Простейшие практические методы определения

Понятия об активном и пассивном давлениях

При решении практических задач из общего напряженного состояния массива грунта обычно выделяют в отдельную задачу определения напряжений и усилий, передающихся на вертикальные или наклонные грани сооружения. Типичными конструкциями, для которых существенно важна оценка давления грунта Е, являются различного вида подпорные стенки (рис. 6.1, а), например разделительные стенки примыкания грунтовых плотин к бетонным или зданиям ГЭС, набережные, причалы, стенки шлюзов и др. Кроме того, боковое давление грунта определяют на стенки подвальных помещений (рис. 6.1, б), устои мостов (рис. 6.1, в), гидротехнические сооружения (рис. 6.1, г), ограждения котлованов, стенки перемычек и др.

Рассмотрим это влияние смещений вертикальной контактной грани на примере простейшей подпорной стенки (рис. 6.2). В случае уверенно неподвижной стенки (ри. 6.2, в и см. рис. 6.1, б) деформации грунта в зоне ближайшей к стенке происходят без возможности бокового расширения и поэтому при действии только собственного веса грунта в соответствии с (3.3) можно принять а_х =1<у_х = %у_грг, где | — коэффициент бокового давления грунта. Таким образом, суммарное боковое давление определится как Ео = ё7г_Р^²/2, которое в этом случае нередко называют давлением покоя.

Под действием давления грунта могут возникать смещения сооружения в сторону от грунта засыпки (на рис. 6.2 со знаком минус, т. е. — 60.

При этом в массиве грунта образуются поверхности скольжения и постепенно формируется область обрушения и пластических деформаций грунта, которую иногда называют призмой (клином) обрушения (1 на рис. 6.2, б). Возникающие в зоне смещающегося грунта силы сопротивления сдвигу приводят к уменьшению давления грунта, которое при определенной величине смещения — V_а сооружения и окончании формирования призмы обрушения достигает предельного минимального давления, называемого активным давлением или распором —Е_а (рис. 6.2, а). Как показали эксперименты, для достижения Е_а необходимы весьма малые смещения стенки порядка II > (0,002...0,0002) Н.

Иногда в результате действия внешних сил перемещение сооружения происходит в сторону грунта, т. е. возникает случай + И (рис. 6.2). Это может ярко проявляться в сооружениях, воспринимающих большие горизонтальные нагрузки, например устоях арочных мостов (см. рис. 6.1, в). В случае гидротехнических сооружений (см. рис. 6.1, г) в результате действия давления воды возникают горизонтальные смещения со стороны нижнего бьефа + и, а со стороны верхнего —V.

При перемещении стенки на грунт (рис. 6.2, г) постепенно формируется область или призма выпора грунта (2 на рис. 6.2, г) и возникают силы сопротивления сдвигу, препятствующие выпору. В результате по грани стенки возникает все увеличивающаяся реакция грунта, которая к моменту выпора всей призмы достигает максимальной величины, называемой пассивным давлением или отпором грунта Е_П (рис. 6.2, а).

Для развития и образования пассивного давления грунта требуются большие перемещения +1/, значительно превышающие 0_а. Это вызвано, в частности, уплотнением грунта за стенкой. При передаче на грунт внешней (смещающей стенку) нагрузки грунт вначале уплотняется и только затем начинают формироваться поверхности скольжения — выпора грунта.

Таким образом, под активным давлением понимается предельное давление грунта на сооружение в условиях, когда грунт за сооружением (стенкой) перешел в состояние предельного равновесия, т. е. при бесконечно малой добавке нагрузки произойдет обрушение грунта за стенкой. Пассивное давление — это предельная реакция грунта при движении сооружения на грунт в условиях, когда весь грунт за сооружением (стенкой) перешел в состояние предельного равновесия и при бесконечно малой дополнительной нагрузке произойдет выпор грунта за стенкой. Следует подчеркнуть, что по отношению к сооружениям активное давление является всегда активной силой, а пассивное — реактивной силой.

Для определения активного и пассивного давлений грунта на сооружение обычно принимается расчетная модель предельного равновесия грунта, применяются решения теории предельного равновесия или различного рода приближенные решения, основанные на этой модели.