Файл: Механика грунтов.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 24.01.2025

Просмотров: 144

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

С. И. Алексеев

МЕХАНИКА ГРУНТОВ

Краткий конспект лекций

(учебное пособие для студентов строительных специальностей)

Санкт-Петербург 2007

УДК 624.131 ББК Н581.1 А11

Рецензенты:

доктор технических наук, профессор, директор института транспортного строительства Дальневосточного государственного университета путей сообщения

С. А. Кудрявцев;

завкафедрой «Основания и фундаменты» Петербургского государственного университета путей сообщения, доктор технических наук, профессор

В. М. Улицкий;

кандидат технических наук, доцент кафедры «Основания и фундаменты» Петербургского государственного университета путей сообщения

С. Г. Колмогоров

Алексеев С. И.

А11 Механика грунтов: учебное пособие для студентов вузов / С. И. Алексеев. – СПб.: Петербургский государственный университет путей сообщения, 2007. – 111 с.

Учебное пособие – краткий конспект лекций по дисциплине «Механика грунтов» (14 лекций) предназначен для студентов специальностей ПГС, СЖД, ВиВ, как дневной формы обучения, так и вечернезаочной.

Краткий конспект лекций представлен также компьютерным файлом в интернете – в виде отдельных документов Adobe Reader на сайте (http://www.buildcalc.ru). Эти документы позволяют получить основную информацию для изучения описанного курса лекций.

При работе в компьютерной сети ПГУПС пользователи, получив предварительно «логин» и пароль у преподавателя, могут изучать материалы лекций и проводить самостоятельное тестирование, используя сайт (http://learn.pgups.edu.mps).

Обращаем ваше внимание: основная и дополнительная информация (практические примеры, фотографии, графики) при чтении лекций в электронном виде излагается на экране в виде презентаций Microsoft Power Point.

Для контроля знаний студентов при изучении основных разделов механики грунтов используется обучающая программа ASCME.

ISBN 978-5-7641-0188-0

© Петербургский государственный

 

университет путей сообщения, 2007

 

© Алексеев С. И., 2007

2


Лекция 1. Введение

Что изучает дисциплина механика грунтов?

Ранее изучались:

 

– механика твердого тела;

 

– механика упругого тела;

Разделы физики

теоретическая механика;

строительная механика.

зерна

Состав грунта:

поры (воздух + вода)

Структура грунта – обусловливает выделение его в отдельную группу. Свойства грунтов могут резко изменяться в зависимости от состояния.

Например:

Глина: – в текучем состоянии Р = 0,5 кг/см2 = 0,05 МПа;

– в твердом состоянии Р = 500 кг/см2 = 50 МПа.

Проектирование зданий в проектных институтах обычно осуществляется по типовым проектам, а фундаменты всегда проектируются, исходя из индивидуальных условий

это обусловливается природным залеганием грунтов.

Литература

1.Далматов Б. И. и др. Механика грунтов. Часть 1. Основы геотехники.

2002 г.

2.Далматов Б. И. и др. Основания и фундаменты. Часть 2. Основы геотех-

ники. 2002 г.

3.Цытович Н. А. Краткий курс механики грунтов. – М., 1979 г., 1983 г.

4.Далматов Б. И. Механика грунтов, основания и фундаменты. – М., 1981 г.

5.СНиП 2.02.01–83* – Основания зданий и сооружений.

6.СНиП 2.02.03–85 – Свайные фундаменты.

3

Связь рассматриваемого курса с другими дисциплинами

Теория упругости

 

 

 

 

 

 

Механика

 

Основания

Строительная механика

 

 

и

 

грунтов

 

 

 

 

фундаменты

 

 

 

 

 

 

Теоретиче-

 

Прикладная

Инженерная геология

 

ская дисци-

 

 

 

дисциплина

 

 

плина

 

 

 

 

 

«Гражданское строительство должно гармонично вписываться в окружающую среду не только в эстетическом, но и в физическом плане;

при этом окружающая среда в большей мере определяется геологическими факторами

Пизанская башня (построенная более 800 лет назад)

Рср = 5 кг/см2 = 50 т/м2 = 500 кН/м2 = 0,5 МПа

1,6 м

 

56 м

 

S1 = 1,2 м

 

S2

= 2,8 м

Р1= 1 кг/см2

 

Р = 9 кг/см2

Глина

 

скважина

 

В 1932 г. под основание башни

было

произведено нагнетание

через

351 скважину

50 мм

около

1000 т цементного рас-

твора. Приращение наклона за последнее время 3,3 мм в год (1 мм в год). Только в 2002 г. отклонение башни было стабилизировано за счет выемки грунта из основания.

4


Трансконский элеватор (г. Виннипег, Канада 1913 г.)

28 м

63°

 

16 м

глина

 

После катастрофы незначительно деформируемое сооружение осталось стоять под углом около 63° к горизонту.

Впоследствии элеватор вернули в прежнее положение с помощью домкратов.

Перегрузка основания

известняки

Погружение Венеции:

1900–1935 гг. – 1 мм в год; 1935–1952 гг. – 4 мм в год;

с 1952 г. – до 6 мм в год; Регулярная откачка воды приводит к понижению поверхности всего города.

Межпластовые

воды

Национальный театр в Мехико – осадка за 11 лет достигла 1,8 м.

Вопросам механики грунтов уделяется сейчас все больше и больше внимания!

5

Краткая историческая справка развития механики грунтов, оснований и фундаментов

Фундаменты – одна из древнейших конструкций первых жилищ человека.

