Федеральное агентство по образованию

Кубанский государственный технологический университет

Кафедра кадастра и геоинженерии

МЕХАНИКА ГРУНТОВ

Учебно-методическое пособие по изучению дисциплины и выполнению контрольных работ для студентов – заочников специальностей

270102 – Промышленное и гражданское строительство,

270104 – Гидротехническое строительство,

270105 – Городское строительство и хозяйство,

270106 – Производство строительных материалов, изделий и конструкций, 270115 – Экспертиза и управление недвижимостью,

Краснодар 2008

УДК: 624.131

Составитель: к.т.н., доцент Э.В. Кравченко

Механика грунтов. Учебно-методическое пособие по изучению дисциплины и выполнению контрольных работ для студентов – заочников специальностей: 270102 – Промышленное и гражданское строительство, 270104 – Гидротехническое строительство, 270105 – Городское строительство и хозяйство, 270106 – Производство строительных материалов, изделий и конструкций, 270115 – Экспертиза и управление недвижимостью высшего профессионального образования – Краснодар: Изд-во КубГТУ, 2008. – 27с.

В учебно-методическом пособии изложены программа дисциплины и варианты контрольных заданий, темы лабораторных занятий, вопросы к зачету, рекомендованная литература, требования к оформлению контрольных работ.

Рецензент: к.г.-м.н., профессор Е.Д. Осенняя

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………………………….4

1 Нормативные ссылки……………………………………………………….4

2 Инструкция по работе с учебно-методическим пособием……………….5

3 Программа дисциплины……………………………………………………5

4 Контрольная работа………………………………………………………..19

5 Задание на контрольную работу…………………………………………..20

6 Темы лабораторных занятий………………………………………………24

7 Вопросы для подготовки к зачету…………………………………………24

8 Список рекомендуемой литературы…………………………………….26

Введение

Механика грунтов, являющаяся общей частью геомеханики, представляет механику деформируемых дисперсных систем и изучает вопросы количественной оценки степени устойчивости и прочности, а также деформации грунтов в основании и составе сооружений под воздействием приложенных сил. Применение основных закономерностей механики грунтов позволяет более полно использовать несущую способность грунтов оснований, достаточно точно учесть деформации оснований инженерных сооружений под действием внешних нагрузок, что дает возможность принять наиболее экономичные инженерные решения.

Основная цель учебно-методического пособия – оказать помощь студенту-заочнику в самостоятельной работе с учебниками, учебными пособиями и нормативными материалами, рекомендованными для изучения курса «Механика грунтов».

1 Нормативные ссылки

В учебно-методическом пособии (УМП) использованы ссылки на следующие стандарты:

• ГОСТ 2.105-95 ЕСКД. Общие требования к текстовым документам;

• ГОСТ 12071-2000 Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов;

• ГОСТ 5180-84 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик;

• ГОСТ 30416-96 Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения;

• ГОСТ 12248-96 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости;

• ГОСТ 25100-95 Грунты. Классификация.

2 Инструкция по работе с учебно-методическим пособием

В разделе «Программа дисциплины» приведены темы и указывается, что необходимо знать в пределах каждой темы. В конце тем приводятся вопросы для самопроверки и литература из списка рекомендуемой литературы с указанием страниц, где излагается материал темы.

Вариант контрольного задания выбирается по последней цифре шифра зачетной книжки.

3 Программа дисциплины

Тема 1. Физико-механические свойства грунтов

Подтема 1.1. Введение в дисциплину

В данной подтеме необходимо изучить физические свойства грунтов и методы определения механических характеристик грунтов. Обратить внимание, что в механике грунтов изучаются только минеральные грунты – природные дисперсные материалы. Особое внимание уделить структурным связям, строению и составным элементам грунтов для определения физических свойств и классификации грунтов. По основным физическим свойствам можно косвенно судить о прочности, деформируемости и устойчивости грунтов в основаниях инженерных сооружений, в теле земляного полотна или откосах выемок.

Необходимо рассмотреть основные понятия о грунтах как многофазных дисперсных системах, состоящих, как правило, из трех фаз: твердой, жидкой и газообразной. Эти фазы находятся в тесной взаимосвязи и обуславливают свойства пород. Большое влияние на свойства пород оказывают минералогический состав и степень дисперсности твердой фазы, а также ее взаимодействие с жидкой фазой.

Необходимо обратить внимание на учет особенностей структуры грунтов при изучении и характеристике их в случае использования в строительных целях. Следует уяснить, что дисперсные грунты представляют собой непрерывные гранулометрические системы, состоящие из минералов и обломков горных пород, иногда с примесью органических веществ. Размер частиц в этих системах изменяется в широких пределах: от коллоидных, измеряемых миллимикронами, до крупных, диаметр которых составляет несколько сантиметров.

