Придніпровська державна академія будівництва та архітектури

Хаміс Х. М. Халаф

УДК 624.15

Деформації основ близько розташованих фундаментів різної форми в умовах лінійно-деформівного напівпростору

05.23.02- підвалини та фундаменти

Автореферат

дисертації на здобуття

наукового ступеня кандидата

технічних наук

Дніпропетровськ- 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Придніпровській державній академії будівництва та архітектури (ПДАБтаА) Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор,

Швець Віктор Борисович

Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, професор, завідувач кафедри підвалини та фундаменти.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор, Петренко Володимир Дмитрович, Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту, завідувач кафедри тунелі, основи і фундаменти.

кандидат технічних наук, доцент Винников Юрій Леонідович,

Полтавський національний технічний університет імені Ю.Кондратюка, доцент кафедри нафтогазових промислів і геотехніки.

Провідна установа:

Державний науково-дослідний інститут будівельних конструкцій, відділ основ і фундаментів будинків і споруд у простих і складних інженерно-геологічних умовах. Державний комітет будівництва, архітектури і житлової політики, м. Київ.

Захист відбудеться “11” червня 2004р. о.15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д08.085.01 при Придніпровській державній академії будівництва та архітектури за адресою 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24-а.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Придніпровської державної академії будівництва та архітектури:

49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24-а.

Автореферат розісланий “7” травня 2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Баташева К.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. При зведенні нових будинків поблизу існуючих в умовах щільної забудови виникає проблема забезпечення їхньої нормальної експлуатації. Відзначене також відноситься і до реконструйовуваних будинків при збільшенні навантаження на фундамент.

Взаємний вплив близько розташованих фундаментів на деформації їхніх основ визначається особливостями формування воронки осідання (“осадової воронки”, “лунки ущільнення”) навколо таких фундаментів. Дані по вивченню формування воронки осідання в науково-технічній літературі нечисленні і не носять системного характеру. Наявні в нормах і науково-технічній літературі рекомендації з врахування взаємного впливу близько розташованих фундаментів застосовні до квадратних і прямокутних фундаментів (метод кутових і центральних точок). Для інших видів фундаментів (круглих, стрічкових) такі рекомендації відсутні.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Здобувач є виконавцем держбюджетної науково-дослідної теми “Розробка нових методів розрахунку основ і ефективних конструкцій фундаментів у регіональних умовах Середнього Придніпров’я” (№ ГР 0103 U 003113), виконуваної на кафедрі основ і фундаментів ПДАБтаА за тематичним планом Міністерства освіти і науки України.

Мета і задачі досліджень. Метою роботи є дослідження утворюваної навколо твердих штампів різних видів воронки осідання і встановлення на цій основі взаємного впливу близько розташованих фундаментів на деформації їхніх основ, представлених пружним півпростором. Для досягнення поставленої мети було необхідно:

- розробити методику експериментального вивчення формування воронки осідання навколо різних видів твердих штампів (моделей фундаментів) у ґрунтовому лотку для основи у вигляді пружного півпростору;

- для тих же умов розробити методику експериментального вивчення взаємного впливу моделей фундаментів різних видів на деформації їхніх основ;

- виявити особливості формування воронки осідання навколо різних видів твердих штампів на модельному матеріалі і на різних щодо зв’язності ґрунтах;

- виявити взаємний вплив близько розташованих моделей фундаментів на деформації їхніх основ у різних щодо зв’язності ґрунтах в умовах пружного півпростору;

- на основі проведених експериментальних досліджень установити особливості формування воронки осідання і взаємного впливу близько розташованих фундаментів різних видів на деформації їхніх основ;

- розробити практичні рекомендації з розрахунку воронки осідання і установлення взаємного впливу близько розташованих фундаментів різних видів на деформації їхніх основ у вигляді пружного півпростору.

Об'єкт дослідження – однорідна основа, представлена пружним півпростором.

Предмет дослідження – виявлення закономірностей формування воронки осідання і взаємного впливу близько розташованих фундаментів різних видів на осідання їхніх основ, складених однорідними зв'язними і незв'язними ґрунтами.

Методи досліджень – експериментально - теоретичні, спрямовані на встановлення особливостей формування воронки осідання і взаємного впливу близько розташованих фундаментів різних видів на осідання їхніх основ.

