130

Брянская государственная инженерно-технологическая академия

Кафедра автомобильных дорог

М Е Х А Н И К А Г Р У Н Т О В

КУРС ЛЕКЦИЙ

Для студентов 2 курса о/о (семестр 4) и 3 курса з/о по дисциплине Б2.Б.7.3 «Механика грунтов». Направление подготовки бакалавров: 270800 СТРОИТЕЛЬСТВО. Профиль подготовки АД. Квалификация (степень) выпускника бакалавр.

БРЯНСК 2013

Брянская государственная инженерно-технологическая академия

Кафедра автомобильных дорог

Утверждено

научно - методическим

советом БГИТА

протокол № _____

от «____» ________ 2013 г.

М Е Х А Н И К А Г Р У Н Т О В

КУРС ЛЕКЦИЙ

Для студентов 2 курса о/о (семестр 4) и 3 курса з/о по дисциплине Б2.Б.7.3 «Механика грунтов». Направление подготовки бакалавров: 270800 СТРОИТЕЛЬСТВО. Профиль подготовки АД. Квалификация (степень) выпускника бакалавр.

БРЯНСК 2013

УДК 624.15

Механика грунтов: Курс лекций для студентов 2 курса о/о (семестр 4) и 3 курса з/о, направление подготовки бакалавров: 270800 СТРОИТЕЛЬСТВО, профиль подготовки АД, квалификация (степень) выпускника бакалавр.

Сост. Т.И. Левкович, Ф.Н. Левкович. – Брянск: БГИТА, 2013. - 129 с.

В сборник включены основные лекции по специальной дисциплине «Механика грунтов», изучаемой в процессе обучения студентов-бакалавров по направлению 270800 СТРОИТЕЛЬСТВО, профиль подготовки АД – «Автомобильные дороги и аэродромы»

Рецензент:

канд. техн. наук, профессор Парфенов С.Г.

Рекомендованы редакционно-издательской и методической комиссиями

строительного факультета БГИТА.

Протокол № от ___________ 2013 г.

© Левкович Т.И.

© Левкович Ф.Н.

© Брянская государственная

инженерно-технологическая

академия

Введение

Целью преподавания дисциплины «Механика грунтов» является приобретение студентами-бакалаврами определенного объема знаний и практических навыков по расчету разных видов грунтов в различных условиях дорожного хозяйства. Дисциплина базируется на основных дисциплинах, таких как: «Сопротивление материалов», «Геология», «Математика», «Геодезия» и ряде других.

Целью изучения дисциплины «Механика грунтов» является ознаком­ление студентов-бакалавров с основными материалами природного происхождения: грунтами и их взаимодействием с сооружениями. Состав, строение и свойства грунтов разных строительных площадок определены природой и могут существенно различаться, требуя каждый раз специального изучения. Поведение грунтов под нагрузками сопровождается сложными процессами, во многом отличающимися от поведения конструкционных материалов. Это потребовало разработки специальных экспериментальных методов и теоретического аппарата механики грунтов для описания процессов их деформирования и разрушения. Прочность грунтов обычно в сотни раз меньше, а деформируемость в тысячи раз больше, чем конструкционных материалов. Недоиспользование несущей способности грунтов основания приводит к удорожанию строительства, но ошибочная оценка поведения грунтов основания часто бывает причиной аварий сооружений. Поэтому необходимо уметь не только правильно оценивать прочностные и деформационные свойства грунтов, но и разрабатывать оптимальные конструктивные решения передачи нагрузок от сооружения на основание, а в ряде случаев предусмотреть и способы улучшения строительных свойств грунтов основания.

Целью изучения дисциплины «Механика грунтов » также является ознакомление студентов-бакалавров с вопросами распределения напряжений в массиве грунта, методами оценки степени прочности и устойчивости грунтов в основании дорожных сооружений, а также деформаций грунтов под действием приложенных к ним сил с учетом фактора времени.

Основная задача – подготовка бакалавров, умеющих правильно оценивать и улучшать свойства грунтов, возможность их деформации и потери устойчивости под действием нагрузки, с учетом особенностей работы грунта в земляном полотне автомобильных дорог и других дорожных сооружениях.

