Оглавление 1. Основные понятия и определения. ....................................................................................................... 2 2. Состав грунтов. Характеристика основных составляющих грунтов. Механические грунтовые модели. ........................................................................................................................................................ 4 3. Гранулометрический состав грунтов. Основные фракции частиц ...................................................... 5 4. Структурные связи между частицами грунта, ....................................................................................... 6 5. Основные физические характеристики грунтов, .................................................................................. 6 6. Принцип построения классификации по ГОСТ 25100-2011. Основные классы грунтов. ................10 7. Классификация грунтов по происхождению. Классификации крупнообломочных, песчаных и глинистых грунтов. ....................................................................................................................................11 8. Максимальная (оптимальная) плотность грунта. ...............................................................................12 9. Методы решения задач механики грунтов. ........................................................................................12 10. Основные расчетные модели грунта. ................................................................................................13 11. Механические свойства грунтов. Компрессионная зависимость. ..................................................14 12. Структурная прочность грунта, ...........................................................................................................15 13. Способы определения модуля деформации грунта (с помощью компрессионной кривой, испытанием статической нагрузкой, при помощи прессиометра). ......................................................15 14. Водопроницаемость грунтов. Закон ламинарной фильтрации. .....................................................16 15. Определение коэффициента фильтрации песчаных грунтов..........................................................17 16. Определение коэффициента фильтрации глинистых грунтов. .......................................................18 17. Сопротивление грунтов сдвигу Способы испытания грунтов на сдвиг...........................................18 18. Испытание грунтов в сдвиговом приборе. ........................................................................................20 19. Закон Кулона для песчаных и глинистых грунтов.............................................................................20 20. Угол внутреннего трения, удельное сцепление, давление связности грунта ................................21 21. Испытание грунтов в стабилометре. Круги Мора. ............................................................................21 22. Условие предельного равновесия грунтов. ......................................................................................22 23. Испытание грунтов с помощью крыльчатки и вдавливанием штампов. .......................................22 24. Мёрзлые, лессовые, набухающие, слабые водонасыщенные глинистые, торф и насыпные грунты. ........................................................................................................................................................24 25. Определение напряжений в массиве грунтов. Распределение напряжений от собственного веса грунта .................................................................................................................................................25 26. Определение напряжений в грунте от действия одной и нескольких вертикальных сосредоточенных сил. (Задача Буссинеска). ...........................................................................................26 27. Определение напряжений от равномерно распределенной нагрузки, действующей по площади. ....................................................................................................................................................27 28. Определение напряжений методом угловых точек. .......................................................................28 29. Определение напряжений при полосовой нагрузке (задача Фламана). .......................................29 30. Распределение контактных давлений при жесткой передаче нагрузки,.......................................30 31. Фазы напряженного состояния грунта ..............................................................................................30 32. Оценка прочности грунта в заданной точке основания...................................................................31 33. Виды и причины вертикальных деформаций. Осадки фундамента. ..............................................32 34. Определение глубины зоны сжимаемой толщи грунта ..................................................................32 35. Определение осадок методом послойного суммирования............................................................33 36. Определение осадок методом эквивалентного слоя Н.