Наукова новизна отриманих результатів: –

розроблена методика експериментального вивчення формування воронки осідання навколо твердих штампів різних видів і на цій основі установлення взаємного впливу близько розташованих моделей фундаментів;

- встановлені особливості утворення осадової воронки в різних щодо зв’язності ґрунтах для моделей різних видів фундаментів, що дозволило установити їхній взаємний вплив в умовах пружного півпростору;

- запропонована методика розрахунку воронки осідання і взаємного впливу близько розташованих фундаментів різних видів на деформації їхніх основ в умовах пружного півпростору.

Вірогідність результатів забезпечується проведеними в достатньому обсязі експериментальними дослідженнями утвореної навколо твердих штампів воронки осідання на модельному матеріалі в різних щодо зв’язності ґрунтах в умовах однорідного півпростору. Отримані результати не суперечать основним закономірностям механіки ґрунтів і доповнюють наявні в науково-технічній літературі дані по взаємному впливу близько розташованих фундаментів на деформації їхніх основ.

Практичне значення отриманих результатів. Розроблено практичні рекомендації з розрахунку воронки осідання і установлення взаємного впливу один на одного близько розташованих фундаментів різних видів на основах у вигляді пружного півпростору. Розроблена методика прийнята до використання ДПІ “Український державний інститут по проектуванню металургійних заводів ” (Укрдіпромез) і проектним інститутом “Придніпровський промбудпроект ”.

Особистий внесок здобувача полягає в:

- розробці методики експериментального вивчення особливостей формування воронки осідання для однорідних основ, представлених пружним півпростором;

- для тих же умов у розробці методики експериментального вивчення взаємного впливу близько розташованих фундаментів різних видів на деформації їхніх основ;

- виявленні взаємного впливу один на одного близько розташованих моделей фундаментів на деформації їхніх основ у вигляді пружного півпростору;

- розробці практичних рекомендацій з урахування взаємного впливу близько розташованих фундаментів різних видів на основи у вигляді пружного півпростору.

Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи обговорені й одержали позитивну оцінку на:

- науково-технічних семінарах кафедри основ і фундаментів Придніпровської державної академії будівництва та архітектури (ПДАБтаА) (2002-2003 р.);

- науково-технічній конференції з питань будівництва, ПДАБтаА (2003 р.);

- Польсько-Українському науковому семінарі (Дніпропетровськ, 2003 р.);

- науково-технічному семінарі в Полтавському національному технічному університеті (2003 р.).

Публікації. Основні положення дисертації опубліковані в 8 друкованих роботах, у т.ч. 7 в збірниках наукових праць і 1 у науковому журналі (8 статей надруковані у виданнях, що входять до переліку фахових видань, затвердженого ВАК України)

Структура й обсяг дисертації. В основу дисертації покладені результати експериментально - теоретичних досліджень, виконаних автором під керівництвом д.т.н., проф. Швеця В.Б. у період навчання в очній аспірантурі в 2001…2004 р.

Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновку, списку літератури і включає 141 стор. основного тексту, 75 рис., 63 табл. Список використаної літератури включає 114 найменування.

ОСНОВНий зміст РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність виконаної дисертаційної роботи, сформульовані мета і завдання досліджень. Наведено дані про наукову новизну і практичне значення отриманих результатів.

Перший розділ присвячений короткому огляду наявних досліджень, пов'язаних з дисертаційною роботою. Зроблено посилання на праці Герсеванова Н.М., Флорина В.А., Цитовича Н.А., Бауска Є.А., Бойка І.П., В’ялова С.С., Гельфанбейна А.М., Горбунова-Посадова М.І., Далматова Б.І., Довнаровича С.В., Єгорова К.Є., Зарецького Ю.К., Клепикова С.Н., Кондіна А.Д., Коновалова П.А., Кушнера С.Г., Лучковського І.Я., Маркелової Т.В., Парамонова В.Н., Пастернака П.Л., Петракова А.А., Польшина Д.Є., Синицина А.П., Сотникова С.Н., Сорочана Є.А., Тугаєнка Ю.Ф., Улицького В.М., Фіамського О.Б., Черкасова І.І., Чорного Г.І., Шаповала В.Г., Шашкіна А.Г., Швеця В.Б. та ін., а також на роботи закордонних учених Терцагі К., Кезді А., Леонардса Д., Тейлора К., Шушкле Л., Byrmister D., Bjerum L., Kany M., Skempton A.

Аналіз наявних матеріалів дозволив сформулювати мету і завдання дисертаційної роботи.

В другому розділі наведені результати експериментального вивчення формування воронки осідання навколо твердих штампів (моделей фундаментів) .

