Придніпровська державна академія

будівництва та архітектури

капустін віктор володимирович

УДК 624.15

Прогноз кренів фундаментів з кільцевою формою підошви, які зведені на глинистих водонасичених ґрунтах

05.23.02 – основи і фундаменти

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Дніпропетровськ – 2008

Дисертацією є рукопис.

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

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Шаповал Володимир Григорович,

Придніпровська державна академія

будівництва та архітектури,

професор кафедри основ і фундаментів.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Зоценко Микола Леонідович, Полтавський національний технічний університет імені Юрія Кондратюка, завідувач кафедри видобування нафти і газу та геотехніки;

кандидат технічних наук, доцент Тютькін Олексій Леонідович, Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, доцент кафедри тунелів, основ і фундаментів.

Захист відбудеться «01» липня 2008 року о 1500 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.085.01 Придніпровської державної академії будівництва та архітектури за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24а, ауд. 202.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Придніпровської державної академії будівництва та архітектури (49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24а).

Автореферат розісланий 30 травня 2008 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Т.С. Кравчуновська

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Згідно СНиП 2.02.01-83* загальний крен фундаментів будинків і споруд регламентується так само, як їх середнє осідання і відносна різниця осідань.

Фундаменти з кільцевою формою підошви широко використовувалися і використовуються при будівництві висотних споруд баштового типу, таких як димарі заводів, радіо- і телевізійні вежі, градирні, грануляційні і водонапірні башти, доменні печі. Найбільш відома споруда на території СНД із таким фундаментом - це Останкінська телевізійна вежа.

Незважаючи на таке широке використання фундаментів зазначеного типу, у нормативній літературі немає рекомендацій з розрахунку їх кренів на основі, що володіє реологічними властивостями (тобто властивостями повзучості й у водонасиченому стані).

На вирішення зазначених проблем і спрямована робота.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася відповідно до науково - дослідної тематики кафедри " Основи і фундаменти" Придніпровської державної академії будівництва та архітектури "Розробка нових методів розрахунку основ і ефективних конструкцій фундаментів у регіональних умовах Середнього Придніпров’я (номер держреєстрації 0103U003113, рівень участі дисертанта - виконавець), що виконувалася відповідно до тематичного плану Міністерства освіти і науки України.

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є розробка методик розрахунку стабілізованих і поточних кренів фундаментів з кільцевою формою підошви.

Сформульована мета дисертаційної роботи обумовила необхідність вирішення таких завдань:

1. Експериментально дослідити особливості розвитку кренів фундаментів з кільцевою формою підошви на модельному матеріалі і ґрунтовій основі;

2. Розробити методику розрахунку стабілізованих (кінцевих) кренів фундаментів з кільцевою формою підошви, за формою ідентичну до прийнятої для цієї мети методики СНиП 2.02.01 – 83;

3. Розробити методики розрахунку поточних кренів фундаментів з кільцевою формою підошви на водонасиченій основі, ґрунтовий кістяк якої має властивість повзучості.

Об'єкт дослідження - система "водонасичена ґрунтова основа, що має властивість повзучості - позацентрово навантажений фундамент із кільцевою формою підошви".

Предмет дослідження – зміна у часі напружено – деформованого стану системи "водонасичена ґрунтова основа, що має властивість повзучості - позацентрово навантажений фундамент із кільцевою формою підошви" та, як наслідок, кренів фундаменту із кільцевою формою підошви.

Методи дослідження: експериментально- теоретичні, спрямовані на виявлення закономірностей розвитку в часі кренів позацентрово навантажених фундаментів з кільцевою формою підошви на водонасиченій ґрунтовій основі, що має властивість повзучості. Зокрема, використані при виконанні дисертації методи дослідження складалися з:–

стандартних лабораторних методів визначення властивостей ґрунтів;–

стандартних методів визначення деформацій фундаментів з кільцевою формою підошви;–

лабораторних методів визначення реологічних властивостей ґрунтів;–

аналітичних та чисельних методів розв’язання модельних задач;–

чисельних методів визначення напружено – деформованого стану системи "водонасичена ґрунтова основа, що має властивість повзучості - позацентрово навантажений фундамент із кільцевою формою підошви".

