Опыты со штампами для оценки напряженного состояния песчаной толщи » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Опыты со штампами для оценки напряженного состояния песчаной толщи

07.07.2021

В прошлом столетии было сделано много попыток установить экспериментально закон распределения напряжений в песчаной толще. Оборудование и методика испытания при этом постепенно совершенствовались. Пески были подвергнуты испытанию в первую очередь из-за сравнительно более легкой установки в них приборов для измерения давления.

Особого внимания заслуживают обширные эксперименты со штампами различных размеров, которые были проведены Кёглером и Шейдигом в Фрейбергской горной академии (Саксония) в 1927 г. Был применен усовершенствованный метод измерения вертикального давления. При этом использовалось большое количество датчиков, которые закладывались настолько близко друг к другу, что образовывали на нескольких уровнях от поверхности непрерывные горизонтальные слои, устраняя тем самым неточности в измерении давления из-за различия в деформации датчиков и окружающего их песка.

Результаты одного из фрейбергских испытаний отражены на рис. 9.6. Точки в массе песка, в которых были замерены вертикальные давления равной величины, были соединены линиями, получившими грушевидную форму. Давление выражено здесь в процентах от средней удельной нагрузки р=P/A в подошве штампа на контакте самого штампа и песка (P — вся нагрузка, приложенная к штампу, А — площадь штампа).

Из рис. 9.6 следует, что вертикальные напряжения в толще песка несколько более сконцентрированы под штампом и в меньшей степени распространяются в стороны, чем это дают формулы Буссинеска (см. рис. 9.4). Вблизи поверхности песка существует зона нулевых напряжений, ограниченная кривой нулевого давления, как это показано на рис. 9.6. Угол φ0 между этой кривой и вертикалью вблизи поверхности песка составляет 35°, а затем постепенно увеличивается до тех пор, пока на некоторой глубине t не достигнет 90°. Эта глубина t, как было установлено в Фрейберге, не зависит от размеров штампа и изменяется в пределах от 3 до 4 футов при давлении в подошве штампа от 0,5 до 1 т/фут2 и нормальной плотности песка. Для очень рыхлого песка она не превосходила 6,5 фута. Имеются основания полагать, что глубина t увеличивается с повышением давления на песок в подошве штампа. Эти явления могут получить следующее объяснение.

Приложение нагрузки к поверхности однородного тела вызывает, как показал Буссинеск, появление внутри этого тела сил, направленных вертикально и горизонтально. Равнодействующая этих сил и веса вышележащих слоев грунта имеет в верхних слоях значительный наклон к горизонту. Вне пределов контура штампа сыпучие грунты, у которых отсутствует сцепление, не могут оказывать сопротивление горизонтальной составляющей этой равнодействующей. Сопротивление сдвигу таких грунтов зависит только от сил внутреннего трения, которое вблизи поверхности толщи песка равно нулю, так как здесь отсутствует перекрывающий слой грунта, вызывающий своим весом давление и отсюда потенциальную способность песка сопротивляться сдвигу за счет внутреннего трения. Здесь без особых помех в результате сдвига будет возникать перемещение зерен песка. Следовательно, в верхних слоях песка давление от штампа не может распространяться в стороны в такой степени, как это должно происходить в связном материале. Это приводит к большей концентрации в песке вертикальных напряжений непосредственно под нагруженным участком, чем это вытекает из формул Bycсинеска. На более значительной глубине от поверхности условия изменяются. Наклон сил результирующего давления к горизонту под действием дополнительного веса верхних слоев грунта постепенно уменьшается. По той же причине внутреннее трение в песке и, следовательно, сопротивление грунта сдвигу в горизонтальном направлении увеличивается. При этом условии на глубине t песок может вести себя подобно однородному упругому телу, по отношению к которому уже могут быть применены уравнения Буссинеска.

Рис. 9.7 иллюстрирует эту точку зрения по отношению к верхним слоям песчаной толщи. Схема составлена по данным испытаний, выполненных в Цюрихе, результаты которых близко согласуются с полученными в Фрейберге. Схема свидетельствует также о том, что предположение о равномерном распределении давления, распространяющегося в песчаной толще под некоторым углом к вертикали, совершенно неправильно. Однако для фундаментов больших размеров расхождение между этими тремя возможными формами распределения давления будет несколько меньше, чем показано на рис. 9.7, даже в верхних слоях толщи.

В Фрейберге были выполнены некоторые дополнительные эксперименты, которые показали характер смещений частиц грунта в толще песка ниже несущего нагрузку штампа. В песок при его укладке вводили небольшие деревянные шарики; их координаты регистрировались. После опыта песок из лотка был осторожно удален, и положение шариков было вновь замерено. Результаты опыта показаны на рис. 9.8. Перемещение частиц песка оказалось не совсем совпадающим с направлением главных сжимающих напряжений, указанных на рис. 9.5, для упругого тела. Тем самым было показано, что на эти перемещения, а также на подъем поверхности песка в краевых зонах оказывают влияние касательные напряжения. Подобные результаты были получены в Цюрихе, когда в песок были заложены маленькие свинцовые шарики, которые фотографировались на один и тот же кадр в рентгеновских лучах до приложения к штампу нагрузки и после.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: