Способ определения напряженно-деформированного состояния грунта в основании сооружения
Владельцы патента RU 2307896:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к области строительства, в частности к способам определения физико-механических свойств грунтов, и может быть использовано при проектировании автомобильных дорог и нефтегазовых сооружений для строительства в сложных инженерно-геологических условиях. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности способа. Сущность способа заключается в определении напряженно-деформированного состояния грунта в основании сооружения путем установки датчиков давления в основании сооружения, замера главных напряжений в основании сооружения, выделения активной зоны деформирования в основании сооружения и расчета характеристик НДС с использованием параметра Лоде для определения вида НДС. В активной зоне выделяют датчиками давления другую зону, соответствующую максимальному объему и форме куба, по граням которого определяют средние главные напряжения, рассчитывают вид НДС и значение напряженности деформированного состояния. 1 ил.
Изобретение относится к области строительства, в частности к способам определения физико-механических свойств грунтов, и может быть использовано при проектировании автомобильных дорог и нефтегазовых сооружений для строительства в сложных инженерно-геологических условиях.
Известен лабораторный способ определения напряженно-деформированного состояния (НДС) грунта путем деформирования кубического образца грунта действием по граням главных напряжений σ1, σ2, σ3 и определения вида НДС по параметру Лоде: μσ=2σ2-σ1-σ3/σ1-σ3 (Бугров А.К., Нарбут P.M., Сипидин В.П. Исследование грунтов в условиях трехосного сжатия. - Л.: Стройиздат, 1987, с.107-108).
Недостатком известного способа является отсутствие возможности определения НДС в полевых условиях для всего объема деформированной зоны основания сооружения с учетом изменения его вида и величины, что затрудняет выбор более точной расчетной схемы при проектировании фундамента и снижает, в целом, эффективность способа.
Наиболее близким техническим решением является способ определения НДС грунта путем установки датчиков давления в основании сооружения, замера напряжений и выделения активной зоны деформирования (Дашко Р.А., Каган А.А. Механика грунтов в инженерно-геологической практике. - М.: Недра, 1977, с.63-66).
Недостатком известного способа является отсутствие возможности определения вида и величины НДС, что снижает эффективность способа.
При создании настоящего изобретения была поставлена задача по разработке более эффективного способа определения НДС грунта в основании различных сооружений.
Поставленная задача достигается тем, что в способе определения напряженно-деформированного состояния (НДС) грунта в основании сооружения путем установки датчиков давления в основании сооружения, замера главных напряжений σ1, σ2, σ3 в основании сооружения, выделения активной зоны деформирования в основании сооружения и расчета характеристик НДС с использованием параметра Лоде для определения вида НДС по формуле: μσ=2σ2-σ1-σ3/σ1-σ3, согласно изобретению в активной зоне деформирования выделяют датчики давления, расположение которых соответствует наибольшему объему и близкому к форме куба, и вписывают в эту область куб, по граням которого определяют средние главные напряжения, рассчитывают вид НДС и значение напряженности деформированного состояния по формуле:
,
где 
- третий инвариант (кубический) тензора напряжений;
- средние значения главных напряжений;
V - объем куба, вписанного в активную зону деформирования.
При этом повышается эффективность способа как за счет определения вида НДС и его величины, так и за счет повышения точности их определения.
Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена схема определения НДС грунта в основании сооружения.
Способ реализуется следующим образом.
Рассмотрим работу, например, резервуара 1 на грунтовом основании 2. От веса Р резервуара 1 в грунтовом основании 2 развивается область напряжений и деформаций, отличная от остального массива, которую можно выделить, замерив датчиками 3 значения давлений в различных точках основания 2 сооружения 1, используя для этого, например, датчики давления и репера деформаций (Амарян Л.С. Прочность и деформируемость торфяных грунтов. - М.: Недра, 1969, с.149-153).
По замеренным значениям давлений определяют значения главных напряжений σ1, σ2, σ3 в различных точках грунтового основания 2 и оконтуривают (выделяют) активную область деформирования 4 (Дашко Р.А., Каган А.А. Механика грунтов в инженерно-геологической практике. - М.: Недра, 1977, с.63-66). Затем в активной зоне деформирования 4 основания 2 сооружения 1 выделяют датчики давления 5, расположение которых соответствует наибольшему объему, близкому к форме куба, вписывают в эту область куб 6 и рассчитывают средние значения главных напряжений 7: 
, действующих на его гранях, через замеренные в различных ближайших к граням точках активной зоны деформирования 4 значения давлений. Зная значения , определяют вид НДС по параметру Лоде: 
. Рассчитывают значение напряженности деформированного состояния U по формуле:
, где
- третий инвариант (кубический) тензора напряжений (Бугров А.К., Нарбут P.M., Сипидин В.П. Исследование грунтов в условиях трехосного сжатия. - Л.: Стройиздат, 1987, с.30);
V - объем куба, вписанного в активную зону деформирования.
Применение способа определения НДС грунта в основании сооружения позволит повысить надежность и точность проектных решений при расчете фундаментов за счет учета в них характера и величины НДС и определенного непосредственно в активной зоне деформирования грунта.
Проведены опытно-лабораторные испытания предложенного способа в строительном павильоне кафедры «Автомобильные дороги, основания и фундаменты» Тверского государственного технического университета, которые подтвердили возможность его реализации в реальных грунтовых условиях.
Способ определения напряженно-деформированного состояния грунта в основании сооружения путем установки датчиков давления в основании сооружения, замера главных напряжений σ1, σ2, σ3 в основании сооружения, выделения активной зоны деформирования в основании сооружения и расчета характеристик НДС с использованием параметра Лоде для определения вида НДС по формуле
отличающийся тем, что в активной зоне деформирования выделяют датчики давления, расположение которых соответствует наибольшему объему и близкому к форме куба, и вписывают в эту область куб, по граням которого определяют средние главные напряжения, рассчитывают вид НДС и значение напряженности деформированного состояния по формуле
где 
- третий инвариант (кубический) тензора напряжений;
- средние значения главных напряжений;
V - объем куба, вписанного в активную зону деформирования.
