ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 24.01.2025
Просмотров: 144
Скачиваний: 0
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