- •1 Основные понятия и определения курса.
- •2 Цели и задачи курса. Связь с другими дисциплинами.
- •Главная задача курса освоение методик расчета грунтовых оснований.
- •4 Грунтовые основания. Происхождение грунтов.
- •5 Составные части (компоненты) грунтов. Грунты представляют собой пористые материалы, поры которых могут быть полностью или частично заполнены водой. Составные части
- •6 Гранулометрический состав грунтов. Методы его определения и изображения.
- •7 Виды воды в грунтовом основание.
- •8 Воздух и органические вещества в грунте.
- •9 Понятие о текстуре и структуре грунтов.
- •10 Физические свойства грунтов и их характеристики.
- •11 Пределы Аттерберга
- •12 Классификация грунтов по гост.
- •14 Сжимаемость грунтов. Компрессионные испытания.
- •15 Компрессионные испытания. Основной закон уплотнения.
- •16 Сжимаемость массива грунта. 17 Испытание грунта штампом.
- •18 Полевые методы определения модуля деформации грунта.
- •19 Влияние условий сжатия на поведение грунта под нагрузкой.
- •20 Сопротивление грунта сдвигу. Основные понятия.
- •21 Основные понятия теории прочности грунта.
- •22 Предельное сопротивление грунтов сдвигу при прямом плоскостном срезе.
- •23 Закон Кулона для связанных и несвязанных грунтов.
- •24 Испытания по схеме трехосного сжатия.
- •25 Условия прочности несвязных связных грунтов ( испытания в стабилометре).
- •26 Полевые методы испытания на сдвиг.
- •27 Водопроницаемость грунтов. Законы движения воды в грунте
- •Закон Дарси Закон ламинарной фильтрации или закон Дарси (Дарси, 1885) записывается виде:
- •28 Эффективные и нейтральные давления (напряжения) в грунте.
- •29 Природа (физические причины) длительного протекания деформаций в грунте.
- •30 Особые свойства грунта.
- •31 Использование характеристик физических свойств грунтов для приближенной оценки их механических свойств.
- •32 Выбор расчетных значений характеристик грунта.
- •33 Напряжение в грунте от собственного веса.
- •34 Напряжение в грунте от сосредоточенной силы.
- •35 Напряжения в грунте от распределенной нагрузки.
- •Напряжения от действия внешней нагрузки под центром фундамента.
- •36 Метод угловых точек.
- •37 Напряжения в грунте от вертикальной равномерно распределенной полосовой нагрузки.
- •38 Распределение напряжений в грунте по подошве фундамента сооружения.
- •39 Распределение напряжений в грунте по подошве сооружений и конструкций конечной жесткости
- •Метод коэффициента постели
- •41 Определение начального критического давления.
- •42 Определение конечного критического давления
- •43 Расчет конечных осадок
- •Определение деформаций оснований (осадки) по методу послойного суммирования
- •Расчет осадок по методу эквивалентного слоя
- •♯ Виды нарушения откосов
- •♯ Метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения
- •♯ Давление грунта на ограждающую поверхность
- •44 Алгоритм расчета осадки основания фундамента
- •45. Понятие о расчете осадок во времени
29 Природа (физические причины) длительного протекания деформаций в грунте.
В отличие большинства твердых конструкционных материалов (сталь, бетон, железобетон, кирпич и т.д.), деформации которых реализуются в первые же секунды после приложения нагрузки, грунты в основаниях деформируются очень медленно месяцы, годы, десятилетия (иногда даже столетия). Это связано с двумя причинами:
- в порах грунта находиться вода, которую необходимо «выдавить», чтобы грунт уплотнился, а быстрое перемещение воды в грунте, особенно глинистом, невозможно;
- твердая часть (скелет) грунта обладает вязкопластичными свойствами, т.е. для развития в нем деформаций также необходимо время.
К. Терцаги предложил мысленную модель деформаций водонасыщеного грунта, которая очень наглядно иллюстрирует происходящие в нем процессы. Модель представляет сосуд с пористым поршнем и пружиной, на которую этот поршень опирается, при этом внутренний объем сосуда заполнен водой. Пружина отображает скелет грунта. В первый момент вся нагрузка, передаваемая через поршень, воспринимается водой, в пружине (скелете грунта) на этой стадии напряжений не возникает. Затем вода постепенно выдавливается (фильтруется) через щели в поршне, и нагрузка постепенно передается на пружину (скелет грунта), которая по мере нагружения сжимается. В конечном итоге пружина воспримет всю нагрузку, а давление в воде упадет до нуля.
модель деформирования водонасыщенного грунта: а– начальное состояние, б – конечное состояние
Раздел механики грунтов, изучающий механические процессы, связанные с выдавливанием воды из пор грунта под действием нагрузки, называется теорией фильтрационной (первичной) консолидации. Эта теория основывается на идее К. Терцаги, который в 1924 г. показал, что процесс выдавливания воды из нагруженной зоны грунта может иметь ту же математическую модель (описываться тем же дифференциальным уравнением), что и распространение тепла в нагреваемом материале.
Данная идея получила дальнейшее развитие в трудах очень большого числа специалистов во всем мире, и, особенно, в нашей стране. Теория фильтрационной консолидации позволила рассматривать деформации водонасыщенных оснований как процесс, развивающийся во времени. Разработаны практические методы расчеты деформаций, ожидаемых через то или иное количество месяцев после приложения нагрузки. Необходимо лишь отметить, что строительная практика второй половины ХХ века показала, что поведение грунта под нагрузкой значительно сложнее, чем это представлял себе К. Терцаги. Тем не менее, теория фильтрационной консолидации своего значения не утратила. До настоящего времени в нормах большинства стран прогнозирование осадок во времени в значительной мере основывается на теории фильтрационной консолидации (особенно для гидротехнических объектов).
Раздел механики грунтов, изучающий процессы сопротивляемости уплотнению самого скелета грунта, называется теорией вторичной консолидации (теорией ползучести скелета). Ее методы наиболее эффективны для грунтов средней и малой степени водонасыщения, т.е. когда не все поры грунта заполнены водой.
В обеих теориях используется понятие «степень консолидации» U, которое отражает долю реализации деформаций. Например, в первый момент нагружения, когда деформации еще не начались, U=0; при реализации 50% деформаций U=0,5, при реализации 100% деформаций U=1. Естественно, что способы определения степени консолидации U в упомянутых теориях различны.
Фактически в основаниях развиваются параллельно как процессы фильтрационной (первичной) консолидации, так и процессы вторичной консолидации (ползучести скелета), но в водонасыщенных грунтах превалируют процессы фильтрационной консолидации. В отечественных нормах проектирования оснований сооружений(СниП 2.02.01-83*) учитываются оба фактора. Осадка в момент времени t определяется по формуле:
где St и S – соответственно осадка в момент времени t и конечная осадка;
U1 и U2 – соответственно степени превичной и вторичной консолидации грунта; а – величина, зависящая от вязкопластичных свойств грунта, определяемая по результатам компрессионных испытаний.