ЗМІСТ

ВСТУП 4

1. ЗАГАЛЬНІ УЯВЛЕННЯ про грунт та механіки грунтів

І ОСНОВИ БУДІВЕЛЬНОГО Грунтознавство .............................................. ................ 5

1.1. Механіка грунтів як теоретична основа проектування підстав.

Історичний огляд розвитку дисципліни. Основні поняття та визначення ........... 5

1.2. Склад і будова грунту. Види грунтів ................................................ .................... 7

1.3. Класифікація грунтів ................................................ ............................................... 11

1.4. Структурно-нестійкі грунти .............................................. ............................... 13

1.5. Основні розрахункові моделі грунтів .............................................. .......................... 15

2. ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ГРУНТІВ, КЛАСИФІКАЦІЯ ГРУНТІВ

ПО ФІЗИЧНИМ 17

2.1. Основні характеристики фізичних властивостей грунтів, відбір зразків ............. 17

2.2. Основні, похідні та класифікаційні характеристики грунту ............... 21

2.3. Будівельна класифікація грунтів за фізичними властивостями .......................... 24

2.4. Поняття про оптимальної щільності скелета грунту та оптимальної вологості ... 28

3. ОСНОВНІ ЗАКОНОМІРНОСТІ ОПОРУ ГРУНТІВ

Дією зовнішніх навантажень, механічних властивостей грунтів ......... 28

3.1. Умови роботи грунтів у масиві. Основні закони та властивості,

механічні характеристики ................................................ ........................................... 28

3.2. Закон ущільнення, стисливість грунту. Компресійна залежність,

компресійні випробування. Коефіцієнт стисливості,

модуль деформації грунту ............................................... ................................................. 30

3.3. Закон опору зрушенню для різних грунтів, характерні

залежності. Кут внутрішнього тертя і кут природного укосу,

тертя і 35

3.4. Закон ламінарної фільтрації, водопроникність і фільтраційні

властивості. Гідравлічний градієнт, коефіцієнт фільтрації ................................... 38

3.5. Вплив підземних вод на будівельні властивості грунтів і на фундаменти .... 40

3.6. Вплив фізичних і механічних характеристик

на будівельні властивості грунтів .............................................. ....................................... 42

4. ОСНОВИ ТЕОРІЇ РОЗПОДІЛУ НАПРУГ У грунт .............................. 43

4.1. Фази напружено-деформованого стану грунту ......................................... 43

4.2. Застосовність до грунту рішень теорії пружності ............................................ .... 45

4.3. Напруження, що виникають від дії зовнішніх навантажень. Дія

зосереджених сил, розподіленого навантаження. Дія

рівномірно розподіленого тиску, метод кутових точок ....................................... 47

4.4. Напруження, що виникають від дії власної ваги грунту ........................ 54

5. ДЕФОРМАЦІЇ ГРУНТІВ І РОЗРАХУНОК осідання фундаментів ............................... 56

5.1. Види і природа деформацій грунтів ............................................. ........................... 56

5.2. Особливості деформування грунтів ............................................... ...................... 56

5.3. Вплив різних факторів на величину і характер деформацій ...................... 58

5.4. Розрахунок підстав по деформацій і методи розрахунку осад.

Загасання осад у часі .............................................. ............................................... 60

5.5. Реологія і нелінійна механіка грунтів ............................................. .................... 65

5.6. Види нерівномірних осад споруд .............................................. .................. 71

5.7. Особливості деформування різних типів грунтів ....................................... 81

6. Стійкості укосів і схилів, ТИСК ГРУНТУ

На підпірну 82

6.1. Загальні положення 82

6.2. Інженерні методи розрахунку стійкості укосів і схилів .............................. 84

6.3. Заходи щодо підвищення стійкості споруд, укосів і схилів ....... 86

6.4. Тиск грунтів на огороджувальні конструкції ............................................. ........ 88

ВИСНОВОК 96

ГЛОСАРІЙ 97

СПИСОК ................................................ ........................................ 102

ВСТУП

Дисципліна «Механіка грунтів» є частиною групи дисциплін, пов'язаних з

проектуванням, будівництвом і експлуатацією будівель і споруд, пристроєм під-

земних комунікацій, прокладанням трубопроводів.

