способ определения контактных напряжений в грунте

Классы МПК:G01N3/08 путем приложения растягивающих или сжимающих статических нагрузок
E02D1/00 Исследование грунта основания на стройплощадке
Автор(ы):, ,
Патентообладатель(и):Хрусталев Евгений Николаевич (RU),
Хрусталева Татьяна Михайловна (RU),
Хрусталева Ирина Евгеньевна (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2004-04-26
публикация патента:

Изобретение относится к области строительства, в частности к графо способам определения контактных напряжений грунтов. Способ заключается в графоаналитическом построении составных эпюр напряжений в плоскости контакта жесткого штампа с плоскодеформируемым основанием, исходя из сочетания упругого состояния основания с пластическим, определении закона перемещения границы этих состояний в плоскости контакта с ростом внешнего среднего давления (pcp) с учетом распределения упругих контактных напряжений способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 y по закону вогнутой параболы и распределения контактных напряжений сдвига способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 z п под гладкой подошвой штампа по закону прямой линии, пересекающейся с вогнутой параболой упругих напряжений на границе раздела зоны упругих и сдвиговых деформаций, при этом по данным испытания грунта рассчитывают в зависимости от угла способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 внутреннего трения, с - сцепления, способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 - объемного веса параметры несущей способности основания по штампам известной формы, размеров, жесткости и степени шероховатости его подошвы, контактные напряжения определяют по ординатам эпюр, далее построенные эпюры зеркально отображают относительно оси ординат и получают эпюры упругих и сдвиговых контактных напряжений под плоскостью штампа. Технический результат - решение смешанной упруго-пластической контактной задачи. 3 ил. способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823

способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823

Формула изобретения

Способ определения контактных напряжений в грунте, заключающийся в графо-аналитическом построении составных эпюр напряжений в плоскости контакта жесткого штампа с плоскодеформируемым основанием, исходя из сочетания упругого состояния основания с пластическим, определении закона перемещения границы этих состояний в плоскости контакта с ростом внешнего среднего давления (рср) с учетом распределения упругих контактных напряжений способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 y по закону вогнутой параболы и распределения контактных напряжений сдвига способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 z п под гладкой подошвой штампа по закону прямой линии, пересекающейся с вогнутой параболой упругих напряжений на границе раздела зоны упругих и сдвиговых деформаций, отличающийся тем, что по данным испытания грунта (торфа) рассчитывают в зависимости от угла способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 внутреннего трения, с - сцепления, способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 - объемного веса параметры несущей способности основания под штампом известной формы, размеров, жесткости и степени шероховатости его подошвы: величину среднего (рср (пр,кр,крп) ), краевого (р2 (пр,кр,крп)) и максимального (p1 (пр,кр,крп)) значения давления под центром подошвы штампа в предельном, критическом и предельно-критическом состоянии основания по формулам р2 крп=[способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823cCtgспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823/(Ctgспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823+способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823-способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823/2)]+[cCosспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823/(1+Sinспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823)], p2 кр=c[Sinспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823·(способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823-2способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823)+2(способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823-Cosспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823)]/{(1+Sinспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823)[2-tgспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823·(способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823-2способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823)]}, p2 пр=(1/2)(p2 кр -|pкр2 раст|), где |pкр2 раст|=[4Cosспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823-p 2 кр(1-Sinспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823) 2]/(1+Sinспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823) 2 - давление растяжения под центром штампа в критическом для основания состоянии, p1 (пр,кр,крп) =[p2 (пр,кр,крп)(1+Sinспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823) 2+4cCosспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823]/(1-Sinспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823) 2, рср (пр,кр,крп)=[р2 (пр,кр,крп)(1+Sin2способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823)+2cCosспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823]/(1-Sinспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823) 2, соответствующую зонам развития сдвига от краев штампа до его центра по схеме Хилла, далее до противоположных сторон штампа с формированием грунтового ядра до краев штампа - по схеме Прандтля и за противоположные стороны штампа с увеличением грунтового ядра за края штампа с временным повышением несущей способности основания, а затем с проявлением провальных осадок основания; величину давления потери структурной прочности материала основания при растяжении (рстр раст) и сжатии (рстр сж):|рстр раст|=2Соsспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823/(1+Sinспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823), (рстр сж=2Сosспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823/(1-Sinспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823) и расчетным путем устанавливают расстояние d=в(1-Sinспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823) 2/4Sinспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 от края в сторону от штампа, соответствующее влиянию давлению связности грунта ре=-cCtgспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823; расстояние от края в сторону от штампа способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 соответствующее величине удаления центра зон сдвигов за края штампа с давлением рц=-[p2 крп (в+2m)-2p2 пр(в+m+t0)]/(в+2t 0), где t0=в(p1 крп -p1 кр)/(pi крп-p 2 кр) - величина зоны развития сдвигов за краями штампа в предельно-критическом состоянии основания; ширину эквивалентного штампа во=в+2m, под которым рассматривают контактное взаимодействие с основанием; далее от правого края штампа в масштабе наносят вправо от начала координат в центре симметрии штампа точки Ц[(а+m), (-рц)] и D[(a+d), (-ре)], от левого края влево на расстоянии [-(t0+a)] проводят вертикаль, на которой откладывают точки А[-(а+t0),р1 крп], BK[-(a+t 0),pcp крп], C[-(a+t0 ), p2 крп], а на расстоянии [±(m+а)] и [±а] проводят дополнительные вертикали, точки А и С соединяют прямыми линиями L1 и L2 с точкой Ц, а точку А и В соединяют прямыми линиями M1 и Мср с точкой D, точку пересечения прямой Мср с вертикалью [-(m+а)] с координатами G[-(m+а),рG], где pG =[(pcp пр+cCtgспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823)2(в+m+d)/(в+2d)]-cCtgспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823, соединяют с точкой Ц прямой линией N, определяющей с ростом р ср сужение асимптот (аас) ветвей вогнутой параболы эпюры упругих контактных напряжений способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 под полосовым и способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 под круглым штампом, а также точку G соединяют с точкой S[f кр I, 0], где fкр I=(а+d)[р 2 пр-0,5|рстр раст |)/(p2 пр+cCtgспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823) - расстояние от центра штампа до точки штампа с давлением, соответствующим значению «первой критической нагрузки» рср.кр I=Pcp пр-[(р2 пр -0,5|рстр раст|)(рср пр +cCtgспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823)(р 2 пр+cCtgспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823)] на прямой Мср, прямой линией Р перемещения полюса вогнутой параболы эпюры упругих контактных напряжений с ростом рср, а контактные напряжения определяют по ординатам эпюр, которые строят из точки F пересечения прямой M1 с вертикалью, проходящей через точку К пересечения прямой М ср с горизонталью эпюры рср, путем проведения ветви вогнутой параболы способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 через точку F и полюс П до способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 у вертикали асимптоты aас и до точки Т[-(а+m); 2р ср/способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823] для полосового или Т[-(а+m); рср/2] - для круглого штампа с одной стороны и с другой стороны - путем проведения прямой линии J из точки F в точку Ф[+а; рф], где р ф=2рсрFF-2R, a R=способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 max пр=(1/2) (рFБ )-радиус круга Мора предельно-максимального по прочности состояния грунта под штампом на вертикали, проходящей через точки F, К и Б, причем отрезки FK=КБ=R, а линия J - есть эпюра развития при рср сдвиговых (пластических) деформаций под краем штампа, далее построенные эпюры зеркально отображают относительно оси ординат и получают эпюры упругих и сдвиговых контактных напряжений под плоскостью штампа, а из точки Ф проводят кривую линию эпюры закраевых поверхностных напряжений на поверхности воронки сжатия грунта за краями штампа с уравнением способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 пов=[2способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823/|р ф|]arcSin (а/r), где r - расстояние от края за пределы штампа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства, в частности к графоаналитическим способам определения контактных напряжений на границе взаимодействия конструкций сооружений с плоскодеформируемыми грунтовыми основаниями, необходимыми для расчета конструкций и самих оснований и определения в них сложного напряженно-деформированного состояния (НДС) для прогноза поведения под нагрузкой.

Известен способ определения напряжений в зоне силового контакта штампа с грунтовым основанием и торфяной залежью в условиях плоской деформации, заключающийся в установке датчиков напряжений в плоскости контакта заподлицо с поверхностью подошвы штампа и замере величины контактных напряжений в точках плоскости контакта под возрастающими ступенями внешнего давления на штамп [1, 2].

