Естественно-историч. условия формирован. грунтов.

Задачи механики грунтов.

Основной задачей курса является обучить:

- основным законам и принципиальным положениям механики грунтов;

- свойствам грунтов и их характеристики - физические, деформационные, прочностные;

- методам расчета напряженного состояния грунтового массива;

- методам расчета прочности грунтов и осадок.

 

Естественно-историч. условия формирован. грунтов.

 

 

Виды грунтовых отложений. В зависимости от участия в образовании грунтовой толщи определенных агентов выветривания различают следующие главные виды отложений грунта. Элювиальные отложения отличаются неокатанной угловатой формой частиц, различным минеральным составом, мощностью залегания и неотсортированностью по размерам. Представляя собой, разборный, выветрелый слой скальных пород, элювий, владеет неравномерной сжимаемостью. Делювиальные отложения – это неустойчивые рыхлые, часто подверженные оползанию образования, по своему составу неоднородные и залегающие на склонах. Аллювиальными отложениями называют отложения современных и древних долин. Измеряются они сотнями и десятками метров. Им свойственны: слоистость, переменное чередование глинистых и песчаных слоев с частым выклиниванием и присутствием галечных отложений.

 

Характеристика грунтовых фаз. Твердая фаза состоит из минеральных частиц, газообразная из смеси газов и/или водяного пара. Жидкая фаза – вода. Жидкая и газообразная фазы заполняют поры и трещины в грунтах. Полностью водонасыщенный и сухой грунт представляют собой двухфазную систему. Абсолютно сухим можно считать грунт, только что вынутый из сушильного шкафа, не получивший влагу при соприкосновении с воздухом. Поры составляют 30-60% объема грунта. Сжатие грунта под нагрузкой происходит, в основном, за счет уменьшения объема пор. Твердая фаза грунта характеризуется гранулометрическим и минералогическим составом. Минералогический состав – это входящие в грунт минералы (кварц, слюда, полевые шпаты, каолинит). Гранулометрический (зерновой) состав – это характеристика грунта по крупности (размеру) слагающих его частиц. Частицы одного размера называют фракциями.

 

Твердые минеральные частицы в грунтах.

Твердые частицы представляют систему минеральных зерен величиной от нескольких сантиметров до мельчайших частиц, измеряемых сотыми и тысячными долями миллиметра.

Свойства твердых частиц зависят от их крупности и формы, а также от свойств составляющих их минералов. Минералогический состав твердых частиц зависит главным образом от состава материнской породы грунтов. Однако крупные фракции (группы частиц) даже различных генетических типов грунтов по общим физическим и механическим свойствам мало отличаются друг от друга. На мелкие и мельчайшие частицы существенное влияние оказывает их минералогический состав, так как чем мельче частицы грунта, тем большую они будут иметь поверхность.

Механический состав грунтов, т. е. количественное содержание в грунте того или иного размера твердых частиц, весьма разнообразен и определяется для крупных и средних фракций при помощи ситового анализа (просеиванием), а для мелких фракций (диаметром менее 0,05 мм) пипеточным методом по скорости оседания частиц в спокойной воде.

 

Виды воды в грунтовом массиве.
При увеличении количества воды в грунте вода начинает заполнять пустоты между частицами, которые имеют разные размеры и в том числе размеры капилляров (меньше 1 мм)
Гравитационная – подчиняется законам гидравлики. Перемещается в грунте под действием гидродинамических сил (разности напоров).
Капиллярная – неподвижная (она зависает в порах благодаря действию капиллярных сил)
Связанная вода образуется благодаря действию вокруг глинистых частиц электромолекулярных сил. Такая вода характерна для глинистых грунтов. В песчаных в основном гравитационная.
Прочносвязанная вода находится в особом твердом состоянии.Она обладает структурой в виде цепочек (у льда в виде кристаллической решетки). Этот вид воды можно отнести к твердому компоненту.
Рыхлосвязанная занимает промежуток между твердым и жидким состоянием.