А. Цытовича .............................................34 37. Определение осадок методом линейно-деформируемого слоя. ..................................................35 38. Расчет устойчивости откосов песчаных грунтов, ..............................................................................36 39. Учет действия подземных вод для песчаных грунтов......................................................................38 40. Расчет устойчивости откосов глинистых грунтов. .............................................................................38 41. Учёт действия подземных вод для глинистых грунтов ....................................................................40 42. Учет сейсмических воздействий. .......................................................................................................41 43. Мероприятия по повышению устойчивости откосов и склонов. ....................................................41 44, Устойчивость вертикального откоса в глинистых грунтах. ..............................................................42 45. Аналитический метод определения давления грунта на подпорные стенки для сыпучих грунтов. .......................................................................................................................................................43 46. Аналитический метод определения давления грунта на подпорные стенки для связных грунтов. .......................................................................................................................................................46 47. Учет угла наклона подпорной стенки ................................................................................................48 48. Графический метод определения давления на подпорные стенки. ..............................................49 ОТВЕТЫ НА БИЛЕТЫ 1. Основные понятия и определения. Предметом изучения механики грунтов являются материалы природного происхождения - грунты и их взаимодействие с сооружениями. ГРУНТ – это рыхлые горные породы верхних слоев литосферы. Фундамент– подземная или заглубленная часть сооружения, предназначенная для передачи нагрузки от сооружения на основание. Подошва – нижняя поверхность фундамента. Основание– толща грунтов, на которых возводится сооружение. Основание воспринимает от сооружений нагрузки, деформируясь под их воздействием. естественные – сложенные природными грунтами без их специальной подготовки. искусственные- представленные уплотненными грунтами природного происхождения или сложенные твердыми отходами производственной и хозяйственной деятельности человека. Слой грунта под подошвой фундамента называется несущим слоем грунта; остальные слои – ПОДСТИЛАЮЩИМИ. 1 - Обрез фундамента 2 - Фундамент 3 - Подошва фундамента 4 - Щебеночно-песчаная подготовка df – глубина заложения фундамента Грунт – горная порода, используемая в строительстве в качестве: основания фундамента среды, в которой возводится сооружение (туннель, трубопровод) материала для строительства сооружения (дамба, насыпь) Горная порода – закономерно построенная совокупность минералов, которая характеризуется составом, структурой и текстурной. Состав – перечень минералов, образующих горную породу. Структура (строение)- размер, форма и процентное соотношение частиц, слагающих горную породу Текстура (ткань, сплетение)- пространственное расположение слагающих породу частиц Горные породы по происхождению подразделяют: 1) Магматические, образуются при остывании магмы в верхних слоях земной коры (габбро, гранит), либо на поверхности земли (базальты, порфиры). 2) Метаморфические, образуются в недрах земли путем перекристаллизации горных пород под воздействием высокого давления, высоких температур (мрамор, сланцы). 3) Осадочные, образуются в результате выветривания, перемещения, осаждения и уплотнения продуктов разрушения исходных горных пород. 4) Вулканогенно-осадочные, образуются из продуктов дробления застывающей лавы при её движении и при осаждении пирокластической массы (пепла, шлаков и др.) 5) Элювиальные, образуются в результате выветривания, и представлены не перемещенными продуктами разрушения. 