Недостаток известного способа прямого определения контактных напряжений заключается в отсутствии конструкций датчиков точечного определения напряжений. Так, измерительная мембрана датчика занимает часть площади контакта, а величину среднего напряжения приводят расчетным путем к точке контакта, поэтому условия, а следовательно, и измерение контактных напряжений становится невозможным в таких точках, как под кромками по периметру подошвы штампа. Низка и точность измерения, связанная с изменениями НДС грунта под прогибающейся в процессе измерений мембраной датчика. Прямое измерение контактных напряжений не позволяет прогнозировать, а следовательно, рассчитывать эпюры контактных напряжений в зависимости от физико-механических характеристик основания, от размера, формы, жесткости и шероховатости подошвы штампа, глубины его бокового пригруза и величины заглубления и др., а только констатируют результаты частного опыта.

Известен способ определения контактных напряжений, заключающийся в графоаналитическом построении составных эпюр напряжений под площадью контакта жесткого штампа с плоскодеформируемым основанием, исходя из сочетания упругого состояния материала основания по Буссинеску с пластическим состоянием по Прандтлю в плоскости контакта, и определении закона перемещения границ этих состояний под подошвой штампа с ростом внешнего давления, отличающийся тем, что для зоны упругих деформаций расчет контактных напряжений ведут по зависимости (Буссинеска) способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 - для круглого жесткого штампа радиусом r=а или по зависимости (М.Садовского) способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 - для полосового жесткого штампа шириной в=2а, где х - расстояние от центральной оси симметрии подошвы штампа, строят эпюру упругих контактных напряжений для заданного значения внешнего давления рср в виде вогнутой параболы способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 z=f(рср) от краев до центра подошвы штампа, а также прямоугольник эпюры среднего давления рср, а контактные напряжения в зонах сдвигов, развивающихся от края штампа к центру с ростом давления рср определяют по уравнению линии, срезающей пики эпюры бесконечных упругих контактных напряжений под краями штампа в точке границы раздела зон упругих и сдвиговых (пластических) деформаций, где предельное по прочности давление способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 z п=cNc+способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823|DN q+4aспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 2Nспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 (1-х/а) приравнивается к способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 z y, получаемому на основании равенства суммы площадей эпюр способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 z y=f(pcp), способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 z п=f(pcp) и площади прямоугольной эпюры среднего давления по всей ширине (диаметру) подошвы штампа [3].

Несмотря на получение общей картины распределения контактных напряжений в зонах упругих и сдвиговых (пластических) деформаций и общей закономерности их развития с ростом зон сдвигов при росте внешнего давления (рср), сходимость рассчитываемых контактных напряжений с замеряемыми «in situ» мала, что связано, с одной стороны, с неучетом в формулах зависимости способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 z y и способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 z п от формы, жесткости и размеров штампа, шероховатости его подошвы и др., а с другой стороны, неучетом площади закраевых эпюр напряжений поверхностного растяжения-сжатия грунта (торфа) в основание штампа и на поверхности трещин, развивающихся за края штампа в воронке сжатия из-за нарушения структурной прочности грунта (торфа).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения контактных напряжений, заключающийся в графоаналитическом построении составных эпюр напряжений под площадью контакта жесткого штампа с плоскодеформируемым основанием, исходя из сочетания в плоскости контакта упругого состояния грунта (торфа) основания с пластическим состоянием, и определении закона перемещения границ этих состояний под подошвой штампа с ростом внешнего давления, отличающийся тем, что для зоны упругих деформаций контактные напряжения определяют по зависимости (Буссинеска) способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 для круглого штампа радиусом г=а или зависимости (М.Садовского) способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 для полосового штампа шириной в=2а, где х - расстояние от центральной оси симметрии подошвы штампа, строят по ширине подошвы штампа эпюру упругих контактных напряжений способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 z y=f(pcp) в виде вогнутой параболы с бесконечными значениями напряжений под краями штампа, а также прямоугольную эпюру среднего контактного напряжения способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 ср=-pср, а контактные напряжения в зонах сдвига, развивающихся с ростом внешнего давления рср от краев подошвы штампа к его центру, определяют по уравнению линии, срезающей пики эпюры бесконечных упругих контактных напряжений под краями штампа в точке границы раздела зон упругих и сдвиговых (пластических) деформаций, в виде способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 z п=pпр+А(а-х), где х - расстояние от цента штампа до искомой точки, в которой определяется предельное давление рпр, согласно решению В.В.Соколовского с учетом угла способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 внутреннего трения грунта, по которому рпр=CN' c+способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823Nспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823'a+qNq', где N'c, Nспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823' и Nq' - коэффициенты несущей способности основания, С - удельное сцепление грунта, q - величина бокового пригруза, при этом учитывается равенство площади эпюры среднего контактного давления и суммы площадей эпюр упругих и сдвиговых контактных напряжений [4].