 

Газообразная фаза в грунтах, ее виды и св-ва. Два основных вида газов: свободные и растворенные в грунтовой воде. Свободные газы в свою очередь разделяются на: сообщающиеся с атмосферой и не сообщающиеся (так называемые замкнутые, или защемленные газы). Состав газообразной фазы может значительно отличаться от состава атмосферного воздуха: так, в нем важную роль могут играть газы биохимического происхождения (метан и др.), а также большое содержание углекислоты, присутствие сернистых и других газов. Газы, сообщающиеся с атмосферой, принимают температуру и давление ближайших к данной точке частей атмосферы. При повышении температуры или при понижении давления атмосферы, а также под действием нагрузки такие газы легко удаляются. Газы замкнутые (защемленные) наблюдаются в связных породах, главным образом в глинах. Чешуйки глины отделены одна от другой узкими щелеобразными порами. При заполнении более широких щелей водой, которая движется под напором, находящиеся в крупных порах газы будут выходить, соединяясь с атмосферой, а пузырьки газов в узких горловинах или мелких замкнутых порах могут остаться, так как в крупных порах движение воды и газов происходит с большей скоростью, чем в узких.

Наличие пузырьков газов уменьшает водопроницаемость грунта; кроме того, замкнутые газы увеличивают его упругость. При повышении температуры и при уменьшении внешнего давления газы, растворенные в поровой воде, будут выделяться с тем большей интенсивностью, чем выше температура грунта или большее уменьшение давления. При выделении газов происходит взрыхление (разбухание) грунтов, что существенно может сказаться, например, на объемном весе. Соотношение твердых, жидких и газообразных составляющих не остается постоянным, а претерпевает изменения под влиянием внешних воздействий (давления, температуры и пр.), что и необходимо учитывать при оценке состава и свойств грунтов.

 

Устройство днища внутренних конструкций.

Способ «стена в грунте» позволяет осуществлять строительство:

в непосредственной близости от существующих зданий и сооружений;

при значительной глубине сооружения (до 30 м);

при больших размерах в плане и сложной форме сооружения;

При высоком уровне подземных вод.

По грунтовым условиям «стена в грунте» может применяться в любых дисперсных грунтах.

Давление грунта на стены зависит от их конструктивных особенностей (наклона и жесткости стены, наличия разгружающих элементов и т.д.), от свойств грунта, взаимодействующего со стеной, от величины и направления перемещений, поворота и прогиба стены.

Активное давление грунта σa реализуется при смещении стены от грунта и соответствует минимальному значению давления. Пассивное давление грунта σр реализуется при смещении стены на грунт и соответствует максимальному значению давления. При отсутствии перемещений стены реализуется давление покоя σ0. Изменение давления грунта в зависимости от перемещения стены

23. Плотность грунта ρ (или плотность

влажного грунта, объёмная масса грунта) –

масса единицы объёма грунта с естественной

влажностью и природным (ненарушенным)

сложением. Величина плотности грунта

зависит от минерального состава, влажности

и характера сложения (пористости) грунтов.

С увеличением содержания тяжёлых минералов

она увеличивается, а при увеличении содержания

органических веществ уменьшается.

С увеличением влажности плотность возрастает;

максимальной при данной пористости она

будет в случае полного заполнения пор водой.

С увеличением пористости плотность грунта

уменьшается. Плотность дисперсных грунтов

колеблется обычно от 1,30 до 2,20 г/см³. Грунты,

характеризующиеся наличием жёстких

кристаллизационных и цементационных

связей между частицами, обладают

большей плотностью, которая при малой

пористости приближается к значению

плотности твёрдых частиц.