6) Техногенные, образуются в результате жизнедеятельности человека. В зависимости от степени упрочнения различают осадочные горные породы: Сцементированные (доломиты, песчаники и другие) Не сцементированные (крупнообломочные, песчаные, глинистые и другие) 2. Состав грунтов. Характеристика основных составляющих грунтов. Механические грунтовые модели. Грунт состоит из трех составляющих: Твердая (частицы минералов) Жидкая (вода) Газообразная (воздух или газ) 1. Твердые частицы грунтов состоят из породообразующих минералов: - Минералы, не вступающие во взаимодействия с водой и растворенными в ней веществами (кварц, полевой шпат и другие). Благоприятны для строительства - Минералы, растворимые в воде (гипс, галит и другие) В большинстве своем не благоприятны для строительства - Глинистые минералы (иллит, каолинит и др.) Обладают высокой коллоидной активностью, сильно изменяют свойства в зависимости от влажности. - Органические вещества (гумус) Не благоприятны для строительства, так как легко деформируются. 2. Жидкая составляющая грунтов - Кристаллизационная вода – принимает участие в строении кристаллических решеток минералов и находится внутри частиц грунта - Поровая вода – заполняет поры грунта, т.е пространство между твердыми частицами 1 - Прочносвязанная – ионы воды непосредственно у поверхности частицы, испытывающие огромные силы притяжения. 2 - Рыхлосвязанная – ионы воды, находящиеся на некотором удалений от частицы и испытывающие меньшие силы притяжения. 3 - Свободная вода – молекулы воды, находящиеся вне зоны влияния частицы. Свободная вода подразделяется: - Гравитационная – подчиняется законам гидравлики. - Капиллярная – по системе капиллярных каналов может подниматься вверх на значительную высоту 3. Газообразная составляющая грунта В верхних слоях грунта, соединяющихся с атмосферой, содержится воздух. Ниже газообразная составляющая может быть представлена воздухом или газом (азотом, метаном, сероводородом и др.) Газы в грунте могут быть: - в свободном состоянии; - растворены в воде. Свободный газ: - незащемленный, сообщающийся с атмосферой; - защемленный в виде мельчайших пузырьков в воде. • • • • Механические грунтовые модели: Однофазный (сухой) грунт – в порах полностью отсутствует вода Двухфазный (водонасыщенный) грунт – поры полностью заполнены водой Трехфазный (не водонасыщенный) грунт – поры частично заполнены водой, частично воздухом Четырехфазный (не водонасыщенный мерзлый) грунт – вода, в основном, представлена кристалликами льда 3. Гранулометрический состав грунтов. Основные фракции частиц Гранулометрический состав грунта – это количественное соотношение в грунте частиц определенного размера. Определяется в соответствии с ГОСТ 12536-2014 «Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава». Стандарт Наименование фракции с размером частиц в мм Крупнообломочные Песчаные Пылеватые Глинистые ГОСТ 25100 – 2011 >2 2 – 0.05 0.05 – 0.002 < 0.002 Гранулометрический состав грунта характеризуется интегральной кривой гранулометрического (зернового) состава Неоднородность грунта определяется по степени неоднородности Cu = d 60 d10 d60 и d10 – диаметры частиц, меньше которых в данном грунте содержится соответственно 60 и 10% частиц Если Cu> 3 – неоднородный Cu ≤ 3 – однородный 4. Структурные связи между частицами грунта, Структурные связи - связи между частицами и агрегатами частиц в грунте. Кристаллизационные – энергия которых соизмерима с внутрикристаллической энергией атомов; присущи скальным грунтам, которые обладают высокой прочностью и малой деформируемостью; при разрушении связи не восстанавливаются. Механические (внутреннее трение грунта) – силы трения соприкасающихся частиц сыпучих грунтов; эти силы тем больше, чем менее окатаны зерна в грунте. Физико-химические (водно–коллоидные) – определяются электромолекулярными силами взаимного притяжения и отталкивания между твердыми частицами и ионами поровой воды в глинистых грунтах. Физические – обусловлены действием физических полей (гравитационного, магнитного и др.). Криогенные – кристаллизационные связи, возникающие во влажных грунтах при отрицательной температуре в результате сцементирования их льдом; свойственны мерзлым грунтам. Цементационные – возникают в результате уплотнения грунта 5. Основные физические характеристики грунтов Правила отбора, упаковки и транспортировки образцов грунта, а также методики определения их физических характеристик регламентируются гостами ГОСТ 30416 – 2012 «Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения» ГОСТ 5180 – 2015 «Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик» Коэффициент пористости Vпор n e= = , д.ед. m V1 • Влагоемкость грунта – влажность, соответствующая полному водонасыщению грунта, когда все поры заполнены водой. wsat = e w s Показатель текучести IL = w − wP wL − wP ; вода ρw = 1г/см3 6. Принцип построения классификации по ГОСТ 25100-2011. Основные классы грунтов. Классификация грунтов построена по принципу: Класс (подкласс) – по структурным связям. Тип (подтип) – по происхождению. Вид (подвид) - по вещественному составу. Разновидности – по составу, свойствам и структуре грунтов. Основные классы грунтов. Скальные - это грунты с жесткими (кристаллизационными и цементационными) структурными связями. Дисперсные – это грунты с физико-химическими (водно-коллоидными), физическими и механическими структурными связями. Мерзлые – это грунты с криогенными структурными связями. 