Существенным недостатком известного способа являются большие неточности в определении контактных напряжений из-за неверного определения закономерностей развития под штампом зон упругих и сдвиговых (пластических) деформаций, зависящих от жесткости, формы и размеров штампа, шероховатости его подошвы, возможности прилипания грунта к подошве штампа и др., а также из-за недоучета площадей эпюр закраевых поверхностных напряжений, обусловленных структурной прочностью грунта и определяющих воронку сжатия и степень развития закраевых трещин в воронке сжатия под краями штампа.

Практические исследования контактных напряжений датчиками напряжений нового типа, компенсирующими прогибы измерительных мембран в момент замера напряжений, позволили установить не только разницу с теоретическими современными расчетами контактных напряжений в зонах сдвига, но и в известных зонах упругих деформаций, что позволило усомниться в правомерности использования формул Буссинеска и М.Садовского в расчетах упругих контактных напряжений.

Технический результат по предлагаемому способу определения контактных напряжений в грунте, заключающемуся в графоаналитическом построении составных эпюр напряжений в плоскости контакта жесткого штампа с плоскодеформируемым основанием, исходя из сочетания упругого состояния основания с пластическим, определении закона перемещения границ этих состояний в плоскости контакта с ростом внешнего среднего давления (рср) с учетом распределения упругих контактных напряжений по закону вогнутой параболы и распределения контактных напряжений сдвига способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 z п под гладкой подошвой штампа по закону прямой линии, пересекающейся с вогнутой параболой упругих напряжений на границе раздела зон упругих и сдвиговых деформаций, достигается тем, что по данным испытания грунта рассчитывают в зависимости от угла способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 внутреннего трения, с - сцепления, способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 - объемного веса параметры несущей способности основания под штампом известной формы, размеров, жесткости и степени шероховатости его подошвы: величину среднего (рср (пр,кр,кпр) ), краевого (p2 (пр,кр,крп)) и максимального (р1 (пр,кр,крп)) значения давления под центром подошвы штампа в предельном, критическом и предельно-критическом состоянии основания по формулам р2 кпр=[способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823cCtgспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823)/(Ctgспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823+способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823-способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823/2)]+[cCosспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823/(1+Sinспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823)], p2 кр=c[Sinспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823·(способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823-2способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823)+2(способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823-Cosспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823)]/{(1+Sinспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823)[2-tgспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823·(способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823-2способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823)]}, р2 пр=(1/2)(р2 кр -|ркр2 раст|), где |ркр2 раст|=[4Cosспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823-p 2 кр(1-Sinспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823) 2/(1+Sinспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823) 2 - давление растяжения под центром штампа в критическом для основания состоянии, р1 (пр, кр, крп) =[р2 (пр, кр, крп))(1-Sinспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823) 2+4сCosспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823]/(1-Sin способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823) 2, рср=(пр, кр, крп)2 (пр, кр, крп)х(1+Sin2способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823)+2cCosспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823]/(1-Sinспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823) 2, соответствующую зонам развития сдвига от краев штампа до его центра по схеме Хилла, до противоположных сторон штампа с формированием грунтового ядра до краев штампа - по схеме Прандтля и за противоположные стороны штампа с увеличением грунтового ядра за края штампа с временным повышением несущей способности основания, а затем с проявлением провальных осадок основания; величину давления потери структурной прочности материала основания при растяжении (pстр раст) и сжатии (p стр сж):|pстр раст|=2Cosспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823/(1+Sinспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823),|p стр сж|=2Cosспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823/(1-Sinспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823) и расчетным путем устанавливают расстояние d=в(1-Sinспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823) 2/4Sinспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 от края в сторону от штампа, соответствующее влиянию давлению связности грунта ре=-cCtgспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823; расстояние от края в сторону от штампа

способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823

соответствующее величине удаления центра зон сдвигов за края штампа с давлением рц=-[р2 крп (в+2m)-2p2 пр(в+m+tо)]/(в+2t о), где to=в(р1 крп1 кр)/(р1 кр-p 2 кр) - величина зоны развития сдвигов за краями штампа в предельно-критическом состоянии основания; ширину эквивалентного штампа во=в +2 m, под которым рассматривают контактное взаимодействие с основанием; далее от правого края штампа в масштабе наносят вправо от начала координат в центре симметрии штампа точки Ц[(а+m), (-рц)] и D[(a+d), (-ре)], от левого края влево на расстоянии [-(tо+а)] проводят вертикаль, на которой откладывают точки А[-(а+tо),р1 крп], В[-(а+tо),рср крп ], С[-(а+tо),р2 крп], а на расстоянии [±(m+а)] и [±а] проводят дополнительные вертикали, точки А и С соединяют прямыми линиями L1 и L2 с точкой Ц, а точку А и В соединяют прямыми линиями M1 и Мср с точкой D, точку пересечения прямой Мср с вертикалью [-(m+а)] с координатами G[-(m+a), рG], где рG=[(pcp пр +cCtgспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823)2(в+m+d)/(в+2d)]-cCtgспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823, соединяют с точкой Ц прямой линией N, определяющей с ростом р ср сужение асимптот (аас) ветвей вогнутой параболы эпюры упругих контактных напряжений способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 под полосовым и способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 под круглым штампом, а также точку G соединяют с точкой S[f кр I, 0], где fкр I=(а+d)[p 2 пр-0,5|pстр раст |/(p2 пр+cCtgспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823) - расстояние от центра штампа до точки штампа с давлением, соответствующим значению «первой критической нагрузки» Рср.кр Iср пр-[(р2 пр -0,5|рстр раст|)(pср пр +cCtgспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823)/(р 2 пр+cCtgспособ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823)] на прямой Мср, прямой линией Р перемещения полюса вогнутой параболы эпюры упругих контактных напряжений с ростом рср, а контактные напряжения определяют по ординатам эпюр, которые строят из точки F пересечения прямой M1 с вертикалью, проходящей через точку К пересечения прямой М ср с горизонталью эпюры рср, путем проведения ветви вогнутой параболы способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 через точку F и полюс П до способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 у вертикали асимптоты аас и до точки Т [-(а+m); 2р ср/способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823] для полосового или Т[-(а+m):2pcp/способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823] - для круглого штампа, с одной стороны, и, с другой стороны, путем проведения прямой линии J из точки F в точку Ф[+а; р ф], где рф=2рсрF F-2R, a R=способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 max пр=(1/2)(рFБ ) - радиус круга Мора предельно-максимального по прочности состояния грунта под штампом на вертикали, проходящей через точки F, К и Б, причем отрезки FK=КБ=R, а линия J - есть эпюра развития при рср сдвиговых (пластических) деформаций под краем штампа, далее построенные эпюры зеркально отображают относительно оси ординат и получают эпюры упругих и сдвиговых контактных напряжений под плоскостью штампа, а из точки Ф проводят кривую линию эпюры закраевых поверхностных напряжений на поверхности воронки сжатия грунта за краями штампа с уравнением способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 пов=[2способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823/|р ф|]arcSin(а/r), где r - расстояние от края за пределы штампа.

Предложенный графоаналитический способ определения контактных напряжений под полосовым и круглым штампом средних размеров позволяет с большой точностью, подтвержденными практическими исследованиями получить значение реактивных давлений под конструкциями, работающими на грунтовом основании в любом диапазоне действующих на них нагрузок. Впервые способ позволил обосновать возможность проявления под краями штампов отрицательных значений контактных напряжений в диапазоне действия малых внешних нагрузок, учесть закраевое поверхностное натяжение грунта за краями штампа, вызванное структурной прочностью грунта на растяжение. Впервые устанавливаются точные определяющие зависимости для значений предельных, критических и предельно-критических по прочности и устойчивости для основания нагрузок, существенно уточняется значение «первой критической нагрузки ркр I», появляется возможность определения давления «условно-мгновенной деформации грунта».

