С аратовский Государственный технический университет

кафедра «Мосты и транспортные сооружения»

Методические указания и контрольные задания

по курсу

«Механика грунтов»

для студентов очно-заочного обучения

специальности «Мосты и транспортные тоннели»

3 семестр (2г10мес)

5 семестр (3г10мес).

Саратов-2002

Оглавление.

ФИЗИЧЕСКАЯ ПРИРОДА ГРУНТОВ 5

I. Грунты как дисперсные системы 5

1.1. Общие сведения о грунтах 5

1.2. Структура грунтов. 6

2. Зерновой состав грунтов. 8

2.1. Форма и размер грунтовых частиц, их свойства. 8

2.2. Понятие о зерновом и микроагрегатом составе грунтов 9

2.3. Методы определения зернового состава грунтов 9

3. Показатели физического состояния и свойств грунтов. 12

3.1. Плотность грунтов. Пористость и степень уплотнения 12

3.2. Характерная влажность и пластичность грунтов. Консистенция грунтов. 14

3.3. Связность, липкость, набухание и усадка грунтов 16

4. Водные и тепловые свойства грунтов. 18

4.1. Водопроницаемость грунтов 18

4.2. Методы экспериментального определения коэффициента фильтрации грунтов. 19

СОПРОТИВЛЕНИЕ ГРУНТОВ НАГРУЗКАМ 21

5.Сопротивление грунтов сжатию. 21

5.1. Процессы, происходящие в грунте при действии нагрузки 21

5.2. Закономерности сжатия грунтов 22

6. Сопротивление грунтов сдвигу и сжатию 29

6.1. Общие закономерности сопротивления грунтов сдвигу 29

6.2. Сопротивление связных грунтов сдвигу 33

6.3 Сопротивление сыпучих грунтов сдвигу 36

7. Напряжения в грунтах 36

7.1. Напряженное состояние грунтов 36

7.2. Методы расчета напряжений в однородных грунтах 38

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ 46

Лабораторная работа №1 46

Определение гранулометрического (зернового) состава грунтов. 46

ЗАДАНИЕ №1 47

ОПРЕДЕЛЕНИЕГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ГРУНТА СИТОВЫМ МЕТОДОМ (СУХИМ СПОСОБОМ). 47

ЗАДАНИЕ №2 48

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ГРУНТА МЕТОДОМ РУТКОВСКОГО 48

Лабораторная работа №3 52

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНИЦЫ ТЕКУЧЕСТИ И РАСКАТЫВАНИЯ 52

Ж У Р Н А Л 56

Обработка результатов 56

Определения границы текучести и раскатывания 56

Лабораторная работа № 4 59

Максимальная молекулярная влагоемкость. 59

Лабораторная работа № 5 61

ВОДОПРОНИЦАЕМОСТЬ. 61

Лабораторная работа № 6 64

УПЛОТНЕНИЕ ГРУНТОВ. 64

Лабораторная работа №8 68

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СЖИМАЕМОСТИ ГРУНТА 68

Лабораторная работа №9. 76

Определение сопротивления грунтов срезу. 76

Задания к контрольной работе. 80

Литература: 83

Физическая природа грунтов

I. Грунты как дисперсные системы

1.1. Общие сведения о грунтах

Верхний слой земной коры, мощность которого часто достигает нескольких сотен метров, представляет собой кору выветривания, возникшую в результате протекания разнообразных процессов вы­ветривания, изменяющих состав и свойства горных пород.

При изучении горных пород и почв в качестве объектов инже­нерно-строительной деятельности человека их рассматривают как грунты, которые могут быть использованы в основании сооружений как материал или как среда при устройстве и эксплуатации различ­ных инженерных сооружений, в том числе автомобильных дорог и аэродромов.

При изучении грунтов следует учитывать, в первую очередь, те главные факторы, которые в основном определяют поведение и инженерно-строительные свойства горных пород и почв в инже­нерных сооружениях: состав, структуру и текстуру горных пород и почв.

