Исследование несущей способности песчаного основания в Новочеркасске проводятся вот уже почти 55 лет и этот период можно разделить на несколько этапов. На первом этапе была создана машина МФ-1, приборы и методика проведения исследований под руководством профессора Ю.Н. Мурзенко его первыми учениками, которыми параллельно решалась задачи изучения контактных напряжений под фундаментами [1, 2]. Автоматизация опытов и новые тензометрические приборы вывело исследования второго поколения учеников Ю.Н. Мурзенко на новый уровень и одновременно с изучением несущей способности основания были получены во всем интервале нагружения компоненты напряженно-деформированного состояния в массиве песчаного основания. Третий этап связан с исследованиями Г.М. Скибина, А.И. Субботина, Е.Ю. Анищенко, Д.Н. Архипова, О.Н. Осиповой, Т.А. Крахмального, И.В. Чиж, И.В. Якименко с которыми активно работали или полностью руководили ученики Ю.Н. Мурзенко [3].
В качестве модели основания во всех опытах принят крупнозернистый песок, что позволило получать повторность опытов с основанием с достаточно близкими характеристиками. Большой объем экспериментальных данных с различными моделями при одинаковых начальных состояниях требует нового осмысления и анализа с учетом развития вычислительных методов и использования компьютеров. Для обеспечения повторности грунт из лотка после проведения каждого опыта вынимается на необходимую глубину и затем слоями укладывается с уплотнением до заданных параметров, которые контролировались иглой плотномером. Использование песка в качестве основания позволяло размещать в контактном слое и в массиве основания датчики для измерения параметров НДС с минимальными нарушениями однородности основания в полярной или декартовой системе [2].
Опыты с жёсткими моделями ленточных фундаментов (штампов) проводил К.К. Куликов, через много лет с этими же моделями работал Г.М. Скибин [4]. Г.М. Скибин использовал три жестких штампа шириной 180 мм, что позволило исследовать распределение нормальных вертикальных и горизонтальных сжимающих напряжений вплоть до исчерпания несущей способности основания, которое сопровождалось выпором грунта [4]. Результаты опытов Г.М. Скибин сравнивал с верхними оценками несущей способности оснований ленточных фундаментов [5].
Модели круглых фундаментов как жесткие, так и гибкие первым исследовал в своих работах Г.М. Борликов, затем Э.В. Аринина, В.В. Ревенко, Ю.В. Галашев [6, 7], Л.В. Краснояруженский [8, 9], а в настоящее время О.Н. Осипова [10].
Ю.В. Галашев в опытах измерял составляющие тензора напряжений и тензора деформаций по оси круглого жесткого штампа до глубины 5,0 диаметров штампа [6]. Для измерения компонент деформированного состояния линейных Ю.В. Галашев использовал специально сконструированные датчики – деформометры Д-2, размещенные в массиве песчаного основания [7]. Для обеспечения многократного использования датчиков предварительно проведено два опыта с доведением основания до разрушения (исчерпания несущей способности [7]. При предельной нагрузке 1,35 МПа зафиксированы границы и величина выпора, что позволило выявить полную картину и механизм образования уплотненного ядра [7]. Л.В. Краснояруженский сравнил результаты измерения компонент деформированного состояния линейных деформаций с использованием деформометров Д-2 и результаты теоретического решения К.Е. Егорова [8]. В работе [9] на основании измерения линейных и сдвиговых деформаций построены эллипсы деформаций в радиальной плоскости и выявил значительную неравномерность деформированного состояния основания. О.Н. Осипова в своей работе [10] дополнила результаты, полученные Л.В. Краснояруженским, сравнением с экспериментальными данными, полученными А.Л. Крыжановским и Ю.И. Хариным, и теоретическими положениями, полученными Ю.К. Зарецким и Б.Б. Ореховым.
Работу фундаментов под отдельную опору исследовал З.Я. Тарикулиев на жестких и гибких стальных моделях [3], еще позже под руководством С.И. Евтушенко жесткие штампы использовали в своих опытах Т.А. Крахмальный (поворот) [11 - 13] и В.Н. Пихур [14 - 16] (раздвижка).
Т.А. Крахмальный провел опыты с тремя жесткими квадратными металлическими штампами размерами 354х354 мм с установкой линейно (повтор опытов К.К. Куликова) и с поворотом на 45 градусов [11]. Выявлено увеличение несущей способности основания за счет распределительной способности грунта. Анализ опытов позволил предложить целый ряд новых конструктивных решений фундаментов со сложной краевой зоной [12, 13].
В.Н. Пихур провел 12 опытов с двумя жесткими квадратными штампами размерами 354х354 мм с раздвижкой на расстояние 0,5, 1,0. 1,5 и 2,0 ширины штампов с измерением вертикальных нормальных напряжений до глубины 2,0 ширины штампа [14]. Эти опыты позволили изучить взаимовлияние двух фундаментов друг на друга. При расстоянии между штампами меньше 2,0 ширины штампа необходимо учитывать соседний фундамент при определении вертикального давления по оси проходящей через центр фундамента [15, 16].
Цементно-песчаные модели столбчатых фундаментов использовал в своей работе А.А. Цесарский [1]. Оценка несущей способности гибких фундаментов, как упруго-пластических тел, требует комплексного изучения параметров системы «фундамент-основание» и для их анализа предложено использовать график состояния системы. Анализ момента появления трещин в растянутой зоне бетона, перераспределения усилий между бетоном и арматурой в сочетании с тремя стадиями работы основания позволил выделить фазы работы гибких моделей фундаментов. В работе основания выявлена концентрация напряжений под проекцией стакана под колонну.
Комплексные исследования несущей способности железобетонных крупномасштабных моделей столбчатых фундаментов под отдельную опору с внецентренным приложением нагрузки изучал А.Ю. Мурзенко [17]. Модели изготавливались из бетона прочность которого определялась по стандартной методике [18] и соответствовала марке 200. Несущую способность сборных железобетонных модели таких же размеров в плане, но с разрезкой опорной плиты на два элемента и с подкладной плитой, изучал С.И. Евтушенко [19]. Позже Е.Ю. Анищенко изучал несущую способность сборных фундаментов со сплошной опорной и подкладной плитой [20]. Все модели доводились до разрушения, но выделить несущую способность песчаного основания в этих опытах достаточно сложно.
Несущую способность плитных фундаментов под сетку колонн на железобетонных моделях в полном интервале нагружения исследовал С.И. Политов [21]. Отдельная серия опытов была посвящена изучению влияния на несущую способность системы «фундамент-основание» величины консольных участков в краевой зоне плиты, которая зависит от величины пролета (шага колонн) и жесткости фундаментной плиты.
Железобетонные модели структурного сборного плитного и гипсовые модели перекрестно-ленточного фундаментов исследовал С.И. Евтушенко [22], но, как и с моделями столбчатых фундаментов, разделение фаз работы фундамента и основания достаточно сложная задача.
В.В. Шматков использовал в своих опытах модели сплошных плитных фундаментов, моделируя фундаменты значительной площади и конечной жесткости, выделяя среднюю (центральную) и краевую зоны [23]. Модель фундамента размерами 800х1500х10 мм изготавливалась из текстолита, но в его опытах основание до потери устойчивости не доводилось и изучалось напряженно-деформированное состояние краевой зоны [24-25].
В настоящее время продолжается изучение несущей способности основания гибких и жестких фундаментов под отдельную колонну и подпорных стен с различными решениями краевой зоны и совершенствование конструктивных решений фундаментов [26].