Наукова новизна одержаних результатів:

- запропоновано алгоритм визначення кренів позацентрово навантажених фундаментів з кільцевою формою підошви в рамках моделі основи у вигляді лінійного пружного ізотропного середовища для розрахункових схем півпростору й абсолютно жорсткого фундаменту (одержано вперше);

- у рамках моделі пружної водонасиченої ізотропної основи для розрахункових схем півпростору й абсолютно жорсткого фундаменту з кільцевою формою підошви отримано рішення задачі про розвиток крену фундаменту в часі; ці результати узагальнені на випадок водонасиченої основи, ґрунтовий кістяк якої має властивість повзучості (одержано вперше);

- аналогічні результати отримані для неводонасиченої основи, що має властивість повзучості (одержано вперше);

- експериментально досліджені закономірності розвитку в часі кренів позацентрово навантажених фундаментів з кільцевою формою підошви на водонасиченій та неводонасиченій ґрунтовій основі з шаруватою текстурою, що має властивість повзучості (одержано вперше);

- розроблена модифікація методу граничних елементів, яка дозволяє визначати напружено - деформований стан ґрунтових основ у рамках моделі лінійного пружного ізотропного середовища, що володіє властивістю повзучості (удосконалено);

- виявлені умови збіжності процесу ітерації С.М. Клепікова (удосконалено).

Практичне значення одержаних результатів. Розроблено практичні рекомендації щодо розрахунку напружено-деформованого стану системи “водонасичена основа-фундамент з кільцевою формою підошви” з урахуванням повзучості ґрунтового скелету, текстурних особливостей ґрунтової товщі (її неоднорідності в плані та по глибині) на інтервалі часу .

Запропонована методика реалізована при розробці пакету прикладних програм та таблиць.

Методика прийнята для використання ДП „Укрдіпромез”, а також використана при розрахунку кренів реакторних відділень Запорізької АЕС (в цьому випадку було враховано, що фундаменти мають прямокутну форму).

Особистий внесок здобувача. Викладені у дисертації постановка проблеми, формулювання мети та визначення завдань експериментальних і теоретичних досліджень, наукові розробки та практичні результати, їх аналіз та висновки отримані здобувачем особисто. У статтях, опублікованих у співавторстві, здобувачеві належать такі результати:

- проведення експериментів, аналіз їх результатів, висновки та узагальнення [5];

- аналіз стану питання та рішення задачі [1];

- аналіз стану питання та доведення теореми [2, 3, 6, 7];

- розробка теоретичних основ запропонованої автором дисертації модифікації методу граничних елементів [4].

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації доповідалися на: науково – технічній конференції «Стародубовські читання» (м. Дніпропетровськ, 1998 р.); науково-технічному семінарі «Армування ґрунту при будівництві, реконструкції, захисті будівель та споруд» (м. Вінниця, 2001 р.); Українсько-Казахському геотехнічному семінарі “Геотехнічні і сейсмічні проблеми будівництва і реконструкції міст” (м. Ялта, 2006 р.); науково – технічному семінарі «Армування основ при будівництві та реконструкції будівель та споруд» (м. Вінниця, 2007 р.); науково-технічних семінарах ПДАБтаА (м. Дніпропетровськ, 2001-2007 р.р.).

Публікації. Основні положення та результати дисертації опубліковані в 6 статтях, які надруковані у фахових виданнях, що входять до переліку, затвердженого ВАК України, та 1 тезі доповіді.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку використаної літератури з 138 найменувань і 2 додатків. Робота викладена на 169 сторінках, містить 139 сторінок основного тексту, 14 сторінок списку використаної літератури, 36 повних сторінок з рисунками та таблицями і додатки на 8 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, визначено мету і завдання, об’єкт та предмет дослідження, наукову новизну і практичне значення отриманих результатів, зазначений особистий внесок здобувача, дані щодо апробації роботи.

У першому розділі представлений аналітичний огляд робіт, присвячених методам розрахунку кренів позацентрово навантажених фундаментів з кільцевою формою підошви, моделям і розрахунковим схемам ґрунтових основ.

Внаслідок аналітичного огляду робіт М.Ю. Абелева, І.П. Бойка, С.С. Вялова, Н.М. Герсеванова, М.Н. Гольдштейна, М.І. Горбунова-Посадова, Б.І. Далматова, К.Е. Єгорова, Ю.К. Зарецького, М.Л. Зоценка, Г.М. Клейна, С. Крауча, С.М. Клепікова, І.Я. Лучковського, А.А. Мустафаєва, А.А. Петракова, К. Терцаги, Г.І. Чорного, В.А. Флорина, Н.А. Цитовича, В.Б. Швеця, В.Г. Шаповала, А.В. Школи, Л. Шукле та інших дослідників були зроблені такі основні висновки:

- існує проблема прогнозу (стабілізованих, кінцевих) кренів фундаментів з кільцевою формою підошви;

