Фази деформації ґрунтової основи при місцевому завантаженні. Критичні навантаження на ґрунт основи та їх визначення.

В будь-якій точці грунтового масиву виникає система напружень, спричинена власною вагою вищележачих шарів грунту – природні напруження та прикладеного до поверхні грунтового масиву зовнішнього навантаження – додаткові напруження.

Фази напруженого стану грунтів. Нехай на поверхні грунту встановлено жорсткий фундамент (рис. 7.1), завантажений навантаженням . Під дією цього навантаження в масиві грунту відбуваються переміщення, величина яких буде збільшуватись по мірі збільшення тиску (p=N/A) на грунт основи. Графік залежності осідань фундаменту від тиску під його підошвою має вигляд (рис. 7.2). На кривій можна виділити чотири ділянки. Перша відповідає навантаженню, при якому напруження, що виникають в грунті під основною частиною фундамента не перевищують структурну міцність грунту . Цю фазу називають фазою пружних деформацій, хоч одночасно з ними під краями фундаменту, де відбувається концентрація напружень, розвиваються пластичні деформації і деформації ущільнення. Остання обставина призводить до того, що в межах цієї фази між осіданням і тиском немає строгої лінійної залежності.

При подальшому збільшенні тиску, внаслідок нерівномірності його розподілу по підошві фундаменту напруження під краями будуть перевищувати структурну міцність. Це призведе до перерозподілу тиску. Коли тиск під всією підошвою фундаменту перевищить структурну міцність грунту, в основі стануть розвиватися деформації ущільнення. При тисках, які незначно перевищують структурну міцність грунту, ущільнення розвивається лише в зоні, яка безпосередньо прилягає до підошви фундамента. По мірі збільшення тиску грунт буде ущільнюватись у все більшій зоні, оскільки в межах все більшого об‘єму напруження будуть перевищувати структурну міцність грунту. Одночасно в грунті під краями фундаменту будуть розвиватися деформації зсувів, поглиблюючи криволінійність ділянки . Проте при порівняно незначних тисках (0, 1…0, 5 мПа), які зазвичай виникають під підошвою фундаментів, криву можна з деяким наближенням прийняти за пряму. Цю фазу напружено-деформованого стану грунту називають фазою ущільнення. В цій фазі грунт ущільнюється, а його будівельні властивості покращуються (безпосередньо під підошвою фундаменту формується грунтове ядро). Залежність між деформаціями грунту і напруженнями носить приблизно лінійний характер. Для цієї ділянки можна застосувати принцип лінійної деформованості грунтів.

При подальшому збільшенні тиску зони зсувних деформацій поширюючись в сторони, будуть призводити до ущільнення грунту і по сторонах від цих зон, внаслідок чого вигин кривої на ділянці стане більшим. Ця ділянка відповідає значному розвитку локальних зсувів, тому цю фазу напружено-деформованого стану грунту в основі фундаменту називають фазою локальних зсувів. Залежність осідань від тиску на цій ділянці нелінійна.

При подальшому збільшенні тиску зони локальних зсувів розширюються і в момент, коли досягають ширини фундаменту, відбувається різке осідання фундаменту. На кривій появляться майже вертикальна крива ділянка , що характеризує цю фазу, яка називається фазою випирання.

Таким чином, четверта фаза абсолютно недопустима для експлуатації будівель і споруд. Вони можуть експлуатуватись в першій і другій фазі (в третій - при умові, що фактичні осідання фундаментів не перевищують їх допустимі значення).