Представление о дисперсности грунтов дает гранулометрический анализ, с помощью которого определяют содержание в грунте фракций различной крупности. Необходимо знать виды и основные принципы проведения гранулометрического анализа, а также ознакомиться с классификацией грунтов по гранулометрическому составу и практическим использованием его данных.

Так как в глинистых грунтах содержится значительное количество минералов в состоянии высокой дисперсности, вплоть до типичных коллоидов, то свойства этих грунтов в значительной мере определяются физико-химическими явлениями на поверхности раздела твердой и жидкой фаз.

Нужно также изучить виды и свойства воды в грунтах, ее взаимодействие с твердыми частицами, коллоидно-химические свойства, структурные связи и поглотительную способность грунтов. Понимание роли воды в грунтах позволит уяснить вопросы связности, консистенции, взвешивающего действия воды на скелет грунта и т.д. Основными свойствами, определяющими отношения грунтов к воде, являются водопроницаемость и водоотдача, липкость, капиллярность, набухание и усадка, размокаемость, растворимость и размягчаемость, а также тиксотропные и плывунные свойства грунтов. Важно хорошо знать методы определения свойств и состояния грунтов и уметь использовать их при инженерно-геологической оценке.

Необходимо усвоить принципы исследования механических свойств грунтов в лабораторных и полевых условиях, научиться анализировать различные зависимости, получаемые в результате испытаний, уметь определять величины, характеризующие механические свойства грунтов.

Литература 1, с. 362-369; 2, с. 11-28; 3, с. 13-19

Вопросы для самопроверки:

1.Что понимается под термином "грунт"?

2. Как влияет присутствие органического вещества на свойства грунтов?

3.Что в грунтах понимается под дисперсной средой и дисперсной фазой?

4. В каких состояниях может находиться вода в грунтах?

5. Коллоидно-химические свойства грунтов. Схема электромолекулярного взаимодействия поверхности минеральной частицы с водой.

6. Что понимается под гранулометрическим составом грунта, какими методами его определяют? Как классифицируют грунт по гранулометрическому составу?

7. Как практически используются данные гранулометрического состава грунтов?

8. Какие существуют виды структурных связей в грунтах?

9. Что является составными элементами грунтов?

10. Что понимают под структурой и текстурой грунтов?

11. Как определяются основные и дополнительные физические характеристики грунтов и где они используются?

12. Опишите характерные влажности грунта и методы их определения.

13. Как классифицируют грунты? Как подразделяются глинистые грунты по числу пластичности и консистенции?

14. Какие существуют методы определения механических характеристик грунтов?

Подтема 1.2. Основные законы механики грунтов

В данной подтеме необходимо рассмотреть основные закономерности механики грунтов как механики дисперсных тел, которые совместно с уравнениями теоретической механики и механики деформируемых сплошных тел дают систему зависимостей, достаточную для решения задач механики грунтов.

Особое внимание следует уделить изучению сжимаемости грунтов (закон уплотнения, положенный в основу установления ряда фундаментальных положений механики грунтов: принцип линейной деформируемости, принцип гидроемкости, дифференциальное уравнение консолидации), водопроницаемости грунтов (закон Дарси), сдвиговой прочности грунтов (закон Кулона для сыпучих и связных грунтов) и принципа линейной деформируемости грунтов.

Необходимо иметь четкое представление о показателях, характеризующих деформируемость грунтов (следует отличать сжимаемость грунтов, обусловленную изменением пористости, от общей деформируемости грунтов) и сопротивление их сдвигу, а также позволяющих прогнозировать осадки сооружений, определять устойчивость пород в основании, а при конструировании фундаментов предельно использовать несущую способность грунтов.

Показатели, выражающие сопротивление грунтов сдвигу, т.е. разрушению дают возможность проектировать заложение откосов насыпей и выемок, бортов карьеров с минимальными земляными работами, определять устойчивость склонов, величину давления грунтов на ограждения и т.д.

Литература 1, с. 464-505; 2, с. 28-76; 3, с. 19-26

Вопросы для самопроверки:

1. Назовите особые свойства грунтов.

2. Как проводят компрессионные испытания грунтов?

3. Что понимают под упругими и остаточными деформациями? Что выражает коэффициент бокового давления, коэффициент компрессии, коэффициент сжимаемости?

4. Как определяют модуль общей деформации грунтов?

5. Как определяется скорость фильтрации в грунтах7

6. Что такое гидравлический градиент?

7. Дать понятие об эффективных и нейтральных давлениях в грунтовой массе.

8. Из чего слагается сопротивление грунтов сдвигу?

9. Как определяют сопротивление грунтов сдвигу в лабораторных и полевых условиях?

10. Что является основными прочностными показателями грунтов? Как их определяют?

11. Виды испытаний грунтов на сдвиг.

12. Какова общая зависимость между деформациями и напряжениями в грунтах?

13. В чем заключается принцип линейной деформируемости грунтов?

14. Каковы особенности физико-механических свойств структурно-неустойчивых просадочных грунтов?