- не має рішення проблема прогнозу зміни в часі кренів фундаментів з кільцевою формою підошви, розташованих на водонасиченій основі, ґрунтовий кістяк яких має властивість повзучості;

- відсутні експериментальні дані, присвячені визначенню кренів позацентрово навантажених фундаментів з кільцевою формою підошви;

- відсутні експериментальні дані, присвячені виявленню закономірностей розвитку в часі кренів позацентрово навантажених фундаментів з кільцевою формою підошви на пилувато - глинистій водонасиченій основі;

- в якості розрахункової доцільно використовувати модель пружного ізотропного водонасиченого середовища, що має властивості повзучості;

- для вирішення задачі про крен фундаменту з кільцевою формою підошви доцільно використовувати метод граничних елементів у поєднанні з процесом ітерації.

В другому розділі викладені методики проведення і результати випробувань позацентрово навантажених моделей фундаментів з кільцевою формою підошви в ґрунтовому лотку, а також методики і результати визначення деформаційних і реологічних властивостей основи.

Розділ має таку структуру. У його першій частині представлені методики виготовлення глинистої пасти, влаштування ґрунтових основ із шаруватою текстурою й основ з модельного матеріалу.

Далі представлений опис використаного для проведення експериментів устаткування (рис. 1), методики і результати випробувань моделей фундаментів на модельному матеріалі та ґрунті (рис. 2-7).

Випробовувалися однорідні (з модельного матеріалу і ґрунту) і шаруваті (ґрунтові) основи.

Умови проведення експериментів представлені в таблиці 1, а деформаційні і реологічні властивості модельного матеріалу і ґрунту - відповідно в таблицях 2 і 3.

Були зроблені такі висновки:

1. За інших рівних умов, крени фундаментів із круглою формою підошви більші, ніж крени фундаментів з кільцевою формою підошви. При цьому, чим більше відношення внутрішнього діаметра d фундаменту з кільцевою формою підошви до його зовнішнього діаметра D, тим, за інших рівних умов, менше крен фундаменту;

2. За інших рівних умов, час стабілізації кренів фундаментів із круглою формою підошви менше, ніж час стабілізації кренів фундаментів з кільцевою формою підошви. При цьому, чим більше відношення внутрішнього діаметра d фундаменту з кільцевою формою підошви до його зовнішнього діаметра D, тим, за інших рівних умов, більше час стабілізації крену фундаменту.

У цілому, на основі аналізу експериментальних досліджень був зроблений висновок про те, що, за інших рівних умов, крени фундаментів з кільцевою формою підошви менші, ніж крени фундаментів з круглою формою підошви. В зв'язку з цим зроблений загальний висновок про те, що форма фундаменту у вигляді кільця є більш раціональною, ніж кругла.

У третьому розділі представлені результати теоретичних досліджень, спрямованих на розробку методики розрахунку залежностей "загальний крен фундаменту з кільцевою формою підошви - навантаження" і "загальний крен фундаменту з кільцевою формою підошви - час".

Розділ має таку структуру.

У його першій частині викладений алгоритм побудови рішень задачі про крен фундаментів з використанням методу граничних елементів і процесу ітерації.

Рис. 1. Схема установки, що використовувалася для випробовування моделей фундаментів з кільцевою формою підошви на ґрунтовій основі; 1- лоток, 2- сталева плита, 3 - ґрунтова основа, 4 - металевий стіл, 5 - штамп, 6 - загострений стрижень, 7 - верхня і 8 - нижня балочки, 9 - вертикальні тяжі, 10 - підоймова система завантажувального пристрою, 11 - індикатори переміщень годинного типу

Таблиця 1

Умови проведення експериментів

№

серії | Геометричні характеристики | Ексцен-триситет наванта-ження

Зовнішній D і внутрішній d діаметри підошви фундаменту | Площа | Радіус інерції

D,

мм | d,

мм | d/D,

д. од. | F,

см2 | r,

мм | e,

мм

1 | 113 | 0 | 0 | 100,2 | 28,3 | 0

113 | 0 | 0 | 100,2 | 28,3 | 10

113 | 0 | 0 | 100,2 | 28,3 | 20

2 | 130 | 65 | 0,5 | 99,5 | 36,3 | 10

130 | 65 | 0,5 | 99,5 | 36,3 | 20

3 | 187 | 149 | 0,8 | 100,3 | 59,9 | 10

187 | 149 | 0,8 | 100,3 | 59,9 | 20

Таблиця 2

Властивості модельного матеріалу (поліуретану)

Матеріал основи | Питома вага,

, г/см3 | Коеф. Пуас-сона, | Модуль пружно-сті, , кПа | Модуль загальноїдеформ.,

, кПа | Параметри ядра повзучості

, 1/хв | 1, 1/хв.

