4011

10

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ ГРУНТОВ И ГЕОТЕХНИКИ

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ.

Грунт – это любая горная порода, почва и твердые промышленные или хозяйственные отходы, представляющие собой многокомпонентные изменяющиеся во времени системы и используются как основание, среда или материалы для строительства сооружений.

Механика грунтов – это наука, занимающаяся изучением физических и механических свойств грунтов, исследованием, оценкой и прогнозированием напряженно-деформированного состояния грунтовых массивов.

Фундамент – это подземная конструкция предназначенная для передачи нагрузок и воздействий от зданий, сооружений, оборудований на основание грунта.

Основание – массив грунта расположенный под подошвой фундамента и воспринимающий нагрузки от зданий и сооружений.

Под структурой понимается размер частиц, их форма и количественное (процентное) соотношение частиц слагающих грунт.

Под текстурой понимается характер пространственного расположения элементов грунта с разным составом и свойствами в грунтовом массиве.

КОМПАНЕНТЫ СОСТАВЛЯЮЩИЕ ГРУНТ.

1.Твердая составляющая – это частицы различные по форме, размеру и минералогическому составу, которые занимают большую часть объёма грунта.

2.Жидкая составляющая представлена водой, которая частично или полностью заполняет поры грунта. Может быть, в твердом жидком и газообразном состоянии. В грунте может находиться в связном и свободном состоянии.

11

3.Газообразная составляющая в грунте представлена атмосферным воздухом и глубинными газами (азот, метан, сероводород).

КЛАССИФИКАЗИЯ ГРУНТОВ.

Разновидности скальных грунтов.

1.По величине предела прочности на одноосное сжатие в водонасыщенном состоянии;

2.По плотности сухого (скелета) грунта ρd скального грунта;

3.По пористости n скальные грунты;

4.По коэффициенту выветрелости;

5.По коэффициентe размягчаемости;

6.По степени растворимости в воде;

7.По водопроницаемости скальные.

Разновидности нескальных грунтов.

1.Несвязные

2.Связные

3.Искусственные

Строительная классификация нескальных грунтов.

1.по гранулометрическому составу (для песчаных грунтов);

2.по плотности сложения (для песчаных грунтов);

3.по степени влажности (для песчаных грунтов);

4.по числу пластичности (для глинистых грунтов);

5.по показателю текучести (для глинистых грунтов).

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ.

Основные – определяются опытным путем в лабораторных или в полевых условиях.

1.Гранулометрический состав;

2.Плотность грунта (в природном состоянии);

3.Плотность частиц грунта;

4.Влажность;

5.Влажность на границе текучести;

6.Влажность на границе раскатывания.

12

Производные характеристики определяются расчетами по формулам.

1.Плотность сухого грунта (скелета);

2.Коэффициент пористости;

3.Пористость;

4.Плотность грунта во взвешенном водой состоянии;

5.Полная влагоемкость;

6.Степень влажности;

7.Плотность водонасыщенного грунта;

8.Число пластичности;

9.Показатель текучести;

10.Удельный вес грунта;

11.Удельный вес грунта во взвешенном водой состоянии.

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ.

Механические характеристики необходимы для расчета деформации грунтовых оснований, их несущей способности, устойчивости склонов и откосов, для определения давления на подпорное сооружение.

Выделяют 3 группы механических напряжений: 1-я группа – характеристики деформации; 2-я группа – характеристики прочности;

3-я группа – характеристики водопроницаемости.

Перечисленные характеристики могут быть определены по результатам непосредственных испытаний грунтов в лабораторных условиях или на строительной площадке.

1.Определение характеристики деформации по результатам испытания грунтов штампом.

2.Определение характеристик деформации по результатам испытания грунтов в компрессионном приборе.

3.Определение характеристик прочности по результатам испытания грунта в приборе прямого одноплоскостного среза.

4.Испытание грунта в приборе трехосного сжатия (стабилометр).

ВОДОПРОНИЦАЕМОСТЬ ГРУНТОВ.

Водопроницаемостью называется способность водонасыщенного грунта под действием разности напоров фильтровать воду.

13

Для описания процесса фильтрации воды в грунтах применим закон ламинарной фильтрации Дарси.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ В ГРУНТОВЫХ МАССИВАХ.