В зависимости от степени разрушения горной породы и некото­рых других свойств, важных в строительном отношении, грунты, залегающие в основании инженерных сооружений или используе­мые как строительный материал, согласно действующей классифи­кации грунтов по характеру структурных свя­зей разделяют на два основных класса: 1) грунты с жесткими структурными связями (скальные грунты) и 2) грунты без жестких структурных связей (нескальные грунты). Каждый из указанных классов по ряду признаков подразделяют на группы, подгруппы, типы, виды и разновидности.

Между грунтами скальными, представляющими собой во многих случаях прочные породы с жесткими связями между отдельными минералами или зернами, песчаными и особенно глинистыми грун­тами, образовавшимися в результате выветривания, переноса, осаждения и последующего уплотнения, существует огромное различие.

Процессы физического, химического и биологического выветри­вания, приводящие к распаду скальных грунтов, обусловливают постепенное накопление в их толще все более мелких частиц, вплоть до коллоидно-раздробленных, в результате чего такие грун­ты приобретают свойства дисперсных систем.

Промежутки между отдельными твердыми частицами грунта (грунтовые поры) в большей или меньшей степени бывают запол­нены водой. Глинистые грунты, по внешнему виду находящиеся в сухом состоянии, содержат воду в форме тончайших пленок на поверхности минеральных частиц. При значительном увлажне­нии поры грунта полностью заполняются водой и представляют собой дисперсную систему, где дисперсионной средой является вода, в объеме которой распределены твердые минеральные частицы грунта — дисперсная фаза.

В мелких песчаных и особенно в глинистых грунтах благодаря наличию большого количества частиц в единице объема грунта общая поверхность раздела между твердой дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой может быть очень велика.

Дисперсность (степень раздробленности) придает веществу ряд новых важных свойств. Эти свойства бывают выражены тем силь­нее, чем больше дисперсность вещества, т. е. чем мельче частицы, из которых оно состоит. Дисперсный грунт, в состав которого входят твердые частицы, вода и воздух (реже смесь газов), пред­ставляет собой многофазную (трехфазную или двухфазную) систе­му. Для свойств многофазной дисперсной системы большое значе­ние имеет степень дисперсности.

Дисперсные грунты состоят обычно из частиц разной крупности и разного минерального состава, поэтому они представляют собой полидисперсные полиминеральные системы. Свойства таких систем весьма сложны, поскольку эти вещества отражают особенности входящих в систему частиц различной крупности и состава. Особен­но значительное влияние на свойства грунтов оказывает наличие в них коллоидной и глинистой (тонкодисперсной) частей.

Увеличение содержания в грунте тонкодисперсных частиц ведет к значительному увеличению их суммарной поверхности, а, следо­вательно, и к увеличению поверхности раздела между твердой, жидкой и газообразной фазами в грунте. Это обусловливает разви­тие сложных явлений взаимодействия между этими фазами.

Поверхность раздела фаз, приходящаяся на единицу объема вещества дисперсной фазы, возрастает по мере раздробления по­следней обратно пропорционально линейным размерам частиц.

Характеристикой степени дисперсности грунта является его удельная поверхность—отношение величины суммарной поверхно­сти частиц к занимаемому ими объему.

Частицы, имеющие поперечный размер менее 0,2 мкм, принято называть коллоидными, а присущие им особые свойства, обуслов­ленные малым размером частиц, коллоидными свойствами. Частицы коллоидных размеров могут содержаться в различных грунтах.

Очень часто они как бы чехлом покрывают поверхность более крупных частиц. Поэтому примерной границей, начиная с которой коллоидные свойства частиц грунта оказываются выраженными уже более или менее отчетливо, можно считать 1 мкм, т. е. коллоидными свойствами обладает вся глинисто-коллоидная часть грунта.

Так как эти частицы бывают неодинакового размера, разного происхождения и различного химического и минерального состава, то их принято объединять в одну группу под общим названием коллоидного комплекса грунта. Изменение основных физических свойств дисперсных систем в зависимости от степени их дисперс­ности является ярким примером проявления новых качественных признаков, вызываемых постепенным изменением количественной характеристики (крупности частиц дисперсной фазы). Изучение свойств коллоидного комплекса имеет большое значение для пони­мания природы и поведения тонкодисперсной части грунтов.

Способность грунта к взаимодействию с различными растворами играет исключительно важную роль при разработке и практическом осуществлении различных методов укрепления грунтов.