Известно, что работа основания сооружения характеризуется темя фазами работы грунта:
- I фазой уплотнения;
- II фазой локального нарушения прочности;
- III фазой нарушения устойчивости основания.
При работе основания сооружения в Iой фазе напряженное состояние основания оценивается с помощью математического аппарата линейной теории упругости. Это позволило ввести для основания сложенного неупругими грунтами, понятия линейно-деформируемого пространства.
С ростом нагрузки на основание работа грунта переходит во II фазу, когда в некоторых точках возникает нарушение прочности, приводящее к более интенсивному и неравномерному увеличению осадки. Применительно к грунтам под прочностью понимают их предельное сопротивление действию касательных напряжений τ. Прочность в точке основания можно считать обеспеченной, если по любому направлению площадки, проведенной через точку, сопротивляемость сдвигу S выше касательного напряжения τ. Таким образом возможны три варианта при оценке прочности в точке:
- прочность обеспечена, если S>τ;
- выполняется условие предельного состояния, если S=τ;
- прочность не обеспечена, если S<τ.
Степень обеспеченности прочности в точке можно оценить посредством коэффициента запаса прочности
Кзап=S/τ
При этом, когда Кзап>1 прочность обеспечена; Кзап=1 выполняется условие предельного состояния; Кзап<1 прочность не обеспечена.
Переход работы основания во II фазу сопровождается появлением и развитием областей нарушения прочности. При этом сооружения претерпевают существенные неравномерные осадки.
Нагрузка, соответствующая граница между I и II фазами работы грунта, называется начальной критической нагрузкой. Её синонимами также являются первая критическая нагрузка и безопасная нагрузка.
При дальнейшем росте нагрузки на основание зоны нарушения прочности приобретают обширное очертание и в основании формируются поверхности скольжения, на которых τ=3. Работа основания переходит в IIIфазу. В III фазе работы грунта при мелком заглублении фундамента сооружения происходит выпор грунта из-под фундамента, катастрофические осадки и крен сооружения. При наличии эксцентриситета нагрузки происходит односторонний выпор грунта из-под фундамента и опрокидывание сооружения (общая потеря устойчивости, τ>S).
Сооружения с фундаментами глубокого заложения претерпевают катастрофически неравномерные осадки.
Нагрузка, соответствующая границе между II и III фазами, называется предельной нагрузкой (синонимы – вторая критическая нагрузка и несущая способность грунта).