Определение физико-механических свойств грунтов — геологические исследования, которые проводятся на проектном этапе строительства с целью принятия грамотных проектных решений, в том числе выбора расположения объекта, типа фундамента и проведения необходимых расчетов.
Расчет оснований зданий и сооружений выполняется с использованием аналитических решений строительных норм и правил (СНиП), а также свода правил (СП) и численных методов расчета.
Механические параметры грунтов, необходимые при расчете оснований зданий и сооружений с применением решений СНиП, указаны в таблице:
Зависимость между методами проектирования и методами определения параметров грунтов основания
В соответствии с нормативной базой, проектирование оснований зданий и сооружений допускается при давлениях на основание, не превышающих предела пропорциональности зависимости «напряжение – деформация». Или, как принято при проектировании оснований, при давлении не более расчетного сопротивления грунта основания.
Однако в настоящее время (при соответствующем обосновании) проектирование оснований зданий и сооружений допускается выполнять при давлении на основание более расчетного сопротивления грунта с использованием нелинейных зависимостей между напряжениями и деформациями.
В этом случае расчет оснований выполняется с применением численных методов, таких как метод конечных элементов, метод конечных разностей, метод граничных элементов. В эти нелинейные зависимости, называемые определяющими уравнениями или моделями грунтов, входят не только механические параметры, приведенные в табл. 1.1, но и ряд других дополнительных параметров.
Вид дополнительных параметров и их количество зависят от типа принятой модели грунта.
Выбор типа фундамента и физико-механические свойства грунта
При проектировании оснований зданий и сооружений используются решения математической теории упругости для определения напряжений в массиве грунта. в теории упругости рассматривается поведение под нагрузкой идеально упругой среды и среды, в которой отсутствуют остаточные деформации. в реальных грунтах возникают как упругие, так и остаточные деформации, причем доля упругих деформаций по сравнению с остаточными значительно меньше.
Вид нагрузки и тип фундамента определяют выбор решений теории упругости. в зависимости от условий нагружения на поверхности грунта в последнем могут возникнуть различные виды напряженного состояния.
Различают напряженное состояние в условиях:
-
пространственной деформации;
-
осесимметричной деформации;
-
плоской деформации.
Вид напряженного состояния определяется соотношением между компонентами напряжений и деформациями, которые они вызывают. Для каждого из видов напряженного состояния в теории упругости получены решения, которые позволяют определить как компоненты напряжений внутри упругой среды, так и деформацию ее поверхности.
При определении напряжений в основании протяженных в плане фундаментов, насыпей, выемок, плотин, подпорных стен используются решения плоской задачи теории упругости (табл. 1.3).
Методы определения механических свойств грунта
Характеристики грунтов природного сложения, а также искусственного происхождения должны определяться, как правило, на основе их непосредственных испытаний в полевых или лабораторных условиях с учетом возможного изменения влажности грунтов в процессе строительства и эксплуатации сооружений.
Достоверными методами определения деформационных характеристик дисперсных грунтов являются полевые испытания статическими нагрузками в шурфах, дудках или котлованах с помощью плоских горизонтальных штампов площадью 2500–5000 см2, а также в скважинах или в массиве с помощью винтовой лопасти-штампа площадью 600 см2 (ГОСТ 20276).
-
Для сооружений I и II уровней ответственности значения модуля деформации E по данным зондирования должны уточняться на основе их сопоставления с результатами параллельно проводимых испытаний того же грунта штампами, прессиометрами, а также в приборах трехосного сжатия (ГОСТ 12248).
-
Деформационные характеристики грунтов оснований большепролетных зданий и зданий высотой более 25 этажей рекомендуется определять путем проведения полевых штамповых испытаний, прессиометрами и методом трехосного сжатия, полагая, что их значения по сравнению с лабораторными модулями деформации являются более реальными.