Определение плотности грунта. Грунт обладает различными физико-механическими свойствами, одним из которых является плотность. Определение плотности грунта считается одним из основных физических характеристик грунта, которое описывает его состояние. Для того, чтобы в лабораторных условиях определить плотность грунта необходимо вычислить отношение массы вещества к его объему. Проводя инженерно-геологические изыскания, следует вычислить некоторые показатели, которые влияют на конечный результат в определении плотности образца: плотность грунта, плотность твердых частиц грунта и плотность скелета грунта.

24.Влажность грунта - отношение массы воды в объеме грунта к массе этого грунта, высушенного до постоянной массы.

1. Взвешивают две пустые бюксы с крышками с точностью до 0,01 г.
2. Помещают в бюксы пробы влажного грунта массой по 15-20 г, закрывают крышками и взвешивают.
3. Пробы грунта высушивают в бюксах с открытыми крышками в сушильном шкафу до постоянной массы. Влажность глинистых грунтов, содержащих
органические вещества в количестве не более 5 % (к массе сухого образца), допускается определять однократным высушиванием пробы грунта при
температуре 105 ±0,2°С в течение восьми часов для глинистых и четырех часов для песчаных грунтов.
4. Охлаждают бюксы с грунтом закрыв их крышками, после чеговзвешивают.
5. Результаты взвешиваний записывают в журнал испытаний.

 

Прочностными характеристиками просадочных, как и обычных, грунтов являются удельное сцепление и угол внутреннего трения, которые зависят в основном от их степени влажности, структурной прочности и в меньшей мере плотности. С повышением влажности просадочного грунта до полного водонасыщении сцепление снижается в 2—10 раз, угол внутреннего трения в 1,05—1,2 раза. С увеличением структурной прочности прочностные характеристики и, особенно, сцепление возрастают. Так же, как и для обычных грунтов при повышении степени плотности сцепление и угол внутреннего трения возрастают.

В связи с изложенным выше прочностные характеристики просадочных грунтов должны определяться с учетом степени их влажности при, как минимум, двух состояниях: при природной или установившейся влажности, которая будет в процессе строительства и эксплуатации, и в водонасыщенном состоянии.

Прочность грунта определяется его сопротивлением сдвигу при действии касательных напряжений и определяется таким состоянием грунта, при котором максимальное касательное напряжение остается постоянным на плоскости скольжения (разрушения). Определяют три различных значения прочности: пиковое, критическое (или предельное) и остаточное.

Испытания грунтов при определении их прочности проводится в лабораторных условиях в приборах различной конструкции: прямого (одноплоскостного среза), трехосного сжатия, чистого сдвига.

 

Вопрос 29. ФИЛЬТРАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ.

Характеристикой степени водопроницаемости грунта является коэффициент фильтрации, представляющий собой скорость фильтрации при градиенте напора, равном единице. Скорость фильтрации воды в грунтах v характеризуется законом Дарси:

v = kΔH/ l = kI

где k — коэффициент фильтрации; I — градиент напора при разности напоров ΔН и длине пути фильтрации l.

За скорость фильтрации принимается расход воды в единицу времени, отнесенный к площади поперечного сечения образца грунта.

Коэффициент фильтрации определяется в лабораторных условиях в фильтрационных приборах и в полевых условиях с помощью опытных откачек, нагнетаний и наливов.

 

 

Плотность минеральных частиц грунта. Понятие и способ определения в лабораторных условиях. Плотность грунта определятся соотношением массы веществ к занимаемому ими объёму.плотность грунта характеризуется несколькими показателями: плотностью твёрдых частиц грунта p/s,, плотностью грунта p, плотностью скелета грунта p/d. Плотность грунта измеряется в г/см3 или кг/м3.плотность твёрдых частиц p/s Численно равняется отношению объема твердых частиц грунта к их массе, то есть массе единичного объёма твёрдой составляющей грунта. Плотность грунта (его твёрдого компонента) зависит от содержания органического вещества и минерального состава. Плотность грунта (его отдельных типов твёрдых частиц дисперсных грунтов), которые не содержат примесей водорастворимых солей и органических веществ, в принципе является величиной постоянной, и поэтому в расчетных операциях часто используются её средние значения:

· для глин - 2,74 г/см3;

· для супесей - 2,70 г/см3;

· для песков - 2,66 г/см3;

· для суглинков - 2,71 г/см3.