7. Классификация грунтов по происхождению. Классификации крупнообломочных, песчаных и глинистых грунтов. По коэффициенту водонасыщения 0 <Sr≤ 0,5 – малой степени влажности (маловлажные); 0,5 <Sr≤ 0,8 – средней степени влажности (влажные); 0,8 <Sr ≤ 1,0 – насыщенные водой По коэффициенту водонасыщения (аналогично крупнообломочным) По степени неоднородности Cu> 3 – неоднородный Cu ≤ 3 – однородный Классификация глинистых грунтов Глинистый грунт – связный грунт, состоящий в основном из пылеватых и глинистых частиц, число пластичности грунта ≥ 1% По числу пластичности Ip= 1 -7 – супесь Ip= 7 – 17 – суглинок Ip> 17 – глина По содержанию в грунте глинистых частиц d < 0,002 мм < 3 % – песок 3 – 10 % – супесь 10 – 30 % – суглинок > 30% – глина 8. Максимальная (оптимальная) плотность грунта. Грунт в 3 слоя уплотняется равным числом ударов (по 30 – 40 ударов на каждый слой) в приборе стандартного уплотнения. Определяется ρd (плотность сухого грунта). Затем грунт заменяют на грунт большей влажности и опыт повторяют. Строится зависимость ρd от w В процессе уплотнения грунта для контроля определяется коэффициент стандартного уплотнения Ks = d = 0,80 0,95 d max 9. Методы решения задач механики грунтов. Общим методом механики грунтов является решение уравнений равновесия, геометрических соотношений или получаемых из них уравнений неразрывности и физических уравнений при заданных краевых (начальных и граничных) условиях. Это позволяет: - Определить напряженно-деформированное состояние в любой точке массива грунта; - Оценить прочность грунта; - Оценить устойчивость массива и взаимодействующего с ним сооружения; - Принять оптимальное решение о строительстве сооружения. Уравнения равновесия и геометрического соотношения устанавливают связь между напряжениями и деформациями и их называют определяющими уравнениями или уравнениями состояния. Правильный выбор вида уравнений состояния для конкретных условий осуществляют на основе экспериментов, выявляющих особенности деформирования грунтов под нагрузкой 10. Основные расчетные модели грунта. Выделяют общие принципы расчетов по предельным состояниям: - по несущей способности (потеря устойчивости, хрупкое, вязкое или иного характера разрушение грунта, чрезмерные пластические деформации или деформации ползучести и т.д.); расчетная нагрузка на основание не должна превышать силу предельного сопротивления грунтов основания; - по деформациям (достижение состояния, затрудняющего нормальную эксплуатацию сооружения или снижающего его долговечность вследствие недопустимых перемещений – осадок, кренов т.д.) совместная деформация сооружений и основания не должна превышать предельного значения для конструктивной схемы данного сооружения. 1. Модель теории линейного деформирования грунта Используется для расчетов конечных напряжений и стабилизированных осадок. Базируется на предположении, что при однократном нагружении зависимость между напряжениями и деформациями в грунтах линейна. При нагружении рассматривается лишь общая деформация грунта без разделения ее на упругую и пластическую. Первое допущение обеспечивает возможность использования для расчетов напряжений грунта аппарата теории упругости, а второе – при известных напряжениях рассчитывать конечные деформации оснований. 2. Модель теории фильтрационной консолидации Используется для расчетов развития осадок во времени. Принимается, что полное напряжение, возникающее в грунте от приложенной нагрузки, разделяется на напряжение в скелете грунта (эффективное напряжение) и напряжение в поровой воде (поровое давление). В различных точках массива грунта под действием нагрузки возникают разные значения порового давления. Вследствие этого образуется разность напоров в поровой воде и происходит ее отжатие в менее нагруженные области массива. Одновременно под действием эффективных напряжений происходит перекомпановка частиц и уплотнение грунта. 3. Модель теории предельного напряженного состояния грунта Используется для расчетов несущей способности, прочности, устойчивости и давления грунтов на ограждения. Рассматривает только предельное состояние грунта, т.е. такое напряженное состояние, когда в массиве грунта от действующих нагрузок сформировались значительные по размерам замкнутые области, в каждой точке которых устанавливается состояние предельного равновесия. Поэтому теорию предельного напряженного состояния часто называют теорией предельного равновесия грунта. 11. Механические свойства грунтов. Компрессионная зависимость. Механические свойства - это их способность сопротивляться изменению объема и формы в результате физических воздействий. Механические свойства грунтов определяются в соответствии с ГОСТами Различают свойства грунтов: 1. Деформационные – способность грунта сопротивляться развитию деформаций. 