книги / Сопротивление грунтов (некоторые лекции по курсу Механика грунтов )

Таблица 9.24 Визуальное определение консистенции глинистого грунта

Таблица 9.25 Расчетное сопротивление R и модуль деформации Е грунтов

1 Максимальные значения для песковсреднейплотности, минимальные–для рыхлых. 2 Минимальные значения для глинистых грунтов текучепластичной консистенции,

максимальные – для твердой.

321

Заключение

Давно и широко обсуждаемая проблема соотношения результатов полевых и лабораторных испытаний, несомненно, будет продолжать обсуждаться и в дальнейшем. Будут выпускаться новые, более совершенные поколения приборов для испытаний, накапливаться экспериментальный материал параллельных испытаний, развиваться теория механики грунтов и методы обработки результатов испытаний.

На сегодня ясно, что механика грунтов в современном виде не может объяснить расхождения результатов полевых и лабораторных испытаний. Как неоднократно отмечалось, положение, когда одна и та же характеристика (например, лабораторный и полевой модули деформации), различается в несколько раз, необъяснимо с позиций теории упругости.

Описанное в этой лекции иллюстрирует пример того, что любое решение механики грунтов (точнее – теории упругости), будучи «подправленное» экспериментом в одном месте (например, в расчете осадок),

обязательно встретит противоречия в другом – в распределении на-

пряжений и кренов, в обработке результатов лабораторных и полевых опытов. Более подробно общая авторская оценка места теории упругости и механики грунтов в инженерной практике будет приведена в заключительной лекции. Будет показано, что дальнейшее развитие механики грунтов пойдет по пути, близком к нелинейной теории упругости, а исходные характеристики для нее будут равноценными – полученными как в лаборатории, так и в поле, за небольшими отличиями, обусловленными нарушениями структуры при доставке образцов в лабораторию.

Сейчас же остается единственный путь – продолжить расчеты по традиционным схемам, но не бояться описанных выше различий, про-

должать накапливать экспериментальный материал, оценивать результаты расчетов на основе анализа деформаций строящихся и уже построенных зданий и сооружений. Также следует иметь в виду отмеченную выше осторожность в оценке свойств грунтов по таблицам и по ре-

зультатам зондирования, не говоря уже о визуальном методе.

Список литературы

1.ГОСТ 12248–2012. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости.

2.ГОСТ 21719–80. Грунты. Методы полевых испытаний на срез

вскважинах и в массив.

3.ГОСТ 20276–2012. Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости (см. также ГОСТ 20276.1–2020;

ГОСТ 20276.2–2020).

322

4.ГОСТ 19912–2001. Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием / Госстрой России; ГУП ЦПП. – М., 2001.

5.СНиП 11-105–97. Инженерно-геологические изыскания для строительства / Госстрой России; ПНИИИС. – М., 1997.

6.СП 22.13330.2011, 2016. Основания зданий и сооружений (акт. ред.). – М., 2016.

7.СП 23.13330.2011. Основания гидротехнических сооружений (акт. ред.). – М., 2011.

8.Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01–83) / НИИОСП им. Герсеванова Госстроя СССР. – М.: Стройиздат, 1986. – 415 с.

9.Егоров К.Е. Методы расчета конечных осадок фундаментов // Сб. тр. НИИ осн. – № 13. – М.: Машстройиздат, 1949. – 105 с.

10.Чижевский В.М. Анализ влияния основных показателей физических свойств на деформируемость глинистых грунтов Урала // Сб. науч. тр. УЭМИИТ. – Свердловск, 1974. – Вып. 43. – С. 30–38.

11.Лушников В.В. Достоверность определения модуля деформации грунтов по результатам испытаний штампами // Независимый электронный журнал «ГеоИнфо». – 2016. – Октябрь. – 6 с.

12.Швец В.Б. Элювиальные грунты как основания сооружений. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1993. – 224 с.

13.Швец В.Б., Лушников В.В., Швец Н.С. Определение строительных свойств грунтов: справ. пособие. – Киев: Будiвельник, 1981. – 104 с.

14.Агишев И.А. Зависимость между пористостью и модулем деформации, установленная полевыми испытаниями глинистых грунтов // Научно-технический бюллетень «Основания и фундаменты». – № 20. – М.: Госстройиздат, 1957. – С. 3–6.

