Теория

1. Место «Геотехники» среди других наук строительного направления и связь ее с другими дисциплинами.

Геотехника — научные методы и инженерные принципы строительной деятельности с использованием материалов земной коры, совокупность взаимосвязанных технических решений, приемов и способов возведения подземных частей зданий и сооружений, включая способы освоения подземного пространства для строительства заглубленных помещений.

Геотехника базируется на законах механики грунтов (уплотнения, сопротивления сдвигу, фильтрация) и закономерностях, определяющих характер деформируемости грунта (при увлажнении, динамических, температурных и иных воздействиях, напряженном состоянии), а также на теории и практике фундаментостроения и подземного строительства с учетом региональных особенностей инженерной геологии и опасных геологических процессов оползень, карст и подтопление).

Геотехника как комплексное направление сформировалась после накопления знаний и опыта в области грунтоведения, механики грунтов, оснований и фундаментов, включая достижения в смежных строительных дисциплинах. Сильный толчок геотехнике придали уникальные технические решения, созданные во второй половине XX в.: стена в грунте, грунтовые анкеры, струйная технология и геотекстиль, которые позволяют реализовать сложнейшие геотехнические проекты, ранее считавшиеся невыполнимыми.

Дифференциация геотехники и взаимодействие ее с другими науками и с практикой:

Инженерная геология

Земляные работы

Фундаментостроение

Проходка скальных выемок и разработка скальных пород

Сооружение подземных выработок

Геомеханика, которая в свою очередь делится на:

Механика грунтов

Механика скальных пород

Геотехника является общенаучной дисциплиной для студентов строительных специальностей. Объектом изучения геотехники являются грунты естественного, реже искусственного (техногенного) происхождения. Возводимые сооружения передают нагрузки на основания, состоящие из каких-либо грунтов. Состав, строение и свойства грунтов разных строительных площадок могут существенно различаться, требуя специального изучения.

Поведение грунтов под нагрузками сопровождается сложными процессами, т.к. нарушается их начальное состояние, и в грунтах возникают новые процессы, осложняющие эксплуатацию сооружений. Ошибочная оценка грунтов основания часто бывает причиной аварий сооружений, поэтому необходимо не только правильно оценить прочностные и деформационные свойства грунтов, но и в ряде случаев разработать способы улучшения строительных свойств грунтов основания.

В дисциплине «Геотехника» рассматриваются вопросы напряженного состояния, деформируемости, прочности и устойчивости грунтов, а также способы их обеспечения. Для успешного освоения курса необходимо знание ряда дисциплин, таких как инженерная геология и гидрогеология, математика, физика, сопротивление материалов, теория упругости, пластичности, строительная механика и др.

Основными задачами дисциплины являются:

- объективная оценка физико-механических свойств грунтов;

- определение напряженно-деформированного состояния грунтового массива от собственного веса, нагрузки от сооружений и природных факторов;

- оценка прочности и устойчивости грунтовых массивов против оползания, разрушения и давления на ограждающие конструкции;

- расчет оснований фундаментов по предельным состояниям.

2 Грунт, его определение и особенности свойств по сравнению с другими материалами.

Грунт – это горная порода, находящаяся в сфере воздействия инженерной деятельности человека

Для оценки строительных свойств грунтов пользуются рядом его характеристик.