Для проведения расчетов оснований и фундаментов по деформациям необходимо знать законы распределения напряжений в грунтовом массиве. В этом случае используются положения теории упругости при соблюдении следующих ограничений:

-напряжения рассматриваются только при прямолинейной зависимости;

-напряжения в расчетах принимаются при завершённой осадке;

-грунт рассматривается однородным и изотропным, характеризующимся Е и υ.

Рассматриваемые в этом разделе позиции являются важнейшими для установления закономерности формирования напряженно-деформируемой зоны.

Рассматриваемые задачи:

1.Определение напряжений от собственного веса грунта

1.1.Определение напряжений в массиве грунта (решение задач)

1.2.Контактные напряжения, понятия абсолютно гибкого, жесткого фундамента

1.3.Центрально-нагруженный и внецентренно нагруженный фундаменты.

2.Напряжения в грунтовых массивах от внешних нагрузок

2.1.Решение Ж. Буссинеска для определения напряжения от действия сосредоточенной вертикальной силы приложенной на поверхности линейно-деформированного полупространства

2.2.Система сосредоточенных сил

2.3.Напряжение в полупространстве от прямоугольных равномерно распределенных нагрузок (метод угловых точек)

2.4.Определение напряжений в грунтовом массиве от полосообразных нагрузок

3.Эпюры вертикальных, горизонтальных и касательных напряжений

4.Взаимное влияние на распределение напряжений рядом расположенных фундаментов

5.Влияние формы и площади фундаментов на распределение напряжений в грунтовом массиве.

14

ТЕОРИЯ ПРЕДЕЛЬНОГО НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ.

Предельным напряжением называют состояние, при котором малейшее увеличение нагрузки или уменьшение прочности приводит к нарушению равновесия и к потере устойчивости грунтового основания.

Потеря устойчивости может проявляться следующим образом:

Увеличение осадки основания с нарастающей скоростью с выпиранием грунта из-под подошвы фундамента

Оползание грунта в склонах и откосах

Перемещение строительных конструкций, взаимодействующих с грунтом.

Предельных состояний грунтовых оснований допускать нельзя. В этих случаях важно уметь определять величину максимальной нагрузки, до превышения которой основание будет находиться в устойчивом состоянии.

1.Фазы напряженного состояния грунта. Критические нагрузки на грунты основания.

2.Начальное критическое давление (решение Н.П. Пузыревского) Начальное критическое давление соответствует случаю, когда ни в одной точке грунтового основания под подошвой фундамента не возникает предельного напряженного состояния.

3.Нормативное сопротивление грунта основания

4.Расчетное сопротивление грунтового основания

5.Предельное критическое давление.

Предельное критическое давление соответствует такому напряжению под подошвой фундамента, при котором происходит исчерпание несущей способности грунта и потеря устойчивости основания. Впервые решение этой задачи дал Л. Пландтль.В дальнейшем исследования в этой области выполняли В.В. Соколовский, В.Г. Березанцев, К. Терцаги, М.В. Малышев, М.И. Горбунов-Посадов.

ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

1.Определение гранулометрического состава ситтовым методом.

2.Определение естественной плотности грунта.

3.Определение плотности частиц песка с помощью пекнометра.

4.Изучение пластичности глинистых грунтов. Определение разновидности и типа глинистых грунтов

5.Определение коэффициента фильтрации грунтов.

15

6.Определение характеристик деформации грунтов.

7.Определение характеристик прочности грунтов.

8.Обработка полученных данных. Определение производных характеристик грунта.

ТЕМА И СОСТАВ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЫ

Тема: «Обработка физико-механических свойств грунтов»

Расчетно-графическая работа состоит из расчетно-пояснительной записки с необходимыми графиками и таблицами.

Расчетно-графическая работа содержит: расчеты по определению типов грунтов; определению производных характеристик грунтов; построение графиков и вычисление характеристик деформации; определение нормативного расчетного сопротивления грунтов.

16

ТИПОВЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ОЦЕНИВАНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ОБУЧЕНИЯ.

1.Типы скальных и нескальных грунтов.

2.Твердая составляющая грунтов (размер, форма и минералогический состав твердых частиц).

