Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Механика грунтов. Учебно-методическое пособие к лабораторным работам
.pdf
Министерство транспорта Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА
(МИИТ)»
___________________________________________________
Кафедра «Автомобильные дороги, аэродромы,
основания и фундаменты»
МЕХАНИКА ГРУНТОВ
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ
К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ
Учебно-методическое пособие для студентов
специальностей:
«Строительство железных дорог, мостов и тоннелей»,
«Промышленное и гражданское строительство»,
«Экспертиза и управление недвижимостью»,
«Строительство автомобильных дорог
и аэродромов»
Москва – 2018
1
УДК 624.13
М 55
Механика грунтов: Учебно-методическое пособие к
лабораторным работам / Кириллова Н.Ю., Голосова О.А.,
Романов П.Н., Шаврин Л.А. - М.: РУТ (МИИТ), 2018.
– 84 с.
В данном учебно-методическом пособии изложены
основные характеристики дисперсных грунтов,
современные способы их определения в лабораторных
условиях. Даны конструктивные схемы приборов,
технологические особенности работы на них и
рекомендации по обработке экспериментальных
результатов (таблицы, графики и т.п.).
Рецензент: Сонин Александр Николаевич,
кафедра «Мосты и тоннели» РУТ (МИИТ),
доцент, доцент, к.т.н.
© РУТ (МИИТ), 2018
2
Литература
1. ГОСТ 25100-2011 Грунты. Классификация
2. ГОСТ 30416-2012 Грунты. Лабораторные испытания.
Общие положения
3. ГОСТ 5180-2015 Грунты. Методы лабораторного
определения физических характеристик
4. ГОСТ 12536-2014 Грунты. Методы лабораторного
определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава
5. ГОСТ 12248-2010 Грунты. Методы лабораторного
определения характеристик прочности и деформируемости
6. ГОСТ 23161-2012 Грунты. Метод лабораторного
определения характеристик просадочности
7. ГОСТ 22733-2016 Грунты. Метод лабораторного
определения максимальной плотности
8. ГОСТ 25584-2016 Грунты. Методы лабораторного
определения коэффициента фильтрации
9. СП 22.13330.2011 Основания зданий и сооружений.
Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*, Москва, 2011
10. СП 35.13330.2011 Мосты и трубы. Актуализированная
редакция СНиП 2.05.03-84*, Москва, 2011
11. Основания и фундаменты транспортных сооружений.
Н.М. Глотов, А.В. Леонычев, Ж.Е. Рогаткина; Под ред. проф.
Г.П. Соловьева. – М. Транспорт, 1995
3
Введение
Фундаменты инженерных сооружений (зданий,
мостов и т.д.) чаще всего опираются на осадочные
дисперсные горные породы: песчаные или глинистые.
Через подошву фундамента передается
преимущественно вертикальное давление на грунтовое
основание, изменяя в нем напряженно-деформируемое
состояние. Возможно уплотнение грунта за счет
уменьшения объема пор и сдвига минеральных частиц, что
на контактах вызывает осадку, крен и сдвиги сооружений.
Безопасность эксплуатации сооружений
обеспечивается, если указанные давления и перемещения
незначительны. Их пределы ограничены действующими
строительными нормами [9, 10].
На выбор фундамента, отвечающего требованиям
СП, влияют особенности сооружения, а также инженерногеологические условия места строительства. Необходима
информация о строительных физико-механических
характеристиках грунтов. Они в большинстве случаев
определяются лабораторными способами по пробам
грунта, извлеченного из шурфов или скважин.
В пособии дается методика лабораторных испытаний
наиболее часто встречающихся дисперсных грунтов
осадочных пород (песчаных и глинистых) и обработки
экспериментальных данных, конструкция приборов и др. в
соответствии с действующими ГОСТ и СП [1 – 10].
4
Определяются:
В работе №1 – крупность и плотность песков,
коэффициент водонасыщения, а также их расчетные
сопротивления по СП.
В работе №2 – плотность глинистого грунта,
природная влажность и влажности на границах
пластичности, а также его расчетные сопротивления по
СП.
В работе №3 – параметры жесткости и податливости
грунта при сжатии в компрессионном приборе.
В работе №4 – величины сопротивления грунта
сдвигу в одноплоскостном приборе.
В работе №5 – относительная просадочность
лессового грунта.
В работе №6 – максимальная плотность и
оптимальная влажность грунта.
В работе №7 – коэффициент фильтрации грунта.
Работы №8 и №9 проводятся в порядке выполнения
научно-исследовательской работы студентов.
В работе №8 – определяются деформационные
характеристики жесткости грунта (таких же, как в работе
№3).
В работе №9 – при испытаниях грунта в
стабилометре типа М-2 определяется комплекс
прочностных и деформационных характеристик (в том
числе, таких же, как и в работах №3 и №4).
5
Предисловие
Прежде чем выполнять лабораторные работы,
необходимо иметь представление о дисперсных грунтах и
их основных характеристиках.
Грунт представляет собой систему из
соприкасающихся минеральных частиц (рисунок 1, а) и
пор между ними, наполненных водой и воздухом (в
частных случаях – только водой или воздухом). В местах
контактов частиц могут быть прослойки воды или воздуха.