Дисциплина «Механика грунтов» состоит из 8 лекционных занятий, 8 лабораторных занятий, выполнения студентами очной формы обучения расчетно-графической работы, студентами заочного отделения – контрольной работы и самостоятельного изучения части теоретического материала, что отражено в таблице:

Виды учебных занятий	Трудоемкость
Лекции	16
Лабораторные занятия	16
Итого: аудиторных часов	32
Экзамен	4 семестр
Расчетно- графическая работа	4 семестр
Самостоятельная работа	40
Общая трудоемкость, час:	72
Дидактические единицы	2

Требования ГОС ВПО по минимальному уровню содержания дисциплины для подготовки бакалавра по направлению 270800 СТРОИТЕЛЬСТВО для учебной дисциплины: Б2.Б.7.3 «Механика грунтов».

Индекс	Наименование дисциплины и её основные разделы	Всего часов
Б2.Б.7.3	Б2.Б.7.3 «Механика грунтов» Физико-механические свойства (характеристики) грунтов основания. Напряженное состояние грунтов основания. Расчет оснований по несущей способности и устойчивости. Расчет оснований по деформациям. Оценка устойчивости склонов, откосов и массивных подпорных стенок.	72

Наименование разделов, тем,

содержание и трудоемкость в часах лекционных занятий

Б2.Б.7.3 «Механика грунтов»

Очная форма обучения

№ п/п	Раздел дисциплины, номер лекции, тема и основные вопросы, трудоемкость в часах	Форма лекционного занятия
1	Физико-механические свойства грунтов основания – Часть 1. Состав, строение и состояние грунтов. Происхождение грунтов. Составные части грунтов. Классификация и типы грунтов оснований на участке строительства. Виды воды в грунте. Газообразная составляющая грунта. Структура, текстура и связность грунтов. – 2 часа	Информационная лекция
2	Физико-механические свойства (характеристики) грунтов основания – Часть 2. Основные физико - механические свойства (характеристики) грунтов. Классификация и типы грунтовых оснований. Строение оснований. – 2 часа	Информационная лекция
3	Напряженное состояние грунтов основания. Основные положения при расчете напряженного состояния грунтов основания. Определение напряжений по подошве фундаментов и сооружений. Определение напряжений в грунтовом массиве от действия местной нагрузки на его поверхности. Влияние формы и площади фундамента в плане. – 2 часа	Информационная лекция
4	Определение напряжений в массиве грунтов от действия собственного веса и приближенными методами от действия прилагаемых на грунт нагрузок. Определение напряжений в массиве грунтов от действия собственного веса. Определение напряжений по методу угловых точек. Действие равномерно распределенной полосовой нагрузки (плоская задача). – 2 часа	Информационная лекция
5	Расчет оснований по устойчивости и по несущей способности Основные положения теории предельного равновесия (Кулона, Мора). Виды критических нагрузок, действующих на грунты основания. Начальная критическая нагрузка. Нормативное сопротивление и расчетное давление. Предельная критическая нагрузка. – 2 часа	Информационная лекция
6	Практические способы расчета несущей способности и устойчивости грунтов оснований. Расчет основания по несущей способности. Расчет фундамента на плоский сдвиг. Понятие о коэффициенте устойчивости. Расчет фундамента по схеме глубинного сдвига. Расчет на опрокидывание. – 2 часа	Информационная лекция
7	Оценка устойчивости склонов, откосов и массивных подпорных стенок. Устойчивость откоса в идеально сыпучих грунтах. Учет влияния фильтрационных сил. Устойчивость вертикального откоса в идеально связных грунтах. Устойчивость вертикального откоса в грунтах, обладающих трением и сцеплением. Определение предельного давления на горизонтальную поверхность, ограничивающую откос. Определение формы равно устойчивого откоса. Метод кругло цилиндрических поверхностей скольжения. Учет действия подземных вод. Учет сейсмических воздействий. Другие методы расчета устойчивости откосов. Расчет устойчивости подпорных стенок. Длительная устойчивость откосов, склонов и удерживающих конструкций. – 2 часа	Информационная лекция
8	Расчет оснований по деформациям Виды и природа деформаций грунта. Общие сведения о методах расчета фундаментов мелкого заложения по второй группе предельных состояний (методы расчетов по деформациям). Расчет фундаментов мелкого заложения по второй группе предельных состояний методом послойного суммирования. Расчет свайных фундаментов по деформациям. Статические методы. – 2 часа	Информационная лекция
	Итого, час: 16

Лекция № 1

Тема: «Физико-механические свойства (характеристики) грунтов оснований. Часть 1 - Состав, строение и состояние грунтов»

Вопросы:

1 – Происхождение грунтов. Составные части грунтов.