15.Игнатова О.И. Деформационные характеристики юрских глинистых грунтов Москвы // Основания, фундаменты и механика грунтов. – 2009. – № 5. – С. 24–28.

16.Kögler F. Baugrundprüfung im Bohrloch // Der Bauingenieur. – Berlin, 1933.

17.Тerzaghi К. Theoretical Soil Mechanics. Wiley. – New York, 1944.

18.Ктаторов А.А. Определение допускаемого давления на грунт при помощи упругой сваи // Строительная промышленность. – 1939. –

№3. – С. 36–45.

19.Цилюрик Н.А. Рационализация аппаратуры для испытаний грунтов // Сб. тр. УИИ. – № 11. – Свердловск, 1939. – С. 26–34.

20.Menard L. Mesures in-situ des Properties des Properties des Sols. Annales des Pounts et Chaussees. – Mai-Juin 1957.

323

21.Лушников В.В. Развитие прессиометрического метода исследований нескальных грунтов: дис. … д-ра техн. наук / ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. – Л., 1991. – 392 с.

22.Краткое содержание докладов и сообщений научно-техничес- кого совещания «Прессиометрические методы исследований грунтов» / ОблНТО; УПИ. – Свердловск, 1971. – 129 с.

23.Luschnikow W.W. Die Entwicklung der Pressiometermethode zur untersuchung von Lockergesteinen. – VEB Deutscher Verlag fur Grundstoffindustrie. – Leipzig, 1979.

24.Luschnikow V.V. Development of the pressuremeter method after

Louis Menard in Russia // Proc. of the conf. «Menard ISP5 «Pressio–2005». – Paris, 2005.

25.Luschnikow V.V. Development of pressiometry method soils in Russia / International Journal Geotechnics. – 2014. – № 5–6. – С. 42–57.

26.Елпанов В.Г. Экспериментально-теоретическое исследование сжимаемости нескальных грунтов: дис. … канд. техн. наук. – Свердловск, 1971. – 190 с.

27.Жидков О.Н. Исследование новых методов испытания грунтов на сдвиг в полевых условиях: дис. … канд. техн. наук. – Свердловск, 1973. – 220 с.

28.ГОСТ 20276.2–2020. Грунты. Метод испытания радиальным прессиометром. – М., 2020. – 11 с.

29.Захаров М.С. Статическое зондирование в инженерных изысканиях. – СПб.: Изд-во СПбГАСУ, 2007. – 72 с.

30.Рыжков И.Б., Исаев О.Н. Статическое зондирование грунтов. – М.: Изд-во АСВ, 2010. – 496 с.

324

Приложение А

ХАРАКТЕРИСТИКИ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГРУНТОВ

(ГОСТ 12248–2010)

325

Приложение Б

ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГРУНТОВ

Фильтрация ГОСТ 25584–2016

326

Лекция десятая ПРОБЛЕМЫ ФУНДАМЕНТОСТРОЕНИЯ

1 Становление науки о фундаментостроении

В1930–40-е и в 1950–60-е гг., когда решения теории упругости

стали использовать в расчетах грунтовых оснований, в среде фундаментостроителей появился оптимизм: наконец-то возникла наука о расчетах фундаментов и в целом – инженерных сооружений на грунтах и в грунтах (механика грунтов), с помощью которой можно преодолеть веками сложившийся эмпиризм.

Впервое время к этой новой науке было такое благоговейное от-

ношение, как, например, к науке о сопротивлении материалов – знаме-

нитому сопромату, который тогда хорошо знали практически все ин- женеры-строители и который фактически формировал мировоззрение специалистов. Решения сопромата, несмотря на некоторые упрощения против строгой теории упругости (например, гипотеза плоских сечений), хорошо совпадали с результатами наблюдений за работой относительно простых инженерных конструкций – балок, ферм, рам и даже более сложных конструкций. Поэтому огромный авторитет сопромата был перенесен и на эту новую науку, стало казаться, что она встала вровень с сопроматом или даже с теорией упругости.