2. Прочностные - способность грунта сопротивляться разрушению. 3. Фильтрационные - способность грунта пропускать и отжимать воду из пор под действием нагрузки Компрессионная зависимость 1 - Компрессионная ветвь (при приложении нагрузки) отображает уменьшение пористости при возрастании нагрузки 2 - Декомпрессионная ветвь (после удаления нагрузки) отображает обратный процесс - увеличение V, т.е. набухание Расположение ветви набухания ниже ветви сжатия свидетельствует о том, что грунт обладает значительной остаточной (пластической) деформацией Ветвь набухания обусловлена упругими деформациями 12. Структурная прочность грунта, Многие грунты природного сложения, кроме скальных, могут быть уплотнены, что сопровождается возникновением в них хрупких кристаллизационных связей. Эти связи придают грунту некоторую прочность, которая называется структурной прочностью грунта. При P < Pstr процесс уплотнения в грунте практически не развивается При P > Pstr происходит резкое уплотнение или разрушение грунта Структурную прочность иногда используют для ограничения мощности сжимаемой толщи под подошвой фундамента, полагая, что при напряжениях в основании, не превышающих Pstr, уплотнения грунта не происходит. 13. Способы определения модуля деформации грунта (с помощью компрессионной кривой, испытанием статической нагрузкой, при помощи прессиометра). В качестве деформационной характеристики зависимости между напряжениями и деформациями используют модуль деформации Е, который является основной деформационной характеристикой 1) Определение модуля деформации с помощью компрессионной кривой. (1 + e0 ) P E = E= h m0 S ., ∆Р – приращение нагрузки, МПа; ∆S – приращение осадки, мм; h – первоначальная высота образца, мм; ß – коэффициент бокового расширения грунта e0 – начальный коэффициент пористости; 2) Испытание статической нагрузкой На дно шурфа (1) устанавливают штамп (4), к платформе (3) прикладывают ступенями нагрузку (2), фиксируют осадку грунта. Формула Шлейхера: E = d (1 − 2 ) P S w – коэффициент, для круглых штампов равен 0,8; d – диаметр штампа, мм; v – коэффициент Пуассона. = x y = z z 3) При помощи прессиометра В скважину (1) опускают цилиндрический резиновый баллон, заполненный жидкостью, т.е прессиометр (2). Давление жидкости в баллоне увеличивают, оно передается на стенки скважины и уплотняет окружающий грунт. С помощью датчиков фиксируется давление и деформация грунта Применяется только для изотропных грунтов E= P (1 + )d o S 14. Водопроницаемость грунтов. Закон ламинарной фильтрации. Водопроницаемость грунта – это свойство водонасыщенного грунта под действием разности напоров пропускать через свои поры сплошной поток воды. Зависит от: – гранулометрического состава; – минерального состава; – пористости; – градиента напора. Закон ламинарной фильтрации Дарси Фильтрация – это неразрывное течение воды по всему сечению пор. Ламинарный - это параллельно – струйчатый характер движения воды. Vf = k f i i= , H H 2 − H 1 = L L Vf – скорость фильтрации, см/сек, м /час; определяется объемом воды, проходящей через единицу площади за единицу времени. i – гидравлический градиент или градиент напора ∆H – перепад высот, м; L – длина пути фильтрации, м; kf – коэффициент фильтрации, см/сек, м/час, м/сут. (определяется экспериментально). 15. Определение коэффициента фильтрации песчаных грунтов. Грунт (1) помещается в трубку с поперечным сечением А и длиной L; по подводящей трубке (2) к грунту подводится вода, фильтруется через грунт и собирается в колбе (3). Коэффициент фильтрации определится как: V Kf = Ai t Kf – коэффициент фильтрации V – объем профильтровавшейся воды t – время фильтрации 16. Определение коэффициента фильтрации глинистых грунтов. V Kf = Ai t Образец грунта (5) помещается в кольцо (1), установленное на фильтрующем днище(6). Сверху устанавливается поршень (4) и на него наливается вода до слива в колбу. Для предотвращения образования миниска на уровне сливного отверстия предусмотрена пластинка (3). Прибор герметично закрывается крышкой (2). 17. Сопротивление грунтов сдвигу Способы испытания грунтов на сдвиг. Грунты в основании сооружений испытывают воздействие не только нормальных (сжимающих) напряжений σ, но и касательных (сдвигающих) напряжений - τ. Предельное значение касательных напряжений τ, при которых начинается разрушение грунта, называется сопротивлением сдвигу, которое является основной сдвиговой (прочностной) характеристикой. Способы испытания грунтов на сдвиг 1) Испытание грунтов на прямой сдвиг в сдвиговом приборе . Образец грунта (1 ) помещают в сдвиговой прибор с площадью поперечного сечения А, состоящий из нижней неподвижной обоймы (4) и верхней подвижной (3). Грунт укладывается между зубчатыми фильтрующими пластинами (2) и к нему прикладывается сила N 2) Испытание грунтов на трехосное сжатие в стабилометре