книги / Основы прикладной геомеханики в строительстве
..pdf(Cauchy) and compatibility equations (St. Venant). These general equations (of equilibrium and geometric relationships) are applicable to any media, but are in sufficient to analyze stresses and deformations in continuous and, especially, in discontinuous media. To solve problems in geomechanics, it is essential, in addition, to know the special features of the mechanical properti'es of rock and their physical equations of state with the stress level and the loading conditions taken into con sideration.
Here, within definite limits, use can be made of the principal equations of elas ticity theory, creep theory and the theory of plasto-viscous flow. This proves suffi cient for solving problems in the geomechanics of continuous massive crystalline rock. But for discontinuous soils and rock (fissured-block rock; single-, twoand multiphase soils and organomineral masses), additional relationships that take their properties into account are required:
for rock— the criterion of quasi-continuity and the criterion of fissure inter stices;
for multiphase soils— equations of compressiblity, pore water permeability, contact shear strength and structural phase deformability; fundamental principles: of effective stresses, of interaction of the soil skeleton and gas-containing pore wa ter, of limiting equilibrium and of a constant sum of total stresses in the conso lidation process;
for organomineral masses— the mineralization equation (in addition to the re lationships for multiphase soils).
C h a p t e r 3
The Problems of Applied Geomechanics and Their Solution
Using specific problems of applied geomechanics as examptej this chapter de monstrates the possibility of applying quantitative methods from the mechanics of deformable continuous media to the prediction of geomechanical processes in geo logical media, taking into consideration their interaction with structures.
General problems of applied mechanics in engineering and construction prac tice are expounded. These include: an evaluation of the stressed-strained state of rock massifs subject to the action of surface and body forces, and problems in assessing the effects of large-scale hydrotechnical and mini’ng construction on the
geomechanical processes.
The chapter concludes with problems concerning the applied geomechanics of fold-mountain regions.
C h a p t e r 4
Consolidation and Creep of Multiphase Soils
in Applied Geomechanics
This chapter presents the basic principles and equations in the mechanics of multiphase soils. Formulations and solutions are given for problems of consolidati on, taking into account creep and skeleton ageing, as well as the compressibility of the pore liquid.
Also considered are the solutions of consolidation problems for the engineering prediction of pore pressure and the deformation of soils i'n the bases of structures on the basis of the equivalent layer method proposed by N. A. Tsytovich.
Examples are given of solutions for problems of applied geomechanics related to the theory of consolidation and creep of multiphase soils and to the prediction of the stressed-strained state of multiphase soil massifs.
C h a p t e r 5
Employing Applied Geomechanics for Extremely
Complex Conditions
This chapter sets forth the problems of applied geomechanics that arise in building structures in regions where structurally unstable soils prevail (silts, peats, varved clays, frozen and thawing soils, permafrost, loess and swelling soils).
Presented on the basis of the temperature-moisture anology are the principal moisture-elasticity equations, as well as solutions of problems for evaluating the stressed-strained state of swelling soil massifs when subject to moistening (wetting) which is nonuniform in space and time.
Concisely dealt with are the basic problems of applied geomechanics in largescale constructure on thermally unstable soils and permafrost. Two basic prin
ciples of |
construction |
on |
permafrost are substantiated: |
(1) |
the principle of |
per |
||||
mafrost |
conservation, |
and |
(2) |
permitting the thawing |
of |
the |
permafrost foun |
|||
dation bases. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C h a p t e r 6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Problems of Rock CosmomecJianics |
|
|
|
|
|
|||
In this chapter, the problems of rock cosmomechanics are |
presented (on |
the |
||||||||
basis of |
published data) |
for the first time. Only a general |
idea |
is |
given |
of |
||||
the conditions under which continuous massive crystalline |
rock and |
loose |
soil |
|||||||
are formed in extraterrestrial |
space. A concise description |
is |
given |
of the |
fac |
tors that influence the mechanical properties and state of rock and, for the first time data obtained on the cosmomechanics of rock from certain planets of the So
lar system are discussed. Features |
of |
the |
mechanical |
properties of |
rock |
in space |
||
are considered for two cases: when |
it |
is |
subject to |
a high vacuum |
and |
when it |
||
is subject to high atmospheric pressure. |
|
|
|
|
|
|||
An |
analysis is |
given of the |
factors influencing mechanical processes and |
|||||
the properties of rock under conditions of outer space. |
|
|
|
|||||
Descriptions are given of certain small-size remote-controlled devices, develo |
||||||||
ped in |
the USSR |
and the USA, |
for determining the mechanical properties of |
|||||
soils (and rock) under conditions |
prevailing in space. Data are presented that |
|||||||
were obtained in investigations for determining the |
physicomechanical properties |
|||||||
of the soils that make up certain planets. |
|
|
|
|
Антропогенный фактор — 3 Влагоупругость — 257, 259
Возбужденное землетрясение — 103 Геодинамика — 13
Геодинамические напряжения — 23, 131 Геологическая среда— 15, 89 Геомеханика — 5
—глобальная и региональная— 12
—прикладная — 16
Геомеханический процесс— 15, 28, 33, 34
—эндогенный — 16, 18, 28, 31
—экзогенный — 15, 16,' 25, 28, 30, 33
—прогнозирование — 37
Геостатические напряжения — 21, 131 Гидрогеомеханика — 13
Глубинная ползучесть склонов— 140 Дилатансия— 103, 104 Изостазия — 18
Квазидвухфазный грунт— 151, 156 Квазиоднофазный грунт— 149, 150, 151, 152 Квазисплошности критерий — 65 Квазиоднородности критерий — 65 Концентрация тектонических напряжений— 100
Консолидация многофазного грунта — 61, 62, 75, 143, 149, 197 Космомеханика горных пород — 279, 282, 285 Коэффициент запаса прочности— 107 Критическая влажность трещинообразования — 262
Критическое напряжение трещинообразования — 262 Критическое давление скальных пород — 65
—начальное — 65, 66
—предельное — 65, 66
Критическое сопротивление сдвигу — 69 Минерализация органических пород — 78, 79 Многофазный грунт — 61, 62, 73, 143, 144, 149 Модуль общей деформации — 66, 67
Напряженное состояние в земной коре — 25, 100, 101, 107, 130
— концентрация напряжений — 25, 100, 101, 122, 126, 137
— трансформация напряжений— 101, 141 Начальный градиент напора — 147, 233, 148, 236
Оседание (поднятие) земной поверхности — 90, 96, 127, 128, 132, 197, 201, 203 Ползучесть грунтов — 56, 57„ 81, 152, 165
—наследственная — 57, 58, 165, 168
—старение— 152, 161, 164, 165
—течение — 58, 59, 206— 214
—релаксация— 187, 190, 253
Приведенный модуль объемного сжатия— 104, 149, 150 Приведенный коэффициент Пуассона— 104, 149, 150 Принцип эффективных напряжений — 71, 144
■— эффективное давление — 71
— пбровое давление — 71, 103
Рельефный фактор — 25, 99, 102, 103, 105 Сжимаемая пбровая жидкость — 72, 143, 144, 146, 231
Старение скелета грунта — 161, 164, 165 Структурная неустойчивость — 81, 85, 216— 218, 222, 230
—температурная — 217
—влажностная — 240— 245, 246, 252 Структурная прочность — 152, 153 Трещинная пустотность — 64 Устойчивость массива — 39
—кратковременная — 39, 135, 140
—длительная — 39, 40, 136, 141, 142
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие........................................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
Введение (геомеханика как наука; построение геомеханики; основные на |
5 |
||||||||
учные |
направления |
в |
геомеханике) |
|
|
|
|
||
|
|
|
Г л а в а |
1 |
|
|
|
|
|
|
Современные проблемы прикладной геомеханики |
|
|
||||||
|
|
|
в строительстве |
|
|
|
|
||
1.1. Современное состояние прикладной геомеханики |
(космогонические тео |
|
|||||||
рии как основа гипотез формирования структуры земной коры; роль |
|
||||||||
смежных дисциплин (механики деформируемой среды и др.); об ин |
|
||||||||
женерном прогнозировании взаимодействия сооружений с окружа |
14 |
||||||||
ющей средой и геомеханических процессов)...................... |
|
|
|||||||
1.2. Некоторые общие сведения о строении Земли и напряженно-деформи |
|
||||||||
рованном состоянии земной коры |
(строение земной коры и условия |
|
|||||||
залегания горных пород; природные напряжения в земной коре — |
|
||||||||
геостатические и геодинамические; напряженное состояние в земной |
|
||||||||
коре, вызванное экзогенными процессами и инженерной деятельно |
|
||||||||
стью лю дей).................................................................. |
|
|
|
|
|
|
16 |
||
1.3. Современные геомеханические процессы и их роль в инженерно-строи |
|
||||||||
тельной практике (классификация геомеханических процессов; влия |
|
||||||||
ние эндогенных геомеханических процессов в земной коре на инже |
|
||||||||
нерную деятельность людей; влияние экзогенных геомеханических |
|
||||||||
процессов в земной коре на инженерную деятельность людей; взаимное |
28 |
||||||||
влияние природных и антропогенных геомеханических процессов) |
|
||||||||
1.4. Основные задачи прикладной геомеханики в строительстве (постанов |
|
||||||||
ка задач прикладной геомеханики в строительстве; прогнозирование |
|
||||||||
геомеханических процессов) |
|
|
|
|
|
35 |
|||
|
|
|
Г л а в а |
2 |
|
|
|
|
|
Теоретические основы и фундаментальные положения |
|
|
|||||||
|
прикладной геомеханики |
|
|
|
|
||||
2.1. Основные уравнения механики сплошных сред ................... |
|
. . |
42 |
||||||
2.2. Физические уравнения механики сплошных сред (уравнения состоя |
|
||||||||
ния горных пород, используемые в геомеханике) |
(теория упругости; |
|
|||||||
теория пластичности и теория предельного напряженного состояния; |
|
||||||||
теория ползучести; теория пластично-вязкого |
течения) . |
. |
45 |
||||||
2.3. Особенности физического состояния и механических свойств различных |
|
||||||||
природных горных пород при их деформировании (скальные породы; |
|
||||||||
многофазные грунты рыхлые горные породы) |
|
. |
. |
60 |
|||||
2.4. Основные положения и соотношения в механике скальных пород (ос |
|
||||||||
новные положения; добавочные зависимости к уравнениям сплошных |
|
||||||||
сред; механические свойства скальных пород)................. |
|
|
63 |
||||||
2.5. Фундаментальные положения и соотношения в механике многофазных |
|
||||||||
грунтов |
(характернейшие свойства |
природных |
грунтов, |
уравнение |
|
||||
изменения соотношения фаз (твердой и жидкой) в единице объема |
|
||||||||
грунта)............................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
70 |
|
2.6. Основные положения, которые необходимо учитывать в механике ор |
|
||||||||
гано-минеральных |
и |
органических |
масс |
(торф, заторфоваи- |
|
||||
ные грунты и другие |
органические |
массы как |
многокомпонентные |
|
5.4. Вопросы прикладной геомеханики при строительстве на лёссовых про |
|
|
||
садочных грунтах (характеристика |
просадочных лёссовых грунтов; |
|
|
|
влияние влагопереноса на процесс формирования напряженного со |
|
|
||
стояния; одномерное уплотнение слоя лёссового грунта при замачи |
|
240 |
||
вании; особенности строительства на лёссовых просадочных грунтах) |
|
|||
5.5. Вопросы прикладной геомеханики при строительстве на набухающих |
|
|
||
глинистых грунтах (характеристика набухающих глинистых |
грун |
|
|
|
тов; современные представления о генезисе и механизме набухания |
|
|
||
глин; набухание при полном и неполном водонасыщении; давление |
|
|||
набухания и его релаксация; анализ процесса набухания при не |
|
|||
полном водонасыщении; напряженное состояние иеводонасыщеннего |
|
|||
слоя набухающего грунта (при осевой симметрии и местном увлаж |
246 |
|||
нении); особенности строительства |
на набухающих грунтах) |
|
|
|
5.6. Вопросы прикладной геомеханики при крупномасштабном строитель |
|
|||
стве на температурно-неустойчивых вечномерзлых грунтах |
(выбор |
|
||
принципа строительства на вечномерзлых грунтах; основные усло |
|
|||
вия устойчивого строительства на вечномерзлых грунтах; строитель |
|
|||
ство по принципу изменения мерзлого состояния оснований) |
|
|
271 |
|
Г л а в а |
6 |
|
|
|
Вопросы космомеханики горных пород |
|
|
|
|
6.1. Вводные положения........................................................ |
|
|
|
278 |
6.2. Факторы, влияющие на механические процессы и свойства горных по |
|
|||
род в космических условиях (ускорение силы тяжести; атмосферные |
|
|||
условия; температура верхних слоев горных пород; химизм горных |
|
|||
пород и окружающей среды; механические воздействия космических |
|
|||
тел; волновая и корпускулярнаярадиация)................................ |
|
|
280 |
|
6.3. Особенности механических свойств горных пород некоторых космиче |
|
|||
ских тел (в условиях глубокого вакуума; в условиях высокого ат |
|
|||
мосферного давления).................................................... |
|
|
|
282 |
6:4. Некоторые результаты исследований по космомеханике горных пород |
|
|||
(задачи исследований; исследования физико-механических свойств |
|
|||
грунтов Луны; о грунтах планеты Марс; физические условия на дру |
|
|||
гих планетах Солнечной системы — Венере, Меркурии и планетах- |
|
|||
гигантах) ....................................................... |
|
. |
. |
285 |
6.5. Дальнейшие перспективы исследованийпокосмомеханнке горных пород 307
Список литературы . . . |
308 |
Summaries of the Chapters |
310 |
Предметный указатель |
313 |
Николай Александрович Цытович Завен Григорьевич Тер-Мартиросян
ОСНОВЫ
п р и к л а д н о й г е о м е х а н и к и
В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Зав. редакцией В. Г. А к а т о в а Редактор Н. Н. Б о р о д и н а Младший редактор Г. К. И о н о в а Художник Ф. Н. Б у д а н о в
Художественный редактор Т. А. Д у р а с о в а Технический редактор Р. С. Р о д и ч е в а Корректор Г. И. К о с т р н к о в а
ИБ № 2917 |
|
|
|
Изд. Я° Стр-356 |
Сдано в набор 28.07.80. |
||
Подп. в печать 19.01.81. |
Т-00824. |
Формат 60X90Vie |
|
Бум. тип. Я? 2. |
Гарнитура литературная. |
||
Печать высокая. |
|
Объем 20 уел. печ. л. |
|
20 уел. кр.-отт. |
21,43 уч.-изд. л. |
Тираж 9000 экз. |
|
Зак. Яд 867 |
Цена 95 коп. |
|
Издательство «Высшая школа», Москва, К-51, Неглинная ул„ д. 29/14
Московская типография Яд 8 Согазполиграфпрома при Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли, Хохловский пер., д. 7.