Взаимодействие одиночной сваи с грунтовым массивом с учетом их относительного смещения

Данное исследование посвящено аналитическому решению задачи о взаимодействии одиночной сваи с однородным и неоднородным грунтовым массивом с учетом снижения трения на их контакте и возможности отрыва и проскальзывания сваи по грунту. Под решением подразумевается определение компонент напряженно-деформированного состояния слоя грунта, вовлекаемого сваей в работу за счет возникающего трения на их контакте. Существующие методы определения напряженно-деформированного состояния на контакте "грунт-конструкция" работают при условии полного прилипания конструкции к грунту, т.е. осадка сваи равна осадке прилегающего слоя грунта. Это является допущением для решения такого класса задач и не соответствует действительной картине формирования напряженно-деформированного состояния. Кроме того, определение компонент напряженно-деформированного состояния ведется из расчета, что характеристики грунтов контактной зоны соответствуют характеристикам грунтов из массива. Однако при строительстве на контакте сваи с грунтом возникает не только снижение сил трения, за счет которых передается нагрузка от веса возводимого сооружения на грунт, но и отрыв сваи от грунта и, следовательно, ее проскальзывание. Учет относительного смещения сваи приведет к перераспределению контактных напряжений вдоль ее ствола и к изменению их величины. Изменение в эпюре контактных напряжений отражается на эпюре моментов и поперечных сил в сваях, а также на ее несущей способности и осадке, которые являются основными задачами при проектировании свайного фундамента. Решение поставленной задачи позволит получить новые представления о реальной картине напряженно-деформированного состояния грунта на контакте со сваей, а, следовательно, сформировать новый подход к определению несущей способности сваи и ее осадки. Основные принципы полученного решения могут быть использованы для ограждений котлованов, на контакте с грунтом которых реализуется тот же механизм трения и отрыв с проскальзыванием, что и у свайных фундаментов. Научная значимость проекта связана с тем, что в результате выполнения исследований будет решена задача взаимодействия сваи с грунтом с учетом снижения механических свойств и относительным смещением сваи, что даст новое решение классической задачи определения несущей способности и осадки одиночной сваи и создаст предпосылки для решения задач о взаимодействии других конструкций с грунтами. Планируется решить о взаимодействии одиночной сваи с однородным и неоднородным грунтовым массивом при условии снижения механических свойств на их контакте и возможности проскальзывания сваи относительно грунта. Полученное аналитическое решение краевой задачи позволит получить представление о характере распределения напряжений на поверхности сваи и о величинах компонент напряженно-деформированного состояния. Для получения точных величин компонент напряженно-деформированного состояния на контакте и дальнейшей верификации уравнения необходимо получить численные значения прочностных параметров грунтов контактной зоны. Для их определения планируется проведение лабораторные испытания на приборе одноплоскостного среза по схеме испытания "грунт-твердая поверхность", а также планируется статистическая обработка результатов лабораторных экспериментов. Для верификации полученного аналитического решения будет проводиться сравнительный анализ графиков зависимости осадок свай от нагрузки, полученных по результатам аналитического решения и данных натурных испытаний свай статической нагрузкой. Для дополнительной верификации будет сделана сравнительная оценка всех компонент напряженно-деформированного состояния, полученных по результатам аналитического решения и численного решения, рассчитанного методом конечных элементов.