Поліуретан | 0,23 | 0,3 | 120 | 55 | 0,02 | 0,017

Таблиця 3

Властивості ґрунтових шарів

N ша-ру |

Наймену-вання ґрунту | Реологічні

характеристики | Деформаційні характеристики

Параметри ядра повзучості |

Коефі-цієнт консо-лідації | Коефіцієнт Пуассона | Модуль пружності

,

1/доб | ,

1/доб | ,

1/доб | ,

1/доб | СК,

см2

доб | н,

д. од | ЕУ,

КПа

Реологічні та деформаційні властивості ґрунтових шарів одношарової основи

1 | Сугли-нок | 0,5 | 1,98 | 5,45 | 3,29 | 48 | 0,35 | 560

Реологічні та деформаційні властивості ґрунтових шарів двошарової основи

1 | Сугли-нок | 0,58 | 2,04 | 5,85 | 4,32 | 52 | 0,35 | 520

2 | Пісок дрібний | - | - | - | - | - | 0,3 | 2600

Реологічні та деформаційні властивості ґрунтових шарів двошарової основи

1 | Пісок дрібний | - | - | - | - | - | 0,3 | 2430

2 | Сугли-нок | 0,63 | 2,07 | 5,27 | 4,20 | 60 | 0,35 | 500

Рис. 2. Залежності "загальний крен - час". Модельний матеріал. Круглий штамп D=113 мм. 1,2 - експеримент; 3, 4 - розрахунок. 1,3 - ексцентриситет прикладення навантаження е=10 мм; 2,4 - те ж, 20 мм

Рис. 3. Залежності "загальний крен - час". Модельний матеріал. Кільцевий штамп D=130 мм, d=65 мм, d/D=0,5. 1, 2 - експеримент; 3, 4 - розрахунок. 1, 3 - ексцентриситет прикладення навантаження е=10 мм; 2,4 - те ж, 20 мм

Рис. 4. Залежності "загальний крен - час". Модельний матеріал. Кільцевий штамп D=187 мм, d=149 мм, d/D=0,8. 1, 2 - експеримент; 3, 4 - розрахунок. 1, 3 - ексцентриситет прикладення навантаження е=10 мм; 2,4 - те ж, 20 мм

Рис. 5. Залежності "загальний крен - час". Двошарова ґрунтова основа (верхній шар - суглинок). Круглий штамп D=113 мм. 1,2 - експеримент; 3, 4 - розрахунок. 1,3 - ексцентриситет прикладення навантаження е=10 мм; 2,4 - те ж, 20 мм

Рис. 6. Залежності "загальний крен - час". Двошарова ґрунтова основа (верхній шар - суглинок). Кільцевий штамп D=130 мм, d=65 мм, d/D=0,5. 1, 2 - експеримент; 3, 4 - розрахунок. 1, 3 - ексцентриситет прикладення навантаження е=10 мм; 2,4 - те ж, 20 мм

Рис. 7. Залежності "загальний крен - час". Двошарова ґрунтова основа (верхній шар - суглинок). Кільцевий штамп D=187 мм, d=149 мм, d/D=0,8. 1, 2 – експеримент; 3, 4 - розрахунок. 1, 3 - ексцентриситет прикладення навантаження е=10 мм; 2,4 - те ж, 20 мм

Зокрема, було встановлено, що якщо система "основа - фундамент - споруда" має такі властивості: основа є лінійною, споруда і фундамент мають симетрію або щодо деякої вертикальної осі (плоска задача), або щодо деякої вертикальної площини (просторова задача), система "фундамент - споруда" є абсолютно жорсткою, а до цієї системи прикладене назад - симетричне навантаження, тоді процес ітерації сходиться при виконанні умови:

, (1)

де

; ; ;…; ,

а - коефіцієнти впливу матриці піддатливості методу граничних елементів; n –кількість фундаментів або ділянок, на які було розбито фундамент; верхній індекс (тобто 1,2,3,…,k, m) відповідає номеру ітерації, а нижній (тобто i або j) - номеру фундаменту або номеру фрагменту фундаменту з площею підошви ; - див. рис. 8.

В другій частині розділу представлено теоретичні дослідження закономірностей розвитку в часі кренів фундаментів з кільцевою формою підошви в рамках моделі неводонасиченої пружної і спадково - пружної ґрунтової основ (рис. 9 - 11).

