Учебное пособие - Механика грунтов - файл n1.doc

Учебное пособие - Механика грунтов
Скачать все файлы (268 kb.)

Доступные файлы (1):
n1.doc268kb.11.01.2014 15:58скачать

n1.doc

  1   2   3



Федеральное агентство по образованию

Кубанский государственный технологический университет

Кафедра кадастра и геоинженерии
МЕХАНИКА ГРУНТОВ

Учебно-методическое пособие по изучению дисциплины и выполнению контрольных работ для студентов – заочников специальностей

270102 – Промышленное и гражданское строительство,

270104 – Гидротехническое строительство,

270105 – Городское строительство и хозяйство,

270106 – Производство строительных материалов, изделий и конструкций, 270115 – Экспертиза и управление недвижимостью,

Краснодар 2008

УДК: 624.131

Составитель: к.т.н., доцент Э.В. Кравченко


Механика грунтов. Учебно-методическое пособие по изучению дисциплины и выполнению контрольных работ для студентов – заочников специальностей: 270102 – Промышленное и гражданское строительство, 270104 – Гидротехническое строительство, 270105 – Городское строительство и хозяйство, 270106 – Производство строительных материалов, изделий и конструкций, 270115 – Экспертиза и управление недвижимостью высшего профессионального образования – Краснодар: Изд-во КубГТУ, 2008. – 27с.

В учебно-методическом пособии изложены программа дисциплины и варианты контрольных заданий, темы лабораторных занятий, вопросы к зачету, рекомендованная литература, требования к оформлению контрольных работ.
Рецензент: к.г.-м.н., профессор Е.Д. Осенняя
СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………………………….4

1 Нормативные ссылки……………………………………………………….4

2 Инструкция по работе с учебно-методическим пособием……………….5

3 Программа дисциплины……………………………………………………5

4 Контрольная работа………………………………………………………..19

5 Задание на контрольную работу…………………………………………..20

6 Темы лабораторных занятий………………………………………………24

7 Вопросы для подготовки к зачету…………………………………………24

8 Список рекомендуемой литературы…………………………………….26

Введение

Механика грунтов, являющаяся общей частью геомеханики, представляет механику деформируемых дисперсных систем и изучает вопросы количественной оценки степени устойчивости и прочности, а также деформации грунтов в основании и составе сооружений под воздействием приложенных сил. Применение основных закономерностей механики грунтов позволяет более полно использовать несущую способность грунтов оснований, достаточно точно учесть деформации оснований инженерных сооружений под действием внешних нагрузок, что дает возможность принять наиболее экономичные инженерные решения.

Основная цель учебно-методического пособия – оказать помощь студенту-заочнику в самостоятельной работе с учебниками, учебными пособиями и нормативными материалами, рекомендованными для изучения курса «Механика грунтов».
1 Нормативные ссылки

В учебно-методическом пособии (УМП) использованы ссылки на следующие стандарты:

2 Инструкция по работе с учебно-методическим пособием

В разделе «Программа дисциплины» приведены темы и указывается, что необходимо знать в пределах каждой темы. В конце тем приводятся вопросы для самопроверки и литература из списка рекомендуемой литературы с указанием страниц, где излагается материал темы.

Вариант контрольного задания выбирается по последней цифре шифра зачетной книжки.
3 Программа дисциплины

Тема 1. Физико-механические свойства грунтов

Подтема 1.1. Введение в дисциплину

В данной подтеме необходимо изучить физические свойства грунтов и методы определения механических характеристик грунтов. Обратить внимание, что в механике грунтов изучаются только минеральные грунты – природные дисперсные материалы. Особое внимание уделить структурным связям, строению и составным элементам грунтов для определения физических свойств и классификации грунтов. По основным физическим свойствам можно косвенно судить о прочности, деформируемости и устойчивости грунтов в основаниях инженерных сооружений, в теле земляного полотна или откосах выемок.

Необходимо рассмотреть основные понятия о грунтах как многофазных дисперсных системах, состоящих, как правило, из трех фаз: твердой, жидкой и газообразной. Эти фазы находятся в тесной взаимосвязи и обуславливают свойства пород. Большое влияние на свойства пород оказывают минералогический состав и степень дисперсности твердой фазы, а также ее взаимодействие с жидкой фазой.