3.3. Газообразная и жидкая составляющая часть грунтов (вид, особенности взаимодействия с частицами грунта).

4.4. Структура грунта. Виды структур и структурных связей.

5. . Текстура грунта. Виды текстур.

6.Гранулометрический состав грунта. Методы определения.

7.Плотность грунта. Методы определения плотности.

8.Плотность частиц грунта. Методы лабораторного определения плотности.

9.Влажность глинистых грунтов. Влажность на границах раскатывания

итекучести. Метод лабораторного определения.

10.Строительная классификация песчаных грунтов (типы, виды, разновидности).

11.Строительная классификация глинистых грунтов (типы и разновидности).

12.Характеристики деформируемости и прочности грунта. Методы их определения (перечислить).

13.Испытания грунтов штампом. Схема установки. Методика испытаний.

14.Компрессионные испытания грунта. Схема рабочей камеры прибора. Методика испытаний.

15.Испытание грунта в приборах прямого среза. Схема рабочей камеры. Методика испытаний.

17

16.Закон Кулона для сыпучих и связных грунтов. Методика испытаний глинистых грунтов.

17.Определение характеристик прочности в приборах трехосного сжатия для песчаных и глинистых грунтов.

18.Полевые методы определения характеристик прочности и деформируемости грунтов.

19.Водопроницаемость грунтов. Закон ламинарной фильтрации Дарси.

20.. Лабораторные методы определения коэффициента фильтрации грунта (метод проф. Каменского, метод проф. Знаменского).

21.Определение вертикальных сжимающих напряжений от собственного веса грунта.

22.Определение напряжений в грунтовом массиве от действия одной сосредоточенной силы на его поверхности (задача Ж.Буссинеска).

23.. Определение сжимающих напряжений в грунтовом массиве от действия нескольких сосредоточенных сил на его горизонтальной и наклонной поверхностях.

24.Определение сжимающих напряжений в грунтовом массиве от рав- номерно-распределенной прямоугольной в плане нагрузки (решение А. Love).

25.Определение сжимающих напряжений в грунтовом массиве методом «угловых точек».

26.Эпюры сжимающих напряжений. Линии равных напряжений.

27.Определение напряжений от полосообразной равномерно распределенной нагрузки

28.Определение напряжений от полосообразной треугольной нагрузки.

29.Определение контактных напряжений по подошве фундамента. Влияние жесткости фундамента.

30.Влияние на характер распределения напряжений в массиве неоднородности и анизотропии грунтов основания.

18

31.Фазы напряженного состояния грунтовых массивов.

32.Начальная критическая нагрузка (решение Н.П. Пузеревского).

33.Нормативное и расчетное сопротивление грунта.

34.Предельная критическая нагрузка (решение проф. Терцаги).

35.Определение предельного сопротивления грунта по СП 22.13330-

2016 "Оснований зданий и сооружений".

19

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.ГОСТ 25100-2020. Грунты. Классификация. –М.; Стандартинформ, 2020 – 41 с

2.ГОСТ 12536-2014. Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и минералогического состава. –М.; Стандартинформ, 2015 – 22 с

3.ГОСТ 5180-2015. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик. –М.; Стандартинформ, 2019 – 23 с

4.ГОСТ 25584-2016. Грунты. Методы лабораторного определения коэффициента фильтрации. –М.; Стандартинформ, 2016 – 22 с

5.ГОСТ 12248-2010. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости . –М.; Стандартинформ,

2012 – 82 с

6.СП 22.13330.2016. Основания зданий и сооружений. Актуальная редакция СНиП 2.02.01-83.

7.Основание, фундаменты и подземные сооружения. Справочник проектировщика М.; Стройиздат, 1985. – 480 с

8.Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83)/НИИОСП им. Н. М. Герсеванова. М.; Стройиздат,

1980. – 151 с

9.Канаков Г.В., Прохоров В.Ю. Проектирование оснований и фунда-

ментов гражданских зданий. Учебно-методическое пособие. Н.Новгород, ННГАСУ. 2002. – 71 с.

10.Ухов С.Б. и др. Механика грунтов, основания и фундаменты. М.;

1994. – 527 с.