При проведенні експерименту ставилися такі завдання:

- виявлення якісної і кількісної картини формування осадочної воронки у твердого штампа різної (круглої, квадратної і стрічкової) форми;

- встановлення впливу осадочної воронки на осідання штампів, що знаходяться в безпосередній близькості один від одного.

Рис.1. Схема експериментальної установки для дослідів на ґрунті.

Для проведення експериментів була виготовлена спеціальна установка (рис.1.), що складається з лотка 1, завантажувального пристрою 2 і двох реперних плит 3 і 4. Основні несучі елементи звареного каркаса лотка виконані з профілю (швелер №5, куточок 50x50). Три бічних стінки і дно лотка виконані з листового металу товщиною 2.5мм. Одна з бічних стінок (2x1 м.) виконана з оргскла товщиною 10мм. Перфороване дно лотка дозволяло забезпечити рівномірний відтік води і при необхідності видалення її через зливальний отвір. Як основу використовували природний ґрунт і модельний матеріал.

Досліди на модельному матеріалі (еластичний пінополіуретан) мали на меті відпрацювати методику проведення випробувань у лотку з ґрунтовою основою. При проведенні дослідів на модельному матеріалі використовувався той же лоток (рис.1.), але конструкція завантажувального пристрою відрізнялася.

У лотку на ґрунтовій основі використовували штампи (круглий, діаметром 16.92см, квадратний 15x1см, стрічковий 5х50см) товщиною 10мм, виконані з металу. На модельному матеріалі для зменшення ваги штампи були зроблені з низькоплавкого металу товщиною 5мм. Як показали досліди Довнаровича С.В., проведені в НДІ основ зі штампами діаметром від 3 см до 100см, деформації піщаної основи ідентичні, починаючи зі штампа d = 10см. Аналогічні результати отримані Гарєєвою Н.Б. у БашНДІбуді (м Уфа) у дослідах на м’якопластичному суглинку: величина модуля деформації, визначена на малих штампах (3.6, 11.3 і 15.7 см), відрізнялася в середньому на 10% від значень, отриманих при випробуванні стандартного штампа d=79.8 см. Таким чином, прийняті в дослідах розміри штампів задовольняли проведені дослідження у НДІ основ і БашНДІбуді.

Як ґрунтова основа використовувався модельний матеріал – шар еластичного пінополіуретану (4 і 5 шарів) загальною товщиною 400 і 500 мм. Вибір модельного матеріалу замість ґрунту дозволив скоротити тривалість проведення випробувань за рахунок більш швидкої стабілізації осідання, а також одержати можливість кількаразового використання його для випробувань. Товщина шарів у 400 і 500мм приймалася з умови Нсл >2.5b, де b- поперечний розмір штампа.

За даними штампових випробувань величина модуля деформації пінополіуретану виявилася в межах 70…130кПа, (у середньому 100кПа), а коефіцієнт Пуассона за даними випробування кубиків розміром 60х60х60мм рівним ?= 0,33.

Випробування проводили в такій послідовності. На поверхні шару пінополіуретану по подовжній осі лотка на відстані 50 см від торцевих стінок установлювали послідовно круглий штамп і квадратний. По краях штампа і за його межею встановлювали індикатори і фіксували їхні показання. Навантаження на штамп прикладалися по 30Н, що відповідало тиску на штамп, рівному 1.33 кПа. Кожне навантаження прикладалося так, що загальна його величина доводилася до 120Н (5.32 кПа). Результати дослідів для квадратного і круглого штампа на шарі 50см наведені на рис.2.

Рис.2. Результати дослідів із квадратним і круглим штампом на модельному матеріалі.

Вивчення формування деформаційної воронки проводили для двох видів основ: з незв'язного ґрунту (пісок дрібний) і з глинистого ґрунту – супіску і суглинку. Підготовка основ з піщаного ґрунту робилася шляхом пошарового укладання в лоток шарами товщиною 20 мм із дозволоженням до оптимальної вологості й ущільненням його ручною трамбівкою. Основа зі зв'язних ґрунтів формувалася з глинистого ґрунту на границі супісок - суглинок з наступними класифікаційними показниками 0.19 ? WP = 0.21, 0.27 = WL ? 0.29. Основу підготовляли шляхом пошарового укладання ґрунту в лоток, дозволожували його до оптимальної вологості W0 = WP і ущільнювали ручними трамбівками до заданої щільності. Навантаження на підготовлену основу передавали окремими ступенями, починаючи з маси рами завантажувального пристрою. Деформації основи вимірювали за допомогою індикаторів ИЧ з ціною поділки 0,01 мм.