Рис. 8. Схема до розрахунку напружено-деформованого стану системи "основа - фундамент - споруда" методом ітерації. Тут Р – тиск, 1,2,3,I,j,k,n – номера граничних елементів, q, M – зовнішні навантаження; х, у – координати

Рис. 9. Схема до розрахунку крену абсолютно-жорсткого фундаменту з кільцевою формою підошви. Тут N та е – відповідно зосереджена сила та ексцентриситет її прикладення

Рис. 10. Схема розбивки основи на граничні елементи. і, j k - номера граничних елементів; R1 і R2 - відповідно менший (внутрішній) і більший (зовнішній) радіуси підошви фундаменту

Рис. 11. Визначення коефіцієнтів впливу граничних елементів

Рис. 12. Залежності відносних кренів від безрозмірного часу. = 0,3 = ; = ; площа фундаменту = ; 1- =0; 2 - = 0,2; 3- = 0,4; 4 - =0,6; 5 - = 0,8

У третій частині розділу викладено матеріали теоретичних закономірностей розвитку в часі кренів фундаментів з кільцевою формою підошви в рамках моделі водонасиченої пружної ґрунтової основи, що має властивості повзучості.

Були зроблені такі висновки:

1. Отримано критерій збіжності процесу ітерації С.М. Клепікова для абсолютно - жорстких споруд;

2. За інших рівних умов (однакові коефіцієнти Пуассона , коефіцієнти консолідації , відношення внутрішніх радіусів кільцевих фундаментів до зовнішнього ), чим більше площа фундаменту, тим довше в його основі продовжується процес фільтраційної консолідації і пізніше відбувається стабілізація його загального крену;

3. За інших рівних умов (однакові коефіцієнти консолідації , відношення внутрішніх радіусів кільцевих фундаментів до зовнішніх , площі фундаментів ), чим більше коефіцієнти Пуассона , тим менший час у його основі продовжується процес фільтраційної консолідації і швидше відбувається стабілізація його загального крену;

4. За інших рівних умов (однакові коефіцієнти консолідації , однакові площі фундаментів , однакові коефіцієнти Пуассона ), чим більше відношення внутрішніх радіусів кільцевих фундаментів до зовнішніх , тим довше продовжується процес фільтраційної консолідації і повільніше відбувається стабілізація його загального крену;

5. За інших рівних умов (однакові коефіцієнти Пуассона , відношення внутрішніх радіусів кільцевих фундаментів до зовнішніх , площі фундаментів ), чим більше коефіцієнти консолідації основи , тим менший час у його основі продовжується процес фільтраційної консолідації і швидше відбувається стабілізація його загального крену;

6. Отримано теоретичні залежності, що дозволяють розраховувати крени фундаментів з кільцевою формою підошви в рамках розрахункової схеми основи у вигляді півпростору і моделі пружного лінійного ізотропного середовища (ці розрахункова схема і модель основи прийняті в діючих у даний час нормативних документах);

7. Виявлено теоретичні залежності, що дозволяють розраховувати крени фундаментів з кільцевою формою підошви в рамках розрахункової схеми основи у вигляді півпростору і моделі водонасиченого пружного лінійного ізотропного середовища, що має властивості повзучості.

У четвертому розділі викладено:

- методику розрахунку стабілізованих загальних кренів фундаментів з кільцевою формою підошви;

- методику розрахунку поточних значень загальних кренів фундаментів з кільцевою формою підошви;

- результати перевірки методик розрахунку загальних кренів фундаментів з кільцевою формою підошви на адекватність експерименту (рис. 2 - 7);

- матеріали впровадження результатів роботи в практику будівництва.

Зокрема, для стабілізованого стану крен запропоновано розраховувати за формулою СНиП 2.02.01 - 83*:

, (2)

де - коефіцієнт Пуассона основи; Е - модуль загальної деформації основи; N - рівнодіюча усіх вертикальних навантажень, що діють на фундамент у рівні його підошви; е - ексцентриситет її прикладення; D - зовнішній діаметр фундаменту з круглою або кільцевою формою підошви; ; - коефіцієнт, прийнятий по таблиці 4 в залежності від - відношення внутрішнього діаметра d кільця до зовнішнього D.

Таблиця 4

Коефіцієнти kе для фундаменту з кільцевою формою підошви |

0,0 | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9 | 0,99

kе | 0,75 | 0,75 | 0,76 | 0,76 | 0,76 | 0,77 | 0,77 | 0,78 | 0,81 | 0,87 | 1,21

При розрахунку поточних значень кренів фундаментів слід розрізняти два випадки: ступінь вологості основи G<0,8 і ступінь вологості основи G?0,8.