Частицы имеют различные размеры:
Песчаные: 2 – 0,05 мм
Глинистые: менее 0,002 мм
Песчаные частицы состоят из прочных минералов
кварца, в основном окатанные. Глинистые – по форме
пластинчатые, состоят из каолинита или
монтмориллонита.
Пески не задерживают воду, а глинистые грунты
пропускают ее медленно или полностью сдерживают.
Деформации песков под нагрузкой происходят мгновенно,
а глинистых – с замедлением.
У особой группы пылевато-глинистых грунтов
(лёссовидных суглинков) частицы сцементированы
водорастворимыми солями (кальция или магния), имеются
в большом количестве поры малых размеров.
При сжатии сначала наблюдается сближения
минеральных частиц. Обжимаются воздух и вода по их
контактам, уменьшается объем пор. Деформации
6
минеральных частиц практически отсутствуют. Далее
начинаются подвижки частиц в контактах.
Частицы смещаются в поры, образуется уплотненное
ядро в зоне приложения нагрузки. При дальнейшем
увеличении нагрузки это ядро выжимает частицы (в том
числе воду и воздух) в менее нагруженное пространство.
Последовательно увеличивается интенсивность
деформаций. Сначала она растет пропорционально росту
нагрузки, далее отклоняется в гиперболической форме.
Рисунок 1. Схема грунта
Осадка фундаментов сооружений следует за
деформациями грунтового основания. СП [9,10]
установлены предельные величины осадки для разных
инженерных сооружений. Безопасная эксплуатация
7
допускается в случае, когда деформации под
3
s
ρ = / /см, г
ss
mV
3
ρ = / , м г/сmV
/ ,%
ws
W m m
g
ss
сооружениями не превышают предельных значений.
Нужно ограничивать величины нагрузок на грунты,
чтобы вертикальные давления не превышали расчетных
сопротивлений грунта R. Последние являются границей,
когда в грунтах деформации с небольшими отклонениями
прямо пропорциональны вертикальным нормальным
напряжениям.
Для часто встречающихся грунтов значения R
установлены многочисленными испытаниями оснований
опытными фундаментами-штампами и даны в СП [9,10]
соответственно для вида и состояния. Дисперсные грунты
классифицируются по зерновому составу и состоянию в
ГОСТ [1], таблицы из которого приведены ниже.
Для выполнения 1 и 2 работ необходимы знания у
студентов основных показателей грунтов. Их можно
получить из схемы грунта (рисунок 1, б).
Показатели состава и состояния грунта
Экспериментальные
Плотность частиц грунта:
Плотность грунта:
Влажность:
Удельные веса, соответственно:
- частиц грунта
8
,
- грунта в естественном состоянии:
g
2
10 м/сg
3
ρ = ; ρ ρ / (1 0,01 ), г/см
s
dd
m
W
V
п
; 1 ρ ρ 100
ds
V
n n (
V
/ ) %
п
; ρ1
ssd
V
e e /
V
100
wr s
/ (e )SW
ε
E
0
m
где
– ускорение свободного падения
Расчетные (см. примечание 1)
Плотность сухого грунта:
Пористость:
,
,
Коэффициент пористости:
Коэффициент водонасыщения:
Примечание 1: расчетные значения получаются
математически, если представить на рисунке 1 кубик
объемом 1 см3 из грунта с размерами сторон равными 1 см.
Для выполнения работы №3 необходимы знания
закона Гука из курса «Сопротивление материалов»:
«Деформации упругого тела
(относительная
деформация) прямо пропорциональны нагрузке
(нормальные напряжения) при одноосном сжатии, где E –
модуль упругости материала».
В работе №3 испытывается грунт на сжатие: при
заданных напряжениях и фиксируемых деформациях
определяются величины модуля деформации
и
обратной ему величины коэффициента уплотнения
.
9
Они относятся к основным показателям грунта. Первый
e
0
m
φtg
С
σφS tg C
0С
ε
sl
1e
ρ
d max
характеризует жесткость, второй податливость грунта.
Учитывая, что при деформациях грунта уменьшается
только объем пор пропорционально изменению величины
, удобно определить
.
В работе №4 определяются параметры,
характеризующие прочность грунта: угол внутреннего
трения φ и сцепление С. Последний, в основном, имеет
место в глинистых грунтах. Тангенс угла φ (
аналогичен коэффициенту трения для твердых тел,
известному из курса «Физика». Характеристики φ и
относятся к основным показателям грунта. Прочность
нарушается, если касательные напряжения в грунте τ
больше сопротивления сдвигу S. По закону КулонаАмонтона:
. Для песков, часто,
.
В работе №5 определяются характеристики
просадочности грунта (
– относительная просадочность).
Просадочность лёсса (лессовидного суглинка) возникает
при нарушении цементирующих связей между частицами
грунта, которые, как правило, растворяются водой. При
наличии большого объема (коэффициент пористости
пор и их заполнении водой, происходят значительные
деформации грунта. Данное явление необходимо
учитывать в особых условиях строительства фундаментов.
В работе №6 выявляется максимальная плотность
)
)
грунта
методом стандартного уплотнения (по ГОСТ
22733-2002)[7].
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]