Введение. 
Расчет осадки основания фундамента по результатам испытания штампом

Расчет осадки основания жесткого фундамента производится методом послойного суммирования, при условии, что среднее давление на подошве не превышает расчетного сопротивления, которое вычисляется из условия ограничения размеров областей предельного состояния грунта под краями фундамента [1]. Методика расчета осадки никак не связана с этим ограничением и опирается на оценку компрессионного сжатия тонкого слоя грунта, а сжимающее давление рассчитывается по теории линейно-деформируемого полупространства. Обе теории допускают грубую идеализацию грунта: по первой грунт представляется идеальным газом, по второй — сплошной однородной средой. Обе не учитывают временной фактор — скорость нагружения основания.

Применение разных механических моделей к расчету одной величины делает его ненадежным и заставляет вводить поправочные коэффициенты, а также искать альтернативные пути решения (как, например, метод эквивалентного слоя [1], еще более оторванный от физической сути деформации грунтов). Для повышения надежности расчетов основания испытываются штампом.

Испытание оснований штампом площадью 5000 см² и 10 000 см² считаются эталонными при инженерно-геологических изысканиях для строительства. Данные испытания — зависимость осадки штампа от давления на подошве — используются затем для определения значения модуля общей деформации грунта, используемое далее для расчета осадки основания фундамента — методом послойного суммирования.

Условия подобия осадки штампа и фундамента отсутствуют, и это лишает возможности непосредственно использовать результаты испытания.

Давно ясно, что «в первое время после приложения нагрузки приобретают возможность перемещения те частицы (и их агрегаты), в контактах которых с их соседями наиболее высокие деформирующие напряжения сочетаются с низкими размерами сцепления.

Происходящие вначале некоторые перемещения отдельных частиц приводят к изменениям в распределении напряжений в контактах и их повышению в отдельных пунктах. Там, где деформирующие напряжения превысят сцепление, вновь появляется возможность перегруппировки частиц. Подобное вовлечение в движение все новых и новых групп частиц приводит к затягиванию деформаций во времени" [2]. Исследованиями ползучести глин показано, что при деформации микроструктуры «наряду с процессом „залечивания“ дефектов происходят смещение частиц и их более плотная упаковка и упрочнение грунта» [3].

При длительных наблюдениях за сдвиговой ползучестью установлено, что «кривые ползучести не являются плавными кривыми… Перестройка структуры грунта происходит скачкообразно», с упрочнением грунта. На этапе формирования зоны скольжения «в отдельных участках массы грунта непрерывно происходит разрушение связей в контактах между частицами и местная перестройка структуры.

В некоторые моменты времени, когда соседние участки оказываются уже достаточно перегруженными, процесс лавинообразно охватывает всю формирующуюся зону скольжения, и тогда происходят хорошо наблюдаемые скачким. К концу первого этапа возникает грубая поверхность скольжения с ориентированным вдоль нее расположением чешуйчатых частиц" [4].

Теория предельного состояния описывает поверхности скольжения феноменологически. Но она рассматривает финальный момент его работы под нагрузкой — момент разрушения. Благодаря строгой обоснованности и законченности она сыграла огромную положительную роль в развитии механики грунтов. Однако ее возможности ограничены в области используемых нагрузок на основание фундамента, потому что она не отражает развитие предельного состояния, по мере роста нагрузки с реальной скоростью [5].

Наблюдения за деформациями грунтов позволили выявить эффекты, которые не объясняются существующими теориями деформаций и разрушения: неравномерное увеличение осадки штампа [6], образование блоков, перемещающихся как целое внутри области предельного состояния, как в сыпучих грунтах [7, 8], так и в глинистых [5, 9], влияние неоднородности на структурные деформации грунта [1, 7].

Применяемая на практике стандартная методика [10] хороша тем, что используются штампы размеров, часто сравнимых с размерами фундаментов. Однако применение результатов к большим фундаментам, площадью десятки и сотни квадратных метров, необоснованно. Центральной проблемой здесь являются условия подобия штампов и фундаментов, которые позволили бы обосновать моделирование работы последних.

фундамент грунт осадка деформация.