания зернистых грунтов основания взрывофугасной сваи в грунтовытесненной скважине на несущую способность и осадочную деформацию. Создана методология расчетного исследования с представлением теорий, методик и методов расчетного получения значений напряжений пяти зон состояний предельных равновесий грунтов зернистых сред оснований по боковым поверхностям кругового конуса и ствола изучаемой сваи. Сделано обоснование выбора зон состояний предельных равновесий грунтов зернистых сред, задействованных экспериментально взрывофугасной сваей в основании. Осуществлен расчет предельной несущей способности грунтов основания и осадки взрывофугасной сваи. Разработана методика теоретического построения расчетного графика зависимости осадки сваи от нагрузки. Показаны основные выводы представляемой научной работы.
Бесплатно
Исследование работы спиралевидной микросваи с грунтом
Статья научная
В статье описывается исследование конструкции новой микросваи, обладающей более высокой несущей способностью по сравнению с традиционной микросваей. Предлагаемая конструкция вертикальной микросваи обладает большей площадью боковой поверхности за счет придания спиралевидной формы. Выявление особенностей работы спиралевидных микросвай проводилось средствами численного моделирования. Рассматривались спиралевидные сваи различной длины и ширины спирали. В результате было установлено влияние количества витков спиралевидной сваи и относительной «вытянутости» витка спирали на изменение несущей способности, а также особенности её сжимаемости и накопления общей осадки. Анализ результатов моделирования позволил выделить область эффективных конструктивных сочетаний количества витков спирали по длине сваи и «вытянутости» (ширины) витка. Данная область обеспечивает наиболее высокие значения несущей способности спиралевидной сваи по сравнению с традиционной микросваей. Дополнительно для данной области введено ограничение по сжимаемости спиралевидной сваи, направленное на ограничение напряжений кручения. В заключении статьи авторами ставятся задачи для дальнейшего исследования, оцениваются вопросы технологии устройства, влияющие на область эффективных конструктивных сочетаний.
Бесплатно
Статья научная
Обобщены результаты последних инновационных достижений в области свайного фундаментостроения. Обоснована актуальность комплексного решения научно-технической проблемы разработки геотехники проектирования рациональных конструкций взрывофугасных одиночных свай-фундаментов. Поставлена цель и сформулированы задачи научного исследования. Основное содержание расчетно-теоретических исследований представлено полным показом полученных научных результатов. Геотехника базируется на методологиях, включающих положения теории геомеханики и методы познания расчетно-теоретического исследования. Предложенная геотехника проектирования рациональных конструкций взрывофугасных одиночных свай-фундаментов позволяет определять их проектные размеры по значениям несущей способности оснований равным величине критической нагрузки на сваю.
Бесплатно
Определение осадки буроинъекционных свай с контролируемым уширением
Статья научная
В статье описана модернизированная конструкция буроинъекционной сваи, которая позволяют выполнять весь комплекс работ по усилению фундаментов реконструируемых зданий без ударных, механических и динамических воздействий. Предложен алгоритм расчета осадки буроинъекционных свай с контролируемым уширением, а также его сравнение с нормативными решениями и экспериментальными данными, полученными на строительной площадке в городе Тюмени. Представлен прогноз изменения напряженно-деформированного состояния грунтового массива под фундаментом здания при определении его осадки. Показано, что значение осадки главным образом зависит от расчётного сопротивления грунтового массива, модифицированного в процессе устройства буроинъекционной сваи, как по боковой поверхности, так и под нижним концом. Аналитические решения, приводимые в статье, позволяют более точно определять значение осадки с учетом изменения механических характеристик грунта и остаточных напряжений при формировании уплотненной зоны.
Бесплатно
Статья научная
Современная городская застройка и территории существующих промышленных объектов все чаще диктуют свои условия для реализации новых проектных решений. Плотность уже построенных объектов запрещает применять ранее часто используемые забивные сваи, но в силу малой несущей способности грунтов основания приходится применять решения с использованием буронабивных свай. Предлагается новая методика расчёта на прочность обсадной трубы при бурении скважины в структурно неустойчивых грунтах при устройстве буронабивных свай. Данная методика расчёта позволяет на стадии проектирования рассчитать стенки буровой скважины на устойчивость, определить обжимающее давление стенок скважины, передаваемое на внешнюю поверхность обсадной трубы, и подобрать её сечение по разным видам материала изготовления. Конечной целью является снижение затрат на устройство фундаментов с помощью буронабивных свай за счет снижения материалоемкости конструкции.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе приводятся результаты исследований устойчивости двухслойных уступов откосов грунтовых выемок при упругопластическом распределении напряжений. Задача об определении устойчивости двухслойного уступа весьма полезна в практической инженерной деятельности. В частности, возможны ситуации, когда на поверхность откоса был насыпан грунт, который в течение длительного времени слежался, поскольку находится на откосе уже длительное время. Точность решения задачи об устойчивости уступов откоса ввиду невозможности абсолютно точно определить физико-механические характеристики грунтов, слагающих откос, представляется весьма относительной. С другой стороны, точные решения этой задачи в упруго-пластической постановке весьма трудоёмки с точки зрения применения математического аппарата. Поэтому авторы сочли необходимым выполнить сравнение результатов упругого и упругопластического решений задачи об устойчивости уступов откосов. С этой целью были определены численные значения напряжений в различных точках выбранной расчётной модели при помощи метода конечных элементов, а также на основе использования методов теории функций комплексного переменного. В результате расчётами установлено, что даже при наличии в грунтовом массиве двухслойного уступа откоса пластических областей коэффициент устойчивости, определённый при решении упругой и упругопластической задач, практически одинаков.
