Тема 2. Происхождение, состав и строение грунтов

Происхождение, структура, текстура грунтов, структурные связи. Грунт – многокомпонентная система. Твердые компоненты грунтов: минеральной и гранулометрический (зерновой) состав; вода и газы в грунтах. Водопроницаемость грунтов. Закон ламинарной фильтрации, коэффициент фильтрации, понятие о начальном градиенте.

Библиографический список: [1: 1,1-1,3; 2,2]; [2: 1,1-1,4; 2. 1-2,4; 4,1-4,8]; [3: 1,1-1,2; 2. 1-2,3].

 

 

Указания по изучению темы.

При изучении этой темы студент должен освоить основные компоненты грунтов: минеральные частицы (скелет) – твердая фаза; вода – жидкая фаза; воздух, газ – газообразная фаза.

Следует помнить, что различное количественное соотношение этих компонентов, а также структурные связи (химические, молекулярные, электростатические и др.) определяют строительные свойства грунтов.

Надлежит изучить виды и свойства воды в грунтах. Понимание роли воды в грунте позволяет уяснить вопросы связности, консистенции, взвешивающего действия воды на способность грунтов фильтровать воду, на скелет грунта.

Водопроницаемость грунтов является одной из особенностей грунтов как дисперсных пористых тел. Фильтрация в грунтах зависит от пористости грунтов, а для тугопластичных, полутвердых глинистых грунтов – и наличия начального градиента напора, лишь преодолев который, начинается движения воды.

Если линия движения воды в потоке не пересекаются друг с другом, то такое движение воды называется ламинарным. Движения воды в песках и глинистых грунтах рассматривается как ламинарное.

Движение воды в грунте будет происходить с тем большей скоростью, чем больше гидравлический градиент – уклон поверхности уровня грунтовых вод.

При изучении данного вопроса следует усвоить взаимосвязь скорости движения воды в грунте и гидравлического градиента, понятие, смысл и влияние начального градиента на скорость фильтрации глинистых грунтов.

Вопросы для самостоятельной работы

 

1. Что понимается под термином “грунт”?

2. Из каких частей состоит грунт?

3. Какими структурными связями обладают грунты?

4. Как влияет наличие органического вещества в грунтах на их свойства?

5. Что понимается под гранулометрическим составом грунта?

6. Какие существуют методы определения гранулометрического состава грунта?

7. Какие существуют виды воды в грунте?

8. В каких состояниях могут находиться газообразные включения в грунте?

9. Что такое водопроницаемость грунтов?

10. От чего зависит скорость фильтрации воды в грунте?

 

Тема 3. Показатели физического состояния и свойства грунтов. Классификация грунтов

Понятие о физических характеристиках грунтов. Исходные физические характеристики грунтов. Производные (расчетные) физические характеристики. Консистенция и характерные влажности глинистых грунтов. Связность, липкость, набухание и усадка грунтов. Таксономические единицы, выделяемые по группам признаков грунтов, при классификации грунтов: классы, группы, подгруппы, типы, виды, разновидности грунтов.

Библиографический список: [1: 1,4]; [2: 3,1-3,4]; [3: 3,1-3,5; 4,1; 4,2].

Указания по изучению темы

При изучении данной темы необходимо усвоить основные физические характеристики грунтов, определяемые опытным путем (исходные физические характеристики), и производные характеристики, получаемые расчетным путем. По физическим свойствам грунтов можно косвенно судить об их несущей способности, прочности, деформируемости и устойчивости в основаниях инженерных сооружений.

Следует обратить внимание на характерные влажности глинистых грунтов и их влияния на свойства грунтов.

Основными свойствами грунтов, определяющими взаимосвязи твердых частиц с водой, являются липкость, связность, водоотдача, набухание и усадка, размокаемость, ратворимость и размягчаемость, а также тиксотропные и плывунные свойства грунта.

Классификация грунтов применяется для отнесения их к той или иной категории, чтобы предусмотреть в самых общих чертах поведение грунтов при возведении на них сооружений и выбрать нормативные давления на грунтовые основания.

К классификационным показателям грунтов относят вещественный состав (зерновой и минеральный), влажность, газосодержание и характеристики физического состояния (плотность для песков и консистенцию для глинистых грунтов).

 

Вопросы для самостоятельной работы

 

1. Какие физические характеристики грунтов относятся к исходным и производным (расчетным)?

2. Что такое консистенция глинистых грунтов и как грунты подразделяются по консистенции?

3. Какие характерные влажности присущи глинистым грунтам?

4. Как классифицируются пески и глинистые грунты?