Дослідами встановлювали залежність формування воронки як від виду ґрунту (зв'язні і сипучі), так і від їхнього фізичного стану (від ступеня вологості піщаного ґрунту і від показника текучості глинистого ґрунту, значень їхньої щільності). Випробування проводили для однорідної основи товщиною 500....600 мм, представленої як шаром дрібного піску, так і суглинку твердої, напівтвердої і м’якопластичної консистенції. Для прийнятих розмірів штампів і зазначених товщ ґрунту досліджувані основи прийнято вважати пружним напівпростором. Характер розвитку осідання штампів при максимальному в кожнім досліді тиску для різних видів основи наведений на рис. 3.

Рис. 3. Осідання штампів площею 225 см2 на різних видах основ.

1, 2 - відповідно квадратний і круглий штампи на піску;

3, 4 - відповідно квадратний і круглий штампи на суглинку твердої і напівтвердої консистенції,

5-квадратний штамп на суглинку м’якопластичної консистенції.

На рис. 4 представлені дослідні дані по формуванню осадочної воронки. У залежності від виду ґрунту воронка фіксувалася на відстані (1...2)?b. Причому при менших величинах осідання ґрунту за межами штампів осадочна воронка поширювалася на більшу відстань у суглинку твердої консистенції і дрібному піску.

Рис.4. Розвиток осадочної воронки на різних видах основ.

1....5 позначення згідно з рис.3.

6 - стрічковий штамп.

Аналіз результатів випробувань на пінополіуретані показав, що:

- лінійна ділянка графіка осідання-навантаження спостерігається на початковому етапі навантаження;

- осадочна воронка поширюється від краю штампа на відстань, яка приблизно дорівнює в середньому 1d штампа.

Аналіз результатів випробувань на зв'язних і незв'язних ґрунтах дозволив встановити:

- розміри осадочної воронки при однаковій щільності залежать від виду ґрунту; у піщаних ґрунтах воронка приблизно в 1.2 рази більша, ніж у глинистому;

- осадочна воронка в піщаному ґрунті поширюється в сторони від краю штампа в середньому: для круглого - на 1.2d, для квадратного – на 1.35b і для стрічкового більш як 3.0b;

- в однорідній маловологій глинистій основі зона розвитку воронки осідання фіксувалася на відстані до 1.0b;

- при максимальному тиску глибина воронки осідання на відстані 0.5b складала близько 1мм, при цьому осідання штампа було 6.5мм;

- поширення воронки на шарі однорідного мякопластичного суглинку досягало 0.8b, далі спостерігалося випирання ґрунту.

- при осіданні штампа 14,64мм глибина воронки на відстані 0,5b була 1.22мм.

Результати досліджень формування воронки осідання на модельному матеріалі і ґрунті опубліковані в роботах здобувача [1,5,6].

У третьому розділі наведені матеріали експериментального вивчення взаємного впливу моделей фундаментів (штампів) на деформації їхніх основ. Експерименти проводили на модельному матеріалі і на ґрунтовій основі в лотку. При проведенні дослідів використовували те ж устаткування. Оскільки необхідно було змоделювати роботу двох поруч розташованих моделей фундаментів, то застосовували дві незалежні системи завантаження штампів.

Випробування на модельному матеріалі

Для одержання якісних картин по деформації основ були використані виготовлені з дюралюмінію дві комбінації штампів: два круглих і сполучення круглого і квадратного. Кожна ступінь навантаження в 30Н витримувалась до умовної стабілізації деформації моделі основи, що відповідала 0.01мм/год.

Максимальне навантаження на перший штамп складало 60Н і на другий 120Н. На рис. 5 показане порівняння деформацій модельної основи при різній комбінації впливаючих штампів для відстані між штампами 1.0b.

Рис.5.Графік розвитку деформацій модельної основи при різній комбінації штампів при відстані між штампами 1.0b.

1-вплив квадратного штампа на круглий;
2-вплив круглого штампа на круглий;
3-вплив круглого штампа на квадратний.

При зближенні штампів взаємний вплив стає більш відчутним. Так, при відстані між штампами 1.0b спостерігається ріст кренів штампів. При розташуванні штампів один від одного на відстані, меншій його ширини, необхідно враховувати можливість появи додаткових осідань від штампа, що стоїть поруч.

Випробування на зв'язних і незв'язних ґрунтах

У дослідах по взаємному впливу штампів на різних видах ґрунтових основ були

використані чотири комбінації штампів: два круглих штампи, сполучення круглого і квадратного штампів, круглого і стрічкового, квадратного і стрічкового. Круглий o16,92 см, квадратний зі стороною 15.0 ? 15.0 см, стрічковий зі сторонами 5.0 ? 50 см. Результати наведені на рис. 6-8. На рис. 6 і 7 навантаження на лівий штамп 133 кПа, на правий 177кПа, на рис. 8 навантаження на лівий штамп 88кПа, на правий 177 кПа.

Рис.6. Дослідні значення осідань спільної воронки осідання в шарі піску при відстані між штампами, а - 1.0b і б - 1.5b: 1 - вплив круглого штампа на круглий; 2 – вплив круглого штампа на квадратний; 3 - вплив квадратного штампа на круглий.

Рис.7. Дослідні значення осідання спільної воронки осідання в шарі піску при відстані між штампами, а - 1.0b і б - 1.5b: 1- вплив стрічкового штампа на круглий; 2 - вплив стрічкового штампа на квадратний.

Рис.8. Дослідні значення осідання спільної воронки осідання в шарі суглинку при відстані між штампами, а - 1.0b і б - 1.5b: 1 - вплив круглого штампа на круглий; 2 - вплив круглого штампа на квадратний; 3 - вплив квадратного штампа на круглий.

Аналізуючи наведені на рис. 6- 8 матеріали, можна відзначити, що:

- застосована методика дослідів дозволила встановити взаємний вплив штампів на деформації їхніх основ;

- взаємний вплив штампів на осідання поверхневих марок на усіх видах ґрунтових основ, включаючи модельний матеріал, істотно позначається при відстані (0.75 - 1)b;

- при відстані між штампами понад 2b чи 2d взаємний вплив штампів на деформації їхньої основи не позначається;

- у незв'язних ґрунтах взаємний вплив фундаментів на деформації їхніх основ при менших по величині осіданнях виявляється в більшій мірі, ніж у зв'язних ґрунтах.

Результати досліджень по третьому розділу опубліковані в [8].

У четвертому розділі наводиться методика розрахунку воронки осідання і рекомендації з встановлення взаємного впливу фундаментів на деформації їхніх основ.

Для визначення виникаючих напруг у ґрунтовому масиві за межами квадратного чи прямокутного штампа використане відоме рішення Ж. Буссінеска, наведене А.Лявом для розподіленого по площі навантаження q до виду

(1)

, (2)

де ;

d і d - розміри елементарної площадки, виділеної усередині завантаженого тиском q контуру з розмірами l x b; x, y і z – координати точки, для якої визначаються напруги.

Розглянута також задача про розподіл напруг у будь-якій точці напівпросторів від рівномірно розподіленого смугового навантаження шириною 2а. Щоб знайти напруги в точці (x,z) від сили, прикладеної в точці (о,0) і рівної q.dо, використовуємо вираз

(3)

Рішення рівняння (3) звичайно наводиться в науково-технічній літературі тільки під центром завантаженої площі. Визначення напруг за межами площі навантаження не наводиться. Рівняння (3) можна представити у вигляді:

, (4)

де

Для визначення виникаючих напруг у ґрунтовому масиві за межами круглого штампа використане відоме рішення Ж. Буссінеска, наведене для розподіленого по площі навантаження q до вигляду

, (5)

де а – радіус круга, R – величина радіуса-вектора, що дорівнює

R = (с2 + b2 + z2 – 2·b·с cosц)1/2.

Точне рішення для виразу (5) є тільки для напруг у точках, розташованих по осі z для b = 0, тобто для центра круга.

Вираз (5) можна представити як

уz = q·k3, (6)

де .

Подвійний інтеграл у виразі (1, 3, 6) не має точного рішення. Тому для визначення значень k1, k2, k3 зроблене чисельне рішення в системі MathCad. Значення цих коефіцієнтів зведені в таблиці, що наведена в дисертації. Знаючи величини k1, k2, k3 по формулі (1,3,6), можна знайти значення ?z на будь-якій глибині для будь-яких точок, розташованих як усередині завантаженої площі, так і за її межами.

Далі, за знайденим значенням уz з використанням розрахункової схеми у вигляді лінійно-деформівного напівпростору з умовним обмеженням глибини стисливої товщі по формулі (7) методом пошарового підсумовування можливо визначати осідання поверхні ґрунту в будь-якій точці.

, ( 7)

де в – коефіцієнт, рівний 0.8;

уz – середня напруга у виділеному i-м шарі висотою hi;

Еi – модуль деформації i-го шару.

