Тиск ґрунту на спорудження, Грунти та основи гідротехнічних споруд, Навчальна база
Найпростіші практичні методи визначення
Поняття про активний та пасивний тиск
При вирішенні практичних завдань із загального напруженого стану масиву ґрунту зазвичай виділяють в окреме завдання визначення напруги і зусиль, що передаються на вертикальні або похилі грані споруди. Типовими конструкціями, для яких суттєво важлива оцінка тиску ґрунту Е, є різного виду підпірних стінок (рис. 6.1, а), наприклад розділові стінки примикання ґрунтових гребель до бетонних або будівель ГЕС, набережні, причали, стінки шлюзів та ін. Крім того, бічне тиск ґрунту визначають на стінки підвальних приміщень (рис. 6.1, б), засади мостів (рис. 6.1, в), гідротехнічні споруди (рис. 6.1, г), огородження котлованів, стінки перемичок та ін.
Мал. 6.2. Зв'язок тиску ґрунту (Е) з величиною та напрямком горизонтального зміщення (II) споруди
Розглянемо цей вплив зсувів вертикальної контактної грані з прикладу найпростішої підпірної стінки (рис. 6.2). У разі впевнено нерухомої стінки (рис. 6.2, в і див. рис. 6.1 б) деформації ґрунту в зоні найближчої до стінки відбуваються без можливості бічного розширення і тому при дії тільки власної ваги ґрунту відповідно до (3.3) можна прийняти ах = 1 2 /2, яке у разі часто називають тиском спокою.
Під впливом тиску ґрунту можуть виникати усунення споруди у бік від ґрунту засипки (на рис. 6.2 зі знаком мінус, тобто — 60).
При цьому в масиві ґрунту утворюються поверхні ковзання і поступово формується область обвалення та пластичних деформацій ґрунту, яку іноді називають призмою (клином) обвалення (1 на рис. 6.2, б). Виникаючі в зоні, що зміщуєтьсяґрунту сили опору зсуву призводять до зменшення тиску ґрунту, який при певній величині зміщення - V споруди та закінчення формування призми обвалення досягає граничного мінімального тиску, званого активним тиском або розпором -Еа (рис. 6.2, а). Як показали експерименти, для досягнення Еа необхідні малі зміщення стінки порядку II > (0,002. 0,0002).
Іноді внаслідок дії зовнішніх сил переміщення споруди відбувається у бік ґрунту, тобто виникає випадок + І (рис. 6.2). Це може яскраво виявлятися у спорудах, що сприймають великі горизонтальні навантаження, наприклад засадах аркових мостів (див. рис. 6.1, в). У разі гідротехнічних споруд (див. рис. 6.1, г) внаслідок дії тиску води виникають горизонтальні зміщення з боку нижнього б'єфу + і, а з боку верхнього -V.
При переміщенні стінки на ґрунт (рис. 6.2, г) поступово формується область або призма випору ґрунту (2 на рис. 6.2, г) та виникають сили опору зсуву, що перешкоджають випору. В результаті по межі стінки виникає реакція грунту, що все збільшується, яка до моменту випору всієї призми досягає максимальної величини, званої пасивним тиском або відсічом грунту ЕП (рис. 6.2, а).
Для розвитку та утворення пасивного тиску ґрунту потрібні великі переміщення +1/, що значно перевищують 0а. Це спричинено, зокрема, ущільненням ґрунту за стінкою. При передачі на ґрунт зовнішньої (зміщує стінку) навантаження ґрунт спочатку ущільнюється і тільки потім починають формуватися поверхні ковзання - випору ґрунту.
Таким чином, під активним тиском розуміється граничний тиск ґрунту на спорудження в умовах, коли ґрунт за спорудою (стінкою) перейшов у стан граничної рівноваги,т. е. при нескінченно малій добавкі навантаження відбудеться обвалення ґрунту за стінкою. Пасивний тиск - це гранична реакція ґрунту при русі споруди на ґрунт в умовах, коли весь ґрунт за спорудою (стінкою) перейшов у стан граничної рівноваги і при нескінченно малому додатковому навантаженні відбудеться випір ґрунту за стінкою. Слід наголосити, що по відношенню до споруд активний тиск завжди є активною силою, а пасивний — реактивною силою.
Для визначення активного та пасивного тисків ґрунту на споруду зазвичай приймається розрахункова модель граничної рівноваги ґрунту, застосовуються рішення теорії граничної рівноваги або різного роду наближені рішення, що ґрунтуються на цій моделі.