Влияние жесткости сооружений и строения грунтовой толщи на закон распределения в ней напряжений

Расчетный метод по оценке распределения напряжений в грунтовой толще, о котором говорилось ранее, исходит из представления, что фундамент, передающий на грунт нагрузку, является совершенно гибким. Это в известной мере справедливо для таких сооружений, как стальные баки для хранения нефти или других жидкостей, а также для длинных кирпичных зданий высотой в один-два этажа. С другой стороны, такие сооружения, как мостовые быки или железобетонные силосы, могут рассматриваться как совершенно жесткие. Они не способны вписываться в кривизну «кратера осадки» поверхности грунта и будут стремиться перекрыть его, увеличивая тем самым давление, передаваемое на грунт по контуру фундамента, до пределов, необходимых для обеспечения равномерности осадки по всей площади подошвы сооружения конечной жесткости. Существует ряд сооружений, которые обладают некоторой гибкостью и в силу этого будут в какой-то степени перераспределять давление по поверхности грунта. При таких условиях в сооружениях могут возникать значительные напряжения.

Отклонение от расчетных величин напряжений, которые не всегда удается точно оценить, может также вызываться неоднородностью грунта. Так, например, покровный слой глины в твердой консистенции (рис. 9.20,а) может работать как фундаментная плита. При этом условии распределение давления в подстилающем слое глины будет идти более интенсивно и напряжения по плоскости А—А будут в силу этого несколько меньшими, чем при определении их из графиков, основанных на решении Буссинеска. Слой жесткой породы, подстилающий фундамент на небольшой глубине (рис. 9.20,б), будет оказывать на распределение напряжений в пределах сжимаемого слоя, расположенного выше него, противоположное влияние. Поверхность скалы BB будет стремиться противодействовать боковому смещению вышележащего слоя глинистого грунта, вследствие чего под фундаментом по плоскости AA будет возникать большая концентрация напряжений, чем в случае однородного слоя большей мощности. Эта концентрация напряжений будет возрастать с уменьшением величины отношения H/L.

При частом переслаивании глинистой толщи тонкими слоями грунтов со сравнительно большей жесткостью будет иметь место тенденция распределения давления по большей площади и, следовательно, уменьшения напряжений в сопоставлении с решением Буссинеска для однородной грунтовой толщи. Решение задачи для пластов грунта с бесконечной жесткостью было дана Вестергаардом.

Таким образом, величины напряжений, возникающие в грунтовой толще, оказываются подверженными влиянию такого множества численно неопределимых факторов, казалось бы второстепенного значения, что нет никакой надежды получить их строго точные величины путем расчетов. Тем не менее в ряде случаев для гибких и полугибких сооружений было отмечено удовлетворительное соответствие между данными теории и результатами измерений хотя бы в отношении порядка полученных величин напряжений. При определении напряжений в толще под жесткими сооружениями использование упрощенных уравнений (9.2) и (9.2а) вместо строгих решений, сохраняющих полную силу только для совершенно гибких сооружений, имеет свое оправдание. Во всяком случае теоретическое изучение вопроса о распределении напряжений в грунтовой толще позволило твердо установить ряд положений, имеющих первостепенную важность для решения основных задач в области фундаментостроения. В прошлом этими положениями зачастую пренебрегали.