Визначення розрахованих значень осідання у воронці осідання для випробуваних моделей фундаментів зроблено в такий спосіб. Глибина стисливої товщі і розташування шарів ґрунту приймалися такими ж, як і в проведених експериментах у лотку.

При розрахунку осідання значення модуля деформації були обчислені відповідно до дослідних штампових випробувань по формулі Шлейхера і прийняті рівними: для суглинку твердої і напівтвердої консистенції в середньому (3,4...3,8)МПа, для м’якопластичної Е (2.…2,5) МПа і для дрібного піску (7...11)МПа. Значення коефіцієнтів Пуассона прийняті згідно з довідковими даними.

На рис. 8-а наведені значення розрахованих осідань поверхні ґрунту за межами площі завантаження при тиску на штамп 177 кПа. Нульовій точці відповідає осідання краю штампа при товщині шару 50см.

Зона істотного впливу обмежувалася осіданням денної поверхні, що приймалася рівною 10% від осідання штампа. З рис. 9 випливає, що область воронки осідання в залежності від виду штампа і ґрунту поширюється на величину (1 - 1.5)b для круглого і квадратного і 2.0b для стрічкового.

Рис. 9. Розвиток осадочної воронки при різних видах штампів

а- для шару піску 50см. б- для шару суглинку 50см.

Для кожної відстані між штампами були визначені значення коефіцієнтів k1, k2 і k3 і потім розраховані напруги при відстанях між штампами відповідно 2,0b , 1,5b і 1,0b. За значеннями цих напруг визначені осідання поверхні між штампами. Ці осідання наведені на рис. 10 для піщаного ґрунту і на рис. 11 для глинистого. На зазначених рисунках навантаження на лівий штамп 133 кПа, на правий 177кПа.

Рис. 10. Розраховані значення осідання спільної воронки осідання в шарі піску при відстані між штампами, а - 2.0b, б - 1.5b і в - 1.b: 1 - вплив стрічкового штампа на квадратний; 2 - круглого штампа на круглий; 3 - квадратного штампа на круглий.

Рис. 11. Розраховані значення осідання спільної воронки осідання в шарі суглинку при відстані між штампами а – 1.5b і б - 1.0b.
1- вплив стрічкового штампа на квадратний; 2 - круглого штампа на круглий;

3 - квадратного штампа на круглий.

Як випливає з рис. 10 і 11, найбільша воронка осідання поза залежністю від відстані між штампами відзначається при взаємному впливі стрічкового штампа на квадратний і найменше осідання при однаковій площі штампів було в стрічкового.

Виходячи з проведених експериментів і пропонованої методики розрахунку воронки осідання і взаємного впливу штампів, було проведене зіставлення отриманих результатів. Як приклад на мал. 12 і 13 наведене порівняння дослідних і розрахованих осідань для піщаної і суглинної основи .

Рис. 12. Порівняння дослідних осідань з розрахованими на шарі піску при відстані 1,0b між а) круглими штампами; б) прямокутним і круглим; в) стрічковим і круглим. 1 - розраховані, 2 - дослідні.

Рис. 13. Порівняння дослідних осідань з розрахованими на шарі суглинку при відстані 1.0b між а) круглими штампами; б) прямокутним і круглим;

в) стрічковим і круглим. 1 - розраховані, 2 - дослідні.

З рис. 12 і 13 випливає, що розраховані і дослідні значення осідань у межах воронки осідання досить близькі.

Результати досліджень по четвертому розділу опубліковані в [2,3,4,8].

висновки

1. Аналіз розрахункових формул, наведених у літературі по визначенню розмірів осадочної воронки, показав, що розрахункові дані відрізняються від дослідних, і в ряді випадків – значно.

2. Розроблена методика проведення експериментів дозволила вивчити процес формування воронки осідання й установити взаємний вплив твердих штампів на деформації їхніх основ.

3. Проведені експериментальні дослідження виявили:

- можливість використання модельного матеріалу - пінополіуретану для вивчення деформування ґрунтових основ;

- особливості формування осадочної воронки для фундаментів різної форми підошви в залежності від переданого навантаження і виду ґрунту.

4. Досліди показали, що вплив різних видів штампів позначається на розмірах воронки осідання. Найбільша воронка осідання в частках від ширини штампа відзначена для стрічкового фундаменту.

5. Розміри осадочної воронки в залежності від виду ґрунту і переданого тиску поширюються від краю штампа для квадратного і круглого на величину (0,75…...1,25)b, де b – ширина або діаметр. На відстані понад (1,5 - 2,0)b осадочна воронка малозначима.