Базовою дисципліною за напрямком «Будівництво» для спеціальностей 27010265

«Промислове та цивільне будівництво» та 27010965 «Теплогазопостачання і венти-

ляція »є« Механіка грунтів », зміст якої визначається випискою з Держав-

жавного Освітнього Стандарту Вищого Професійного Освіти.

Виписка з ГОС ВПО

ОПД.Ф.07

Механіка грунтів: склад, будова і стан грунтів; фізико-механічні властивості грунтів основи; розподіл напружень в грун- товом масиві; розрахунок підстав по деформацій, що несе спо- можності і стійкості.

60

У багатьох випадках на виконання робіт нульового циклу, що включають пристрій ос-

нований і фундаментів, витрачається більше часу, ніж на зведення збірних надземної

конструкцій будівель. Крім того, вартість цих робіт іноді становить до 40% від

загальної вартості споруд, тому їх здешевлення дає цілком відчутний ефект.

Надійність основ і фундаментів та здешевлення робіт з їх пристрою в значи-

тельной мірою залежать від уміння правильно оцінити інженерно-геологічні умови

майданчиків будівництва, властивості грунтів у підставах і спільну роботу цих грунтів з

деформованими фундаментами і конструкціями споруди, від раціональності ви-

лайливих типів підстав, від якості виконання робіт.

Механіка грунтів вивчає проблеми напружено-деформованого стану, інш-

ності, деформативності та стійкості грунтових масивів і визначає умови їх вико-

користування в якості підстав об'єктів будівництва.

Цей курс є природним продовженням курсу «Інженерна геологія».

1. Загальні уявлення про грунти і механіки грунтів

та основи будівельного грунтознавства

1.1. Механіка грунтів як теоретична основа проектування

підстав. Історичний огляд розвитку дисципліни.

Основні поняття та визначення

Розділ «Механіка грунтів» є теоретичною базою розділу «Основи та фун-

даментом », в якому питання фундаментобудівництва розглядаються на основі основних

закономірностей і особливостей інженерно-геологічних та гідрологічних умов

будівельного майданчика і її оточення. Зазначені закономірності та особливості складу-

ляють предмет вивчення спецкурсу «Інженерна геологія».

Механіка грунтів - розділ механіки сипучих середовищ, що вивчає напружено-

деформовані стани, умови міцності і стійкості, а також зміни властивостей

грунтів під впливом зовнішніх (механічних) впливів. Механіка грунтів є меха-

ника природних дисперсних (дрібно роздроблених) матеріалів і становить частину загальної

геомеханіки.

Остання включає в себе глобальну і регіональну геодинаміки, механіку

масивно-кристалічних гірських порід, механіку трещиновати-блокових порід, механіку

органо-мінеральних мас. В основу механіки грунтів покладені як закони теоретичної

механіки абсолютно нестискуваних тіл, так і закономірності будівельної механіки де-

формованих тіл (закони пружності, пластичності, повзучості).

Закономірності поведінки грунтів також розглядаються в механіці (водопроні-

кливість, міцності, опору зрушенню).

Грунтами називають всі пухкі гірські породи кам'яної оболонки Землі - незв'язні

(сипучі) і зв'язкові (глинисті), міцність зв'язків яких у багато разів менше міцності

самих частинок.

Грунти можуть служити: підставою будівель і споруд; середовищем для розміщення в

них споруд (труб, підземних споруд, тунелів тощо); матеріалом для споруд

(насипи, земляні греблі, сировина для виготовлення будматеріалів) (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Использование грунтов:

а – основание; б – среда для размещения сооружений; в – материал для сооружений

Також грунт - збірна назва гірських порід (включаючи грунту), що залягають

переважно в зоні вивітрювання земної кори і є об'єктом інженерно-

будівельної діяльності людини.

Підставою називається масив грунту, що знаходиться безпосередньо під сооружени-

ем і поряд з ним, який деформується від зусиль, переданих йому за допомогою фунда-

ментів. Якщо будівельні властивості грунтів основи ми спеціально не покращуємо і не

змінюємо, то така підстава називається природним, на відміну від штучного осно-

вання, в якому будівельні властивості грунтів навмисно нами покращені для того,

щоб зменшити стисливість грунтів, збільшити їх міцність та ін

Підстави, створені штучно укладеними грунтами в результаті відсипання з уп-

лотненіем або намивання, також називаються штучними.

