Раздел 1. Общие представления о грунтах и механике грунтов и основы строительного грунтоведения

Основные термины и понятия:

Геология; механика грунтов; грунт; основание;фундамент.

Глоссарий к разделу дисциплины

Геология – комплекс наук о составе, строении и истории развития земной коры и более глубоких сфер Земли, а также о размещении в земной коре полезных ископаемых.

Геология включает: стратиграфию, тектонику, региональную геологию, вулканологию, минералогию, петрографию, литологию, геохимию.

Грунтами называют все рыхлые горные породы каменной оболочки Земли – несвязные (сыпучие) и связные (глинистые), прочность связей которых во много раз меньше прочности самих частиц. Также грунт – собирательное название горных пород (включая почвы), залегающих преимущественно в зоне выветривания земной коры и являющихся объектом инженерно-строительной деятельности человека.Различают:

· скальные и полускальные грунты – породы, залегающие в виде монолитного или трещиноватого массива;

· рыхлые грунты – крупнообломочные, песчаные породы.

Грунтовые воды – безнапорные воды; при вскрытии скважинами, колодцами их уровень устанавливается на той глубине, на которой эти воды вскрыты. Грунтовые воды легко доступны и широко используются, но из-за неглубокого залегания легко загрязняются.

Грунтовые воды – воды первого от поверхности постоянного водоносного горизонта, залегающие на выдержанном водоупорном горизонте.

Сверху грунтовые воды обычно не перекрыты водоупором и нередко не заполняют водоносный горизонт на полную мощность. Поверхность грунтовых вод не испытывает дополнительного давления, кроме атмосферного.

Механика грунтов – раздел механики сыпучих сред, изучающий напряженно-деформированные состояния, условия прочности и устойчивости, а также изменения свойств грунтов под влиянием внешних (механических) воздействий.

Фундамент –подземная часть сооружения, предназначенная для передачи нагрузки от сооружения грунту.

 

Методические рекомендации для студента по изучению раздела

Цель: знакомство с основными понятиями, определениями и закономерностями дисциплины «Механика грунтов».

Учебные вопросы: механика грунтов как теоретическая основа проектирования оснований. Исторический обзор развития дисциплины. Основные понятия и определения. Состав и строение грунта. Виды грунтов. Классификация грунтов. Структурно-неустойчивые грунты. Основные расчетные модели грунтов.

Изучив данныйраздел, студент должен:

знать:

· основные понятия и определения, историю развития «Механики грунтов»;

· свойства твердой, жидкой и газообразной фазовых составляющих грунта;

· основные виды и классификацию грунта;

· основные понятия модели теории линейного деформирования грунта;

· основные понятия модели теории фильтрационной консолидации;

· основные понятия модели теории предельного напряженного состояния грунта;

· основные понятия модели теории нелинейного деформирования грунтов;

уметь:

· определять основные показатели и свойства грунтов по их наименованию и составу.

При освоении раздела необходимо:

· изучить учебный материал раздела 1;

· акцентировать внимание на основных понятиях и терминах этогораздела;

· выполнить тестыкразделу 1;

· ответить на вопросы для самоконтроля.

 

 

1.1. Механика грунтов как теоретическая основа
проектирования оснований. Исторический обзор развития
дисциплины. Основные понятия и определения

 

Раздел «Механика грунтов» является теоретической базой раздела «Основания и фундаменты», в котором вопросы фундаментостроения рассматриваются на основе основных закономерностей и особенностей инженерно-геологических и гидрологических условий строительной площадки и ее окружения. Указанные закономерности и особенности составляют предмет изучения спецкурса «Инженерная геология».

Механика грунтов – раздел механики сыпучих сред, изучающий напряженно-деформированные состояния, условия прочности и устойчивости, а также изменения свойств грунтов под влиянием внешних (механических) воздействий. Механика грунтов есть механика природных дисперсных (мелко раздробленных) материалов и составляет часть общей геомеханики.

 

Теория упругости
Строительная механика		Механика грунтов		Основания и фундаменты
Инженерная геология		Теоретическая дисциплина		Прикладная дисциплина

 

Последняя включает в себя глобальную и региональную геодинамику, механику массивно-кристаллических горных пород, механику трещиновато-блочных пород, механику органо-минеральных масс. В основу механики грунтов положены как законы теоретической механики абсолютно несжимаемых тел, так и закономерности строительной механики деформируемых тел (законы упругости, пластичности, ползучести).

Закономерности поведения грунтов также рассматриваются в механике (водопроницаемости, прочности, сопротивления сдвигу).

