Расчет деформаций оснований сложенных вечномёрзлыми грунтами

Расчет деформаций других типов грунтов можно найти по ссылке.

Расчёт деформаций вечномёрзлых грунтов реализован в соответствии с нормами СП 25.13330.2012 «Основания и фундаменты на вечномёрзлых грунтах».

1. Полные деформации основания

При наличии вечномёрзлых грунтов, полные деформации основания определяются по формуле (СП 25.13330.2012, пункт 7.3.6):

где S – осадка оттаивающего в процессе эксплуатации сооружения; S_th – составляющая осадки основания, обусловленная действием собственного веса оттаивающего грунта; S_p – составляющая осадки основания, обусловленная дополнительным давлением на грунт от действия веса сооружения.

2. Определение расчетной глубины оттаивания грунтов H

Деформациям оттаивающего основания (осадка) наращиваются в пределах расчетной глубины оттаивания H.

В качестве расчетной глубины оттаивания грунтов H принимается минимальная глубина сжимаемой толщи, которая задана пользователем в диалоговом окне «Параметры расчёта» (рис. 1).

3. Определение составляющей осадки основания S_th

Составляющая осадки основания от действия собственного веса грунта определяется по формуле (СП 25, пункт 7.3.7, формула 7.20):

где A_th,i – коэффициент оттаивания i-го слоя грунта, доли единицы; m_th,i – коэффициент сжимаемости, (т/м²)^-1; σ_zg,i – вертикальное напряжение от собственного веса грунта в середине i-го слоя грунта, т/м₂; h_i - толщина i-го слоя.

4. Определение составляющей осадки основания S_p

Составляющая осадки основания S_p от действия веса сооружения рассчитывается в зависимости от напряжений в грунте от веса сооружения σ_р и коэффициента сжимаемости m_th. При этом, используется модель упругого полупространства, а напряжения σ_р рассчитываются по методу Буссинеска.

5. Определение коэффициентов A_th и m_th

В ПК ЛИРА-САПР реализовано 2 варианта формирования коэффициентов A_th и m_th:

1. Пользователь может задать соответствующие коэффициенты оттаивания A_th и сжимаемости m_th для указанных слоёв грунта (рис. 2).

2. Пользователь может задать данные по результатам компрессионных испытаний (зависимость относительной деформации образца при оттаивании ε_th от давления P), как показано на рис. 3. В таком случае, коэффициенты A_th и m_th будут рассчитаны по формулам 3, 4.

где e₁, e₂ - относительные деформации грунта после оттаивания; Р₁, Р₂ – давление в начале и в конце элементарного слоя грунта (рис. 4). Величины давлений Р₁, Р₂ принимаются равными суммарным напряжениям σ_s (суммарного напряжения от собственного веса грунта и внешней нагрузки: σ_s=σ_z,p+σ_z,g) в соответствующих точках.

Пример расчёта деформации основания при наличии вечномёрзлых грунтов

Необходимо определить осадку оттаивающего в процессе эксплуатации столбчатого фундамента. Геометрические размеры подошвы 2х3 метра, глубина заложения – 1.5 метра. Среднее давление под подошвой фундамента составляет Р = 80 т. Данные ИГЭ вечномёрзлых грунтов на строительной площадке приведены в таблице 1.

Таблица 1. Грунтовые условия.

На рис. 5 показаны графики напряжений от собственного веса грунта и от внешней нагрузки, что были посчитаны заранее.

1. Назначение коэффициентов оттаивания A_th и m_th.

Значения коэффициентов A_th и m_th задаются в диалоговом окне «Характеристики грунтов», при переходе на вкладку «Вечномёрзлые» (рис. 6). В таблице характеристик вечномёрзлых грунтов нужно задать следующие параметры:

1. Номер ИГЭ. Этот номер должен соответствовать номеру ИГЭ в основной таблице Характеристик грунтов.
2. Коэффициенты оттаивания A_th и сжимаемости m_th, либо давление Р и соответствующее значение относительной деформации грунта.

2. Назначение расчётной глубины оттаивания грунтов Н.

Для того, чтобы задать глубину оттаивания грунтов, нужно на панели МЕНЮ кликнуть «Упругое основание», затем вызвать диалоговое окно «Параметры расчёта» (Рис. 7). Далее необходимо задать значение расчётной глубины оттаивания Н в диалоговом окне «Параметры расчёта» в ячейке «Минимальная глубина сжимаемой толщи» (Рис. 8).

3. Определение составляющей осадки основания S_p.

Составляющая осадки основания S_p от действия веса сооружения рассчитывается по модели упругого полупространства, используя коэффициент сжимаемости m_th, а также напряжения σ_р, что получены заранее по методу Буссинеска. В результате расчёта по заданным исходным данным S_p = 0.0607.

4. Определение деформаций осадки S_th.

Используя значения напряжений от собственного веса грунта σ_zg (рис. 5), определим деформаций осадки по формуле 2. Деформации осадки будут наращиваться только в пределах глубины оттаивания грунтов Н = 3м, что была задана заранее (рис. 8). Результаты расчёта занесём в таблицу 2.

Таблица 3. Расчёт деформаций просадки.

Полные деформации вечномёрзлых грунтов будут равны:

Следовательно, коэффициент постели С1 будет рассчитан по формуле (метод 2, модель Винклера):