Фундаментом називається підземна або підводна частина будівлі або споруди,

служить для передачі зусиль від нього на грунти підстави і, по можливості, більш рав-

номерного їх розподілу, а також зменшення величини тисків до необхідних значень

ний.

Шар грунту під підошвою фундаменту називається несучий шар грунту; решти

ні шари - підстилають.

Механіка грунтів вивчає грунти з їх широким різноманіттям властивостей і моделі

грунтів, наділені одним або декількома властивостями.

Механіка грунтів вирішує наступні завдання: визначення напружень в грунтовій

товщі, розрахунок деформацій грунтів та їх розвитку у часі, визначення здатності

грунтів і тиску грунтів на огорожі. Крім того, вона розглядає поведінку грун-

тов при динамічних впливах (сейсмічних, вибухових, ударних, вібраційних).

До ХVI століття «теорії» будівництва не існувало, будували, покладаючись на досвід. раз-

заходи фундаменту вибирали в залежності від міцності грунтів основ. В кінці

XVIII століття з'явилася перша теорія, яка розглядає опір грунту зрушенню.

Першою фундаментальною роботою з механіки грунтів прийнято вважати дослідження

Кулона (Франція, 1773) з теорії міцності сипучих тіл, відоме в сучасній меха-

ніку як закон Кулона-Мора. Академік Фусс (Росія, 1801) та інженер Вінклер (Франція,

1867) запропонували механічні моделі грунтової основи для розрахунку конструкцій,

взаємодіючих з грунтової середовищем. Закономірності фільтраційних процесів в пес-

чаних грунтах були вперше встановлені Дарсі (Франція, 1856) і узагальнені в современ-

ної механіки як закон ламінарної фільтрації Дарсі. Праця професора Буссінеска

(Франція, 1885) «Про розподіл напружень в пружному грунті від зосередженої сили»

до теперішнього часу вивчається в курсі механіки грунтів і є основним у

теорії розподілу напружень в грунтовій середовищі. Механіка грунтів як оригінали та

ва дисципліна виникла з моменту опублікування монографії професора Терцагі (Гер-

манія, 1925) «Будівельна механіка грунтів». Саме йому належить встановлення ос-

новополагающей в теорії розрахунку осад залежності, відомої як закон ущільнення Тер-

ЦАГІ.

Істотне розвиток механіка грунтів отримала в роботах вчених російської школи:

Н. П. Пузиревський (1923), Н. М. Герсеванова (1931), В. А. Флоріна (1936),

В. В. Соколовського (1942), К. Є. Єгорова (1948), В. Г. Березанцева (1948). Перший курс

лекцій з механіки грунтів був підготовлений в СРСР професором Н. А. Цитовіч

(1934).

У 30-х роках у СРСР був організований тоді єдиний у світі інститут НІІОСП,

який потім отримав ім'я його творця Герсеванова Н. М.

1.2. Склад і будова грунту. Види грунтів

Освіта грунтів (генезис).

Континентальні відклади:

• елювіальні (форма зерен незграбна);

• делювіальні (переміщені атмосферними водами і силами тяжіння, напласто-

вання неоднорідні);

• алювіальні (перенесеними водними потоками на значні відстані -

окатанниє частки);

• льодовикові (результат дії льодовиків, неоднорідні грунти);

• еолові (продукти вивітрювання, піски дюн, барханів, наявність пилуватих і чи-

стих фракцій).

Морські відклади: мули, заторфованние грунти, піски, галечники - низька несуча

здатність.

Структура, текстура і структурні зв'язки грунту.

Слід розрізняти структуру грунту, тобто взаємне розташування частинок грунту і ха-

рактер зв'язку між ними і текстуру грунту, тобто складання грунту в масиві.

Під структурою грунту розуміється розмір, форма і кількісне (відсоткове) со-

ставлення складають грунт частинок.

Під текстурою грунту розуміється просторове розташування елементів грунту

з різними складом і властивостями. Текстура характеризує неоднорідність будови грунту

в пласті залягання.