Основной технический результат по предложенному способу заключается в возможности установления границ развития с ростом среднего давления зон сдвигов и упругих деформаций, что по сути является решением смешанной упругопластической контактной задачи, выраженным единым уравнением прямой Мср, соответствующей закономерности развития пиков максимальных контактных напряжений с ростом среднего давления (на прямой M1) под подошвой штампа, устанавливающих эту границу раздела зон. Впервые появляется возможность обосновать на разных этапах нагружения величину несущей способности грунтового основания и получить четкие границы фазовых переходов состояния грунта под штампом. Так, впервые были установлены границы «условно мгновенного упругого» деформирования грунта под нагрузкой р мгн, «первой критической нагрузки» ркр I, предельной, критической и предельно-критической нагрузки, отражающие ранее не установленные запредельные фазовые состояния грунтовых оснований.

Предложенный способ впервые позволил установить закономерности развития контактных напряжений в торфяных залежах и в идеально связных и сыпучих средах, а также выяснить возможность перехода грунтовых сред из предельного состояния сразу в предельно-критическое состояние.

Следует отметить, что, зная влияние на краевые давления жесткости, формы, размеров и шероховатости материала штампа, можно по предложенному способу определить их влияние на закономерность развития как контактных напряжений, так фазовых переходов состояния грунта основания.

Знание истинности эпюр контактных напряжений под штампом и за его краями впервые позволяет с большой точностью и достоверностью рассчитывать по глубине деформируемого основания его напряженно-деформированное состояние. Ранее при расчете НДС основания способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 х, способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 z, способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 zx исходили из наперед заданного треугольного, прямоугольного, стреловидного распределения напряжений под штампом от действия внешней нагрузки, действующей на штамп по этому же закону, что является обоснованным только для абсолютно гибких штампов. В зависимости от жесткости эти закономерности резко меняются, как отмечено практическими исследованиями и в предложенном способе.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема построения определяющих прямых и графиков эпюр упругих и сдвиговых контактных напряжений, совмещенная с диаграммой Мора максимально-предельного по прочности состояния грунта под плоскостью штампа, на фиг.2 - эпюра закраевых напряжений поверхностного натяжения грунта в воронке сжатия за периметром штампа, фиг.3 - эпюра закраевых напряжений в трещине торфяного основания.

Пример реализации способа. Для супеси по результатам инженерных изысканий (или по нормативным данным) получают значения физико-механических характеристик деформируемого плоским жестким полосовым штампом грунтового основания:способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823=36° - угол внутреннего трения, с=0,02 МПа - удельное сцепление, способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823=20 кН/м3 - плотность грунта. По расчетным зависимостям определяют значения: p2 крп=0,2095 МПа, p1 крп=3,395 МПа, рср крп =1,802 МПа, ркрп2 раст=0,012 МПа, р2 кр=0,1153 МПа, рср кр =1,1037 МПа, p1 кр=2,092 МПа, p 2 пр=0,0487 МПа, рср пр =0,5762 МПа, р1 пр=1,1037 МПа=рср кр; строят определяющие прямые с учетом значений m=0,1237в, d=0,0723в, to=0,659в, где в=2а, а в о=в+2m=1,2474в (фиг.1) в прямоугольной системе с началом координат на оси симметрии под подошвой штампа. Для давления рсркр I=0,2711 МПа находим точку S полюса вогнутых парабол на расстоянии от центра штампа fs о=0,59a, что соответствует способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823½ полуширины штампа. Из точки S проводят прямую в точку G (фиг.1), где рG=1,1916 МПа и при рсркр I проводят горизонталь эпюры средних контактных напряжений, отсекающей по линии M1 точку развития асимптоты а ас и на линии Р точку П полюса вогнутой параболы, ветвь которой проводят через точки F, П до способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823 у вертикали асимптот и до точки Т, где давление рт=(2способ определения контактных напряжений в грунте, патент № 2265823кр I=0,1726 МПа. Точку F соединяют с точкой Ф с рассчитанными координатами линией J эпюры сдвиговых контактных напряжений под гладким штампом, а эпюру упругих и сдвиговых контактных напряжений зеркально отображают относительно оси ординат. Дополнительное построение кругов Мора (фиг.1) на диаграмме максимально предельного по прочности состояния грунта под штампом позволяет быстро и точно определить в заданной системе координат при заданном среднем давлении значения максимальных (пики) и минимальных контактных напряжений на границе зон упругих и сдвиговых деформаций и по краям зоны сдвиговых (пластических) деформаций.

