Анализ результатов экспериментальных исследований фундаментов с оболочкой на песчаном основании проведенные Борликовым Г.М. [1-5] показал следующее. В качестве контрольных опытов автор ставил круглый фундамент на поверхность песчаного массива (Рис. 1.а) и исследовал НДС основания, построил поля плотности и определил несущую способность фундамента. За несущую способность системы «круглый фундамент-песчаное основание» принята нагрузка, когда осадка фундамента при постоянной нагрузке не затухала и происходил выпор грунта из под модели.
Рис. 1. Схемы проведения опытов
Основная серия опытов на модели фундамент с оболочкой (рис. 1.б) проводились при диаметре фундамента Dф = 0,4 м, а диаметр оболочки Dоб варьировался с увеличение соотношения α = Dф/Dоб 1,05; 1,3; 1,8 и 2,5. Оптимальным оказалось отношение α= 1,2 - 1,4, при котором несущая способность была в 4,5 - 5,5 больше чем фундамента по схеме рис. 1.а., что объясняется ограничением бокового распора. Оптимальным соотношением высоты оболочки Hоб к ее диаметру Dоб принято Борликовым Г.М. равным 0,5. После уплотнения грунта в оболочке при увеличении нагрузки до 0,2 σпр, фундамент и оболочка работают как единое целое, т.е. песчаное заполнение практически не уплотняется и осадка фундамента совпадает с осадкой оболочки. Далее фундамент работает как равновеликий по площади фундамент с диаметром равным Dоб, в том числе, как показали дальнейшие опыты, это справедливо при заглублении оболочки в грунт основания (Рис. 1.в). Кроме этого за счет улучшенного контакта песчаного заполнителя оболочки и песчаного основания несущая способность такого фундаменты на 20 процентов больше. Нормальные напряжения вдоль вертикальной оси фундамента достигают максимума на уровне середины высоты оболочки. Сжимающие вертикальные и растягивающие горизонтальные напряжения в оболочке плавно возрастают с увеличением глубины и достигают наибольших значений в нижней части оболочки. Более детально анализ НДС автором не приведен. Выводы, сделанные в работе Борликова Г.М., привели к тому, что появилось около 50 новых конструктивных решений фундаментов, защищенных патентами, в которых используется песчаный заполнитель.
В настоящей работе, на основании общих законов механики грунтов [6] и механики сплошной среды [7], проанализированы параметры напряженно деформирования состояния песчаного основания. Песчаное основание является прекрасной моделью грунтового массива при проведении экспериментальных исследований т.к. позволяет многократно проводить опыты в идентичных условиях. Это позволяет обеспечить повторность измерения параметров НДС и увеличивает достоверность полученных результатов. На первых этапах экспериментальных исследований НДС особое внимание уделялось изучению контактных давлений, а анализ фактически сводился к одноосному напряженному состоянию Рис. 2.а. Расчетные схемы по гипотезе Винклера фактически также выделяет лидирующее значение вертикальным давлениям. В модели Пастернака уже учитывается распределительная способность грунта и при постановке плоской задачи учитывает горизонтальные напряжения распора. При проведении экспериментальных исследований на моделях круглых и ленточных (условно бесконечных) фундаментов фактически рассматривают плоскую задачу с двумя главными напряжениями рис. 2.б. В последнее время большое распространение получили стабилометры (приборы трехосного сжатия), но наиболее распространенные позволяют получить равномерное обжатие с двумя равными главными напряжениями (кроме прибора Крыжановского А.Л., Воронцова Э.И., Музафарова А.А. а.с. № 302665).
Рис. 2. Виды напряженного состояния
Для анализа НДС фундамента с оболочкой грунт в оболочке находится в неоднородном напряженном состоянии. При этом напряжения в разных точках одного сечения неодинаковы и в сечении, параллельном данному, они другие. Если из тела, находящегося в неоднородном напряженном состоянии, выделить бесконечно малый элемент, то по граням этого элемента напряжения можно считать распределенными равномерно, то есть бесконечно малый элемент тела, находящегося в неоднородном напряженном состоянии, находится в условиях однородного напряженного состояния.
Рассматривая внутри оболочки малый параллелепипед, нагруженный главными напряжениями s1, s2, s3 (рис. 3), мы можем определить напряжения на наклонной площадке с внешней нормалью na, составляющей с напряжениями s1, s2, s3 соответственно углы a1, a2, a3.
Рис. 3. Объемное напряженное состояние
Для определения нормального sa и касательного ta напряжений на наклонной площадке мы можем записать формулы:
В этих формулах величины 
называются направляющими косинусами. Они связаны соотношением
Согласно закону Ш. Кулона, предельное сопротивление сыпучих грунтов сдвигу прямо пропорционально нормальному давлению рис. 4.
Рис. 4. Кривая предельных сопротивлений сдвигу
Анализируя рис. 5 (приведен рис. 3.11 [6]) видно, что напряжения аналогичны напряжениям в песчаном заполнении внутри оболочки фундамента.
Рис. 5. Линии равных напряжений в плоской задаче:
а – вертикальные напряжения, б – горизонтальные нормальные напряжения (распор),
в – сдвиговые касательные напряжения
Распределение распора распространяется в стороны на ширину больше площади подошвы фундамента. Обзор конструкций фундаментов с песчаным наполнением. Анализ параметров соответствующих деформаций будет приведен следующей работе.
Выводы.
Анализ результатов экспериментальных исследований фундаментов с оболочкой на песчаном основании позволяет сделать вывод об их эффективности. Анализ параметров напряженно деформирования состояния основания показал хорошую сходимость с результатами опытов. Приведены задачи и направления дальнейших исследований.