Грунтом называют всякую горную породу, используемую при строительстве в качестве основания сооружения, среды, в которой сооружение возводится, или материала для сооружения. Термин «грунт» широко применяют в строительстве, заменяя более широкий термин «горная порода», который используется в геологии, географии, горном и геолого-разведочном деле. Закономерности состава и строения грунтов теснейшим образом связаны с условиями их происхождения. В инженерной геологии, происхождение грунтов детально изучено для разных условий. Происхождение положено в основу классификации грунтов. Все грунты разделяются на естественные — магматические, осадочные, метаморфические — и искусственные — уплотненные, закрепленные в естественном состоянии, насыпные и намывные. Магматические горные породы образуются при медленном остывании и отвердении огненно-жидких расплавов магмы в верхних слоях земной коры, а также при быстром остывании излившегося на поверхность земли расплава. Осадочные горные породы образуются в результате выветривания, перемещения, осаждения и уплотнения продуктов разрушения исходных пород магматического, метаморфического или осадочного происхождения, образовавшихся ранее.  Метаморфические горные породы образуются в недрах из осадочных, магматических или метаморфических пород путем их перекристаллизации под воздействием высоких давлений и температур в присутствии горячих растворов.  К искусственным скальным грунтам относятся все природные грунты любого происхождения, специально закрепленные материалами, приводящими к возникновению жестких связей. К классу нескальных искусственных грунтов относятся несцементированные осадочные породы, подвергнутые специальному уплотнению в природном залегании, насыпные, намывные грунты, а также твердые промышленные отходы. Изобразим схему 1 см³ грунта (3-х фазная система). 1-ая группа характеристик, определяемых опытным путем. 1. Плотность грунта ненарушенной (естественной) структуры 2. Плотность твердых частиц грунта 3. Весовая влажность грунта

2-ая группа характеристик, определяемых расчетами. 1. Плотность сухого грунта 2. Пористость грунта: П 3. Коэффициент пористости грунта: е  Физические свойства песчаных грунтов:

Гранулометрический состав, плотность р (г/см3), влажность w(%), плотность сухого грунта pd (г/см3), пористость П, коэф пористости е, степень влажности Sr, коэф однородности Cv Физические свойства глинистых грунтов:

Плотность р (г/см3), влажность w(%), влажность на границе раскатывания wр(%), влажность на границе текучести wL(%), плотность сухого грунта pd (г/см3), пористость П, коэф пористости е, степень влажности Sr, число пластичности Ip, показатель консистенции IL

3 Классификация по гост 25100-95 (Грунты. Классификация).

В соответствии с ГОСТ 25100-95 все грунты классифицируют в зависимости от происхождения и условий образования, характера структурных связей между частицами, состава и строительных свойств грунтов.

Грунты подразделяют на два основных класса: скальные и нескальные.

Скальные грунты — это грунты с жесткими структурными связями, к которым относятся магматические, метаморфические, осадочные сцементированные и искусственные.

Скальные грунты подразделяются на разновидности в зависимости от предела прочности на одноосное сжатие в водонасыщенном состоянии, по степени размягчения в воде, растворимости и др.

Нескальные грунты — это грунты без жестких структурных связей. К нескальным грунтам относят рыхлые горные породы, включающие несвязные (сыпучие) и связные породы, прочность которых во много раз меньше прочности связей минералов, слагающих эти породы. Характерной особенностью этих грунтов является их раздробленность, дисперсность, что коренным образом отличает их от скальных весьма прочных пород.

В состав грунтов входят твердые минеральные частицы, вода в различных видах и состояниях и газообразные включения. В состав некоторых грунтов входят органические соединения.

Твердые минеральные частицы грунта представляют систему разнообразных по форме, составу и размерам зерен. Размеры зерен колеблются от десятков сантиметров для валунов до   мельчайших   коллоидных   частиц.

Нескальные грунты по размерам минеральных частиц подразделяют на следующие виды:

- крупнообломочные с содержанием частиц крупнее 2 мм более 50% по массе;

- песчаные;

- пылевато-глинистые.

По плотности сложения песчаные грунты подразделяют на виды в зависимости от значения коэффициента пористости.

Среди пылевато-глинистых грунтов необходимо выделять грунты, проявляющие специфические неблагоприятные свойства при замачивании, — просадочные и набухающие. К просадочным относятся грунты, которые под действием внешней нагрузки или собственного веса при замачивании водой дают осадку, называемую просадкой. К набухающим относятся грунты, которые при замачивании водой или химическими растворами увеличиваются в объеме, и  при  этом относительное набухание без нагрузки составляет esme0,04.