Предложенный способ определения контактных напряжений открывает новое научное направление в механике контактного взаимодействия в геомеханике, позволяющее теоретически расширить знания в области линейной механики грунтов, расчете конструкций на линейно-деформируемом полупространстве, теории резания и экскавации грунтов, теории трещин, проходимости техники и т.д. С практической стороны уже на первом этапе развития нового направления получены четкие и точные зависимости, определяющие несущую способность грунтовых оснований и торфяных залежей без введения коэффициентов запаса прочности, что дает сотни миллионов рублей в год экономии при проектировании и строительстве зданий и сооружений.

Источники информации

1. Винокуров Ф.П., Тетеркин А.Е. и др. Строительные свойства торфяных грунтов. - Минск: изд-во АН БССР, 1962. - с.145-147 (аналог).

2. Абелев М.Ю. Слабые водонасыщенные глинистые грунты как основания сооружений. - М.: Стройиздат, 1973. - с.12-124 (аналог).

3. Механика грунтов и фундаментостроение (Труды 5-го Международного конгресса)/ Перевод с англ. А.В.Юфина под ред. Н.А.Цытовича. - М.: изд-во лит-ры по строительству, 1966. - С.224-228 (аналог).

4. Горбунов-Пасадов М.И., Маликова Т.А., Соломин В.И. Расчет конструкций на упругом основании. - М.: Стройиздат, 3-е изд., перераб. и доп., 1984. - с.63-66 (прототип).

Класс G01N3/08 путем приложения растягивающих или сжимающих статических нагрузок

машина для испытаний материалов на ползучесть и длительную прочность (варианты) -  патент 2529780 (27.09.2014)
нагружающий механизм установки для испытания образцов материала на ползучесть и длительную прочность-одних на растяжение, а других на изгиб с кручением -  патент 2527317 (27.08.2014)
способ определения закрепленности петли в структуре трикотажного полотна -  патент 2526112 (20.08.2014)
способ испытания конструкций при осевом и внецентренном приложении знакопеременных нагрузок и стенд для его осуществления -  патент 2523074 (20.07.2014)
стенд для испытания образцов из хрупких и малопрочных материалов -  патент 2523037 (20.07.2014)
реверсор для исследования физико-механических свойств образцов -  патент 2521727 (10.07.2014)
способ определения механических свойств образцов горных пород и материалов -  патент 2521116 (27.06.2014)
способ определения количества антиоксидантов в авиакеросинах -  патент 2519680 (20.06.2014)
центробежная установка для исследования энергообмена при разрушении -  патент 2518242 (10.06.2014)
центробежная установка для испытания образцов материалов при энергообмене -  патент 2517817 (27.05.2014)

Класс E02D1/00 Исследование грунта основания на стройплощадке

устройство для измерения деформаций грунтов -  патент 2529214 (27.09.2014)
устройство для отбора почвы -  патент 2525080 (10.08.2014)
способ моделирования горизонтального термоэрозионного размыва мерзлых грунтов -  патент 2520590 (27.06.2014)
устройство для комплексного определения физических и механических свойств грунтов в полевых условиях -  патент 2510440 (27.03.2014)
способ определения деформации горных пород в зонах, недоступных для прямых измерений -  патент 2509889 (20.03.2014)
способ динамического зондирования грунтов и устройство для его осуществления -  патент 2507341 (20.02.2014)
комплект устройств для отбора вертикального монолита почвогрунтов -  патент 2505792 (27.01.2014)
способ оценки содержания крупнообломочных включений на характеристики сжимаемости смесей глинистых грунтов -  патент 2503776 (10.01.2014)
устройство для измерения скорости и направления движения грунта относительно подземного трубопровода -  патент 2498015 (10.11.2013)
способ определения морозного пучения грунта при промерзании сезоннопротаивающего слоя -  патент 2498014 (10.11.2013)
Наверх