Образец грунта (1) в резиновой оболочке (2) помещают в колбу с жидкостью (3) и при помощи поршня (5) прикладывают силу N 3) Испытание грунтов на срез с помощью крыльчатки Через скважину (1) в грунт погружается крыльчатка (2). С помощью штанги(3) и вращательного устройства (4) она приводится в движение. Фиксируют максимальный крутящий момент Mmax 18. Испытание грунтов в сдвиговом приборе. Образец грунта (1 ) помещают в сдвиговой прибор с площадью поперечного сечения А, состоящий из нижней неподвижной обоймы (4) и верхней подвижной (3). Грунт укладывается между зубчатыми фильтрующими пластинами (2) и к нему прикладывается сила N. При этом в грунте возникают нормальные (сжимающие) напряжения. При σ=const прикладывается сдвигающая сила T, в результате чего в некоторой плоскости (5) в грунте возникают касательные (сдвигающие) напряжения τ. При τ= τпред происходит сдвиг грунта в плоскости 5. τпред называется сопротивлением грунтов сдвигу. По результатам испытаний строятся графики = T A 19. Закон Кулона для песчаных и глинистых грунтов. φ – угол внутреннего трения грунта, град; f – коэффициент внутреннего трения грунта; с – удельное сцепление грунта, КПа; ре – давление связности, КПа. 20. Угол внутреннего трения, удельное сцепление, давление связности грунта Угол внутреннего трения (ϕ) – это отношение вертикального или нормального напряжения к горизонтальному (касательному). Их совместное действие провоцирует смещение частиц грунта относительно друг друга. Удельное сцепление грунта (с) - прочностная характеристика, определяемая как сопротивление структурных связей нескальных грунтов любому перемещению связываемых ими частиц. Если прямую АВ продлить влево до пересечения с осью абсцисс, то она отсечет на ней отрезок ре Величину ре называют давлением связности. Используя это давление, параметр сцепления (связности) грунта можно представить в виде ре =с/tg ϕ (Такая запись позволяет формально заключить, что проявление связности (сцепления) грунта как бы эквивалентно фиктивному увеличению нормального напряжения в плоскости сдвига, повышающему прочность грунта.) 21. Испытание грунтов в стабилометре. Круги Мора. С целью приближения лабораторных условий к естественным используют прибор для трехосного сжатия стабилометр Образец грунта (1) в резиновой оболочке (2) помещают в колбу с жидкостью (3) и при помощи поршня (5) прикладывают силу N 22. Условие предельного равновесия грунтов. Условие предельного равновесия сыпучие грунты: Sin = связные грунты: 1 − 3 1 + 3 Sin = 1 − 3 1 + 3 + 2 Pe 23. Испытание грунтов с помощью крыльчатки и вдавливанием штампов. Испытание грунтов на срез с помощью крыльчатки. Через скважину (1) в грунт погружается крыльчатка (2). С помощью штанги(3) и вращательного устройства (4) она приводится в движение. Фиксируют максимальный крутящий момент Mmax M max = B B= d 2 h 2 (1 + d ) 3h В – постоянная крыльчатки (в паспорте прибора) Вдавливание штампов Используется для грунтов с известным углом внутреннего трения φ Виды испытаний вдавливанием штампов: • • hc > hш – глубинное зондирование hc < hш – пенетрация Методы зондирования Статическое: заключается в медленном задавливании в грунт стандартного зонда. Динамическое: производится путем забивки или ударно- вращательного погружения в грунт зонда с коническим наконечником А – удельная энергия зондирования, определяемая в зависимости от типа установки, Н/см п – количество ударов молота h - глубина погружения зонда, см - коэффициент, учитывающий потерю энергии при ударе молота о наковальню q – удельное сопротивление погружению конуса 24. Мёрзлые, лессовые, набухающие, слабые водонасыщенные глинистые, торф и насыпные грунты. 1. МЁРЗЛЫЕ Грунты всех видов относятся к мерзлым, если они имеют отрицательную температуру и содержат в своем составе лед. Мерзлые и вечномерзлые грунты при отрицательной температуре являются очень прочными и малодеформируемыми из-за сцементирования их льдом. При оттаивании порового льда структурные связи лавинно разрушаются и возникают значительные деформации. Некоторые грунты при этом могут переходить в разжиженное состояние. Различают текстуру мерзлых грунтов: Массивная (слитная), когда лед содержится только в порах грунта (крупнообломочные, песчаные и маловлажные глинистые); Слоистая, когда лед содержится в грунте в виде удлиненных включений (шлиров), ориентированных примерно в одном направлении (глины, промерзающие при подтоке воды); Сетчатая (ячеистая), когда шлиры и прослои льда образуют сложную сеть (сильно обводненные глинистые и скальные грунты). Корковая, когда лед образует корки и линзы вокруг частиц грунта (рыхлые, крупнооболочные грунты) 2.