Структурні междучастічние зв'язку в грунтах можна підрозділити на жорсткі (кри-

сталлізаціонние) зв'язку і пластичні, в'язкі зв'язку (водноколлоідние). Жорсткі зв'язку бо-

леї характерні для скельних грунтів, пластичні зв'язку, головним чином, - для глинистих

грунтів.

Жорсткі зв'язку можуть бути розчинними у воді або нерозчинними. При розчині-

нии жорстких кристалізаційних зв'язків на їх місці можуть виникати водноколлоідние свя-

зи.

Склад грунтів.

Грунти складаються з: твердих частинок; води в різних видах і станах (у тому числі

льоду при нульовій або негативній температурі грунту); газів (у тому числі і повітря).

Вода і гази знаходяться в порах між твердими частинками (мінеральними та органічного

скими). Вода може містити розчинені в ній гази, а гази можуть містити пари води.

Від співвідношення цих фаз і залежать характеристики грунтів.

Властивості твердих частинок.

Тверда мінеральна маса складається з первинних зерен скелета грунту (уламків

гірських порід та мінералів) і вторинних частинок, службовців цементуючим речовиною

грунту. Властивості твердих (мінеральних) часток залежать від розмірів (великій).

Діапазон зміни крупності частинок грунтів значний. Частинки, близькі за

крупності, об'єднують у певні групи, звані гранулометричним фрак-

ціями (або просто фракціями). Грунти складаються з фракцій різної крупності. процентне

вміст у грунті за масою фракції визначає зерновий (гранулометричний) склад

грунту (див. таблицю 1.1).

Таблиця 1.1

Глинисті частинки по хімічному аналізу істотно відрізняються від інших

(форма їх луската і голчаста) - таблиця 1.2.

Таблиця 1.2

Властивості води.

Властивості всіх різновидів грунтів, особливо піщаних, пилуватих і глинистих,

найістотнішим чином залежать від складу і вмісту в них води. У грунті відмінностей

ють кристалізаційну, або хімічно зв'язану, фізично зв'язану, або плівкову

(Характерна для пилувато-глинистих грунтів) і вільну воду. Крім того, вода в грунті

може знаходитися у вигляді пари, який зазвичай відносять до газоподібної складової. При

мінусовій температурі вся вода або її частину може переходити в лід.

Кристаллизационная вода бере участь у будові кристалічних граток

мінералів і знаходиться всередині частинок грунту. Цей тип води практично незнімний з

грунту і недобавляем в грунт.

Фізично зв'язана вода в пилувато-глинистих грунтах в значній мірі пре-

допределяет властивості грунту, які залежать в першу чергу від її відносного со-

тримання. Це пояснюється взаємодією молекул води внаслідок наявності електрома-

лекулярних сил з поверхнями колоїдних і глинистих частинок грунту. Ця вода створює

гідратні плівки навколо твердих частинок, і її часто називають плівковою. Дана вода є-

ється пов'язаної, і вона важко витягується з грунту і додається в грунт.

Вільна вода в грунті не відчуває силу тяжіння. Вона підпорядковується законам

гідравліки, тобто передає гідростатичний тиск і може переміщатися під воздейст-

Вієм різниці напорів. Часто вільну воду підрозділяють на гравітаційну і Капілья-

лярні. Капілярна вода може міститися в пісках середньої крупності, дрібних і особ-

але в пилуватих пісках, глинистих грунтах. Легко витягується з грунту і додається в

грунт.

Властивості газу.

Вміст води і газу в грунті залежить від обсягу його пор: чим більше часу заповнення-

ни водою, тим менше в них міститься газів. У самих верхніх шарах грунту газоподібна

складова представлена ​​атмосферним повітрям, нижче - азотом, метаном, сірководнем

будинок та іншими газами. Гази в грунті можуть бути у вільному стані або розчинені у

воді. Вільний газ поділяється на незащемленний, що сполучається з атмосферою, і за-

щемленний, що знаходиться в контактах між частинками і плівками води у вигляді найдрібніших

бульбашок у воді.

Вміст у грунті затисненого і розчиненого у воді газу істотно позначаючись-

ється на властивостях грунту і що протікають у них процесах. Зменшення тиску внаслідок

розробки котловану або вилучення зразка грунту на поверхню може привести до ви-

поділу бульбашок газу і руйнування природної структури грунту. Навпаки, збільшення

тиску при передачі навантаження від споруди може супроводжуватися підвищенням содер-

жанія розчиненого у воді газу. У той же час збільшення вмісту у воді бульбашок

повітря може збільшити стисливість води в сотні разів і зробити її сумірною зі сжи-

маемостью скелета грунту.