 

Тема 4. Механические свойства грунтов

 

Показатели механических свойств грунтов. Основные закономерности грунтов. Коэффициенты бокового расширения ν и бокового давления ζ. Связь между ними. Сопротивление грунтов сжатию (компрессионная зависимость). Показатели сжимаемости (уплотнения). Модуль деформации. Сопротивление грунтов сдвигу. Закон Кулона для песков и глинистых (связных) грунтов. Испытание грунтов на сдвиг при одноосном и трехосном сжатии.

Библиографический список [1: 2,1;2,3;2,4]; [2: 6,1-6,4; 7,1-7,4]; [3: 5,1-5,4].

 

Указания по изучению темы

Изучая эту тему, студент должен усвоить, что грунты в природном состоянии являются как дисперсными, раздробленными с водноколлоидными и механическими структурными связями, так и монолитными скальными с жесткими структурными связями. Под действием внешней нагрузки, передаваемой сооружением на грунты, последние подчиняются закономерностям, присущим как твердым телам, так и дисперсным. Эти закономерности называются основными закономерностями механики грунтов. К ним относят: сжимаемость, обусловленную скоростью фильтрации воды в грунте; контактную сопротивляемость сдвигу, обусловленную внутренним трением в песках, трением и сцеплением в глинистых грунтах; структурную деформируемость, зависящую от сопротивляемости и податливости структурных связей и деформируемости отдельных компонентов, образующих грунт.

Студент должен усвоить показатели сжимаемости и прочности грунтов, характеризующие их деформируемость и сопротивление сдвигу; методы и принципы исследования механических свойств грунтов для строительных целей в лабораторных и полевых условиях.

Полезно научиться анализировать различные зависимости, получаемые в результате испытаний, уметь установить величины, характеризующие механические свойства грунтов, а также знать назначение и использование различных характеристик грунтов при проектировании оснований и фундаментов.

 

Вопросы для самостоятельной работы

1. Сформулируйте основные закономерности механики грунтов.

2. Что выражают коэффициенты бокового расширения и бокового давления? Какова связь между ними?

3. Как проводят компрессионные испытания грунтов? Как вычисляются показатели сжимаемости грунтов?

4. Что такое предельное сопротивление грунтов сдвигу?

5. Как проводят испытание грунтов на сдвиг методом прямого среза?

6. Сформулируйте закон Кулона для песков и глинистых грунтов.

7. Приведите другие методы определения показателей сопротивления грунтов сдвигу.

 

Тема 5. Определение напряжений в грунтовой толще

 

Распределение напряжений в грунтовой толще от действия различных нагрузок: сосредоточенной силы, местной равномерно распределенной нагрузки, равномерно распределенной полосовой нагрузки, собственного веса грунта. Распределение давления по подошве сооружений, опирающихся на грунт (контактная задача); действие треугольной нагрузки; нагрузки, меняющийся по закону прямой.

Библиографический список: [1: 3,1-3,3]; [2: 9,1-9,5]; [3: 6,1-6,1,8].

 

Указания по изучению темы

Изучая данную тему, необходимо представлять, что методы определения напряжений в грунтах основаны на выводах теории упругости (линейно деформируемых тел). Для определения напряжений по этой теории справедливы уравнения и зависимости теории упругости, базирующиеся на линейной зависимости между напряжениями и деформациями в упругой стадии (закон Гука). Однако для дисперсных грунтов закон Гука применим лишь в определенных интервалах давлений, не превышающих их структурную прочность.

Следует освоить методы определения напряжений в грунтовой толще при действии различных нагрузок – от естественного веса грунта (природное давление) с учетом взвешивающего действия воды, сосредоточенной силы, приложенной к поверхности линейно деформируемого полупространства (задача Буссинеско). Весьма важно уметь определять напряжения в грунтовой толще от действия равномерно распределенной нагрузки по площади (в том числе по методу угловых точек) и полосообразной нагрузки. Умение решать эти задачи необходимо при расчете оснований и фундаментов инженерных объектов.

Для правильной оценки работы грунтов в основании сооружений следует учитывать влияние жесткости фундаментов, анизотропии и неоднородности грунтов на величину и характер распределения напряжений в грунтовом массиве.

Необходимо также усвоить способы изображений линий одинаковых напряжений (изобар) и эпюр напряжений в горизонтальных и вертикальных сечениях грунтового массива.

 

Вопросы для самостоятельной работы

1.Назовите основные предпосылки к определению напряжений в грунтовой толще.

2.Как определяется напряжение в грунте от собственного веса?

3.Изобразите эпюру напряжений от собственного веса грунта при наличии водоносных и водоупорных горизонтов.

4.Как определяется напряжения в грунте при равномерно распределенной нагрузке по площади?

5.Как определяются сжимающие напряжения в грунтовой толще по методу угловых точек?

6.Как вычисляются напряжения то действия прямоугольной нагрузки и любой нагрузки, меняющийся по закону прямой?

7.Как определяется напряжение в грунте от действия сосредоточенной силы?