Несущую способность оснований оценивают с помощью сопротивления грунтов сдвигу, которое зависит от угла внутреннего трения и сцепления. Именно по этим характеристикам определяют предельные и расчетные сопротивления грунтов оснований. Угол внутреннего трения и сцепления определяются в соответствии с закономсопротивления грунтов сдвигу, который формулируется следующим образом: предельное сопротивление сдвигу есть функция первой степени нормального напряжения.
Сопротивление сдвигу изучают с помощью сдвиговых приборов, представляющих собой две обоймы: неподвижную нижнюю и подвижную верхнюю, между которыми помещается образец грунта. . Изменяя вертикальную нагрузку, можно построить график зависимости предельного сопротивления грунтов сдвигу от вертикального давления.
Как правило, основания, сложенные крупнообломочными грунтами, надежны, правда при проектировании фундаментов необходимо иметь в виду, что прочность крупнообломочных грунтов снижается с увеличением выветрелости.
Песчаные грунты в зависимости от гранулометрического состава разделяют на гравелистые (частицы крупнее 2 мм составляют более 25 % по массе), крупные (частицы крупнее 0,5 мм — более 50 %), средней крупности (частицы крупнее 0,25мм — более 50%), мелкие (частицы крупнее 0,1 мм — более 75%) и пылеватые (частицы крупнее 0,1мм — менее 75%). Песчаные грунты по плотности сложения принято делить на плотные, средней плотности и рыхлые (в зависимости от коэффициента пористости). По степени влажности песчаные грунты разделяют на маловлажные (0<Sr 0,5), влажные (0,5<S 0,8) и насыщенные водой (0,8<SrCl).
Особенности расчета оснований и фундаментов. Расчет и проектирование оснований и фундаментов по предельным состояниям имеют некоторую специфику по сравнению с расчетом других строительных конструкций.
Грунты оснований и материал фундамента (каменная кладка, бетон, бутобетон и железобетон) имеют некоторое, подчас довольно значительное, различие в физико-механических свойствах. В частности, прочность грунтов в сотни раз меньше прочности камня и бетона. Деформированность и сжимаемость грунтов в тысячи раз больше деформативности упомянутых материалов. В отличие от фундаментов грунты оснований практически не воспринимают растягивающих напряжений, они могут воспринимать только сжимающие или сдвигающие усилия.
Эту формулу используют в расчетах для определения расчетного сопротивления грунта основания при условии введения расчетных коэффициентов теории предельных состояний. Строительные нормы требуют ограничивать напряжения по подошве фундамента расчетным сопротивлением грунта основания, так как это допущение предполагает, что грунт основания деформируется линейно, а это в свою очередь позволяет пользоваться линейными расчетными зависимостями при определении осадки фундаментов в случае проектирования последних по второй группе предельных состояний.
При проектировании оснований, сложенных слабыми грунтами, при действии значительных горизонтальных усилий, а также в некоторых других случаях следует знать не только критическое давление на грунты оснований, но и давление, при котором основание может потерять несущую способность.
Под воздействием подземных вод прочностные характеристики скальных грунтов могут уменьшаться, (размягчаться). Бывают неразмягчаемые грунты и размягчаемые; первые практически не меняют свою прочность. Скальные грунты классифицируются по степени выветрелости на невыветрелые (монолитные), слабовы-ветрелые (трещиноватые), выветрелые и слабовыветре-лые (рухлянки). В большинстве случаев основания, сложенные из скальных грунтов, достаточно надежны.
Крупнообломочные грунты в зависимости от гранулометрического состава классифицируются на валунные (содержание частиц крупнее 200 мм составляет по массе более 50 %), галечниковые (частиц крупнее 10 мм содержится по массе более 50%) и гравийные (частиц крупнее 2 мм— более 50 %). По степени выветрелости крупнообломочные грунты бывают невыветрелые, сла-бовыветрелые и сильновыветрелые. По степени влажности — маловлажные, влажные и насыщенные водой.
В результате лабораторных исследований грунтов определяют три основных показателя: плотность грунта ненарушенной структуры р, равную отношению массы образца грунта к его объему; плотность твердых частиц грунта ps, равную отношению массы твердых частиц к их объему, и природную влажность ш, равную отношению массы воды, содержащейся в грунте, к объему твердых частиц.
Любой образец грунта массой m и объемом V состоит из трех частей: объема Vs, занятого твердыми частицами массой объема воды Vw, занятого массой воды mm и некоторого объема V, занятого газом массой т’, которая в силу своей малости в расчетах не учитывается. Тогда в соответствии с приведенными выше определениями
р= (ms-f- mw)fV; ps = tns/Vs; W—mw/ms, (34.1)
Помимо основных физических характеристик грунтов определяются и дополнительные физические характеристики: гранулометрический состав, плотность грунта в сухом состоянии, коэффициент пористости; степень влажности, число пластичности и показатель текучести.
При проектировании оснований и фундаментов взаимодействие между ними и их взаимное влияние друг на друга оценивают, с помощью контактных давлений, возникающих в грунтах по подошве фундамента.
Ранее рассматривались методы определения напряжений в основании при действии нагрузок, которые могут следовать за перемещениями грунта, причем в центре равномерно распределенной нагрузки деформации основания будут больше, чем по краям, так как напряжения в центре площади загружения больше, чем по краям.
В результате будет формироваться так называемая чаша оседания. При передаче давления на грунт основания через подошву жесткого фундамента осадка основания под ним будет равномерной, но в этом случае равномерность осадки вызовет неравномерное распределение давления. Имеется теоретическое решение задачи о распределении напряжений по подошве круглого абсолютно жесткого штампа.