Плотность грунта p (или объёмная масса грунта, плотность влажного грунта) - масса единичного объёма грунта при его естественной влажности и ненарушенным природным сложением. Величина плотности грунта может зависеть от минерального состава, характера сложения и влажности (пористости) грунтов. Определение плотности грунта должно учитывать тот факт, что с увеличением количества примесей тяжёлых минералов плотность грунта увеличивается, а при увеличении примесей органических веществ пропорционально становится меньше.

Плотность грунта (скелета грунта) p/d - это масса твёрдых составляющих (скелета или "сухого" грунта) на единицу объёма грунта при ненарушенной (естественной) структуре. Удельное давление на грунт также будет зависеть от минерального состава и пористости грунта.Плотностью частиц грунта ρ_s – называется отношение массы частица грунта, высушенного при температуре 105 ⁰ С до постоянной массы к их объему. Размерность плотности частиц грунта кг/см³ или т/м³.

Необходимые приборы: мерная колба (пикнометр) емкостью 100 см³, сито с отверстиями 2 мм, ступка с фарфоровым пестиком, технические весы с разновесами, сушильный шкаф с термометром, электроплитка. Проведение опыта: образец воздушно-сухого грунта размельчают в фарфоровой ступке и из него отбирают среднюю пробу весом 100-200 г, которую просеивают через сито с отверстиями 2 мм.

Среднюю пробу отбирают методом «квадратов». Для этого размельченный грунт насыпают тонким слоем на лист бумаги и шпателем разделяют на квадратики со сторонами 4х4 см. из каждого квадратика берут часть грунта. Из средней пробы берут навески так, чтобы 15 г грунта приходились на 100 см³ мерной колбы. Мерная колба (пикнометр) наполняется дистиллированной водой до определенной отметки взвешивается, измеряется температура воды. Из пикнометра выливается часть воды и через сухую воронку насыпается в него подготовленная навеска грунта, а содержимое пикнометра взбалтывается. Пикнометр с водой и грунтом кипятят от 30 мин (пески и супеси) до 1 час (суглинки и глины) для разрушения структурных агрегатов в грунте. В пикнометр доливают кипяченную дистиллированную воду до черной черты и охлаждают содержимое до комнатной температуры. Пикнометр с содержимым взвешивают с точностью до 0,01 г. Плотность частиц грунта определяется по формуле:

=

 

 

Гранулометрический состав грунта.Понятие и способ определения гранулометрического состава песчаного грунта. Гм состав- содержание в горной породе, почве или искусственном продукте зерен различной крупности, выраженное в процентах от массы или количества зерен исследованного образца. Гранулометрическим составом грунта называется содержание в нем минеральных частиц различной крупности (фракций) выраженного в процентах. Необходимые приборы: набор сит с отверстиями (0,1; 0,25; 0,5; 2 мм), весы технические с разновесами, фарфоровые или алюминиевые чашечки с диаметром 8-10 мм, резиновые пестики, ступка. Проведение опыта: проба воздушно-сухого грунта помещается на бумагу, резиновым пестиком растираются кромки и структурные агрегаты. 100 г грунта, взвешенного с точность до 0,01 г отбирается методом квадратов и помещается на верхнее сито набора с отверстиями 2 мм. Грунт просеивается путем горизонтального встряхивания в течении 3-4 мин. Рекомендуется производить дополнительно досеивание по фракциям. Содержимое каждого сито взвешивается и полученный результат выражается в процентах к общей навеске. Вес отдельных фракций складывается и сумма сравнивается с навеской. Расхождение в 1 % допустимо. Невязка разности пропорциональна весу фракций.