ЛЁССОВЫЕ ГРУНТЫ На 80-90% состоит из кварца, полевого шпата и растворимых минералов. Около 60% частиц – пылеватые, остальные – глинистые, малая часть – пески. Представляет собой маловлажную слабосцементированную горную породу, пыльную в сухом состоянии. По Ip относится к пылеватым супесям и суглинкам. Характерно наличие различимых невооруженным глазом пор. Увлажнение лессов сопровождается резкой потерей прочности грунтов, значительными и быстро развивающимися деформациями уплотнения – просадками 3.НАБУХАЮЩИЕ ГРУНТЫ К набухающим относят глинистые грунты с большим содержанием гидрофильных глинистых минералов (монтмориллонит, каолинит, гидрослюды) и малой влажностью в природном состоянии Поступающая в такие грунты влага адсорбируется поверхностью глинистых частиц, образуя гидратные оболочки. Частицы при этом раздвигаются, увеличивая объем. Таким образом набухающие грунты отличаются набуханием при увлажнении и усадкой при высыхании. 4.СЛАБЫЕ ВОДОНАСЫЩЕННЫЕ ГЛИНИСТЫЕ ГРУНТЫ К ним обычно относятся: илы; ленточные глины; водонасыщенные лёссовые грунты; Характерные особенности: высокая пористость в природном состоянии; насыщенность водой; малая прочность; большая деформируемость. 5.НАСЫПНЫЕ ГРУНТЫ К насыпным относятся грунты природного происхождения с нарушенной естественной структурой, а также минеральные отходы промышленного производства, твердые бытовые отходы, образовавшиеся их отсыпкой или гидронамывом. В этих грунтах постепенно происходят различные физические, физикохимические, биологические и другие процессы, приводящие к их упрочнению, с одной стороны, и к распаду, разложению, т. е. разупрочнению, с другой стороны. Характеристики (прочностные и др.) со временем в таких грунтах будут изменяться. 6.ТОРФЫ Торфом называют органические отложения, не менее чем на 50% сухой массы состоящие из остатков растительности. Органоминеральные образования — песчаные, пылеватые и глинистые, содержащие торф в количестве от 10 до 50% массы сухого вещества, называют заторфованными грунтами. Торфы относятся к наиболее сжимаемым грунтам, дают значительные осадки, которые затухают очень медленно. Крайне неблагоприятны в качестве оснований сооружений. 25. Определение напряжений в массиве грунтов. Распределение напряжений от собственного веса грунта Различают напряжения в массивах грунтов, служащих основанием: - от собственного веса грунта; - от внешних нагрузок. 26. Определение напряжений в грунте от действия одной и нескольких вертикальных сосредоточенных сил. (Задача Буссинеска). Действие вертикальной сосредоточенной силы Действие нескольких сосредоточенных сил 27. Определение напряжений от равномерно распределенной нагрузки, действующей по площади. Действие равномерно распределенной нагрузки по площади Напряжение под угловой точкой составляет 25% от напряжения под центром, определенного на половинной глубине. zpА = 0,25p 28. Определение напряжений методом угловых точек. Используется для определения воздействия на фундаменты дополнительных напряжений от нагрузок соседних площадок, и для определения вертикального сжимающего напряжения не по оси симметрии площади. Главное условие: Загруженные площадки разбиваются на прямоугольники или достраиваются до прямоугольников так, чтобы расчетная точка являлась угловой для каждого из них. А zpА = I + II = 0,25 I p + 0,25 II p = 0,25 p( I + II ) zp = I + II + III + IV zpА = I − II + III − IV zpА = I − II − III + IV 29. Определение напряжений при полосовой нагрузке (задача Фламана). 30. Распределение контактных давлений при жесткой передаче нагрузки, 31. Фазы напряженного состояния грунта Если на грунт установить штамп (фундамент), передающий возрастающее давление Р, то будет происходить осадка грунта S, величина которой будет возрастать с увеличением Р. Р<Рпр – допредельное состояние грунта Р ≥ Рпр – предельное (текучее) состояние грунта Рпр – предельная нагрузка (предельная несущая способность грунта) 32. Оценка прочности грунта в заданной точке основания. Последовательность расчета: 1.Вычисляют нормальные напряжения от собственного веса грунта σg1 =σg2 = γd +γz (при ξ=1) 2.Находят главные напряжения от полосовой дополнительной нагрузки σр1 =pо (α + sin α) / π σр2 =pо (α - sin α) / π 3.Рассчитывают суммарные нормальные напряжения σ1 =σg1 +σр1 σ2 =σg2 +σр2 4. Строят круги Мора и оценивают прочность грунта 33. Виды и причины вертикальных деформаций. Осадки фундамента. Осадка – вертикальное перемещение поверхности основания, возникшее вследствие уплотнения слоев грунта в зоне сжимаемой толщи. 34. Определение глубины зоны сжимаемой толщи грунта В соответствии с СП 22.13330. 2011 или СНиП 2.02.01-83 (актуализированный) глубина сжимаемой толщи определяется исходя из условия zp = 0,5 zg То есть, нижняя граница сжимаемой толщи оснований назначается на глубине, где ордината эпюры дополнительных напряжений (напряжений от внешней нагрузки) составляет 50% от ординаты природного давления (напряжений от собственного веса грунта) 35. Определение осадок методом послойного суммирования 1) Производится привязка фундамента и инженерно – геологической ситуации; строится литологическая колонка грунтов 2) Грунт под подошвой фундамента делится на слои так, чтобы в пределах одного слоя грунт был однородным, а толщина слоя не превышала hi ≤ 0.4b 3) Определяют напряжения от собственного веса грунта σzg, напряжения от внешней нагрузки σzp и напряжения от веса грунта, вынутого из котлована σzγ. zg ,0 – напряжение от собственного веса грунта на отметке подошвы фундамента. Строят эпюры: по σzg – эпюра 1; по σzp – эпюра 2, по σzγ– эпюра 3. 