2 – Виды воды в грунте.

3 – Газообразная составляющая грунта.

4 – Структура, текстура и связность грунтов.

Вопрос 1 - Происхождение грунтов. Составные части грунтов

Грунтовые основания. Всякое сооружение расположено на грунтовом основании. Обычно основание состоит из разных типов грунтов, очень редко из грунта одного типа.

Сооружение и основание составляют единую систему. Свойства грунтов основания, их поведение под нагрузками от сооружения во многом определяют прочность, устойчивость и нормальную эксплуатацию сооружения.

Грунтом называют всякую горную породу, используемую в качестве основания, среды или материала при строительстве сооружения.

По ГОСТ 25100 – 95 «Грунты. Классификация» все грунты делят на естественные – магматические, осадочные, метаморфические и техногенные – уплотненные, закрепленные в естественном состоянии, насыпные и намывные.

Магматические (изверженные) горные породы образуются при медленном остывании и отвердении огненно-жидких расплавов магмы в верхних слоях земной коры (интрузивные, или глубинные, породы: граниты, диодориты, габбро и др.), а также при быстром остывании излившегося на поверхность расплава (эффузивные, или излившиеся, породы: базальты, порфиры и др.).

Осадочные горные породы образуются в результате выветривания, перемещения, осаждения и уплотнения продуктов разрушения исходных пород магматического, метаморфического или осадочного происхождения, образовавшихся ранее. В зависимости от степени упрочнения различают сцементированные (песчаники, доломиты, известняки и т.п.) и несцементированные осадочные породы (крупнообломочные, песчаные, пылевато-глинистые грунты, лессы, илы, торфы, почвы и т.п.).

Рисунок 1 - Геологическое строение участка застройки:

1 – известняк закарстованный; 2 – карст; 3 – супесь;

4 – щебень известняка; 5 – песок

Метаморфические горные породы образуются в недрах Земли из осадочных, магматических или метаморфических пород путем их перекристаллизации под воздействием высоких давлений и температур в присутствии горячих растворов. Наиболее типичные метаморфические горные породы: сланцы, мраморы, кварциты, гнейсы.

Горные породы магматического, метаморфического происхождения и сцементированные осадочные породы обладают жесткими связями между частицами и агрегатами и относятся к классу скальных грунтов. Осадочные несцементированные породы не имеют жестких связей и относятся к классу дисперсных или нескальных грунтов.

Происхождение грунтов. В большинстве случаев грунты состоят из трех компонентов: твердых частиц (твердых тел), воды (жидкого тела) и воздуха или иного газа (газообразного тела). Таким образом, составные части грунта находятся в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном. Соотношение этих компонентов обусловливает многие свойства грунтов.

Если грунт состоит из твердых частиц, все поры между которыми заполнены водой, то он является двухкомпонентной (двухфазной) системой. Иногда его называют грунтовой массой. В большинстве случаев в грунте кроме твердых частиц и воды имеется воздух или иной газ, растворенный в поровой воде или находящийся в виде пузырьков, окруженных поровой водой, или свободно сообщающийся с атмосферой. Такой грунт является трехкомпонентной (трехфазной) системой.

В мерзлом грунте содержится лед (пластичное тело). Лед придает грунту специфические свойства, которые приходится учитывать при строительстве в условиях вечной мерзлоты. Мерзлый грунт является четырехкомпонентной (четырехфазной) системой.

В некоторых грунтах содержатся органические вещества в виде растительных остатков или гумуса. Наличие даже сравнительно небольшого количества органических веществ в грунте (свыше 3 % в песках и 5 % в глинистых грунтах) существенно отражается на его свойствах.

Рисунок 2 – Состав грунта:

1 – инертные минералы; 2 – растворимые минералы;

3 – коллоидно – активные минералы; 4 – органическое вещество