МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ЧЕРЕПОВЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерно-экономический институт

Кафедра строительных конструкций и архитектуры

Механика грунтов Методические рекомендации по выполнению курсовой работы

Учебно-методическое пособие

Направление подготовки:

270800 Строительство

ЧЕРЕПОВЕЦ

2012

Рассмотрено на заседании кафедры строительных конструкций и архитектуры, протокол № 7 от 05.04.12 г.

Одобрено редакционно-издательской комиссией Инженерно-экономи-ческого института ЧГУ, протокол № 2 от 10.04.12 г.

Учебно-методическое пособие предназначено для самостоятельной работы студентов и содержит задания на курсовую работу по дисциплине «Механика грунтов» с примерами расчетов и краткой теорией.

Пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки 270800 «Строительство».

Составитель: Н.В. Медведева

Рецензенты: Р.Ш. Адигамов – канд. техн. наук, доцент (ЧГУ);

А.Г. Каптюшина – канд. техн. наук, доцент (ЧГУ)

Научный редактор: В.Н. Ворожбянов – канд. техн. наук, доцент

© Медведева Н.В., 2012

© ФГБОУ ВПО «Череповецкий государственный университет», 2012

Введение

Механика грунтов является теоретической базой фундаментостроения. Применение положений современной механики грунтов в проектной и производственной практике позволяет более полно использовать несущую способность оснований, выбирать наиболее экономичные и рациональные способы возведения фундаментов зданий и инженерных сооружений с учетом инженерно-геоло-гической обстановки.

Одновременно с изучением теоретического материала учебный план предусматривает выполнение студентами курсовой работы по дисциплине «Механика грунтов». Выполнение курсовой работы является одним из ответственных звеньев учебного процесса и имеет целью закрепить теоретические знания, полученные студентами за период изучения курса, а также должно способствовать умелому применению этих знаний при инженерном решении задач теории механики грунтов.

Данные методические рекомендации предназначены для самостоятельной работы студентов и содержат задания на курсовую работу с примерами расчетов и краткой теорией.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ И ПОРЯДОК

ЕЕ ВЫПОЛНЕНИЯ

Курсовая работа составлена в соответствии с программой курса и предусматривает выполнение ряда расчетных задач по основным разделам дисциплины «Механика грунтов»:

– определение физико-механических характеристик грунтов и их классификация;

– определение напряжений от собственного веса грунта;

– определение напряжений в массиве грунта от действия сосредоточенной силы;

– определение напряжений в массиве грунта от действия внешней прямоугольной нагрузки;

– расчет осадки грунтов основания методом послойного суммирования;

– расчет осадки грунтов основания методом эквивалентного слоя;

– расчет осадок грунтов основания во времени;

– определение критических нагрузок на грунт основания;

– оценка устойчивости откоса;

– определение давления грунта на подпорную стенку.

Для облегчения выполнения курсовой работы в указаниях к каждой задаче приведены краткая теория, рекомендации о последовательности выполнения и примеры расчетов. Более подробную информации по рассматриваемым темам можно получить в источниках, указанных в списке литературы [4], [5], [7], [8], [9].

Для выполнения курсовой работы необходимо выбрать исходные данные из соответствующих таблиц, помещенных в приложении А настоящих методических рекомендаций. Выбор варианта задания производится по сумме последних трех цифр зачетки.

Консультации, связанные с выполнением работы, студент может получить у преподавателя, ведущего дисциплину в соответствии с утвержденным графиком.

Студент обязан выполнить курсовую работу в срок, предусмотренный планом-графиком на учебный год и предоставить на кафедру для рецензирования.

Курсовая работа, выполненная по варианту, не соответствующему учебному шифру, и без соблюдения указанных ниже требований к оформлению, на рецензирование не принимается.

Полученную после рецензирования курсовую работу необходимо внимательно просмотреть и разобраться с замечаниями (при их наличии). Если в рецензии указано, что работа не допускается к защите, ее следует переработать и представить на повторное рецензирование.

Если курсовая работа допущена к защите, но с доработкой, то внеся соответствующие изменения в расчеты, схемы и чертежи, студент должен явиться на кафедру для защиты курсовой работы.

Все исправления по замечаниям выполняются на свободных листах с припиской «работа над ошибками». Перечеркивание и исправление готового текста, расчетов, схем и чертежей недопустимы. Студент допускается к сдаче зачета по механике грунтов только при наличии положительной рецензии на курсовую работу.

УКАЗАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ РАБОТЫ

Курсовая работа должна быть оформлена в виде расчетно-пояснительной записки, в состав которой следует включить: содержание, расчетную часть, приложения (при необходимости), список литературы.

Расчетно-пояснительная записка выполняется на одной стороне стандартных листов белой бумаги формата А4 (210х297 мм) с рамкой и основной надписью, оформленных в соответствии с ГОСТ 2.105 [1] и ГОСТ Р 21.1101 [3]. Рекомендуется выполнять пояснительную записку на компьютере шрифтами GOST B или Times New Roman – 14 кегль через 1,5 интервала с выравниванием по ширине и автопереносом.

Расчетная часть пояснительной записки должна для каждой задачи включать: исходные данные, теоретическую часть, отражающую методику расчетов, сами расчеты и их результаты, расчетные схемы со всеми необходимыми обозначениями и размерами.

Все расчеты необходимо выполнять с использованием СИ – единиц, и сопровождать ссылками на соответствующую литературу.

Расчетные схемы рекомендуется выполнять в масштабе, в одном из графических редакторов. Все иллюстрации оформляются четко, в едином стиле, размер сопровождающего текста – не менее 12.

Листы записки должны иметь сквозную нумерацию и быть сброшюрованы. Расчетно-пояснительная записка должна быть подписана студентом.

Задача 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация» [2] включает шесть таксономических единиц, выделяемых по группам признаков: класс, группа, подгруппа, тип, вид, разновидность. Все грунты, данные о которых приводятся в заданиях на курсовую работу, имеют одни и те же класс (природные дисперсные грунты), группу (связные или несвязные), подгруппу (осадочные), тип (минеральные). Они различаются только по виду – песчаные или глинистые и по разновидностям, определяющим их полное наименование.

Вид грунта определяется по числу пластичности I_p

, (1.1)

где W_L – влажность грунта на границе текучести;

W_р – влажность грунта на границе раскатывания.

Значения влажностей могут выражаться либо в долях единицы, либо в %. Если I_p оказывается меньше 0,01 в долях единицы (или 1 %) – грунт следует считать песчаным, если больше – глинистым. Когда в задании отсутствуют значения характеристик пластичности – W_L и W_р (они не могут быть определены для песчаного грунта, так как он не является пластичным), то I_p следует принимать равным нулю и считать грунт песчаным.

Разновидности для песчаных грунтов выделяются:

– по гранулометрическому составу (процентное содержание по массе частиц различной крупности в навеске грунта) (таблица 1.1);

– по плотности сложения, определяемой через коэффициент пористости е (таблица 1.2)

, (1.2)

где ρ – плотность грунта, г/см³;

ρ_s – плотность частиц грунта, г/см³;

W – влажность грунта, д. е.

– по коэффициенту водонасыщения (степени влажности) S_r (таблица 1.3)

, (1.3)

где ρ, ρ_s и W – то же, что и в формуле (1.2);

ρ_W – плотность воды, равная 1 г/см³.

Разновидности для глинистых грунтов, определяющие их названия, выделяются:

– по численному значению числа пластичности I_p (таблица 1.4);

– по показателю текучести I_L (таблица 1.5)

, (1.4)

W, W_р и W_L – то же, что и в формулах (1.1), (1.2).

Дополнительно глинистые грунты классифицируются по гранулометрическому составу и числу пластичности согласно таблице 1.6.

Для водопроницаемых грунтов, расположенных ниже уровня грунтовых вод необходимо знать удельный вес грунта, облегченного весом вытесненной воды g_sb (кН/м³)

, (1.5)

где g_s – удельный вес частиц грунта, равный γ_s = ρ_s·g (g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения), кН/м³;

g_W – удельный вес воды, равный ≈ 10 кН/м³;

е – коэффициент пористости грунта, вычисленный по формуле (1.2).

По классификационным признакам грунтов можно ориентировочно определить их механические характеристики по СНиП 2.02.01[6] или таблицам приложения Б:

– удельное сцепление с, кПа (таблицы Б.1 и Б.2 приложения Б);

– угол внутреннего трения φ, град. (таблицы Б.1 и Б.2 приложения Б);

– модуль деформации Е, МПа (таблицы Б.1 и Б.3 приложения Б);

– расчетное сопротивление R₀, кПа (таблицы Б.4 и Б.5 приложения Б).