У першому випадку розрахунок виконується за формулою:

, (3)

а в другому – за наступною формулою:

, (4)

де – стабілізоване значення крену фундаменту, розраховане відповідно до формули (2); іф(t) – значення крену фундаменту в момент часу ; tэ – час експлуатації споруди; K(t,ф) - ядро повзучості ґрунтового кістяка.

Для розрахунку обумовлених фільтраційною консолідацією кренів запропоновано використовувати складені нами спеціальні таблиці, вхідними параметрами в які є коефіцієнт Пуассона основи і безрозмірний час , який слід визначати за формулою:

, (5)

де - фактичний час, - коефіцієнт консолідації основи.

Було зроблено висновок про те, що розраховані з використанням розроблених нами методик загальні крени фундаментів з кільцевою формою підошви мають гарну відповідність з експериментальними (абсолютна розбіжність не перевищує 22 відсотків, а середня квадратична розбіжність - 12 відсотків).

ВИСНОВКИ

У ході виконання дисертаційної роботи вирішено актуальну науково-прикладну задачу розрахунку кінцевих та поточних кренів фундаментів з кільцевою формою підошви. Викладені в роботі матеріали досліджень дозволили зробити такі висновки.

1. Має місце проблема визначення кренів фундаментів з кільцевою формою підошви на ґрунтовій основі, оскільки в нормативних документах (СНиП 2.02.01-83*) на цей рахунок відсутні будь-які вказівки.

2. Має місце проблема розрахунку кренів фундаментів з кільцевою формою підошви в часі.

3. Виконані нами експериментальні дослідження дозволили зробити такі висновки:

3.1. За інших рівних умов, крени фундаментів з круглою формою підошви більші, ніж крени фундаментів з кільцевою формою підошви. При цьому, чим більше відношення внутрішнього діаметра d фундаменту з кільцевою формою підошви до його зовнішнього діаметра D, тим менше крен фундаменту.

3.2. За інших рівних умов, час стабілізації кренів фундаментів з круглою формою підошви менше, ніж час стабілізації кренів фундаментів з кільцевою формою підошви. При цьому, чим більше відношення внутрішнього діаметра d фундаменту з кільцевою формою підошви до його зовнішнього діаметра D, тим, за інших рівних умов, більше час стабілізації крену фундаменту.

3.3. У цілому, на основі аналізу експериментальних досліджень був зроблений висновок про те, що, за інших рівних умов, крени фундаментів з кільцевою формою підошви менші, ніж крени фундаментів з круглою формою підошви. В зв'язку з цим зроблено загальний висновок про те, що форма фундаменту у вигляді кільця є більш раціональною, ніж кругла. Саме останньою обставиною обумовлене настільки широке застосування в практиці будівництва фундаментів з кільцевою формою підошви.

4. У ході виконаних нами теоретичних досліджень було встановлено наступне:

4.1. Отримано критерій збіжності процесу ітерації С.М. Клепікова для абсолютно – жорстких споруд.

4.2. За інших рівних умов (однакові коефіцієнти Пуассона, коефіцієнти консолідації, відношення внутрішніх радіусів кільцевих фундаментів до зовнішнього), чим більше площа фундаменту, тим довше в його основі продовжується процес фільтраційної консолідації і пізніше відбувається стабілізація його загального крену.

4.3. За інших рівних умов (однакові коефіцієнти консолідації, відношення внутрішніх радіусів кільцевих фундаментів до зовнішніх, площі фундаментів), чим більше коефіцієнти Пуассона, тим менший час у його основі продовжується процес фільтраційної консолідації і швидше відбувається стабілізація його загального крену.

4.4. За інших рівних умов (однакові коефіцієнти консолідації, однакові площі фундаментів, однакові коефіцієнти Пуассона), чим більше відношення внутрішніх радіусів кільцевих фундаментів до зовнішніх, тим довше продовжується процес фільтраційної консолідації і повільніше відбувається стабілізація його загального крену.

4.5.За інших рівних умов (однакові коефіцієнти Пуассона, відношення внутрішніх радіусів кільцевих фундаментів до зовнішніх, площі фундаментів), чим більше коефіцієнти консолідації основи, тим менший час у його основі продовжується процес фільтраційної консолідації і швидше відбувається стабілізація його загального крену.

4.6. Отримано теоретичні залежності, що дозволяють розраховувати крени фундаментів з кільцевою формою підошви в рамках розрахункової схеми основи у вигляді півпростору і моделі пружного лінійного ізотропного середовища (ці розрахункова схема і модель основи прийняті в діючих у даний час нормативних документах).