36. Определение осадок методом эквивалентного слоя Н.А. Цытовича Эквивалентный слой грунта (hэ) – это ограниченный по мощности слой, осадка (S1), которого при сплошной равномерно распределенной нагрузке равна осадке (S2) фундамента ограниченных в плане размеров при той же интенсивности нагрузки и тех же инженерно-геологических условиях. 37. Определение осадок методом линейно-деформируемого слоя. 38. Расчет устойчивости откосов песчаных грунтов, Склон – это природная наклонная поверхность земли Откос – это искусственно созданная наклонная поверхность грунта 39. Учет действия подземных вод для песчаных грунтов. 40. Расчет устойчивости откосов глинистых грунтов. Расчет устойчивости откосов глинистых грунтов по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения Считается, что потеря устойчивости откоса может произойти в результате вращения грунтового отсека относительно некоторого центра O по дуге окружности с радиусом R Смещающийся массив рассматривается как недеформируемый отсек Сущность метода заключается в определении min коэффициента устойчивости, отвечающего условию: Порядок расчета: 1) Определяем центр и радиус поверхности смещения: для этого точки А и В соединяем прямой линией и из середины отрезка АВ восстанавливаем перпендикуляр. Из точки В под углом 360 к горизонтали проводим линию ВО. Точку О принимаем за центр окружности и радиусом R очерчиваем дугу этой окружности. (Угол 36º принимаем пока приблизительно). 2)Смещающий массив делим на блоки по вертикали, учитывая: а) Наклон поверхности откоса в одном блоке должен быть одинаковым; б) Прочностные характеристики грунта в блоке должны быть постоянны; в) Вертикальный радиус должен быть границей блока; г) Ширина блока не должна превышать 4м. 41. Учёт действия подземных вод для глинистых грунтов Насыщая грунты, вода изменяет физико – механические характеристики грунта, уменьшая его сопротивление сдвигу. Создавая поровое давление, подземные воды в еще большей степени снижают несущую способность грунтов. Наибольшую опасность представляет проявление гидродинамических сил, так как по общему направлению воздействия, они увеличивают результирующую сдвигающих усилий, которая вычисляется в каждом блоке. Gw = взв i γвзв – удельный вес грунтов, залегающих в водоносном горизонте с учетом взвешивающего воздействия воды; i – гидравлический градиент; θ – объем водонасыщенного грунта в пределах блока; Угол наклона результирующей принимается равным β. sin β = i Результирующая гидродинамической силы проектируется на нормаль и касательное направление и суммируется с нормальным и сдвигающим усилиями в блоке. 42. Учет сейсмических воздействий. Сейсмические воздействия являются мощным фактором активизации оползневых процессов. Для расчета сейсмической силы вычисляется вес грунтов и насыщающей его воды в объеме каждого блока Pgi. Gs = μPg где Gs – сейсмическая сила; Pg– вес грунта в блоке; μ – коэффициент динамической сейсмичности, (определяется по таблице в зависимости от сейсмической бальности района) Для естественных склонов: μ= 0-0,75 Для искусственных насыпей значение μ увеличивают в 1,5 раза. Силу прикладывают горизонтально и проектируют на нормаль и касательное направление. 43. Мероприятия по повышению устойчивости откосов и склонов. Сводятся к следующему: 1) Выполаживание (а) или создание уступчатого профиля с образованием горизонтальных площадок (берм)(б). Недостаток – большой объем земляных работ. 5) Конструктивные мероприятия: а. прорезание грунтов склона системой забивных свай; б. устройство вертикальных шахт или горизонтальных штолен, заполненных бетоном и входящих в неподвижные части массива; в. анкерное закрепление откосов. Очень дорогостоящие мероприятия. 44, Устойчивость вертикального откоса в глинистых грунтах. 45. Аналитический метод определения давления грунта на подпорные стенки для сыпучих грунтов. Для предотвращения обрушения или сползания масс грунта используют подпорные стенки. В качестве подпорной стенки могут быть рассмотрены также стены подвалов, заглубленные части зданий, стены подземных сооружений и другое. По характеру работы подпорные стенки подразделяют на: 1) Жесткие (которые практически не изгибаются под действие грунта) 2) Гибкие (работающий на изгиб) 46. Аналитический метод определения давления грунта на подпорные стенки для связных грунтов. 47. Учет угла наклона подпорной стенки 48. Графический метод определения давления на подпорные стенки.