Исходные данные для самостоятельного решения задач
Министерство образования и науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение высшего
Профессионального образования
Магнитогорский Государственный Технический
Университет им. Г.И. Носова
Кафедра строительных конструкций
В.М.Швецов
Механика грунтов
Пособие
по самостоятельному изучению курса
(для студентов всех форм обучения)
Магнитогорск 2010
Предисловие
Курс механики грунтов предусмотрен государственным образовательным стандартом подготовки специалистов в связи с необходимостью решения инженерных задач фундаментостроения. Из теории сооружений известно, что несущие конструкции каркасов имеют опоры, связанные с несжимаемым грунтом необходимым количеством жестких связей. В действительности грунты по разным причинам деформируются, и опирающиеся на них фундаменты, являющиеся опорами, получают перемещения. Влияние перемещений опор на состояние разных по сложности зданий велико. Большую важность, поэтому, имеет изучение причин возникновения деформаций грунтов и методов определения осадок фундаментов.
В общем случае деформации грунтов происходят: а) из-за изменений физического состояния грунтов; б) из-за уплотнения грунтов при действии нагрузок на фундаменты. Для оценки осадок фундаментов от действия нагрузок нужно знать теорию распределения напряжений в грунтовом массиве, способы определения характеристик сжимаемости грунтов, методы расчета осадок. Перемещения фундаментов возникают и в случае потери прочности грунтовых массивов. В такой логической последовательности названные темы изложены в курсе механики грунтов.
Механика грунтов тесно связана с инженерной геологией. Предметом её рассмотрения являлись происхождение, залегание, состав грунтов, способы их изучения. В строительстве грунтами принято считать почвы, горные породы, техногенные образования, представляющие собой сложную геологическую систему. В ней определяющее значение имеют не только разные по размерам, форме и минералогическому составу твердые частицы, сколько силы взаимодействия между ними и другими компонентами. Из-за сложности строения появилась задача выделения в грунтовом массиве однородных зон. Самой распространенной формой их залегания является слой. Им считается однородное грунтовое тело, ограниченное непересекающимися поверхностями, именуемыми кровлей и подошвой. Расстояние между ними представляет собой толщину слоя. По предложению Н. В. Коломенского слои называют инженерно-геологическими элементами (ИГЭ).
Однородность элемента или слоя следует считать статистическим понятием. Предполагается, что характеристики грунта в пределах слоя изменяются случайным образом и величина их изменения не должна выходить за установленные границы. Для статистической обработки нужно иметь достаточный объём экспериментальных данных на каждой площадке. Обычно инженерно-геологические элементы выделяют по результатам анализа физико-механических характеристик грунтов, в ходе которого определяют их нормативные и расчетные значения. Границы между ними проводят так же с учетом происхождения, разновидностей различного и состояния грунтов внутри комплекса. Расчлененный на слои или ИГЭ грунтовый массив понимать как своего рода геологическую гипотезу.
На практике строители не проводят испытаний грунтов. Но методы испытаний, чтобы иметь представление о достоверности получаемых показателей ИГЭ, знать нужно. Для знакомства с ними в приложении приведены нужные разделы ряда стандартов.
В процессе самостоятельной работы следует изучать предусмотренные программой темы по конспекту лекций, учебнику [1], или любому источнику в списке литературы, и решить предлагаемые задачи. Исходными данными являются схема залегания ИГЭ, расчетные значения физико-механических показателей, найденные по результатам испытаний. Для организации и облегчения работы составлены указания и приведены теоретические пояснения, сопровождающиеся примерами решений, в тексте приведены многие справочные материалы. Результаты самостоятельной работы оформляются в форме пояснительной записки.
Программа курса механики грунтов
Введение
Возникновение и развитие механики грунтов исходя из потребностей строительства. Задачи механики грунтов, связь курса с инженерной геологией, сопротивлением материалов, теоретической и строительной механикой и другими строительными дисциплинами.
