Mekhannika_gruntov_1_

сопротивления сдвигу за счёт повышения влажности и др. причин; - проявление гидродинамического давления, сейсмических сил, различного рода динамических воздействий (движение транспорта, забивка свай и т.п.).

1.4 Устойчивость грунтов

При ручной разработке грунтов их также подразделяют на группы с учетом трудности разработки. Устойчивость насыпей и выемок в значительной степени зависит от угла естественного откоса грунта, т. е. угла, который образует с горизонтальной плоскостью поверхность грунта, отсыпанного без сотрясений и колебаний.

На практике крутизну откоса принято выражать отношением высоты откоса Н к его заложению, т. е. к его проекции на горизонтальную плоскость В. Допустим, высота откоса Н = м, а его заложение В равно 0,5; 1 или 2 м, тогда крутизна откоса будет соответственно 1 : 0,5; 1:1 и 1 :2, т. е. в первом случае откос будет половинным, во втором одинарным, в третьем — двойным. Объемы земляных работ подсчитывают заранее.

В зависимости от этих объемов намечают методы и выбирают средства выполнения земляных работ, выявляют необходимость отвозки вынутого из траншей или котлованов грунта или возможность расположения его на прилегающей территории с последующим использованием для обратной их засыпки, определяют стоимость производства земляных работ.

При разработке котлованов под насосные станции, приемные резервуары, отстойники, аэротенки или другие сооружения, а также при разработке траншей для прокладки трубопроводов объемы земляных работ подсчитывают на основе простых геометрических вычислений. При планировке значительной территории иловых площадок, полей орошения или фильтрации, особенно на участках со сложным рельефом, подсчет объемов земляных работ требует более сложных вычислений.

Закономерности при сжатии и сдвиги грунтов.

2.1 Сжимаемость грунтов

– способность грунтов изменять свое строение (упаковку твердых частиц) под влиянием внешних воздействий на более компактное за счет уменьшения пористости

Для установления основных показателей сжимаемости грунтов производятся их испытания на уплотнение под нагрузкой, когда деформации грунта могут развиваться только в одном направлении и никакие другие силы, кроме внешней нагрузки, не действуют.

Для испытания грунтов на сжимаемость применяются приборы с жесткими стенками (одометры, илл.1) для обеспечения сжатия грунта только в одном направлении (без возможности бокового расширения).

11

Илл. 1. Схема одометра

Нагрузку на поверхность грунта прикладывают отдельными возрастающими ступенями. Каждому приращению внешнего давления соответствует определенное изменение влажности w. Зависимость между влажностью и давлением можно изобразить в виде графика: график носит название компрессионной кривой (илл. 2).

Исследования показали, что компрессионные кривые применимы для оценки сжимаемости любых связных материалов, но для материалов водопроницаемых (например, песков) не могут быть построены по изменению влажности, так как при прекращении нагрузки первоначальная влажность восстанавливается почти мгновенно.

Илл. 2. Компрессионная кривая

Более общий метод построения компрессионных кривых – метод определения коэффициента пористости по осадкам образцов грунта при уплотнении их в компрессионном приборе.

В общем случае коэффициент пористости е есть отношение объема пор к объему твердых частиц. Таким образом, коэффициент пористости грунта при любой ступени нагрузки:

12

где е0 – начальный коэффициент пористости грунта, Δni – изменение объема пор от начала загружения. Изменение объема пор равно произведению осадки S на площадь образца F: Δni = S · F (илл.3);

Илл. 3. Изменение объема пор в образце

n – объём пор в единице объема;

m – объём твердых частиц в единице объема;

Далее: объем твердых частиц во всем объеме образца:

где h – начальная высота образца (илл.3).

13

Если ограничиться небольшим изменением давлений (1-3 кг/см2, что обычно и имеет место в основаниях сооружений), то с достаточной для практических целей точностью можно принять соответствующий отрезок компрессионной кривой (kl) за прямую. Отсюда:

ei = e0-pi·tgα

Тангенс угла наклона отрезка компрессионной кривой к оси давлений характеризует сжимаемость грунта в рассматриваемом диапазоне давлений, так как чем больше угол наклона α, тем больше будет сжимаемость грунта. Эта величина называется коэффициентом сжимаемости грунта:

a = tg α.

Коэффициент сжимаемости может быть выражен через значения давления и коэффициента пористости для заданного интервала давлений:

то есть коэффициент сжимаемости равен отношению изменения коэффициента пористости к величине действующего давления. Для отрезка k’l’ кривой разгрузки (набухания) тем же путем:

eiн = e0н-aн·pi,

где aн = tg α’ - коэффициент набухания.

Сформулируем закон уплотнения. Уравнение (1) описывает изменение коэффициента пористости только для спрямленного участка компрессионной кривой и поэтому является приближенным. Но

14

если изменения давлений будут бесконечно малыми, то изменения коэффициента пористости будут точно пропорциональны изменению давления:

Полученное соотношение называется законом уплотнения грунтов: бесконечно малое изменение относительного объема пор грунта прямо пропорционально бесконечно малому изменению давления.

Внутреннее сопротивление грунта сдвигу происходит в результате действия сил трения между частицами и сцепления между ними:

1.Силы трения. Характеризуют внутреннее сопротивление в идеально сыпучих телах (чистые пески). 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).