 

Деформационные характеристики грунта. Понятие и способы определения в лабораторных условиях.? Основными характеристиками сжимаемости грунтов являются модуль общей деформации Еили коэффициент относительной сжимаемости mv, коэффициент поперечного расширения (коэффициент Пуассона) v и коэффициент бокового давления ξ грунта

Коэффициент относительной сжимаемости При расчетах осадок уплотнения грунтов вместо коэффициента сжимаемости используется коэффициент относительной сжимаемости (m_v): Коэффициент бокового давления (ξ). В состоянии покоя, т.е. при отсутствии горизонтальных перемещений, он представляет отношение поперечных сжимающих напряжений к продольным при е_х=е_у=0, т.е.

Коэффициент поперечного расширения (коэффициент Пуассона) представляет отношение поперечных деформаций — относительных горизонтальных к относительным вертикальным, т.е

Модуль общей деформации грунта используется в качестве деформационного показателя и характеризует упругие и остаточные деформации (см. рис. 5.5). Модуль общей деформации является важной характеристикой, используемой для расчета оснований и сооружений по деформациям. Модуль общей деформации определяется в полевых и лабораторных условиях. Наиболее распространен способ проведения компрессионных испытаний с последующей их обработкой. В этом случае модуль общей деформации

 

Предельное сопротивлению сдвига связных грунтов. Сыпучие и связные грунты имеют свои особенности при изучении их предельного сопротивления сдвигу. Сопротивление грунта сдвигу является одной из важнейших его характеристик, так как характеризует устойчивость грунта в откосах выемок и насыпей, а также в основаниях различных инженерных сооружений.Связные грунты (глины, суглинки и супеси) отличаются от сыпучих грунтов тем, что частицы их связаны между собой адсорбированными пленками воды, коагулированными коллоидами и цементирующими веществами, вследствие чего даже при весьма малых деформациях сдвига грунт обладает известной прочностью, обусловленной силами сцепления.Закон Кулона для связных грунтов, может быть сформулирован следующим образом: предельное сопротивление связных грунтов сдвигу есть функция первой степени от нормального давления (сжимающего эффективного напряжения) и состоит из двух частей: первой, не зависящей от нормального давления, и второй, прямо пропорциональной нормальному давлению. τ = σtgϕ+ c, где c = σc tgϕ, σc − напряжение связности.

Понятие о прочности в грунтах. Грунты оснований зданий и сооружений испытывают воздействие не только нормальных, но и касательных напряжений. Когда касательные напряжения по какой-либо поверхности в грунте достигают его предельного сопротивления, то происходит сдвиг одной части массива грунта по другой. Прочностью грунта называют способность его воспринимать силы внешнего воздействия не разрушаясь. Разрушение грунта, служащего основанием сооружения, слагающего берег (склон) водохранилища или же откос канала, происходит в виде перемещения-сдвига одной его части относительно другой тогда, когда силы внешнего воздействия превысят силы внутреннего сопротивления. Прочность грунта определяется его сопротивляемостью сдвигу и оценивается показателем, который называется предельным сопротивлением сдвигу τ. Понятие о трение и скольжении в грунтах. Трение возникает в точках контакта частиц и зависит от многих факторов, среди которых основными являются:
- минеральный состав грунта;
- величина зёрен грунта;
- форма зёрен (окатанная, пластинчатая, игольчатая);
- состояние поверхности (округлая, угловатая);
- плотность грунта, степень водонасыщенности и др.
Показатель, характеризующий внутреннее трение в грунтах – это угол внутреннего трения(обозначается символом φ, измеряется в градусах).При слишком большом наклоне равнодействующей из-за исчезнования сопротивления между основанием фундамента и грунтом (или между самими слоями грунта) возникает скольжение. Таким образом, сооружение скользит, если горизонтальные компоненты равнодействующей силы, направленной по стыкам основания, больше, чем противодействующее трение и прочность на сдвиг (срез). Опасность скольжения уменьшается сопротивлением грунта у сооружения.