4.7. Отримано теоретичні залежності, що дозволяють розраховувати крени фундаментів з кільцевою формою підошви в рамках розрахункової схеми основи у вигляді півпростору і моделі водонасиченого спадково - пружного лінійного ізотропного середовища.

5. Розроблено методику розрахунку кренів фундаментів з кільцевою формою підошви в рамках розрахункової моделі півпростору як функцій часу. В її основу покладено отримані нами рішення про крен фундаменту на водонасиченому лінійно - деформованому півпросторі, повзучість ґрунтового кістяка якого підлягає теорії спадкоємної пружності.

6. Результати досліджень впроваджені в практику проектування.

7. У даному дослідженні вдалося охопити лише частину проблеми розрахунку кренів фундаментів з кільцевою формою підошви. На наш погляд, перспективною при проведенні подальших досліджень є розробка методик прогнозу загальних кренів фундаментів з кільцевою формою підошви на ґрунтовому шарі кінцевої товщини.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В ТАКИХ ПРАЦЯХ:

1. Капустин В.В. Закономерности развития во времени кренов фундаментов с прямоугольной формой подошвы на грунтовом водонасыщенном основании / В.Г. Шаповал, Ф.И. Бабич, В.В. Капустин, А.В. Шаповал, В.С. Андреев // Будівельні конструкції: Міжвідомчий науково-технічний збірник. – Вип. 61. Т. 1. - К.: НДІБК, 2004. - С. 193-200.

2. Капустин В.В. К вопросу сходимости процесса итерации С.Н. Клепикова при расчете напряженно-деформированного состояния систем “основание-фундамент-сооружение” при обратно - симметричной вертикальной нагрузке / В.Г. Шаповал, П.Н. Нажа, В.В. Капустин, А.В. Шаповал, Е.С. Титякова, В.С. Шокарев // Будівельні конструкції: Міжвідомчий науково-технічний збірник. – Вип. 64. - К.: НДІБК, 2006. - С. 746-753.

3. Капустин В.В. К вопросу сходимости процесса итерации С.Н. Клепикова при расчете напряженно-деформированного состояния систем “основание-фундамент-сооружение” при симметричной вертикальной нагрузке / В.Г. Шаповал, П.Н. Нажа, В.В. Капустин, А.В. Шаповал, Е.С. Титякова, В.С. Шокарев // Будівельні конструкції: Міжвідомчий науково-технічний збірник. – Вип. 65. - К.: НДІБК, 2006. - С. 297-304.

4. Капустин В.В. Метод граничных элементов в задачах водонасыщенных грунтовых оснований, обладающих свойством ползучести / В.Г. Шаповал, А.В. Шаповал, В.В. Капустин //Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна. - Вип. 14. - Дніпропетровськ: вид-во ДНУЗТ, 2007. – С. 220-224.

5. Капустин В.В. Закономерности развития во времени кренов внецентренно нагруженных фундаментов с кольцевой формой подошвы на обладающем свойством ползучести основании / В.В. Капустин, В.Г. Шаповал, И.М. Ильев //Зб. наукових праць Полтавського національного технічного університету ім. Ю. Кондратюка. - Вип. 19.- Полтава: Полтавський національний технічний університет ім. Ю. Кондратюка, 2007. – С. 53-58.

6. Капустин В.В. Сходимость процесса итерации С.Н. Клепикова при расчете напряженно-деформированного состояния систем “основание-фундамент-сооружение” при обратно - симметричной вертикальной нагрузке в задачах геомеханіки / В.Г. Шаповал, П.Н. Нажа, А.В. Шаповал, В.В. Капустин // Зб. наукових праць Полтавського національного технічного університету ім. Ю. Кондратюка. - Вип. 19.- Полтава: Полтавський національний технічний університет ім. Ю. Кондратюка, 2007. – С. 131-139.

7. Капустин В.В. Методика расчёта кренов фундаментов с кольцевой формой подошвы во времени / В.Г. Шаповал, В.В. Капустин // Мосты и тоннели: теория, исследования, практика: междунар. науч.-практ. конф., 11-12 октября 2007 г.: тезисы докл. – Днепропетровск, 2007. – С. 128-129.

АНОТАЦІЯ

Капустін В.В. Прогноз кренів фундаментів з кільцевою формою підошви, які зведені на глинистих водонасичених ґрунтах. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.02 - основи і фундаменти. - Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпропетровськ, 2007.

Дисертація присвячена проблемі розрахунку кренів фундаментів з кільцевою формою підошви на водонасиченій ґрунтовій основі, що має властивість повзучості.

