1. Механика грунтов как наука. Основные понятия и терминология

Механика грунтов – наука, об условии нарушения прочности и устойчивости грунтов в основании сооружения, а также деформаций грунтов под воздействием приложенных к ним сил.

Суть: описание математическими формулами и способами поведение грунтов под нагрузкой.

Основные понятия и терминология:

Горная порода- устойчивая по составу и строению природная ассоциация одного или нескольких минералов, или минеральных агрегатов.

Скальная г.п.- твердая г.п. с пределом прочности при одноосном сжатии, превышающем 30 Мпа.

Связная г.п.- г.п., имеющая водноколлоидную связь между частицами минералов или минеральных агрегатов.

Грунт- любая г.п., залегающая преимущественно в пределах зоны выветривания и являющаяся объектом инженерной- строительной деятельности человека.

Массив г.п.- часть земной коры, состоящая из совокупности горных пород, сформировавшихся в определенной геологической обстановке, и характеризующаяся присущими ей физическими, химическими и геологическими параметрами.

Напряженно-деформированное состояние породного массива-состояние породного массива, характеризуемое совокупностью в нем компонентов напряжений и деформаций

свойства г.п.- присущая данной г.п. особенность, отражающая ее поведение при воздействии внешних факторов.

Физическое свойство горной породы-свойство горной породы, характеризующее протекание физических процессов в горной породе

Механические свойства горной породы-свойства, характеризующие возникновение, распределение и изменение механических напряжений и деформаций в горной породе при воздействии механических нагрузок

Упругие свойства горной породы-механические свойства, характеризующие процессы упругого деформирования горных пород

Прочностные свойства горной породы-механические свойства, характеризующие процессы разрушения горных пород.

Плотность грунта ρ_гр- отношение массы грунта m_гр (включая массу воды в его порах) к занимаемому этим грунтом объёму V_гр, или масса единицы объема грунта ненарушенной структуры.

Плотность сухого грунта ρ_гр^с- отношение массы сухого грунта m_тв (исключая массу воды в его порах) к занимаемому эти грунтом объему V_гр (включая имеющиеся в этом грунте поры), или масса твердой части грунта в единице его объема ненарушенной структуры.

Плотность частиц грунта ρ_s— отношение массы сухого грунта (исключая массу воды в его порах) к объёму твердой части этого грунта V_тв.

Удельный вес грунта γ_гр, Н/м³-отношение веса грунта, включая вес воды в его порах, к занимаемому этим грунтом объемы, включая поры. γ_гр= ρ_грg (g=9,8 м/с² ускорение силы тяжести).

Удельный вес частиц грунта γ_тв, Н/м³-отношение веса сухого грунта к объему твердой части этого грунта.

Пористость грунта n- отношение объема пор в грунте к объему твердой фазы грунта.

Коэффициент пористости е- отношение объема пор к объему твердой фазы грунта.

Физическая (естественная) влажность грунта W, %- отношение массы воды в порах грунта к массе сухого грунта в данном объеме, выражаемое в процентах или долях единицы.

2. Действие нагрузки, равномерно распределенной по гибкому ленточному фундаменту.

Решение данной задачи рассмотрим для фундаментов, поставленных на дневной поверхности горной породы, без учета влияния заглубления фундамента на распределение напряжений в основании сооружений. Если внешняя нагрузка передается через гибкий фундамент, то подошва фундамента должна свободно следовать деформациям основания. Следовательно, гибкие фундаменты работают совместно с уплотняющимся основанием, и в таком случае сжимающие напряжения на поверхности горных пород в точках непосредственного приложения нагрузки будут всегда равны интенсивности этой нагрузки.

Для нахождения составляющих напряжений от нагрузки, равномерно распределенной по гибкой полосе шириной b, используется решение, полученное Н.М.Герсевановым для нагрузки, равномерно распределенной по бесконечной прямой.

Пусть нагрузка интенсивностью р_у произвольно распределена по ширине полосы(Рис.3.10.а). Разделим полосу на бесконечно узкие участки шириной d_y. Тогда нагрузка, приходящаяся на такой участок, составит dp_x=p_yd_y. Каждую из бесконечно узких загруженных полосок фундамента можно отождествить с нагрузкой, распределенной по бесконечной прямой.

Так как ширина бесконечно узкого участка , то .

Подставив полученное значение dp_x в формулу , получим выражение для нормальных составляющих напряжений, возникающих от нагрузки, равномерно распределенной по бесконечно узкой полосе:

.

Для определения напряжений при действии постоянной равномерно распределенной нагрузки (Рис.3.10.б.) обозначим угол ɑ_в как угол видимости, а , где β₂-угол между вертикалью и крайним по отношению к нагрузке лучом.

Тогда ;

;

.

Из этих выражений следует, что составляющие напряжений в плоской задаче не зависят от характеристик среды. Они прямопропорциональны величине внешней нагрузки и определяются размещением точки в массиве.

Эпюры показывают, что максимальные сжимающие напряжения действуют по оси симметрии полосовой нагрузки и уменьшаются как с глубиной, так и с увеличение расстояния от оси симметрии (оси Z).

Распределение составляющих напряжений σ_z, σ_y,τ_zy в основании под гибким ленточным фундаментом характеризуется изобарами напряжений. Напряжение σ_z очень медленно убывают с глубиной и довольно быстро- в стороны от оси Z (Рис.3.12.а.). Составляющие напряжения σ_y резко убывают по глубине и значительно медленнее в стороны оси Z(рис.3.12.б). Касательные напряжения концентрируются под краями фундаментов. Под действием напряжений τ_zy происходит выдавливание породы из под фундаментов.

3. Основные закономерности механики грунтов.

Рыхлые отложения, в отличии от скальных имеют особые свойства: деформируемость, сжимаемость, водопроницаемость, контактную сопротивляемость. С этими свойствами связаны и основные закономерности:

1. Сжимаемость связана.Закон уплотнения.

Сжимаемость – это способность грунтов изменят свое строение под влиянием внешних воздействий на более компактное за счет уменьшения пористости.

Уменьшение пористости происходит как следствие возникновения некоторых местных сдвигов частиц, и проскальзывания более мелких в поры грунта, так (особенно у дисперсных водонасыщенных глинистых грунтов) и вследствие изменения толщины водно-коллоидных оболочек минеральных частиц под влиянием увеличения давления, высыхания, коагуляции и пр.

Для грунтов полностью водонасыщенных изменение пористости возможно лишь при изменении их влажности (выдавливании или всасывании воды) и некоторого внутри-объемного сжатия газовых включений; для грунтов же неводонасыщенных оно может происходить и при сохранении их влажности.

Компрессионная кривая:

а=tgɑ=Δe/Δp – коэффициент сжимаемости –отношение изменения коэффициента пористости к приращению давления.9

Закон уплотнения грунтов- бесконечно малое изменение относительного объема пор грунта прямо пропорционально бесконечно малому изменению давления.