Авторитету этой науки способствовало создание в 1936 г. по инициативе знаменитого австрийского ученого Карла Терцаги Международного общества геотехников, которое сейчас называется «International Society for Soil Mechanics and Geotechnical Engineering» (ISSMGE).

ВРоссии с 1957 г. функционирует национальный комитет геотехников под названием «Российское общество по механике грунтов, геотехнике и фундаментостроению» (РОМГГиФ).

Вэту новую науку пришли, как правило, молодые люди с высокой математической подготовкой и знанием теории упругости, но которые практически не знали существа стоящих в фундаментостроении проблем, не были знакомы с экспериментами, которые уже тогда широко проводились. Но им было тесно в классической науке – там свои проблемы и свои корифеи…

Сначала многим специалистам старого поколения в области фундаментостроения, мало знакомым с уже известными многие годы решениями теории упругости, казалось, что эти новые люди способны решить практически все важные задачи в фундаментостроении – о распределении напряжений в грунтах, о расчетах осадок фундаментов,

327

о напряжениях в балках и плитах на упругом основании, об устойчивости откосов, о давлении грунтов на ограждения и др.

С годами постепенно произошло разделение специалистов на теоретиков и экспериментаторов, причем теоретики, имеющие очевидно более высокий имидж (они более чем практики соответствовали классическому типу ученого), заняли главенствующее положение в науке и руководящих органах фундаментостроения в целом.

Но, к сожалению, в фундаментостроении сразу же не сложился так необходимый паритет между теорией и экспериментом – подобно тому, который давно существует, например, в физике или химии: там они практически равноценны, а экспериментатор обязан знать теорию не хуже теоретика, чтобы попытаться найти «слабое место» в том или ином решении, в новом веществе. Причем новое решение никто не воспримет всерьез, пока его не подтвердят многие экспериментаторы, а теоретик и экспериментатор – оба заинтересованы в развитии как теории, так и эксперимента, оснащении эксперимента самой современной измерительной аппаратурой.

К сожалению, первые робкие попытки экспериментаторов в те же годы указать на несоответствие теории результатам измерений (например, о распределении напряжений и деформаций на бесконечные расстояния от сил) теоретиками долгое время оставались без внимания, но механика грунтов, тем не менее, стала играть роль «организующего начала» в фундаментостроении в целом. Если бы замечания были тщательно проанализированы совместными усилиями теоретиков и экспериментаторов, механика грунтов, возможно, пошла бы другим путем – с широким использованием каких-то новых решений, а сами теоретики стали бы более критично относиться к возможностям теории упругости.

В таких условиях экспериментаторам пришлось уйти на второй план. Им теоретики всегда могли указать на недостаточное знание математики (действительно, мало кто из них знал ее дальше первой производной), на погрешности эксперимента (обычно – непогода, множество помех), на нарушение структуры грунтов при отборе образцов (плохие пробоотборники), на примитивность приборов (почти все самодельные), на неучет ползучести (о ней тогда почти не знали) и проч., проч.

Более того, в 1950-е гг. в СССР в связи с широкой кампанией по борьбе с вейсманизмом-морганизмом (так в те годы называли последо-

вателей генетики – «реакционной буржуазной лженауки») повсеместно,

вплоть до начала 1960-х гг., в крупных вузах и НИИ развернулась борьба с так называемым «ползучим эмпиризмом», когда экспериментаторы почти во всех областях науки подвергались публичному обсуждению и даже осуждению. Поэтому теоретики во всех областях науки (в том числе и фундаментостроении) фактически получили государственную

328

моральную (и материальную) поддержку, что значительно ослабило позиции экспериментаторов.

Действительно, назначение любой теории – дать более широкий, чем узкая практика, взгляд на проблемы в той или иной области деятельности, выйти за пределы частного эксперимента, предложить с более высоких позиций решение какой-либо актуальной задачи настоящего и будущего. Так и казалось в те годы. Например, после выхода в 1953 г. книги проф. М.И. Горбунова-Посадова «Расчет конструкций на упругом основании» стало казаться, что все проблемы в этой области решены с позиций высокой науки – теории упругости на многие годы вперед, и

что здесь больше делать особенно нечего, разве что «подчищать» мело-

чи. Такая же реакция была и позднее – после выхода книг М.Н. Гольдштейна (в 1950–70-х гг.), В.А. Флорина (в 1950–60-х гг.) и Ю.К. Зарец-

кого (в 1960–70-х гг.).

