Виды деформаций инженерных сооружений

Инженерные сооружения и земная поверхность испытывают различные деформации, которые возникают вследствие внешних воздействий при изменении природных условий, а также являются следствием деятельности человека. К деформациям объектов приводят факторы, влияющие на разупрочнение грунтов (обводнение или осушение территории, локальные изменения влажности грунтов на площадке размещения инженерного сооружения, не-удовлетворительное состояние отвода атмосферной влаги, влияние морозного пучения увлажненных грунтов и др.). При проведении горных работ, строительстве тоннелей, коллекторов происходят опускания земной поверхности с находящимися на ней сооружениями, происходят и деформации самих горных выработок. Часто деформации вызываются карстовыми явлениями, воздействием вибраций от массивных механизмов, сейсмическими воздействиями от землетрясений. Опыт изучения деформаций, накопленный за несколько десятков лет, показывает, что их величина определяется от единиц миллиметров до десятков метров.

Под деформацией понимают изменение формы объекта (здесь – инженерного сооружения или земной поверхности). В результате постоянного давления массивного сооружения на грунт происходит сжатие грунта и смещение объекта в вертикальном направлении. Такое смещение называют осадкой. Обычно осадка носит затухающий характер и для вновь построенного сооружения достигает через некоторое время предельной величины. В результате воздействия различных факторов природного и искусственного происхождения может произойти коренное изменение структуры грунтов основания. В связи с этим возникает быстропротекающие во времени деформации, которые называют просадками. Как осадка сооружения, так и его просадка могут проявляться неравномерно по площади. Это положение возникает при неравномерных нагрузках на грунт, а также из-за значительно различающихся его свойств даже при равномерной нагрузке. Неравномерные деформации приводят к кренам сооружений, сдвигам, перекосам, прогибам, горизонтальным смещениям. Чаще всего такие деформации проявляются в виде трещин, разломов, призм откола на углах сооружений, в ослаблении несущих конструкций. Горизонтальные смещения сооружений часто наблюдаются в тех случаях, когда объект находится на склоне либо вблизи него. В этом случае решающим может оказаться боковое давление грунта. Подобные деформации испытывают, например, гидротехнические сооружения из-за бокового давления воды. Объекты башенного типа испытывают воздействия неравномерного солнечного нагрева и ветра, что приводит к их изгибам, кручению и наклону. Наклон в направлении продольной оси сооружения называют завалом, а в направлении поперечной оси – перекосом. Участок земной поверхности, который подвергся сдвижению под влиянием горных работ, называют мульдой сдвижения. В общем случае точки земной поверхности в мульде сдвижения перемещаются в вертикальном и горизонтальном направлениях. Вертикальная составляющая вектора сдвижения точки в мульде называется оседанием (земной поверхности). Участок мульды сдвижения, в котором изгиб слоев грунта происходит без разрывов сплошности массива, называют зоной прогиба. Горизонтальная составляющая вектора сдвижения точки в мульде определяет процессы растяжения или сжатия. Растяжение приводит к разрывам сплошности массива горных пород (грунта), сжатие чаще способствует вспучиваниям грунтов. Откосы часто подвержены оползням – медленным смещениям масс горных пород. Это смещение происходит в виде скользящего движения между сдвигающимися породами и неподвижным массивом. При быстром смещении породных масс или блоков и пачек пород, слагающих откос, возникает обрушение. Оно сопровождается дроблением смещающейся части массива. Некоторые разновидности песчано-глинистых пород, насыщенные водой, способны перейти в текучее состояние при углах наклонов 4^о – 6^о. Перемещение таких масс называют оплывиной. Оплыванием (как процессом) называют фильтрационные деформации, которые вызываются переносом и переотложением грунтовых частиц подземными водами. Оплывание происходит в откосах в местах высачивания подземных вод. Приповерхностная часть откоса может разрушаться и смещаться в основном под действием силы тяжести грунтов и при значительных углах откоса. Такие разрушения называют осыпями.