Испытание грунтов на сдвиг при прямом срезе производится в одноорезных (а иногда и двухсрезных) приборах, при этом образец грунта помешается в срезыватель так, чтобы его одна половина оставалась бы неподвижной, а другая— имела бы возможность перемещаться параллельно самой себе. Образец грунта нагружается при помощи штампа, причем как верхний загрузочный штамп, так и днище прибора (срезывателя) в зависимости от условий испытания могут быть водонепроницаемыми (сплошными) или фильтрующими (например, выполненными из пористого камня или дырчатой металлической пластинки). При испытании некоторых грунтов, особенно песчаных, штамп и днище обычно снабжают треугольными выступами для уменьшения неравномерности распределения сдвигающих напряжений в процессе сдвига по поверхности скольжения.

Предельное сопротивление сдвигу сыпучих грунтов. Для сыпучих грунтов (различного рода пески, крупнообломочные грунты, галечники). Зависимость σ – τ принимается прямой, проходящей через начало координат и наклонной к оси нормальных напряжений σ под углом внутреннего трения φ (рис. 5).

Из графика можно записать следующую зависимость:

τ = σ · tgφ Указанная зависимость – условие прочности грунта (закон Кулона) для сыпучих тел: сопротивление сыпучих грунтов сдвигу есть сопротивление трения, прямо пропорциональное нормальному давлению.

Угол внутреннего трения коэффициент пропорциональности между максимальными касательными и нормальными напряжениями при разрушении твёрдого тела.

КОЭФФИЦИЕНТ ТРЕНИЯ, количественная характеристика силы, необходимой для скольжения или движения одного материала по поверхности другого.

Задачи механики грунтов.

Основной задачей курса является обучить:

- основным законам и принципиальным положениям механики грунтов;

- свойствам грунтов и их характеристики - физические, деформационные, прочностные;

- методам расчета напряженного состояния грунтового массива;

- методам расчета прочности грунтов и осадок.

 

Естественно-историч. условия формирован. грунтов.

 

 

Виды грунтовых отложений. В зависимости от участия в образовании грунтовой толщи определенных агентов выветривания различают следующие главные виды отложений грунта. Элювиальные отложения отличаются неокатанной угловатой формой частиц, различным минеральным составом, мощностью залегания и неотсортированностью по размерам. Представляя собой, разборный, выветрелый слой скальных пород, элювий, владеет неравномерной сжимаемостью. Делювиальные отложения – это неустойчивые рыхлые, часто подверженные оползанию образования, по своему составу неоднородные и залегающие на склонах. Аллювиальными отложениями называют отложения современных и древних долин. Измеряются они сотнями и десятками метров. Им свойственны: слоистость, переменное чередование глинистых и песчаных слоев с частым выклиниванием и присутствием галечных отложений.

 

Характеристика грунтовых фаз. Твердая фаза состоит из минеральных частиц, газообразная из смеси газов и/или водяного пара. Жидкая фаза – вода. Жидкая и газообразная фазы заполняют поры и трещины в грунтах. Полностью водонасыщенный и сухой грунт представляют собой двухфазную систему. Абсолютно сухим можно считать грунт, только что вынутый из сушильного шкафа, не получивший влагу при соприкосновении с воздухом. Поры составляют 30-60% объема грунта. Сжатие грунта под нагрузкой происходит, в основном, за счет уменьшения объема пор. Твердая фаза грунта характеризуется гранулометрическим и минералогическим составом. Минералогический состав – это входящие в грунт минералы (кварц, слюда, полевые шпаты, каолинит). Гранулометрический (зерновой) состав – это характеристика грунта по крупности (размеру) слагающих его частиц. Частицы одного размера называют фракциями.