1. Физические свойства грунтов
Классификация грунтов в строительстве: природные скальные, природные дисперсные, техногенные и мерзлые грунты, их свойства и показатели физического состояния. Сезонное промерзание и пучение дисперсных грунтов. Просадка и набухание грунтов при замачивании.
2. Напряжения в грунтах от внешних сил и собственного веса
Общие сведения о распределении напряжений в грунтах способах их определения. Определение напряжений в грунтах от сосредоточенной силы, основные предпосылки и допущения. Нахождение напряжений в грунтах от равномерно-распределенной нагрузки. Определение напряжений в грунтах методом угловых точек. Напряжения в грунтовом массиве от собственного веса грунтов.
3.Деформационные свойства грунтов
Показатели деформативности грунтов и методы их определения. Определение показателей деформативности по результатам лабораторных испытаний образцов. Особенности деформирования водонасыщенных связных грунтов, понятие о эффективных и нейтральных давлениях. Полевые испытания грунтов штампами и статическим зондированием. Косвенные методы определения деформационных характеристик.
4. Расчет осадок фундаментов
Основы методов определения осадок фундаментов. Метод послойного суммирования, его достоверность. Определение осадок соседних фундаментов. Расчет осадок по схеме линейно-деформируемого слоя.
5.Теория прочности грунтов и её практическое использование
Представление о нарушении прочности грунтов. Изучение сопротивления грунтов сдвигу по результатам лабораторных испытаний образцов, определение прочностных характеристик. Особенности испытаний на сдвиг глинистых водонасыщенных грунтов. Полевые и косвенные методы определения прочностных характеристик. Условия предельного напряженного состояния сыпучего и связного грунта, их использование при определении расчетного сопротивления грунтов, активного и пассивного давления на подпорные сооружения, оценки устойчивости откосов и расчетах прочности оснований.
Исходные данные для самостоятельного решения задач
Данные о грунтах
В перечень данных о грунтах входят:
1. схема расположения грунтовых слоев (ИГЭ) по глубине, называемых инженерно-геологическими элементами (рис. 1)
2. номера и толщины ИГЭ (табл.1);
3. значения показателей ИГЭ (табл. 2)
Рисунки могут редактироваться в редакторе Pаint.
Данные для решения из табл. 1 и табл. 2 студенты берут для своего варианта. Номер варианта принимается по номеру в списке группы.
 |
Таблица 1
Номера и толщины ИГЭ
| Наименование показателей | Порядковый номер варианта | ||||||||||||||
| Толщины ИГЭ, в м, Н1 Н2 Н3 | 3,5 | 2,6 | 2,8 | 3,6 | 3,4 | 3,3 | 3,8 4,2 | 3,5 | 3,7 | 2,8 3,2 | 3,0 4,2 | 2,5 3,4 | 2,9 3,1 | ||
| Номера инженерно-геологических элементов (ИГЭ) | |||||||||||||||
| Наименование показателей | Порядковый номер варианта | ||||||||||||||
| Толщины ИГЭ, в м, Н1 Н2 Н3 | 2,5 | 2,8 | 2,8 4.1 | 2,6 3.5 | 3,4 | 4.5 | 3,8 4,2 | 3,5 | 3,7 | 2,8 3,2 | 3,2 4,2 | 2,5 3,4 | 2,2 3,4 | ||
| Номера инженерно-геологических элементов (ИГЭ) |
Примечания:
1. Слои или инженерно-геологические элементы (ИГЭ) располагаются на геологических разрезах (рис. 1) сверху вниз.
2. Номера ИГЭ принимаются в указанной в таблице последовательности.
3. Значения установленных опытами параметров принимаются по табл. 2.
