Осадка плотин и устойчивость откосов. Напряженное состояние грунта и его зависимость от внешней нагрузки

Напряженное состояние грунта складывается под действием собственного веса грунта (соответствующее этому состоянию напряжение называется природным или бытовым напряжением) и под действием внешней нагрузки, приложенной на поверхности грунта (уплотняющее напряжение).

Напряжения от собственного веса грунта распределяются по гидростатическому закону и определяются глубиной рассматриваемой точки, измеренной по вертикали от граничной поверхности.

Для однородных грунтов, лежащих выше уровня грунтовых вод, природное сжимающее напряжение определяют по формуле:

(163)

где     - объемный вес грунта;
h - глубина   рассматриваемой точки  от  граничной поверхности. Эпюра распределения напряжений для этого случая имеет вид треугольника (рис. 96,а).

При слоистых грунтах с различным объемным весом напряжение определяют суммированием по формуле:

(164)

Эпюра распределения напряжений для слоистого грунта представляет собой ломаную линию (рис. 96, б).


Рис. 96. Эпюры   распределения   напряжений   от собственного веса грунта:
а - однородного;    б - слоистого  с  различными    значениями объемного веса; в - однородного при наличии уровня грунтовых вод

Для грунтов, лежащих ниже уровня грунтовых вод, учитывается взвешивающее давление (рис. 96,в), и напряжения находят по формуле:

(165)

где     - объемный вес грунта ниже уровня грунтовых вод.

Если толща сложена из слоистых грунтов, учитывают объемный вес взвешенного грунта каждого слоя. Эпюра распределения напряжений в этом случае будет ломаной линией с перегибами в точках, соответствующих изменению объемного веса.

Более сложный случай распределения напряжений в грунте будет, когда в отдельных водопроницаемых слоях появятся напорные грунтовые воды, причем сами слои сложены из грунтов с различным объемным весом.

Внешняя нагрузка, приложенная к поверхности грунтового нескального массива, вызывает в толще его уплотняющее давление. Это давление появляется как в горизонтальных, так и в вертикальных плоскостях и распространяется в сторону от места приложения нагрузки ив глубину (теоретически на бесконечно большое расстояние).

Графическое изображение распределения напряжений от внешней нагрузки в толще грунтового массива может быть в виде изобар, представляющих собой линии равных напряжений. В качестве примера на рисунке 97 показаны изобары сжимающих напряжений от сосредоточенной внешней силы.


Рис. 97 Изобары в массиве  грунта  от  сосредоточенной  силы:
а -  зона     дополнительного сжатия   грунта   под   равномерно    распределенной    нагрузкой

Из рисунка видно, что напряженное состояние грунта распространяется вглубь и в стороны и может захватывать зону основания соседнего сооружения.

Распределение напряжений в толще сжимаемого пористого грунта подчиняется определенной закономерности, которая основана на том, что массив грунта рассматривается как линейно деформируемая среда, и для нее справедлива пропорциональность деформации от приложенной нагрузки.

При расчете земляных плотин на осадку за внешнюю нагрузку принимают    вес    тела    насыпи. Трапецеидальный        поперечный профиль ее при этом разбивают вертикальными плоскостями, проходящими через бровки откоса, на два вида нагрузок:  равномерно распределенную - средняя часть и треугольную - боковые призмы (рис. 98). От каждой из этих


Рис.  98  Схема  нагрузок на   основание от собственного веса тела плотины:
1 - равномерно    распределенная   нагрузка; 2 - нагрузка  по треугольнику;  3 - сжимаемая толща основания.

частей в рассматриваемой точке М основания плотины  определяют  уплотняющее  напряжение,   после чего их суммируют. Результирующее напряжение с учетом природного является исходным параметром для определения коэффициента пористости.

Осадку основания земляных плотин рассчитывают в условиях плоского напряженного состояния грунта, считая,  что нагрузка может следовать за деформацией основания.

Такая схема отвечает условиям работы гибких фундаментов и позволяет воспользоваться зависимостями по осадкам, данным для них.