Необходимо обратить внимание на учет особенностей структуры грунтов при изучении и характеристике их в случае использования в строительных целях. Следует уяснить, что дисперсные грунты представляют собой непрерывные гранулометрические системы, состоящие из минералов и обломков горных пород, иногда с примесью органических веществ. Размер частиц в этих системах изменяется в широких пределах: от коллоидных, измеряемых миллимикронами, до крупных, диаметр которых составляет несколько сантиметров.

Представление о дисперсности грунтов дает гранулометрический анализ, с помощью которого определяют содержание в грунте фракций различной крупности. Необходимо знать виды и основные принципы проведения гранулометрического анализа, а также ознакомиться с классификацией грунтов по гранулометрическому составу и практическим использованием его данных.

Так как в глинистых грунтах содержится значительное количество минералов в состоянии высокой дисперсности, вплоть до типичных коллоидов, то свойства этих грунтов в значительной мере определяются физико-химическими явлениями на поверхности раздела твердой и жидкой фаз.

Нужно также изучить виды и свойства воды в грунтах, ее взаимодействие с твердыми частицами, коллоидно-химические свойства, структурные связи и поглотительную способность грунтов. Понимание роли воды в грунтах позволит уяснить вопросы связности, консистенции, взвешивающего действия воды на скелет грунта и т.д. Основными свойствами, определяющими отношения грунтов к воде, являются водопроницаемость и водоотдача, липкость, капиллярность, набухание и усадка, размокаемость, растворимость и размягчаемость, а также тиксотропные и плывунные свойства грунтов. Важно хорошо знать методы определения свойств и состояния грунтов и уметь использовать их при инженерно-геологической оценке.

Необходимо усвоить принципы исследования механических свойств грунтов в лабораторных и полевых условиях, научиться анализировать различные зависимости, получаемые в результате испытаний, уметь определять величины, характеризующие механические свойства грунтов.

Литература 1, с. 362-369; 2, с. 11-28; 3, с. 13-19

Вопросы для самопроверки:

1.Что понимается под термином "грунт"?

2. Как влияет присутствие органического вещества на свойства грунтов?

3.Что в грунтах понимается под дисперсной средой и дисперсной фазой?

4. В каких состояниях может находиться вода в грунтах?

5. Коллоидно-химические свойства грунтов. Схема электромолекулярного взаимодействия поверхности минеральной частицы с водой.

6. Что понимается под гранулометрическим составом грунта, какими методами его определяют? Как классифицируют грунт по гранулометрическому составу?

7. Как практически используются данные гранулометрического состава грунтов?

8. Какие существуют виды структурных связей в грунтах?

9. Что является составными элементами грунтов?

10. Что понимают под структурой и текстурой грунтов?

11. Как определяются основные и дополнительные физические характеристики грунтов и где они используются?

12. Опишите характерные влажности грунта и методы их определения.

13. Как классифицируют грунты? Как подразделяются глинистые грунты по числу пластичности и консистенции?

14. Какие существуют методы определения механических характеристик грунтов?
Подтема 1.2. Основные законы механики грунтов

В данной подтеме необходимо рассмотреть основные закономерности механики грунтов как механики дисперсных тел, которые совместно с уравнениями теоретической механики и механики деформируемых сплошных тел дают систему зависимостей, достаточную для решения задач механики грунтов.

Особое внимание следует уделить изучению сжимаемости грунтов (закон уплотнения, положенный в основу установления ряда фундаментальных положений механики грунтов: принцип линейной деформируемости, принцип гидроемкости, дифференциальное уравнение консолидации), водопроницаемости грунтов (закон Дарси), сдвиговой прочности грунтов (закон Кулона для сыпучих и связных грунтов) и принципа линейной деформируемости грунтов.

Необходимо иметь четкое представление о показателях, характеризующих деформируемость грунтов (следует отличать сжимаемость грунтов, обусловленную изменением пористости, от общей деформируемости грунтов) и сопротивление их сдвигу, а также позволяющих прогнозировать осадки сооружений, определять устойчивость пород в основании, а при конструировании фундаментов предельно использовать несущую способность грунтов.

