Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Волгодонский инженерно-технический институт – филиал НИЯУ МИФИ
КРАТКИЙ КУРС ЛЕКЦИЙ
по дисциплине «Механика грунтов»
5 семестр
для студентов заочной формы обучения
по направлению (специальности) 270800 «Строительство»
полная программа
Составители:
В.М. Козловцев
Волгодонск 2012
Содержание
Лекция 1. Введение........................................................................................................................3
Лекция 2. Происхождение, состав грунтов и свойства их
составных частей ..........................................................................................................................6
Лекция 3. Механические свойства грунтов ..............................................................................22
Лекция 4. Водопроницаемость грунтов.....................................................................................33
Лекция 5. Особенности структурно-неустойчивых оснований ..............................................40
Лекция 6. Определение напряжений в массиве грунта ............................................................42
Литература ....................................................................................................................................55
Лекция 1. Введение
Основные понятия и определения
Всякое сооружение передает действующие на него нагрузки, включая его собственный вес, на основание. Основание – это напластование грунтов, воспринимающее давление от сооружения (рис. 1).
Рис.1. Схема фундамента с основанием
Различают основания естественные, сложенные природными грунтами, и искусственно улучшенные – при искусственном улучшении свойств природных грунтов или частичной замене грунтов.
Располагать сооружение непосредственно на поверхности земли можно в относительно редких случаях. Этому обычно препятствуют следующие особенности верхних слоев грунта:
а) неспособность восприятия давления от сооружения (малая несущая способность);
б) возможность вертикального перемещения под воздействием метеорологических факторов (пучение при промерзании, просадка при оттаивании, набухание при увлажнении, усадка при высыхании);
в) возможность разрушения различными землероями, корнями растений и выветриванием.
Все это обусловливает необходимость устройства подземной конструкции, предназначаемой главным образом для передачи давления на грунты, лежащие на некоторой глубине. Эту конструкцию называют фундаментом.
Фундамент 1 (см. рис.1) чаще всего располагают ниже поверхности земли 2. Надземные конструкции 3 опираются на верхнюю плоскость фундамента – его обрез 4. Нижнюю плоскость фундамента называют его подошвой 5. В основании различают несущий слой грунта 6, на который передается давление от фундамента, и подстилающие слои 7.
Высота фундамента hф обычно несколько меньше глубины его заложения h, поскольку обрез фундамента располагают, как правило, ниже планировочной отметки поверхности земли около фундамента.
Грунтами называют горные породы коры выветривания литосферы. В геологии все горные породы, кроме скальных, называют рыхлыми горными породами. Именно эти породы в механике грунтов называют грунтами. Основной их особенностью является раздробленность (дисперсность). По СНиП различают грунты скальные, крупнообломочные, песчаные, глинистые и органогенные.
Структура грунта – обусловливает выделение его в отдельную группу. Свойства грунтов могут резко изменяться в зависимости от состояния.
Например:
Г
лина:
– в текучем состоянии Р = 0,5
кг/см2 = 0,05 МПа;
– в твердом состоянии Р = 500 кг/см2 = 50 МПа.
Проектирование зданий в проектных институтах обычно осуществляется по типовым проектам, а фундаменты всегда проектируются, исходя из индивидуальных условий – это обусловливается природным залеганием грунтов.
Пизанская башня (построенная более 800 лет назад)
Рср=5 кг/см2=50 т/м2=500 Н/м2=0,5МПа
В 1932 г. под основание башни было произведено нагнетание через 351 скважину 50 мм около 1000 т цементного раствора. Приращение наклона за последнее время 3,3 мм в год (1 мм в год). Только в 2002 г. отклонение башни было стабилизировано за счет выемки грунта из основания.
Трансконский элеватор (г. Виннипег, Канада 1913 г.)
П
осле
катастрофы незначительно деформируемое
сооружение осталось стоять под углом
около 63° к горизонту.
Впоследствии элеватор вернули в прежнее положение с помощью домкратов.
Погружение Венеции:
Образование грунтов (генезис)
Свойства горных пород в большой степени зависят от условий и места их образования – от ГЕНЕЗИСА. Поэтому все горные породы делят, в зависимости от генезиса, на три типа:
магматические (МГП), образовавшиеся при застывании магмы в глубине земной коры или лавы на её поверхности;
осадочные (ОГП), образовавшиеся на земной поверхности вследствие осаждения материала выветривания пород в воздушной или водной среде;
метаморфические (МетГП) – появившиеся в результате преобразования (метаморфизма) уже существующих горных пород.
В зависимости от условий и места образования каждый тип горных пород делится на несколько групп.
Континентальные отложения:
– элювиальные ( форма зерен угловатая) – продукты выветривания горных пород, оставшиеся на месте образования;
– делювиальные (перемещенные атмосферными водами и силами тяжести, напластования неоднородны);
– аллювиальные (перенесенные водными потоками на значительные расстояния – окатанные частицы);
– ледниковые (образовавшиеся в результате действия ледников, неоднородные грунты);
– эоловые (продукты выветривания, пески дюн, барханов, характерно наличие пылеватых и илистых фракций).
Морские отложения: илы, заторфованные грунты, пески, галечники – низкая несущая способность.
Лекция 2. Происхождение, состав грунтов и свойства их составных частей