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты статических испытаний фрагмента ленточного фундамента, усиленного при помощи буроинъекционной сваи, которая имеет на своем нижнем конце уширенную пяту. Статические испытания были проведены летом 2020 г. на экспериментальной площадке в городе Тюмени. Буроинъекционная свая с уширенной пятой представляет собой трубу-инъектор, которая имеет на нижнем конце мембрану-стакан. Инъекция раствора в резиновую мембрану-стакан осуществлялась при помощи конструкции гидравлического пакера. После набора прочности раствора на нижнем конце трубы-инъектора образуется уширенная пята требуемого объема. Для оценки полученных результатов также были проведены испытания на статическую нагрузку фрагмента ленточного фундамента без усиления при помощи буроинъекционной сваи с уширенной пятой и отдельно расположенной буроинъекционной сваи с уширенной пятой. По данным, полученным при испытаниях на статическую вдавливающую нагрузку, были построены графики зависимости: осадки фрагмента ленточного фундамента без усиления и с усилением при помощи сваи с уширенной пятой от давления под его подошвой и осадки буроинъекционной сваи с уширенной пятой от статической вдавливающей нагрузки. В результате было установлено, что применение в качестве усиления фрагмента ленточного фундамента буроинъекционной сваи с уширенной пятой позволило увеличить предельно допустимое давление под подошвой фрагмента ленточного фундамента на грунт в среднем на 25 % и снизить осадку фрагмента ленточного фундамента в среднем на 43 %.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена научному обоснованию впервые открытого нелинейно-линейного вида графика зависимости осадки от нагрузки опытной буровой сваи. Показаны теоретические подходы к расчетному определению критических нагрузок по всем пяти зонам состояний предельных равновесий для боковой поверхности ствола и тангенсоида вращения сваи. Представлен расчетный нелинейный график зависимости осадки от нагрузки экспериментальной буровой сваи. Показано теоретическое построение расчетного нелинейно-линейного графика зависимости осадки от нагрузки опытной буровой сваи. Сделаны обобщающие выводы по сущности содержания проведенного исследования.
Бесплатно
Статья научная
Исследования проведены в соответствии с известной необходимостью создания единой теории нелинейного упругопластическивязкожесткого деформирования предельно-напряженных зернистых грунтов в основаниях нагружаемых одиночных свай. Начальный материал изложен в первой статье «Теория нелинейной упругопластическивязкожесткой деформации предельно-напряженных грунтов в основаниях нагружаемых одиночный свай: механическая модель». В данной статье проведен дифференцирующий анализ деформации экспериментально исследованного основания штампа, в результате которого разработаны методологии: построения отдельных расчетных графиков упругих, пластических, вязких и жестких деформаций грунта; теоретического определения нелинейных общих, упругих, пластических, вязких и жестких деформаций грунта; расчетного определения эталонных поступенчатых коэффициентов пропорциональности модулей нелинейных общих, упругих, пластических, вязких и жестких деформаций грунта. Разработана теория геометрических параметров и их соотношений напряженных деформированных состояний грунта. Приведены обобщенные выводы по сущности содержания положений разработанной теории.
Бесплатно
Статья научная
Исследования проведены в соответствии с известной необходимостью создания единой теории нелинейного упругопластическивязкожесткого деформирования предельно-напряженных зернистых грунтов в основаниях нагружаемых одиночных свай. Продолжение материала следует во второй статье «Теория нелинейной упругопластическивязкожесткой деформации предельно-напряженных грунтов в основаниях нагружаемых одиночных свай: математическая модель». В этой статье определены основные положения модели теории нелинейного деформирования предельно-напряжённых грунтов. Изучены отличительные особенности зернистых сред в роли моделей механического поведения пылевато-глинистых и песчаных грунтов под нагрузкой. Показаны подходы к моделированию зернистых сред пылевато-глинистых и песчаных грунтов. Представлено научное обоснование форм грунтовых уплотненных ядер в основаниях штампа и нижних концов исследуемых одиночных свай. Сделаны обобщенные выводы по сущности содержания положений разработанной теории.
Бесплатно