Но только спустя многие годы выяснилось, что теория упругости приводит, например, к решению об изгибающем моменте в плите или балке, не совпадающему с измеренным не только по величине, но даже по знаку. К такому выводу со временем стали приходить даже многие специалисты-теоретики, которые рассчитывали плиты и балки на упругом основании, пользуясь решениями теории упругости, но принимая различные гипотезы той же теории упругости относительно расчетной модели (Винклера).

Со временем крупнейшие (и умнейшие) ученые-теоретики (корифеи тех лет К. Терцаги и М.Н. Герсеванов, которым в те годы было не более 40–45 лет, а также более молодые 30–35-летние К.Е. Егоров, Н.А. Цытович, М.Н. Гольдштейн и др.), прекрасно понимая условность теории, стали «подправлять» выводы теоретических решений, вводя, например, «критерии чувствительности», сжимаемую зону, несжимаемый слой или корректирующие коэффициенты к теоретическим решениям. Но решения механики грунтов сохранили статус «священной коровы», а главная характеристика сжимаемости – штамповый модуль деформации – был принят как едва ли не единственная объективная характеристика сжимаемости грунта.

2 Современное состояние механики грунтов

Такое положение, когда теория упругости стоит в основе решений механики грунтов (и фактически повторяют упругие решения в новых граничных условиях), сохранилось на сегодня и, вероятнее всего, сохранится еще на долгие годы. И как результат – любое решение теории «обросло» массой коэффициентов, которые так или иначе «подправляют» теорию. Например, к расчетному сопротивлению, по-

329

лученному по формуле Н.П. Пузыревского (хотя это не формула теории упругости, а некоторый инженерный прием на ее основе), в современных нормативах введено много корректирующих коэффициентов, которые изменяют его величину (увеличивают или уменьшают) до двух раз и более – до того уровня, который отвечает реалиям, т.е. эксперименту. Также вполне объяснимо описанное выше положение, когда к любому теоретическому решению в области эксперимента («штамп – компрессия», «штамп – прессиометр» и др.) вводят коэффициенты, изменяющие теоретическую величину до 4–6 раз!

Интересно отметить, что если корректировка решений теории упругости ведется введением, например, коэффициента разномодульности λ = Ее/Е, то в одних задачах он принимается в пределах λ = 1.5…4, в других λ = 5, в третьих даже λ = 8, поскольку именно при таких значениях λ теоретическое решение соответствует эксперименту в конкретной задаче.

Еще раз отмечается, что положение, когда одна и та же характеристика (например, лабораторный и полевой модули деформации, соотношение модулей общей и упругой деформации), различается в несколько раз, с позиций теории упругости необъяснимо.

Можно утверждать, что ни одно из новых решений механики грунтов – теории упругости для грунтов будет всегда не вполне адекватным, т.е. не в полной мере описывать реальную работу грунтовых оснований. Если в ряде случаев, применяя искусственные приемы (сжимаемая зона, несжимаемый слой, корректирующие коэффициенты), можно добиться соответствия расчетных и фактических осадок фундаментов, то распределение напряжений, по-прежнему рассчитываемое по теории упругости, не имеет какого-либо экспериментального подтверждения.

Также до сих пор не решена задача о кренах, о взаимном влиянии смежных фундаментов – в нормативах фактически сохранились «чистые» решения теории упругости, часто совсем не подкрепленные широким экспериментом.

Отсюда следует утверждение о том, что актуальная сейчас задача о получении коэффициентов постели для расчетов совместной работы зданий и сооружений совместно с грунтовым (но ни в коем случае не упругим!) основанием не может быть решена только теоретически.

Описанное иллюстрирует пример того, что любое решение теории упругости, будучи «подправленным» экспериментом в одном месте (на-

пример, в расчете осадок), обязательно встретит противоречия в дру-

гом – в распределении напряжений и кренов, в обработке результатов лабораторных и полевых опытов. Ни одно из новых решений в областях, выходящих за пределы известных экспериментов, каким бы изящным

330