Запропоновано алгоритм визначення кренів фундаментів з кільцевою формою підошви при врахуванні повзучості ґрунтового кістяка.

Розглянуто розрахункові схеми основи у вигляді півпростору й абсолютно - жорсткого штампа з кільцевою формою підошви.

Передбачається, що загальна деформація основи обумовлена такими складовими:

- пружною;

- запізнілою в часі, але цілком оборотною деформацією повзучості;

- запізнілою в часі, цілком необоротною деформацією повзучості.

Розроблено методики розрахунку кренів позацентрово навантажених фундаментів з кільцевою формою підошви для стабілізованого стану (у цьому випадку алгоритм розрахунку цілком ідентичний представленому в СНиП 2.02.01-83*) і для нестабілізованого стану (для цієї мети складені спеціальні таблиці).

Результати досліджень впроваджені в практику проектування.

Ключові слова: основа, фундамент з кільцевою формою підошви, реологія, повзучість, фільтраційна консолідація, граничний елемент.

аннотация

Капустин В.В. Прогноз кренов фундаментов с кольцевой формой подошвы, возведенных на глинистых водонасыщенных основаниях. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.02 – основания и фундаменты. – Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры, Днепропетровск, 2007.

Диссертация посвящена проблеме расчета кренов фундаментов с кольцевой формой подошвы на водонасыщенном, обладающем свойством ползучести, грунтовом основании.

В ходе экспериментальных (в грунтовом лотке с моделями кольцевой и круглой формы подошвы на модельном и грунтовом основании) и теоретических исследований получены такие результаты.

Предложен алгоритм определения кренов внецентренно нагруженных фундаментов с кольцевой формой подошвы в рамках модели основания в виде линейной, упругой изотропной среды для расчетных схем полупространства и абсолютно жесткого фундамента с учетом ползучести грунтового скелета.

Предполагается, что общая деформация основания обусловлена такими составляющими:

- упругой;

- запаздывающей во времени, но полностью обратимой деформацией ползучести;

- запаздывающей во времени, полностью необратимой деформацией ползучести.

В рамках модели упругого водонасыщенного изотропного основания для расчетных схем полупространства и абсолютно жесткого фундамента с кольцевой формой подошвы получено решение задачи о развитии крена фундамента во времени; эти результаты обобщены на случай водонасыщенного основания, грунтовой скелет которого обладает свойством ползучести.

Экспериментально исследованы закономерности развития во времени кренов внецентренно нагруженных фундаментов с кольцевой формой подошвы на обладающем свойством ползучести водонасыщенном и неводонасыщенном грунтовом основании со слоистой текстурой.

Разработана модификация метода граничных элементов, позволяющая определять напряженно – деформированное состояние грунтовых оснований в рамках модели обладающей свойством ползучести линейной упругой изотропной среды.

Выявлены условия сходимости процесса итерации С.Н. Клепикова.

Разработаны методики расчета кренов внецентренно нагруженных фундаментов с кольцевой формой подошвы для стабилизированного состояния (в этом случае алгоритм расчета полностью идентичен представленному в СНиП 2.02.01-83*) и для нестабилизированного состояния (для этой цели составлены специальные таблицы).

Результаты исследований внедрены в практику проектирования.

Ключевые слова: основание, фундамент с кольцевой формой подошвы, реология, ползучесть, фильтрационная консолидация, граничный элемент.

SUMMARY

Kapustin V.V. Prognosis of heels of foundations with the circular form of sole, erected on the clay saturated soil grounds. - Мanuscript.

Dissertation on the competition of degree of candidate of engineering sciences on speciality 05.23.02 – grounds and foundations. - Pridneprovsk State Academy of Civil Engineering and Architecture, Dnipropetrovsk, 2007.

Dissertation is devoted the problem of calculation of heels of foundations with the circular form of sole on saturated soil, possessing property of creep foundation.

The algorithm of determination of heels of foundations is offered with a circular form sole at the account of creep of soil skeleton.

The charts of calculations of foundation are considered as semispace and absolutely hard stamp with the circular form of sole.

It is assumed that general deformation of foundation is conditioned such constituents:

- resilient;

- belated in time, but fully by convertible deformation of creep;

- belated in time, by fully irreversible deformation of creep.

The methods of calculation of heels of to which loading is attached back from a center are developed with the circular form of sole for the stabilized state (in this case the algorithm of calculation is fully identical to presented in СНиП 2.02.01-83*) and for the non-stabilized state (for this purpose the special tables are made).

The results of researches are inculcated in practice of planning.

Keywords: foundation, foundation with the circular form of sole, rheology, creep, seepage consolidation, border element.