6. Дані випробувань показали, що врахування впливу близько розташованих круглих і квадратних штампів варто робити при відстані між їх краями до 1,25b, для стрічкових до 3,0 b.

7. У незв'язних ґрунтах взаємний вплив фундаментів на деформації їхніх основ при менших по величині осіданнях виявляється в більшій мірі, ніж у зв'язних.

8. Розрахунок напруг під підошвою круглого, квадратного і стрічкового фундаментів у вертикальних перерізах, що відстоять від центра, поєднаний з математичними труднощами, що не дозволяють одержати рішення у вигляді кінцевої формули. Для ліквідації цього пробілу проведене чисельне рішення задачі по визначенню значень коефіцієнтів впливу k1, k2 і k3, за допомогою яких при заданому навантаженні можуть бути визначені вертикальні напруги уZ по глибині.

9. Розроблено практичні рекомендації з розрахунку воронки осідання і встановленню взаємного впливу фундаментів різної форми на деформації їхніх основ ; розраховувані осідання близькі до дослідних.

10. Розроблені рекомендації прийняті до використання в проектних інститутах “Укрдіпромез” і “Придніпровський промбудпроект”.

ПЕРЕЛІК ОПУБЛІКОВАНИХ ПАРЦЬ ЗДОБУВАЧА

1. Маркелова Т. В., Хамис Х.М. Халаф, Зияд М.М. Сальха. Формирование осадочной воронки у круглого и квадратного штампов // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. – Дніпропетровськ: ПДАБтаА, 2002, № 2. – С. 41-45.(Внесок здобувача - розробка методики і проведення експериментів)

2. Хамис Х.М. Халаф. Распределение напряжений в грунте от равномерной нагрузки, приложенной к круговой площади // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. – Дніпропетровськ: ПДАБтаА, 2002, № 3. – С. 50-53.

3. Хамис Х.М. Халаф, Зияд М.М.Сальха. К расчету осадочной воронки при учете взаимного влияния близко расположенных фундаментов // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. – Дніпропетровськ: ПДАБтаА, 2002, № 4. – С. 40-44. .(Внесок здобувача - проведення експерименту, аналіз результатів).

4. Швец В. Б., Хамис Х.М. Халаф, Зияд М.М.Сальха. Расчет воронки оседания в основании для различных видов фундаментов // Збірник наукових праць Придніпровської державної академії будівництва та архітектури та Варшавського технічного університету. – Дніпропетровськ, 2003, № 11. – С. 257-260. (Внесок здобувача - аналіз експериментальних даних).

5. Хамис Х.М. Халаф Образование осадочной воронки в основании круглых и квадратных фундаментов // Сборник научных трудов “Строительство, материаловедение, машиностроение”, выпуск № 23. – Днепропетровск, 2003. – С. 118-121.

6. Швец В. Б., Хамис Х.М. Халаф Образование осадочной воронки в основании круглых и квадратных фундаментов // Збірник наукових праць Полтавського національного технічного університету ім. Ю. Кондратюка, Серія: Галузеве машинобудування, будівництво, випуск 12. – Полтава, 2003. – С. 257-261.(Внесок здобувача – аналіз дослідних даних, розробка методу розрахунку).

7. Хамис Х.М. Халаф Взаимное влияние моделей жестких штампов разной формы на деформации их оснований // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. – Дніпропетровськ: ПДАБтаА, 2003, № 12. – С. 51-56.

8.Щвец В.Б., Хамис Х.М. Халаф, Зияд М.М.Сальха, Горлач С.Н. Экспериментальные исследования и расчет осадочной воронки в основании для различных видов фундаментов // Основания, фундаменты и механика грунтов.- 2003.- №6.С.14-17. (Внесок здобувача - аналіз експериментальних даних, розробка методу розрахунку).

Анотація

Хаміс Х. М. Халаф “Деформації основ близько розташованих фундаментів різної форми в умовах лінійно-деформівного напівпростроу” - рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.23.02 – Підвалини і фундаменти: Придніпровська державна академія будівництва та архітектури. Дніпропетровськ, 2004.

Робота присвячена експериментально-теоретичному дослідженню утворення воронки осідання навколо моделей твердих фундаментів (штампів) різної форми підошви на основі різної зв’язності в умовах лінійно-деформівного напівпростору. На основі отриманих матеріалів встановлено взаємний вплив моделей фундаментів на деформації їхніх основ.