Таблица 1.1 – Разновидности песчаных и крупнообломочных грунтов по гранулометрическому составу [2, таблица Б.10]

Разновидность крупнообломочных и песчаных грунтов	Размер частиц d, мм	Содержание частиц, % по массе
Крупнообломочные:
– валунный грунт (при преобладании неокатанных частиц – глыбовый)	> 200	> 50
– галечный грунт (при неокатанных гранях – щебенистый)	> 10	> 50
– гравийный грунт (при неокатанных гранях – дресвяный)	> 2	> 50
Песчаные:
– песок гравелистый	> 2	> 25
– песок крупный	> 0,50	> 50
– песок средней крупности	> 0,25	> 50
– песок мелкий	> 0,10	≥ 75
– песок пылеватый	> 0,10	< 75
Примечание – Для установления наименования грунта последовательно суммируются проценты содержания частиц исследуемого грунта: сначала – крупнее 200 мм, затем – крупнее 10 мм, далее – крупнее 2 мм и т.д. Наименование грунта принимают по первому удовлетворяющему показателю в порядке расположения наименований в таблице.

Таблица 1.2 – Разновидности песчаных и крупнообломочных грунтов по коэффициенту пористости [2, таблица Б.18]

Разновидность песков	Коэффициент пористости е, д.е.
	Пески гравелистые, крупные и средней крупности	Пески мелкие	Пески пылеватые
Плотный Средней плотности Рыхлый	е < 0,55 0,55 ≤ е ≤ 0,70 е > 0,70	е < 0,60 0,60 ≤ е ≤ 0,75 е > 0,75	е < 0,60 0,60 ≤ е ≤ 0,80 е > 0,80

Таблица 1.3 – Разновидности песчаных и крупнообломочных грунтов по коэффициенту водонасыщения (степени влажности) [2, таблица Б.17]

Разновидность грунтов	Коэффициент водонасыщения Sr, д. е.
Малой степени водонасыщения (маловлажные)	0 ≤ Sr ≤ 0,50
Средней степени водонасыщения (влажные)	0,50 < Sr ≤ 0,80
Насыщенные водой	0,80 < Sr ≤ 1,00

Таблица 1.4 – Разновидности глинистых грунтов по числу пластичности [2, таблица Б.11]

Разновидность глинистых грунтов	Чисто пластичности Ip, д.е.
Супесь	0, 01 ≤ Ip ≤ 0,07
Суглинок	0,07 < Ip ≤ 0,17
Глина	Ip > 0,17

Таблица 1.5 – Разновидности глинистых грунтов по показателю текучести [2, таблица Б.14]

Разновидность глинистого грунта	Показатель текучести IL, д.е.
Супеси: – твердые – пластичные – текучие	IL < 0 0 ≤ IL ≤ 1 IL > 1
Суглинки и глины: – твердые – полутвердые – тугопластичные – мягкопластичные – текучепластичные – текучие	Il < 0 0 ≤ IL ≤ 0,25 0,25 < IL ≤ 0,50 0,50 < IL ≤ 0,75 0,75 < IL ≤ 1,0 IL > 1,0

Таблица 1.6 – Разновидности глинистых грунтов по гранулометрическому составу и числу пластичности [2, таблица Б.12]

Разновидность глинистых грунтов	Число пластичности Ip, д.е.	Содержание песчаных частиц (2 – 0,5 мм), % по массе
Супесь:
– песчанистая	0, 01 ≤ Ip ≤ 0,07	 50
– пылеватая	0, 01 ≤ Ip ≤ 0,07	< 50
Суглинок:
– легкий песчанистый	0,07 < Ip ≤ 0,12	 40
– легкий пылеватый	0,07 < Ip ≤ 0,12	 40
– тяжелый песчанистый	0,12 < Ip ≤ 0,17	 40
– тяжелый пылеватый	0,12 < Ip ≤ 0,17	< 40
Глина:
– легкая песчанистая	0,17 < Ip ≤ 0,27	 40
– легкая пылеватая	0,17 < Ip ≤ 0,27	< 40
– тяжелая	Ip > 0,27	Не регламентируется

Для выполнения задачи № 1 необходимо выбрать исходные данные из таблицы А.1 приложения А. Выбор варианта задания производится по сумме последних трех цифр зачетки.