Таблица 2
Показатели свойств грунтов
| Номера ИГЭ | Вид Грунта | Удель- ный вес частиц gs, кН/м3 | Удельный вес g, кН/м3 | Влажностьw, в % | Влажность на границе текучести wL, % | Влажность на границе раскаты вания wр, % | Угол внутреннего трения jII град | Удельное сцепление СII, в кПа | Модуль деформации Е, МПа |
| Глинистый | 27,1 | 21,2 | |||||||
| 20,5 | |||||||||
| 27,2 | 19,5 | ||||||||
| 27,3 | 19,5 | ||||||||
| 18,2 | |||||||||
| 26,8 | 18,2 | ||||||||
| 26,9 | 17,9 | ||||||||
| 27,1 | 19,3 | ||||||||
| 26,6 | |||||||||
| 26,8 | 18,4 | ||||||||
| 26,7 | 18,5 | ||||||||
| 18,1 | |||||||||
| 26,7 | 17,9 | ||||||||
| 26,6 | 17,8 | ||||||||
| 26,7 | 20,5 | ||||||||
| 27,1 | 19,8 | ||||||||
| 27.7 | 20.1 | ||||||||
| 27.5 | 19.5 | ||||||||
| Пески крупные | 26,5 | 19,2 | - | - | - | ||||
| 26,8 | 18,8 | - | - | - | |||||
| 26,6 | 18,4 | - | - | - | |||||
| 27,2 | 16,5 | - | - | - | |||||
| 27,1 | 19,4 | - | - | - | |||||
| 27,7 | 19,2 | - | - | - | |||||
| 27,8 | 18,2 | - | - | - | |||||
| 27,1 | 19,0 | - | - | - | |||||
| 26,9 | 17,9 | - | - | - | |||||
| Пески средней крупности | 26,5 | 21,1 | - | - | - | ||||
| 27,4 | 20,1 | - | - | - | |||||
| 28,1 | 19,6 | - | - | - | |||||
| 27,6 | 18,9 | - | - | - | |||||
| 28,3 | 19,7 | - | - | - | |||||
| 26,8 | - | - | - | ||||||
| 26,9 | 20,2 | - | - | - | |||||
| 27,1 | 19,8 | - | - | - | |||||
| 26,7 | - | - | - | ||||||
| 26,9 | 19,2 | - | - | - | |||||
| Пески мелкие | 27,2 | 18,9 | - | - | - | ||||
| 27,1 | 18,4 | - | - | - | |||||
| 26,7 | 18,1 | - | - | - | |||||
| 26,9 | 19,1 | - | - | - | |||||
| 27,9 | 18,8 | - | - | - | |||||
| 26,9 | 19,4 | - | - | - | |||||
| 26,5 | - | - | - | ||||||
| 26,7 | 18,5 | - | - | - | |||||
| 17,9 | - | - | - |
Примечания. 1. Прочерки означают, что данные характеристики для песков не определяются.
2. Формулы для определения вычисляемых характеристик приведены в табл. 3.
Таблица 3
Характеристики физического состояния грунтов и формулы для их вычисления
| № | Наименование характеристики | Условное обозначение или формула для определения | Единица измерения | Примечания |
| Характеристики, определяемые из стандартных испытаний | ||||
| Плотность грунта | r | т/м3 | ||
| Плотность твердых частиц грунта | rs | т/м3 | ||
| Природная влажность грунта | w | в % или в д.е. | ||
| Влажность на пределе текучести | wL | в % или в д.е. | Определяются только для глинистых грунтов | |
| Влажность на пределе раскатывания | wр | в % или в д.е. | ||
| Вычисляемые характеристики грунтов | ||||
| Удельный вес грунта | g=gr | кН/м3 | g- ускорение свободного падения | |
| Удельный вес частиц грунта | gs=grs | кН/м3 | ||
| Удельный вес сухого грунта | gd=g /(1+w) | кН/м3 | w - в долях единиц gw=10 кН/м3 - удельный вес воды | |
| Коэффициент пористости | е=(gs(1+w)/g) - 1 | |||
| Степень влажности | Sr=wgs/еgw | |||
| Удельный вес грунта при взвешивающим действием воды | gsb=(gs-gw)/(1+ е) | кН/м3 | ||
| Число пластичности | Iр=wL-wр | Вычисляются только для глинистых грунтов | ||
| Показатель текучести | IL=(w-wр)/( wL-wр) |
ТЕМА 1