2.Силы сцепления. Характеризуют сопротивление структурных связей всякому перемещению связываемых ими частиц, независимо от величины внешнего давления. Сцепление (связность) в грунте определяется:

- наличием капиллярного давления в грунте; - силами молекулярного притяжения между частицами грунта;

- наличием в грунте вяжущих веществ (известь, минеральные смолы, соли).

Показатель, характеризующий сцепление в грунтах – удельное сцепление (обозначается символом c , измеряется в паскалях). Каким образом определить внутреннее сопротивление грунта сдвигу, характеризуемое показателями φ и c.

Прочность грунтов оснований сооружений.

3.1 Cпособы закрепления грунтов оснований.

Для повышения прочности оснований и снижения деформаций зданий и сооружений применяют различные способы закрепления грунтов оснований. В зависимости от технологии закрепления и процессов, происходящих в основании способы закрепления можно разделить на три основные группы: физико-химические, химические и термические. Применение того или иного способа повышения прочности основания зависит от инженерно-геологических условий, конструкции здания и его фундамента, причин, вызывающих усиление, и других местных условий.К физикохимическим способам закрепления грунтов, используемых при повышении прочности оснований, можно отнести: цементацию, упрочнение грунта негашеной известью и другие методы.

3.2 Цементация грунта.

- заключается в том, что частицы грунта скрепляются цементным раствором, который нагнетается через инъектор или скважину в поры грунта. Таким образом, пористый грунт может быть превращен в сплошной монолит или отдельные столбы из цементированных грунтов. Цементацию

15

применяют для закрепления трещиноватых скальных пород, гравелистых и песчаных грунтов с коэффициентом фильтрации 50—200 м/сут.Для нагнетания в грунт используют цементные растворы. При наличии крупных пустот применяют цементно-песчаные растворы. Применяют также цементно-глинистые смеси. Обычно берут высокодисперсную глину в количестве 50—100 % массы цемента. Для приготовления инъекционных растворов должен применяться обыкновенный портландцемент, обеспечивающий наибольшую плотность цементного камня. Растворы приготовляют в растворосмесителях РМ-500, РМ-750, МГ2-4Х, СМ-243Б.При больших глубинах закрепления оснований инъекционные скважины бурят станками ударно-канатного, ударно-вращательного, колонкового и ударно-поворотного бурения. Способ бурения выбирается в зависимости от категории грунтов. При цементации песчаных грунтов на глубину до 5 м применяют инъекторы, погружаемые в грунт с помощью отбойного молотка. Инъекторы состоят из наконечника, штанги и наголовника. Наконечник представляет собой заостренную трубу с отверстиями по ее поверхности. Штанга состоит из цельнотянутых толстостенных труб диаметром 25—74 мм, разделенных на звенья длиной 1 —1,5 м. Звенья наращиваются по мере погружения труб в грунт. Наголовник состоит из муфты — стакана, навинчиваемого на последнее звено штанги и воспринимающего удары при погружении инъектора в грунт. Иногда для нагнетания используют циркуляционные инъекторы, состоящие из двух труб: внутренней и наружной. По внутренней трубе подается раствор, по наружной удаляется избыток его в бак или растворосмеситель. Циркуляционный инъектор устанавливают в заранее пробуренную скважину. Между стенкой скважины и инъектором укладывают резиновую прокладку, предотвращающую вынос раствора наружу.

16

Заключение

В контрольной работе мы рассмотрели типы укрепляющих стен, силы действующие на конструкцию, при каких условиях загородного строительства необходимо их возводить, давления грунта на подпорные стены, устойчивость грунтов, закономерности при сжатии и сдвиги грунтов, прочность грунтов оснований сооружений. Так как грунт состоит из твердых частиц и пор, которые частично или полностью заполнены водой, теоретически при его сжатии должны уменьшаться объемы всех трех компонентов: твердых частиц, воздуха (газа) и воды. Поскольку напряжения сжатия, возникающие обычно в основаниях сооружений, сравнительно небольшие, объемные деформации твердых частиц, состоящих из таких материалов, как кварц и полевой шпат и др., ничтожно малы и не учитываются. Следовательно, можно считать, что изменение объема грунта при сжатии происходит только из-за изменения объема пор.

Для повышения прочности оснований и снижения деформаций зданий и сооружений применяют различные способы закрепления грунтов оснований. В зависимости от технологии закрепления и процессов, происходящих в основании способы закрепления можно разделить на три основные группы: физико-химические, химические и термические. Применение того или иного способа повышения прочности основания зависит от инженерно-геологических условий, конструкции здания и его фундамента, причин, вызывающих усиление, и других местных условий. Итак, закрепление грунтов заключается в усилении связей между их частицами способами цементации, битумизации, силикатизации, воздействием электрического тока, обжигом и т. д. на глубину до 15 м.

17

Литература

1.Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты. – М.: Стройиздат, 1988;

2.Цытович Н.А. Механика грунтов (краткий курс): Учебник для строит. вузов. – М.: Высш. шк., 1983;

3.Бартоломей А.А. Механика грунтов: Учеб. издание/ АСВ, Москва, 2004;

4.О.М. Шашенко, В.П. Пустовойтенко, Н.В. Хозяйкіна - Механіка ґрунтів

18