Грунтами называют все рыхлые горные породы каменной оболочки Земли – несвязные (сыпучие) и связные (глинистые), прочность связей которых во много раз меньше прочности самих частиц.

Грунты могут служить: основанием зданий и сооружений; средой для размещения в них сооружений (труб, подземных сооружений, тоннелей и др.); материалом для сооружений (насыпи, земляные плотины, сырье для изготовления стройматериалов) (рис. 1.1).

 

Рис. 1.1. Использование грунтов:
а – основание; б – среда для размещения сооружений;

в – материал для сооружений

 

Также грунт – собирательное название горных пород (включая почвы), залегающих преимущественно в зоне выветривания земной коры и являющихся объектом инженерно-строительной деятельности человека.

Основанием называется массив грунта, находящийся непосредственно под сооружением и рядом с ним, который деформируется от усилий, передаваемых ему с помощью фундаментов. Также основание – это толща грунтов со всеми особенностями напластования (мощность слоев, взаимное расположение, физико-механические свойства и т. д.). Если строительные свойства грунтов основания мы специально не улучшаем и не изменяем, то такое основание называется естественным, в отличие от искусственного основания, в котором строительные свойства грунтов преднамеренно нами улучшены для того, чтобы уменьшить сжимаемость грунтов, увеличить их прочность и др.

Основания, созданные искусственно уложенными грунтами в результате отсыпки с уплотнением или намыва, также называются искусственными.

Фундаментом называется подземная или подводная часть здания или сооружения, служащая для передачи усилий от него на грунты основания и, по возможности, более равномерного их распределения, а также уменьшения величины давлений до требуемых значений.

Слой грунта под подошвой фундамента называется несущий слой грунта; остальные слои – подстилающие.

Механика грунтов изучает грунты с их широким многообразием свойств и модели грунтов, наделенные одним или несколькими свойствами.

Механика грунтов решает следующие задачи: определение напряжений в грунтовой толще, расчет деформаций грунтов и их развития во времени, определение способности грунтов и давления грунтов на ограждения. Кроме того, она рассматривает поведение грунтов при динамических воздействиях (сейсмических, взрывных, ударных, вибрационных).

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.

 

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

Область грунта, воспринимающая давление от сооружения называется ОСНОВАНИЕМ

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

ГРУНТ – рыхлые горные породы каменной оболочки Земли

Подошва фундамента

h

 

Первой фундаментальной работой по механике грунтов принято считать исследование Кулона (Франция, 1773) по теории прочности сыпучих тел, известное в современной механике как закон Кулона-Мора. Академик Фусс (Россия, 1801) и инженер Винклер (Франция, 1867) предложили механические модели грунтового основания для расчета конструкций, взаимодействующих с грунтовой средой. Закономерности фильтрационных процессов в песчаных грунтах были впервые установлены Дарси (Франция, 1856) и обобщены в современной механике как закон ламинарной фильтрации Дарси. Труд профессора Буссинеска (Франция, 1885) «О распределении напряжений в упругой почве от сосредоточенной силы» до настоящего времени изучается и является основополагающим в теории распределения напряжений в грунтовой среде. Механика грунтов как самостоятельная дисциплина возникла с момента опубликования монографии профессора Терцаги (Германия, 1925) «Строительная механика грунтов». Именно ему принадлежит установление основополагающей в теории расчета осадок зависимости, известной как закон уплотнения Терцаги.

Существенное развитие механика грунтов получила в работах ученых русской школы: Н. П. Пузыревского (1923), Н. М. Герсеванова (1931), В. А. Флорина (1936), В. В. Соколовского (1942), К. Е. Егорова (1948), В. Г. Березанцева (1948). Первый курс лекций по механике грунтов был подготовлен в СССР профессором Н. А. Цытовичем (1934).

В 30-х годах в СССР был организован тогда единственный в мире институт НИИОСП, который затем получил имя его создателя Герсеванова Н. М., в настоящее время ОАО «НИЦ «Строительство» Научно-исследовательский, проектно-изыскательский и конструкторско-технологический институт оснований и подземных сооружений им. Н.М. Герсеванова.

 

 

1.2. Состав и строение грунта. Виды грунтов

Образование грунтов (генезис).

Континентальные отложения:

· элювиальные (форма зерен угловатая);

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

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

· ледниковые (результат действия ледников, неоднородные грунты);

· эоловые (продукты выветривания, пески дюн, барханов, наличие пылеватых и илистых фракций).

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