Показатели, выражающие сопротивление грунтов сдвигу, т.е. разрушению дают возможность проектировать заложение откосов насыпей и выемок, бортов карьеров с минимальными земляными работами, определять устойчивость склонов, величину давления грунтов на ограждения и т.д.

Литература 1, с. 464-505; 2, с. 28-76; 3, с. 19-26

Вопросы для самопроверки:

1. Назовите особые свойства грунтов.

2. Как проводят компрессионные испытания грунтов?

3. Что понимают под упругими и остаточными деформациями? Что выражает коэффициент бокового давления, коэффициент компрессии, коэффициент сжимаемости?

4. Как определяют модуль общей деформации грунтов?

5. Как определяется скорость фильтрации в грунтах7

6. Что такое гидравлический градиент?

7. Дать понятие об эффективных и нейтральных давлениях в грунтовой массе.

8. Из чего слагается сопротивление грунтов сдвигу?

9. Как определяют сопротивление грунтов сдвигу в лабораторных и полевых условиях?

10. Что является основными прочностными показателями грунтов? Как их определяют?

11. Виды испытаний грунтов на сдвиг.

12. Какова общая зависимость между деформациями и напряжениями в грунтах?

13. В чем заключается принцип линейной деформируемости грунтов?

14. Каковы особенности физико-механических свойств структурно-неустойчивых просадочных грунтов?
Тема 2. Напряженное состояние грунтовой толщи

Подтема 2.1. Распределение напряжений в случае пространственной задачи

Вопрос об определении напряжений в грунтовой толще имеет особо важное значение для установления условий прочности и устойчивости грунтов и определения их деформаций (главным образом – осадок) под действием внешних сил и собственного веса грунта.

Необходимо иметь отчетливое представление о том, что при решении вопроса о распределении напряжений следует применять уравнения теории упругости (линейно-деформируемой среды). Эти уравнения справедливы в том случае, если напряжения не вызывают появления в грунтах областей пластических деформаций и достигнута стабилизация напряжений и вызванных ими деформаций грунта.

Прежде всего, необходимо научиться определять напряжения, возникающие в массиве от собственного веса грунта (природное давление), учитывая при этом взвешенность грунта в воде и дополнительные напряжения в любой точке массива грунта, вызываемые сосредоточенной силой, приложенной к поверхности (основная задача – задача Буссинеска). После этого можно приступить к изучению методов определения напряжений в массиве грунта от нагрузки, распределенной по площадкам ограниченных размеров.

Следует обратить внимание на определение напряжений методом угловых точек для равномерной нагрузки при прямоугольном очертании площади загружения, решение Фламана для случая линейной нагрузки полупространства и определение напряжений при равномерно распределенной полосообразной нагрузке.

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

Литература  1, с. 459-464; 2, с. 76-93, 102-111; 3, с. 29-41

Вопросы для самопроверки:

1. Перечислите основные предпосылки к определению напряжений в грунтах.

2. Как определяют напряжения от собственного веса грунта в многослойной толще, включающей водоносные и водоупорные прослойки?

3. Изобразите схему эпюры нормальных напряжений от собственного веса грунта.

4. Как определяют в грунте напряжения от сосредоточенной силы?

5. Как определяют коэффициенты для вычисления сжимающих напряжений от действия сосредоточенной силы?

6. Как определяют напряжения от действия местной равномерно распределенной нагрузки?

7. Начертите расчетную схему распределения напряжений на горизонтальных сечениях в грунте ниже подошвы фундамента.

8. Как определяют напряжения по методу угловых точек?

9. приведите формулы для определения напряжений в грунте в случае линейной и полосовой нагрузок.

10. Как влияет площадь загрузки на распределение напряжений в грунтовой толще?

11. Как определяют сжимающие напряжения по способу элементарного суммирования?

Подтема 2.2. Распределение напряжений в случае плоской задачи

В данной подтеме необходимо изучить случаи равномерно распределенной нагрузки, нагрузки произвольного вида, уяснить понятие о главных напряжениях. Условия плоской задачи имеют место в случае, когда напряжения распределяются в одной плоскости (в перпендикулярном направлении, они либо равны нулю, либо постоянны).