Проведеними дослідженнями виявлено, що формування осадочної воронки залежить від форми підошви дослідних фундаментів, виду грунту і переданого навантаження. Найбільша воронка осідання в частках від ширини підошви відзначена для стрічкового фундаменту. Дані випробувань показали, що врахування впливу близько розташованих фундаментів варто робити на відстані між їх краями до 1.25b для круглого і квадратного і 3.0b для стрічкового, где b- їхня ширина. У незвязних грунтах взаємний вплив фундаментів на деформації їхніх основ при менших по величині осіданнях виявляється в більшій мірі, ніж у звязних.

Ключові слова: штамп, модельний матеріал, звязна і незвязна основа, осідання, воронка осідання, взаємний вплив.

Аннотация

Хамис Х. М. Халаф “Деформации основания близко расположенных фундаментов различной формы в условиях линейно-деформируемого полупространства” - рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.02 – Основания и фундаменты. Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры. Днепропетровск, 2004.

Работа посвящена экспериментально-теоретическому исследованию образования воронки оседания вокруг моделей жестких фундаментов (штампов) различной формы подошвы на основании различной связности в условиях линейно-деформируемого полупространства.

Экспериментальные исследования выполнены в грунтовом лотке размером в плане 200х100 и высотой 100 см с жесткими штампами круглой ? 16,92см, квадратной 15х15 см и ленточной 5х50 см формы подошвы.

В качестве основания использовали модельный материал (пенополиуретан), мелкий песок и суглинок различной консистенции.

Разработанная методика проведения экспериментов позволила изучить особенности образования воронки оседания и установить взаимное влияние жестких штампов на деформации их оснований.

Проведенные экспериментальные исследования выявили: возможность использования модельного материала для изучения деформирования грунтовых оснований при испытаниях с грунтовым основанием, установлены особенности формирования осадочной воронки для моделей фундаментов различной формы подошвы в зависимости от передаваемой нагрузки и вида основания. Влияние вида штампа сказывается на размерах воронки оседания. Наибольшая воронка оседания в долях от ширины отмечена для ленточного штампа.

Размеры осадочной воронки распространяются на величину (0,75…1,25)b для круглого и квадратного и до 3.0b для ленточного, где b- ширина или диаметр от края штампа. На расстоянии свыше (1,5-2,0)b осадочная воронка малозначима.

Учет влияния близко расположенных штампов следует производить при расстоянии между их краями до 1.25b для круглого и квадратного и до 3.0b для ленточного.

В несвязных грунтах взаимное влияние фундаментов на деформации их оснований при меньших по величине осадках проявляется в большей мере, чем в связных.

Проведено численное решение задачи на определенных вертикальных напряжениях уz по глубине с использованием коэффициентов влияния, полученных по программе MathCad для различных расстояний за пределами загруженной площади. С использованием полученных напряжений с учетом влияния близко расположенных фундаментов определены осадки за пределами загруженной площади разной формы подошвы. Рассчитанные размеры осадочной воронки согласуется с данными, приведенными в литературе по размерам наиболее напряженной зоны в основании жестких фундаментов.

Предлагаемая методика расчета воронки оседания и на этой основе взаимного влияния моделей фундаментов в целом качественно и, отчасти, количественно адекватна эксперименту и может быть использована для практических расчетов. Наибольшие расхождения в значениях осадок по расчету и эксперименту отмечены для суглинка с консистенцией >0.5.

Практические рекомендации по установлению взаимного влияния близко расположенных фундаментов на деформации их оснований в условиях упругого полупространства приняты к использованию проектными институтами “Приднепровский промстройпроект” и “Укргипромез”.

Ключевые слова: штамп, модельный материал, связное и несвязное основание, осадка, воронка оседания, заимовлияние.

Sammary

Khamis K. M. Khalaf “Deformations of the basis of the closely set bases of various forms in conditions of linearly deformable half-subspace ”-Manuscript.

The candidate of technical sciences dissertation on a specialty 05.23.02.- Footings and foundations. Pridneprovsk State Academy of Civil Engineering and Architecture. Dniepropetrovsk, 2004

The work is devoted to experimentally- theoretical research of setting funnel formation around the models of hard foundations of basements various shapes (round, square, belting) on the data of researches showed that the account of influence of closely located foundations should be done at the distance between their edges up to 1.25b for round and square stamps and up to 3.0b for belting stamp, where b is the wideness or diameter of the stamp. The largest setting funnel is marked for belting foundation. In incoherent soils mutual influence is greater than in coherent soils.

Key words: stamp, model material, coherent and incoherent foundation, setting, setting funnel, mutual influence.