10

Основні поняття і види грунтів.

Грунт скельний - грунт, що складається з кристалітів одного або декількох мінера-

лов, мають жорсткі структурні зв'язки кристалізаційного типу.

Грунт напівскельних - грунт, що складається з одного або декількох мінералів, маю-

щих жорсткі структурні зв'язки цементаціонной типу.

Умовна межа між скельними і напівскельних грунтів приймається за інш-

ності на одноосьовий стиск (Rc ≥ 5 МПа - скельні грунти, Rc <5 МПа - напівскельні

грунти).

Грунт дисперсний - грунт, що складається з окремих мінеральних частинок (зерен) раз-

ного розміру, слабосвязанних один з одним; утворюється в результаті вивітрювання скаль-

них грунтів з подальшим транспортуванням продуктів вивітрювання водним або еоло-

вим шляхом та їх відкладенням.

Грунт глинистий - зв'язний мінеральний грунт, що має числом пластичності

IP ≥ 1.

Пісок - незв'язних мінеральний грунт, в якому маса частинок розміром менше 2 мм

становить більше 50% (Ip = 0).

Грунт великоуламкових - незв'язних мінеральний грунт, в якому маса частинок

розміром більше 2 мм складає більше 50%.

Грунт просідаючих - грунт, який під дією зовнішнього навантаження і власної ваги або тільки від власної ваги при замочуванні водою або іншою рідиною переносять вертикальну деформацію (просідання) і має відносну деформацію просадки εsl ≥ 0,01.

Грунт пучиністий - дисперсний грунт, який при переході з талого в мерзлий стан

збільшується в обсязі внаслідок утворення кристалів льоду і має відносну деформацію морозного пученія εfh ≥ 0,01.

Грунт мерзлий - грунт, що має негативну або нульову температуру, що містить

у своєму складі видимі крижані включення та (або) лід-цемент і характеризую-

щийся кріогенними структурними зв'язками.

Грунт багаторічномерзлі (синонім - грунт вічній) - грунт, що знаходиться в

мерзлому стані постійно протягом трьох і більше років.

Грунт сезонномерзлий - грунт, що знаходиться в мерзлому стані періодично в

протягом холодного сезону.

Грунт морозний - скельний грунт, що має негативну температуру і не містить

у своєму складі лід і незамерзаючих воду.

Техногенні грунти - природні грунти, змінені і переміщені в резуль-

таті виробничої та господарської діяльності людини, і антропогенні утворення

ня.

Антропогенні освіти - тверді відходи виробничої та господарської

діяльності людини, в результаті якої відбулося докорінну зміну складу, структури і текстури природного мінерального або органічного сировини.

Природні переміщені освіти - природні грунти, переміщені з місць

їх природного залягання, піддані частково виробничої переробки в

процесі їх переміщення.

Грунти, змінені фізичним впливом - природні грунти, в яких тех-

ногенний вплив (ущільнення, заморожування, тепловий вплив і т. д.) змінює

будову і фазовий склад.

Грунти, змінені хіміко-фізичним впливом - природні грунти, в яких

техногенний вплив змінює їх речовинний склад, структуру і текстуру.

Насипні грунти - техногенні грунти, переміщення та укладання яких здійснюють з використанням транспортних засобів або вибуху.

Намивні грунти - техногенні грунти, переміщення та укладання яких здійснюєтся за допомогою засобів гідромеханізації.

Побутові відходи - тверді відходи, утворені в результаті побутової діяльності

людини.

Промислові відходи - тверді відходи виробництва, отримані в результаті

хімічних та термічних перетворень матеріалів природного походження.

Шлаки - продукти хімічних та термічних перетворень гірських порід, винекнені при спалюванні.

Шлами - високодисперсні матеріали, які утворюються в гірничо-збагачувальному, хи-

номічному і деяких інших видах виробництва.

Золи - продукт спалювання твердого палива.

Золошлаки - продукти комплексного термічного перетворення гірських порід і

спалювання твердого палива.