Необходимо отметить, что все составляющие напряжений в рассматриваемой плоскости не зависят от деформационных характеристик линейно-деформируемого полупространства (модуля общей деформации и коэффициента поперечной деформации), т.е. справедливы для всех тел (сплошных, сыпучих и т.п.), для которых зависимость между напряжениями и деформациями может быть принята линейной.

Литература  1, с. 459-464; 2, с. 93-102, 110-111; 3, с. 29-41

Вопросы для самопроверки:

1. Приведите схему действия равномерно распределенной нагрузки в условиях плоской задачи.

2. Что такое коэффициенты влияния для определения составляющих напряжений при равномерно распределенной нагрузке в условиях плоской задачи и как они определяются?

3. Как строятся эпюры распределения сжимающих напряжений по вертикальным и горизонтальным сечениям массива грунта?

4. Как выглядят линии равных напряжений в линейно-деформируемом массиве в случае плоской задачи (изобары, распоры, сдвиги)?

5. Дать определение понятиям главные напряжения.

6. Какие существуют виды произвольных нагрузок на грунтовую толщу?
Тема 3. Предельное напряженное состояние грунтов

Подтема 3.1. Фазы напряженного состояния грунтов

Предельное напряженное состояние грунта в данной точке соответствует такому напряженному состоянию, когда малейшее добавочное силовое воздействие нарушает существующее равновесие и приводит грунт в неустойчивое состояние: в массиве грунта возникают поверхности скольжения, разрывы, просадки и нарушается прочность между его частицами и агрегатами, что недопустимо при воздействии на грунты сооружений.

В данной подтеме необходимо изучить механические процессы, возникающие в грунтах при действии местной постепенно возрастающей нагрузки. Особое внимание следует уделить фазам напряженного состояния грунта, образованию поверхностей скольжения, условиям предельного равновесия для сыпучих и связных грунтов.

Литература  2, с. 111-120; 3. с. 41-47

Вопросы для самопроверки:

1. Что называется предельным равновесием грунта в точке?

2. Опишите стадии деформаций оснований сооружений.

3. Каково условие предельного равновесия для сыпучих грунтов?

4. Каково условие предельного равновесия для связных грунтов?

5. Как определить направления площадок скольжения для любой заданной точки?

Подтема 3.2. Критические нагрузки на грунт

В данной подтеме следует обратить внимание на два вида критической нагрузки: 1 – нагрузка, соответствующая началу возникновения в грунте зон сдвигов и окончанию фазы уплотнения (начальная критическая нагрузка, безопасная в основаниях сооружений); 2 – нагрузка, при которой формируются сплошные области предельного равновесия, грунт приходит в неустойчивое состояние и полностью исчерпывается его несущая способность (предельная критическая нагрузка на грунт в данных условиях загружения).

Литература  2, с. 120-134; с. 41-47

Вопросы для самопроверки:

1. Дать определения критическим нагрузкам на грунт.

2. Приведите формулу Н.П. Пузыревского для начальной критической нагрузки на грунт.

3. Приведите формулы для определения предельной критической нагрузки для различных видов загрузки.
Тема 4. Устойчивость склонов, откосов, подпорных стен

Подтема 4.1. Устойчивость массивов грунта

Анализ устойчивости массивов грунта имеет большое практическое значение при проектировании земляных сооружений (насыпи, выемки, дамбы, земляные плотины, котлованы и т.д.). Это частная задача общей теории предельного напряженного состояния.

При изучении устойчивости склонов, откосов прежде всего следует рассмотреть условия устойчивости сыпучих и связных грунтов, затем ознакомиться с существующими методами расчетов по оценке устойчивости существующих откосов и методами построения проектируемых откосов устойчивого профиля (метод КЦПС – круглоцилиндрических поверхностей скольжения, метод прислоненного откоса, метод Маслова).

Следует обратить внимание на способы учета ползучести грунтов, гидродинамического эффекта и динамических воздействий при оценке устойчивости откосов.

Литература 1, с. 512-526; 2, с. 134-145; 3, с. 47-50

Вопросы для самопроверки:

1. Дайте оценку устойчивости откосов и укажите методики их расчета.