До ХVI века «теории» строительства не существовало – строили, полагаясь на опыт. Размеры фундамента выбирали в зависимости от прочности грунтов оснований. В конце XVIII века появилась первая теория, рассматривающая сопротивление грунта сдвигу.

В 1773 г. француз Ш. Кулон – разработал способ расчета давления сползающего грунта на подпорную стенку (строительство фортификационных сооружений на юге Франции).

На базе этих и последующих исследований в 30 гг. ХХ века была создана наука механика грунтов. Одновременно стала развиваться и вторая часть (прикладная) – основания и фундаменты. К становлению российской школы фундаментостроения относятся труды:

Герсеванова Н. М. – (его именем назван институт НИИОСП);

Пузыревского Н. П. – (труды ПГУПС);

Маслова Н. Н. – развитие инженерной геологии; механика грунтов в приложении к строительству гидротехнических сооружений;

Сумгина М. И. – инженерное мерзлотоведение; Цытовича Н. А. (Герой социалистического труда, член-корреспон-

дент АН СССР) – развитие механики грунтов, оснований и фундаментов на вечной мерзлоте;

Далматова Б. И. – строительство фундаментов на больших толщах слабых грунтов;

Соколовского В. В.

теория устойчивости и прочности зем-

Березанцева В. Г.

ляных сооружений и фундаментов глу-

 

бокого заложения;

Флорина В. А.

изучение длительно протекающих де-

Вялова С. С.

формаций грунтов.

В 30 гг. XX века в СССР был организован единственный тогда в мире институт НИИОСП, который затем получил имя его создателя Герсе-

ванова Н. М.

6


Связь инженерной геологии с механикой грунтов, основаниями и фундаментами

СССР, 1920 год

Электростанция на р. Свирь – на консультации приглашали шведов. Один из корифеев механики грунтов – чех Терцаги.

«Это сооружение, как роза – красиво, но прежде чем сорвешь, наколешь руки». Плотина строилась на слабых грунтах и по всем подсчетам должна была дать крен. Инженеры установили турбину наклонно в другую сторону, с тем условием, чтобы затем она пришла в проектное положение (с этим справились отечественные инженеры).

1. Основные понятия (терминология)

Подземная часть сооружения, предназначенная для передачи нагрузки от сооружения грунту, называется ФУНДАМЕНТОМ.

h

Область грунта, воспринимающая давление от сооружения, называется ОСНОВАНИЕМ.

Слой грунта под подошвой называется НЕСУЩИЙ слой грунта; остальные слои – ПОДСТИЛАЮЩИЕ.

ГРУНТ – это рыхлые горные породы верхних слоев литосферы.

Подошва фундамента

Механика грунтов изучает, преимущественно, рыхлые породы, состоящие из отдельных минеральных частиц, связанных тем или иным способом друг с другом.

7

2. Образование грунтов (генезис)

 

Континентальные отложения:

 

элювиальные (

– форма зерен угловатая);

делювиальные (перемещенные атмосферными водами и силами тяжести, напластования неоднородны);

аллювиальные (перенесенные водными потоками на значительные расстояния – окатанные частицы);

ледниковые (образовавшиеся в результате действия ледников, неоднородные грунты);

эоловые (продукты выветривания, пески дюн, барханов, характер-

но наличие пылеватых и илистых фракций).

Морские отложения: илы, заторфованные грунты, пески, галечники – низкая несущая способность.

3. Состав грунтов

Грунт это трехфазная система.

Грунт = твердые частицы + вода + газ

От соотношения этих фаз и зависят характеристики грунтов.

4.Свойства твердых частиц

Свойства твердых (минеральных) частиц зависят от размеров.

Классификация твердых частиц

 

 

 

 

 

 

 

 

Наименование

Поперечный

Примечания

 

 

п/п

частиц

размер (мм)

 

 

 

 

 

1

Галечные (щебень)

10 (20)

Классификация

 

 

2

Гравелистые

2 10 (20)

по шкале Саба-

 

 

3

Песчаные

0,05

2

нина (по скоро-

 

 

4

Пылеватые

0,005

0,05

сти падения

 

 

5

Глинистые

0,005

частиц в воде)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глинистые частицы по химическому анализу существенно отличаются от остальных (их форма чешуйчатая и игольчатая).

8


Удельная поверхность

В1 г. грунта (глина – монтмориланит) = 800 м2;

В1 г. грунта (песок) = 0,8 м2.

Если грунт состоит из одной категории, то он легко получает название, но в природе это встречается редко.

Фактически грунт состоит из различных частиц. Как его назвать?

Классификация грунтов (простейшая)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Наименование

Содержит частиц

Число пластичности

 

 

п/п

грунта

0,005 (%)

Jр

 

 

1

Глины

 

30

0,17

 

 

2

Суглинок

10

30

0,07

0,17

 

 

3

Супесь

3

10

0,01

0,07

 

 

4

Песок

 

3

Не пластич.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Jр определяется в лабораторных условиях (в долях единицы).

Метод отмучивания для определения песчаной фракции ( от

1 0,05 мм).

5. Свойства воды

– диполь – молекула воды Н2О

Электромолекулярные силы притяжения

Минеральная частица

 

0,5 мк

r (расстоя-

 

 

 

 

ние от

 

 

поверхно-

 

 

сти мине-

 

 

ральной

 

 

частицы)

1

2

3

Неуравно-

 

 

 

вешенный

 

 

Свободная вода

заряд по

Прочносвя-

Рыхлосвя-

(гравитационная)

поверхно-

занная вода

занная вода

сти

 

 

 

9