+7 (8412) 999-189
8 800 200 1605
(звонок по России бесплатный)

Определение жесткости грунта или модулей деформации необходимо для решения одной из основных теоретических задач фундаментостроения, которой является прогноз осадки фундаментов. Методы расчета осадки приведены в СП 50-101-2004 «Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений».

Модуль деформации рекомендуется определять с использованием лабораторных и полевых методов испытаний грунтов. Методика компрессионного и трехосного определения модулей деформации приведена в ГОСТ 12248-96. Методика полевого определения модуля деформации изложена в ГОСТ 20276-85 «Методы полевого определения характеристик деформируемости». Подобные методы лабораторных испытаний изложены также в AASHTO TP-46, ASTM D1195 и ASTM D1196.

В приведенных ГОСТ рекомендуется определять модуль деформации, который учитывает как упругую, так и остаточную деформацию. Выделить из этих испытаний чисто упругий модуль деформации возможно только используя ветвь разгрузки зависимости «напряжение-деформация».

В то же время упругий модуль может быть измерен в лаборатории используя динамические трехосные испытания или резонантные испытания образцов в условиях одноосного сжатия. Однако это связано с отбором образцов и не всегда возможно или удобно при массовых и необходимом быстром их определении.

Деформации грунтов оснований зданий и сооружений определяются с использованием упругих параметров: модуля деформации Е; модуля сдвига G, модуля объемной деформации К и коэффициента Пуассона . В большинстве случаев основание является многослойным и модули упругости могут изменяться значительно от слоя к слою, возрастая, как правило, с глубиной.

Основными упругими параметрами являются модуль деформации и коэффициент Пуассона. Используя решения теории упругости остальные модули определяются с использованием выражений, которые приведенны в табл. 1.

Табл. 1. Соотношение между модулями деформации

Модуль

сдвига, G
Модуль

упругости, E
Модуль M Объемный модуль, К

Постоянная Ламе, Коэффициент

Пуассона,

Модуль деформации используется при определении осадки фундаментов, например, с использованием выражения (5.14) СП 50-101-2004 при действии статических нагрузок от веса зданий или сооружений. Значения модуля деформации как функция глубины могут быть оценены из эмпирической корреляции результатов лабораторных испытаний образцов грунта ненарушенной структуры и результатов полевых испытаний.

Лабораторные методы

Модуль деформации или как его называют в механике сплошной среды – модуль Юнга является коэффициентом пропорциональности зависимости «деформация-напряжение», предложенной Гуком в виде

(1)

в котором каждому равному приращению одноосного напряжения соответствует пропорциональное возрастание деформации .

В табл. 2 приведены лабораторные методы определения модулей деформации.

 

Табл. 2. Модули деформации

Тип испытаний

Описание

Диаграммы

Одноосное сжатие

Увеличение при постоянных . Траектория нагружения ОА. Определение модуля деформации, Е

Гидростати-ческое

(всесторон- нее) сжатие

Увеличение , , равным образом. Траектория нагружения НСТ. Определение модуля объемной деформации, К

Простой сдвиг

После гидростатического нагружения остается постоянным, но два других напряжения изменяются , . Траектория нагружения SST. Определение модуля сдвига, G
Компрессион- ное сжатие

Увеличение при не-возможности бокового рас-ширения . Определение компрессионного модуля деформации, Ed
Стандартное трехосное сжатие

После гидростатического нагружения до , возрастает, а до разрушения. Траектория нагружения СТСТ. Определение касательного модуля деформации, Еt при сжатии

Стандартное трехосное расширение

После гидростатического нагружения до , возрастают, а . Траектория нагружения СТЕТ. Определение кассательного модуля деформации, Еt при расширении

Рис. 1. Траектории напряжений, реализуемые в стабилометре

Закон Гука был вначале разработан для описания однородных и изотропных материалов рассматривая упругое поведение металлов при растяжении. Грунты показывают линейно упругое поведение до относительно небольших нагрузок. Однако даже при этом при разгрузке в грунтах возникает остаточная деформация. Поэтому при нагружении до предела пропорциональности для грунтов также справедлива линейная зависимость Гука, однако при больших нагрузках деформации в грунтах нелинейно зависят от напряжений. Это особенно важно при проектировании высотных зданий, когда давление по подошве фундаментов может составлять 600-800 кПа.

Испытания образцов грунта в стабилометре позволяют определять касательный модуль деформации подобный модулю Юнга. Подобие модуля деформации модулю Юнга позволяет использовать решения теории упругости при расчете осадки фундаментов.

Упругий недренированный модуль деформации Еs можно определить используя следующую эмпирическую зависимость используя недренированную прочность глинистых грунтов

,(2)

где - коэффициент корреляции, определяемый по рис. 2; - недренированная прочность.

Рис. 2. График для определения коэффициента

Значения коэффициента Kc являются функцией коэффициента переуплотнения (OCR) и числа пластичности PI, которые могут быть определены путем полевых и лабораторных испытаний. В табл. 3 приведены типичныезначениямодуля деформации.

Табл. 3. Значения модуля деформации

Вид грунта Модуль деформации, Еs, МПа
Очень мягкие глины 0,5 – 5,0
Мягкие глины 5,0-20,0
Полутвердые глины 20,0-50,0
Твердые глины 50,0-100,0
Опесчаненые глины 25,0-200,0
Рыхлые пески 10,0-20,0
Плотные пески 25,0-100,0