2. Как влияют фильтрационные силы на устойчивость откосов?

3.Что является основными причинами нарушения устойчивости массивов грунта?

4. Какие существуют основные виды оползней?

5. Как определить предельное давление на поверхность откоса?

6. Как построить очертание равноустойчивого откоса?

7. Что является основными мерами по увеличению устойчивости массивов грунта и борьбе с оползнями?
Подтема 4.2. Давления грунтов на ограждения

В данной подтеме необходимо изучить устойчивость подпорных стен и давление грунтов на подпорные стены.

Вопросы давления грунтов на ограждения являются важнейшими в инженерных расчетах и решают их на базе теории предельного напряженного состояния грунтов и общих методов решения ее задач: аналитического, графо-аналитического, графического.

При рассмотрении вопроса давлений грунтов на ограждения необходимо ознакомиться с понятиями активного и пассивного давлений грунта, а затем освоить аналитические и графические методы определения давления грунта на подпорные стены. Важно также уметь определять давления на стены при частных случаях их очертания, наклона поверхности засыпки и неоднородности грунтов.

Литература  2, с. 145-160; 3, с. 51-55

Вопросы для самопроверки:

1. Что является основными предпосылками к методам определения давления грунта на ограждения?

2. Какие допущения Кулона используют для практических расчетов активного давления грунтов на подпорные стенки?

3. Дать понятия активного и пассивного давления грунтов на ограждения.

4. В чем заключается графический метод определения давления грунтов на подпорные стенки?

5. Начертите эпюры распределения давлений на задней грани стенки при слоистом напластовании грунтов и наличии на поверхности грунта равномерно распределенной нагрузки.
Тема 5. Осадка оснований сооружений

Подтема 5.1. Процессы консолидации грунтов под нагрузкой

В данной подтеме необходимо рассмотреть виды деформаций грунтов, методы их определения и причины, их обусловливающие. Определение деформаций грунтов под действием внешних сил имеет огромное значение для практики проектирования фундаментов сооружений.

На практике первостепенное значение имеют в одних случаях упругие деформации (при расчете на динамические нагрузки, включая и сейсмические воздействия и при расчете гибких фундаментов на совместную работу их со сжимаемым основанием), в других – неупругие (уплотнения и набухания) – при расчете, главным образом, массивных фундаментов по предельным деформациям оснований (для определения полной осадки грунтовых оснований и затухания осадок во времени), а иногда – чисто остаточные (при образовании колей на усовершенствованных грунтовых покрытиях и дорогах).

При изучении подтемы следует обратить особое внимание на теорию компрессионного уплотнения (консолидацию) грунтов, на процесс протекания осадок во времени на основе теории фильтрационной консолидации грунтов.

Литература  1, с. 461-464; 2, с. 171-197; 3, с. 97-108

Вопросы для самопроверки:

1. Перечислите виды деформаций грунтов.

2. Назовите главнейшие физические причины деформаций грунтов.

3. Как возникают упругие деформации в грунтах?

4. Какие существуют методы определения деформаций грунтов?

5. Что такое коэффициент относительной сжимаемости грунта?

6. Приведите формулу для расчета полной стабилизированной осадки слоя грунта при сплошной нагрузке.

7. Назовите предпосылки теории фильтрационной консолидации.

8. Как определить осадку слоя грунта для любого момента времени?

Как учитывается структурность грунтов и сжимаемость газосодержащей поровой воды для расчета осадки грунтов?

Подтема 5.2. Прогноз осадок фундаментов

В данной подтеме следует детально изучить определение осадки сооружения по методу послойного суммирования осадок отдельных слоев грунта в пределах сжимаемой (активной) толщи основания, а также по методу эквивалентного слоя грунта.

Важно знать способы определения активной зоны сжатия грунтов под нагрузкой и факторы, влияющие на ее величину; уметь определять величины осадок сооружений на слоистой толще грунтов. Кроме того, следует рассмотреть влияние на величину осадки сооружения нагрузки от соседних фундаментов, получить представление об абсолютных и средних величинах осадки и их разности, а также изучить теоретические и эмпирические методы расчета осадок во времени и способы учета ползучести грунтов при прогнозе осадок.

