Кроме расчетов осадок, необходимо проверять устойчивость основания против выпирания пород из-под фундамента. Породы могут выпирать из-под фундамента или штампа, если напряжения в них превосходят предел упругости. Тогда в основании появляются участки с пластическими деформациями. Развитие этих деформаций создает угрозу целости основания, а следовательно и сооружения. Для определения условий их возникновения и границ их
распространения
применяется
теория пластичности. Согласно этой теории размеры пластических деформаций зависят от свойств породы, величины вертикальных нагрузок и от конструкции фундамента – его ширины и заглубления.
С возрастанием вертикальных нагрузок на подошву фундамента зоны пластических деформаций увеличиваются, а для случая наибольшей из трех взятых нагрузок сливаются под серединой подошвы. Это делает сооружение неустойчивым. Поскольку нагрузки от сооружения бывают приложены к основанию на некоторой глубине, так как фундамент своей подошвой давит.
Напряженное состояние в любой точке основания можно определить, пользуясь теорией упругости. Для простоты предположим, что порода является вполне однородной на различных глубинах и неслоистой (последнее освобождает от учета направления текстуры).
Если произвести расчет для трех различных нагрузок, передаваемых на рыхлую породу, через штамп, установленный на ее поверхности, то получим характеристику напряженного состояния породы в основании. В случае нагрузок, приложенных к поверхности, пластические области открыты, так что порода из них может быть выжата, а при заглубленном фундаменте они замкнутся и выпирание из них пород невозможно. Но и в последнем случае
при достаточно
больших
нагрузках пластические зоны, образующиеся по обеим сторонам под подошвой фундамента, сомкнутся под ее серединой и сооружение окажется неустойчивым.
Сложнее обстоит дело, когда порода в основании сооружения, например плотные глины, испытывает не только упругие деформации.
Поэтому, вместо формул, в которых предполагалось, что боковое выпирание происходит по плоским поверхностям, начали разрабатывать методы расчета устойчивости песчаных пород в основании сооружений в предположении криволинейной поверхности скольжения. Для этих расчетов необходимо иметь две основные характеристики пород: объемный вес и угол внутреннего трения.
В неоднородном основании, при наличии в нем прослоев и линз с разным сопротивлением сдвигу или разным относительным сопротивлением вдоль и поперек слоистости, форма поверхности скольжения будет в различной степени отклоняться от ее формы в однородном основании.
При рассмотрении зон пластических деформаций основание предполагается песчаным. Песок, как известно, обладает способностью сохранять свою структуру при сжатии даже значительными усилиями, если боковое выпирание его невозможно (например, песок в обойме). Если не произойдет раздробления зерен песка при этом, то не будет и сдвигов.
Говоря вообще, поверхность скольжения может переходить из одной породы в другую (пересекать граничную поверхность контакта), если угол встречи поверхности скольжения с поверхностью наслоения будет меньше угла сопротивления сдвигу по контакту двух слоев или вообще вдоль ориентированной текстуры. В противном случае поверхность скольжения пройдет по более слабой породе (по контакту).