Что изучает дисциплина механика грунтов?

Ранее изучались следующие разделы физики и строительной механики:

• механика твёрдого тела;

• механика упругого тела;

• теоретическая механика;

• строительная механика.

Однако грунт представляет собой особую среду. Если рассматривать отдельный элемент грунта в виде кубика, то не трудно заметить его ячеистую структуру (см.рис.).

Состав грунта, состоящий из зёрен (минеральные частицы) и пор.

Структура грунта или его состав, состоящий из отдельных зерен и пор, заполненных водой и воздухом (см. рис.) – обусловливает необходимость изучать свойства грунта в отдельном курсе механика грунтов.

Свойства грунтов могут резко изменяться в зависимости от состояния. Например, глина: в при увлажнении может находиться в текучем состоянии при прочности Р = 0,5 кг/см² = 0,05 МПа, а при высыхании эта же глина может перейти в твердое состояние с прочностью Р = 500 кг/см² = 50 МПа. Нужно уметь правильно запроектировать любое сооружение в не зависимости от изменчивости свойств грунтов оснований.

Проектирование зданий в проектных институтах обычно осуществляется по типовым проектам, а фундаменты всегда проектируются, исходя из индивидуальных условий – это обусловливается природным залеганием грунтов и разнообразием их свойств.

Литература

1. Далматов Б. И. и др. Механика грунтов. Часть 1. Основы геотехники. 2002 г.

2. Далматов Б. И. и др. Основания и фундаменты. Часть 2. Основы геотехники. 2002 г.

3. Цытович Н. А. Краткий курс механики грунтов. – М., 1979 г., 1983 г.

4. Далматов Б. И. Механика грунтов, основания и фундаменты. – М., 1981 г.

5. СНиП 2.02.01–83* – Основания зданий и сооружений.

6. СНиП 2.02.03–85 – Свайные фундаменты.

Связь рассматриваемого курса с другими дисциплинами

Механика грунтов (носящая более теоретический характер) органически связана как с ранее изучаемыми дисциплинами, так и последующими (см. схему на ниже приведённом рис.). К таким дисциплинам относится предмет "Основания и фундаменты", который носит в основном прикладной характер и изучается позже.

Схема изучения предмета и его связи с другими дисциплинами.

«Гражданское строительство должно гармонично вписываться в окружающую среду не только в эстетическом, но и в физическом плане; при этом окружающая среда в большей мере определяется геологическими факторами».

Перейдём к рассмотрению исторические примеров сооружений, для которых свойства грунтов основания имели первостепенное значение.

Трансконский элеватор (г. Виннипег, Канада 1913 г.)

Быстрая загрузка элеватора полезной нагрузкой и не учет свойств несущего слоя грунта – глины привели к перегрузке основания и возникновению выпора грунта из-под фундамента. Построенное сооружение деформировалось и значительно накренилось, возникла аварийная ситуация (см. рис.).

Авария Трансконского элеватора в Канаде.

После катастрофы незначительно деформируемое сооружение осталось стоять под углом около 63° к горизонту. Впоследствии элеватор вернули в прежнее положение с помощью домкратов.

Пизанская башня

Пизанская башня - знаменитый итальянский памятник архитектуры (построенная более 800 лет назад) при среднем давлении под фундаментом Р_ср = 5 кг/см² = 50 т/м² = 500 кН/м² = 0,5 МПа претерпела значительные деформации с развитием крена (см. рис.). Причина такой неравномерной деформации – недооценка свойств грунтов, найденных в свое время по одной скважине, пробуренной под ее центром.

Схема грунтовых условий и деформации Пизанской башни.

Уже в период строительства было замечено отклонение башни от вертикали и строители, пытаясь исправить положение дел, начали выкладывать верхние ярусы с противоположным уклоном. В результате башня получила форму «банана», а строительство ее растянулось почти на 200 лет.

Деформация Пизанской башни в форме "банана".

К настоящему времени башня имеет отклонение от вертикали на 5,5° и соответствующие характеристики, представленные на схеме.

Схема отклонения башни от вертикали.

Благодаря деформированному состоянию, которое сохраняется уже на протяжении более 800 лет, Пизанская башня привлекает множество туристов и является уникальным памятником, охраняемом ЮНЕСКО.

Вид Пизанской бани с высоты птичьего полета.

С целью стабилизации отклонения башни от вертикали еще в 1932 г. под основание башни было произведено нагнетание через 351 скважину Ø 50 мм около 1000 т цементного раствора. Приращение наклона за последнее десятилетие прошлого века составляло ≈ 1 мм в год.

Только в 2002 г. отклонение башни было стабилизировано за счет выемки грунта из основания и проведение дополнительных мероприятий по усилению основания.

Строительство Асуанской плотины в Египте

Асуанская плотина в Египте построена Российскими инженерами и выполнена из песка, успешно эксплуатируется уже не один десяток лет. Учтены особенности укладки песка в дельте Нила, что позволило создать надежное и долговременное сооружение.

Карта-схема расположения плотины.

Фотография Асуанской плотины на Ниле, выполненной из сыпучего грунта.