Необходимо отметить, что данная тема является весьма важной, так как служит основой для расчета оснований по деформациям.

Литература  2, с. 201-229; 3, с.144-156

Вопросы для самопроверки:

1. Какие факторы влияют на величину мощности сжимаемой толщи?

2. Как зависит величина осадки от формы и размеров подошвы фундаментов?

3. Какие существуют методы определения осадок?

4. Какова методика наблюдения за осадками возведенных сооружений?

5. Как проводится расчет затухания осадок во времени в методе послойного суммирования осадок отдельных слоев грунта?

6. Что такое эквивалентный слой грунта?

7. Как выглядит схема построения эквивалентной эпюры уплотняющих давлений?

8. Как определить активную зону сжатия по методу эквивалентного слоя?

9. Как проводится расчет осадок фундаментов на слоистой толще грунтов?

Тема 6. Реологические процессы в грунтах

В данной теме необходимо изучить реологические свойства грунтов: релаксация напряжений, длительная прочность, ползучесть грунтов. Особое внимание следует уделить реологическим процессам в грунтах – деформации ползучести глинистых грунтов, изменению вязкости грунтов в процессе сдвига. Необходимо рассмотреть вопрос учета ползучести грунтов при прогнозе осадок сооружений.

Литература  1, с. 512-529; 2, с. 229-252; 3, с. 55-58

Вопросы для самопроверки:

1. Какие причины обусловливают протекание основных реологических процессов в глинистых грунтах?

2. Что такое «релаксация напряжений»?

3. Какими методами исследуют релаксацию напряжений и определяют длительную прочность грунтов?

4. Какие виды ползучести вы знаете?

5. Как определить параметры экспоненциального ядра ползучести?

6. Что такое установившаяся ползучесть грунтов при сдвиге?

7. Как изменяется вязкость грунтов в процессе сдвига?

8. Как учитывается ползучесть грунтов при прогнозе осадок сооружений?

9. На чем основан инженерный метод прогноза суммарных осадок уплотнения и ползучести оснований фундаментов сооружений?
Тема 7. Особенности строительства в сложных грунтовых условиях

В данной теме необходимо изучить структурно-неустойчивые грунты, их физико-механические свойства. Особое внимание следует уделять просадочным грунтам, особенностям строительства на таких видах грунтов.

Важно знать особенности строительства высоких насыпей и выемок в сложных грунтовых условиях, на недоуплотненных, мерзлых и вечномерзлых грунтах.

Литература  1, с. 631-713; 2, с. 69-76; 3, с. 268-293

Вопросы для самопроверки:

1. Какие грунты относят к структурно-неустойчивым просадочным грунтам?

2. Какие грунты относят к недоуплотненным грунтам?

3. Как оценивается просадочность грунтов?

4. Какие существуют меры борьбы с просадочностью сооружений на лессовых грунтах?

5. Перечислите особенности физико-механических свойств мерзлых и вечномерзлых грунтов?
4. Контрольная работа

Номер варианта соответствует последней цифре шифра студента. Студенты, номер шифра которых оканчивается на «1», работают над первым вариантом, на «2» - над вторым вариантом и т.д., на «0» - над десятым.

Контрольная работа должна содержать четкие, исчерпывающие ответы на все вопросы. Рисунки и чертежи выполняют карандашом. В конце работы приводят список использованных источников.

Выполненные контрольные работы студенты сдают для проверки на кафедру кадастра и геоинженерии КубГТУ, по адресу: ул. Московская, 2 «В», аудитория В-202, в срок, предусмотренный графиком учебного процесса.

В том случае, если контрольная работа выполнена неправильно и направляется на доработку, студент должен выполнить ее заново, одновременно представив незачтенную работу.

5. Задание на контрольную работу

Задача №1

Определить плотность скелета грунта, пористость n, коэффициент пористости e , число пластичности, показатель текучести , полную влагоёмкость грунта , используя данные таблицы 1. Определить вид грунта и его состояние по ГОСТ 25100-95 Грунты. Классификация.

  1   2   3
Учебный текст
© perviydoc.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации