Механика грунтов. Кондрашов. 2013 6 семестр
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет
МЕХАНИКА ГРУНТОВ
Рабочая программа и задания к контрольной работе
Составители В. А. Кондрашов, Д. Г. Кузнецов, В. В. Кондрашов
Волгоград
ВолгГАСУ
2013
УДК 624.131(076.5) ББК 38.581.1я73
М55
Механика грунтов : рабочая программа и задания к контрольной работе / М55 М-во образования и науки Рос. Федерации, Волгогр. гос. архит.-строит. ун-т; сост. В. А. Кондрашов, Д. Г. Кузнецов, В. В. Кондрашов. — Волгоград :
ВолгГАСУ, 2013. — 26, [3] с.
Приведены основное содержание курса по механике грунтов, перечень вопросов к зачету по дисциплине, задания к выполнению контрольной работы и примеры выполнения. Даны основные справочные таблицы для выполнения контрольной работы и пример ее выполнения.
Для студентов 4-го курса направлений «Строительство» и «Технология транспортных процессов» заочной формы обучения.
УДК 624.13(076.5) ББК 38.581.1я73
2
Оглавление |
|
1. Рабочая программа по дисциплине …………………………………………………… |
4 |
1.1. Введение …………………………………………………………………………... |
4 |
1.2. Основы строительного грунтоведения …………………………………………. |
4 |
1.3. Основные закономерности механики грунтов …………………………………. |
5 |
1.4. Напряжения в грунтовых основаниях …………………………………………... |
6 |
1.5. Деформация грунтовых оснований ……………………………………………... |
6 |
1.6. Прочность и устойчивость оснований ………………………………………….. |
6 |
1.7. Устойчивость откосов и давление грунта на подпорные стены ………………. |
7 |
2.Рекомендуемая литература ……………………………………………………………. 7
3.Вопросы к зачету ……………………………………………………………………….. 8
4. Задания к контрольной работе ………………………………………………………… |
9 |
5. Примеры выполнения контрольной работы ………………………………………….. |
14 |
Приложение ……………………………………………………………………………….. |
22 |
3
Вучебных планах специальностей дисциплина «Механика грунтов» является общепрофессиональной и предшествует изучению дисциплины «Основания и фундаменты». Это теоретическая база фундаментостроения.
Без знания основ механики грунтов не представляется возможным правильно запроектировать современные промышленные сооружения, жилые здания, дорожные, гидротехнические, мелиоративные и другие сооружения.
Главной задачей, стоящей перед механикой грунтов, является прогноз прочности, устойчивости и деформаций грунтовых оснований под влиянием внешних и внутренних воздействий.
Вдисциплине «Механика грунтов» изучаются:
состав, строение и состояние грунтов; физико-механические свойства грунтов оснований; распределение напряжений в грунтовом массиве;
расчеты оснований по деформациям, несущей способности и устойчивости.
Контрольная работа выполняется на листах белой бумаги стандартного формата А4. Расчеты необходимо пояснить схемами в масштабе на миллиметровой бумаге.
1. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ПО ДИСЦИПЛИНЕ
1.1. Введение
Содержание курса и его связь с другими дисциплинами. Основные понятия и определения. Задачи дисциплины для проектирования и строительства. Механика грунтов как теоретическая основа проектирования оснований. Исторический обзор развития дисциплины. ГОСТы и СНиПы, международные стандарты.
1.2. Основы строительного грунтоведения
Грунт как дисперсное, многофазное тело. Фазовый состав грунта: твердая, жидкая и газообразная фазы. Фазовый состав мерзлых грунтов. Гранулометрический состав грунтов, характеризующий их вид.
4
Плотность грунта, твердых частиц грунта, сухого грунта.
Влажность и степень влажности, пористость и коэффициент пористости. Пределы пластичности (характерные влажности) глинистых грунтов, число пластичности и показатель текучести. Понятие о гидростатическом и гидродинамическом давлениях на скелет грунта. Строительная классификация грунтов.
1.3. Основные закономерности механики грунтов
Понятие о напряженно-деформированном состоянии грунта в основании. Процессы, происходящие в грунте при действии нагрузки. Сжатие и сдвиг грунтов как наиболее характерные формы их деформирования. Методы определения напряженно-деформированного состояния основания.
Сопротивление грунтов сжатию. Особенности напряженнодеформированного состояния грунта при сжатии в различных условиях: сжатие при свободном боковом расширении, в условиях невозможности бокового расширения (компрессия), в условиях ограниченного бокового расширения. Общее соотношение между напряжениями и деформациями в рамках деформационной теории пластичности; условия применения к грунтам теории упругости.
Частные выражения для деформационных показателей грунтов (модуля деформации и коэффициента поперечных деформаций) применительно к условиям сжатия при свободном боковом расширении, компрессионном сжатии и сжатии при ограниченном боковом расширении. Соотношения между различными деформационными показателями. Зависимость между величиной общей деформации и изменением коэффициента пористости. Компрессионная кривая. Показатели, характеризующие компрессионное сжатие грунта (коэффициент уплотнения, коэффициент сжимаемости, компрессионный модуль деформации грунта).
Виды компрессионных кривых (главная ветвь уплотнения; отражение природного давления и структурной прочности грунтов ненарушенной структуры в очертании компрессионной кривой; вид компрессионной кривой при циклических нагрузках; ветвь разгрузки и оценка упругих свойств грунтов). Понятие о консолидации грунтов под нагрузкой.
Лабораторные и полевые методы определения деформационных показателей грунта. Используемая аппаратура и технология проведения исследований.
Прочность. Теории прочности, их применяемость к грунтам. Закон Кулона, теория прочности Кулона — Мора. Сопротивление грунтов сдвигу, его трактовка в рамках теории порового давления и метода плотностивлажности. Природа внутреннего трения и сцепления в грунтах.
Общий вид аналитического выражения для сопротивления грунтов и его частые случаи для типичных грунтов. Показатели сопротивления грунтов сдвигу. Условие предельного напряженного состояния. Определение показа-
5
телей сопротивления грунтов сдвигу в лабораторных условиях на приборах одноплоскостного среза и в стабилометрах. Полевые методы определения сопротивления грунтов сдвигу. Зависимость сопротивления грунтов сдвигу от длительности действия нагрузки и скорости ее приложения.
Нормативные и расчетные деформационные и прочностные показатели грунтов. Методы их определения.
1.4. Напряжения в грунтовых основаниях
Распределение напряжений в массиве. Виды напряжений и способы их определения экспериментальным и теоретическим путем. Напряжения от собственного веса грунта; учет взвешенности грунта в воде; давление воды на кровлю водоупора. Основные допущения и пределы применимости теории линейно деформируемой среды. Напряжения от сосредоточенной силы. Решения Буссинеска и других авторов. Напряжения от нагрузки, распределенной по площади ограниченных размеров. Способы суммирования напряжений от разных нагрузок. Определение напряжений по способу угловых точек. Влияние размеров и формы загруженной площади на характер распределения напряжений. Плоская задача, решение Фламана. Напряжения от полосовой нагрузки. Влияние неоднородности основания на распределение напряжений. Особенности оценки напряженно-деформированного состояния оснований автодорожных насыпей.
Распределение контактных напряжений по подошве фундамента. Существующие гипотезы для оценки контактных напряжений. Влияние жесткости фундамента на характер распределения контактных напряжений. Распределение контактных напряжений при жестких фундаментах по теоретическим и экспериментальным данным. Расчетные эпюры распределения контактных напряжений.
1.5. Деформация грунтовых оснований
Расчетные модели грунтовых оснований. Понятие о расчетных моделях. Модели линейно деформируемого полупространства, сжимаемого слоя конечной толщины и Винклера — Фусса.
Определение конечной осадки. Исходные данные для вычисления осадки. Определение осадки путем использования решения теории линейнодеформируемой среды. Учет влияния соседних фундаментов и нагрузок. Консолидация грунтов основания. Прогноз хода осадки сооружения во времени.
Современные тенденции в оценке напряженно-деформированного состояния основания.
1.6. Прочность и устойчивость оснований
Понятие о прочности и устойчивости оснований. Сущность процессов, происходящих при разрушении и потере устойчивости основания. Экспериментальные данные о разрушении грунтовых оснований. Примеры аварий
6
и катастроф. Схема разрушения основания с выпиранием грунта из-под подошвы фундамента. Фазы деформаций грунтового основания по Герсеванову. Начальная критическая нагрузка по Пузыревскому. Расчетное сопротивление грунта основания сооружений различного назначения. Расчетное сопротивление идеально связных грунтов.
Определение второй критической нагрузки на основание. Основные положения теории предельного равновесия. Аналитические решения о предельной нагрузке по Соколовскому и Березанцеву. Влияние на несущую способность размеров и глубины заложения подошвы фундамента. Графоаналитические методы оценки устойчивости основания.
1.7. Устойчивость откосов и давление грунта на подпорные стены
Устойчивость откосов, ее сущность и значение. Простейшие задачи: угол естественного откоса сыпучего грунта, случай вертикального откоса в связных грунтах. Понятие о равноустойчивой форме откоса. Допустимая крутизна откосов котлованов.
Давление грунта на подпорные стены и подземные трубопроводы. Подпорная стена и ее значение. Активное и пассивное давление грунта. Определение давления грунтов на подпорные стены. Проверка общей устойчивости стены и грунтового основания по круглоцилиндрическим поверхностям скольжения. Определение давления на стены при наклонной поверхности засыпки, нагрузки на поверхности засыпки и неоднородности грунтов. Влияние геологических свойств грунтов на устойчивость и перемещения подпорных стен.
2.РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1.Цытович, Н. А. Механика грунтов / Н. А. Цытович. — М. : Высшая школа, 1979, 1983.
2.Ухов, С. Б. Механика грунтов, основания и фундаменты / С. Б. Ухов. — М. : Высшая школа, 2007. — 500 с.
3. Механика грунтов. Ч. 1. Основы геотехники в строительстве / Б. И. Далматов, В. Н. Бронин, В. Д. Карлов и др. — М. : АСВ, 2000.
4.Основания и фундаменты транспортных сооружений / Н. М. Глотов, А. В. Леонтьев, Ж. Е. Рогаткина, Г. П. Соловьев ; под ред. Г. П. Соловьева. — М. : Транспорт, 1996.
5.СНиП 2.02.01—83*. Основания зданий и сооружений. — М. : Стройиз-
дат, 1985.
6.ГОСТ 25100—95. Грунты. Классификация. — М. : Стройиздат, 1996.
7.Малышев, М. В. Механика грунтов. Основания и фундаменты в вопросах и ответах : учебное пособие / М. В. Малышев, Г. Г. Болдырев. — М. :
АСВ, 2000.
8.Маслов, Н. Н. Основы инженерной геологии и механики грунтов /
Н. Н. Маслов. — М. : ВШ, 1982.
7
9.Гольдштейн, М. Н. Механика грунтов, основания и фундаменты / М. Н. Гольдштейн, А. А. Царьков, И. И. Черкасов. — М. : Транспорт, 1981.
10.Швецов, Г. И. Инженерная геология, механика грунтов, основания
ифундаменты / Г. И. Швецов. — М. : Высшая школа, 1997.
3.ВОПРОСЫ К ЗАЧЕТУ
1.Влияние твердых минеральных частиц, воды и газов на физикомеханические свойства грунтов. В чем основное отличие песчаных и глинистых грунтов?
2.Основные физические характеристики грунтов (плотность, плотность твердых частиц и влажность), методы их определения.
3.Коэффициент пористости (е) и коэффициент водонасыщения (Sr) грунтов. Что они характеризуют?
4.Классификационные показатели глинистых грунтов.
5.Классификационные показатели песчаных грунтов.
6.Как определяется расчетное сопротивление R0 для песчаных грунтов? Где применяется R0?
7.Как определяется расчетное сопротивление R0 для глинистых грунтов? Где применяется R0?
8.Чем обуславливается сжимаемость грунтов? Сжатие полностью водонасыщенных грунтов. Испытание грунта в одометре.
9.Как определяются коэффициент относительной сжимаемости и модуль деформации? На основании каких испытаний грунтов? Изобразите компрессионную кривую.
10.Что такое «прочность грунтов»? Какие существуют методы определения прочностных характеристик в лабораторных и полевых условиях?
11.Какой вид имеет закон Кулона для несвязного грунта? Что называется углом внутреннего трения песка?
12.Какой вид имеет закон Кулона для связного грунта? Что называется углом внутреннего трения и удельным сцеплением для глинистого грунта?
13.Испытания грунтов в приборе прямого среза и в стабилометре.
14.В каких практических расчетах применяют показатели деформируемости и прочности грунтов?
15.Как изменяются модуль деформации и прочностные характеристики по мере увеличения плотности и влажности грунтов?
16.Чем отличается водопроницаемость в песчаных и глинистых грунтах?
17.Какова зависимость между деформациями и нормальными напряжениями у грунтов при нагружении и разгрузке? В чем отличие грунтов от упругих тел?
18.Как вычисляют нормативные и расчетные значения характеристик грунтов?
8
19.Чем теория линейно-деформируемых тел отличается от теории упру-
гости?
20.Как вычислить вертикальные нормальные напряжения в массиве грунта от его собственного веса? Эпюры напряжений.
21.Как определить величину напряжений в грунтовом основании от действия на его поверхности местной равномерно распределенной нагрузки?
22.Метод угловых точек для определения напряжений в произвольной точке основания.
23.Основные положения метода послойного суммирования для расчета осадок оснований.
24.Предпосылки теории фильтрационной консолидации.
25.Где применяются уравнения предельного равновесия для сыпучих
исвязных грунтов?
26.Что такое критические нагрузки на грунт основания?
27.От каких факторов зависит устойчивость естественных склонов и откосов? Какой характер может носить разрушение откоса?
28.Как можно оценить устойчивость грунтов в откосах методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения?
29.Как определить давление грунтов на подпорные стенки?
30.Что называется активным и пассивным давлением грунта на подпорную стену?
31.Что происходит в грунтах при динамических воздействиях на них?
32.В чем заключается свойство разжижения песчаных грунтов? Что представляет собой виброуплотнение грунта?
33.Что такое просадочность грунтов? Как эти свойства влияют на устройство фундаментов?
34.Что такое «набухание грунтов»? Как эти свойства влияют на устройство фундаментов?
35.Каковы особенности физико-механических свойств вечномерзлых грунтов?
4. ЗАДАНИЯ К КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЕ
Вариант задания выбирается по сумме трех последних цифр номера зачетной книжки студента.
Задача 1. Определить физические и механические характеристики песчаного и глинистого грунтов. Дать их строительную классификацию. Определить условное расчетное сопротивление. Данные для выполнения задачи 1 выбираются по табл. 1.
Задача 2. Определить напряжения от собственного веса грунта σzq до
глубины H. Построить эпюру напряжений (масштаб 1 см — 1 м; 1 см — 20 кПа). Задание принимается по табл. 2.
9
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
варианта |
|
|
|
|
Песчаный грунт |
|
|
|
|
|
Пылевато-глинистый грунт |
|
|||
|
ρ, т/м3 |
ρs, т/м3 |
W, % |
|
|
Размер частиц, мм |
|
|
ρ, т/м3 |
ρs, т/м3 |
W, % |
WL, % |
WP, % |
|||
|
|
|
|
|
|
Гранулометрический состав, % |
|
|
|
|
|
|
||||
|
№ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
>10 |
10…2 |
2…0,5 |
0,5…0,25 |
|
0,25…0,1 |
<0,1 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2,01 |
2,65 |
24,2 |
5 |
25 |
15 |
13 |
|
18 |
24 |
2,10 |
2,70 |
13,6 |
17,4 |
11,2 |
|
2 |
1,98 |
2,66 |
23,0 |
— |
20 |
37 |
13 |
|
26 |
4 |
2,15 |
2,68 |
17,2 |
25,6 |
14,1 |
|
3 |
1,90 |
2,70 |
20,0 |
2 |
3 |
42 |
23 |
|
17 |
13 |
1,47 |
2,69 |
20,1 |
40,9 |
25,1 |
|
4 |
2,03 |
2,60 |
21,5 |
— |
10 |
57 |
13 |
|
13 |
7 |
1,72 |
2,74 |
25,7 |
47,9 |
26,3 |
|
5 |
1,95 |
2,61 |
20,0 |
15 |
15 |
11 |
19 |
|
19 |
21 |
1,80 |
2,72 |
28,7 |
50,8 |
29,6 |
|
6 |
2,00 |
2,62 |
22,0 |
13 |
7 |
46 |
14 |
|
13 |
7 |
1,53 |
2,71 |
24,4 |
44,3 |
28,2 |
|
7 |
1,96 |
2,65 |
26,0 |
4 |
2 |
25 |
39 |
|
26 |
4 |
2,04 |
2,72 |
10,2 |
18,6 |
12,2 |
|
8 |
2,02 |
2,61 |
22,5 |
1 |
15 |
15 |
19 |
|
29 |
21 |
1,54 |
2,68 |
14,9 |
37,3 |
20,5 |
|
9 |
1,98 |
2,66 |
23,0 |
— |
20 |
14 |
16 |
|
31 |
19 |
2,02 |
2,72 |
16,2 |
18,6 |
12,2 |
|
10 |
1,86 |
2,68 |
28,0 |
6 |
19 |
26 |
22 |
|
16 |
11 |
2,09 |
2,69 |
20,4 |
30,5 |
18,1 |
10 |
11 |
2,13 |
2,64 |
17,0 |
— |
13 |
51 |
19 |
|
9 |
8 |
2,10 |
2,70 |
13,6 |
17,4 |
11,2 |
12 |
2,03 |
2,61 |
21,5 |
10 |
38 |
21 |
11 |
|
16 |
4 |
1,85 |
2,80 |
32,1 |
30,7 |
18,0 |
|
|
|
|||||||||||||||
|
13 |
2,00 |
2,60 |
24,0 |
6 |
14 |
36 |
34 |
|
7 |
3 |
2,09 |
2,69 |
20,4 |
30,5 |
18,1 |
|
14 |
1,93 |
2,63 |
28,5 |
— |
— |
36 |
18 |
|
39 |
7 |
1,89 |
2,77 |
29,3 |
46,3 |
18,0 |
|
15 |
2,01 |
2,65 |
24,2 |
— |
18 |
42 |
26 |
|
8 |
6 |
1,94 |
2,70 |
26,4 |
34,5 |
28,3 |
|
16 |
1,69 |
2,68 |
20,0 |
— |
11 |
56 |
13 |
|
11 |
9 |
1,91 |
2,76 |
22,0 |
31,8 |
22,2 |
|
17 |
2,00 |
2,65 |
24,0 |
— |
— |
47 |
23 |
|
17 |
13 |
2,12 |
2,67 |
17,8 |
31,6 |
14,1 |
|
18 |
1,93 |
2,63 |
28,5 |
— |
— |
45 |
10 |
|
30 |
15 |
2,04 |
2,69 |
22,8 |
38,5 |
20,5 |
|
19 |
2,02 |
2,66 |
22,5 |
— |
— |
9 |
16 |
|
55 |
20 |
1,85 |
2,80 |
32,1 |
24,3 |
18,0 |
|
20 |
2,08 |
2,65 |
18,9 |
— |
13 |
51 |
19 |
|
9 |
8 |
2,15 |
2,68 |
17,2 |
25,6 |
14,1 |
|
21 |
2,02 |
2,66 |
22,5 |
46 |
12 |
22 |
11 |
|
6 |
3 |
1,84 |
2,78 |
25,9 |
36,2 |
26,1 |
|
22 |
1,93 |
2,63 |
28,5 |
— |
— |
13 |
17 |
|
52 |
18 |
2,01 |
2,68 |
24,6 |
35,2 |
22,0 |
|
23 |
2,03 |
2,61 |
21,5 |
— |
— |
36 |
18 |
|
39 |
7 |
2,09 |
2,69 |
20,4 |
30,5 |
18,1 |
|
24 |
2,03 |
2,65 |
21,0 |
38 |
21 |
11 |
16 |
|
10 |
4 |
1,89 |
2,77 |
29,3 |
46,3 |
18,0 |
|
25 |
1,94 |
2,60 |
28,0 |
— |
10 |
26 |
18 |
|
39 |
7 |
2,00 |
2,70 |
30,0 |
38,0 |
25,0 |
|
26 |
1,90 |
2,66 |
25,0 |
— |
18 |
42 |
26 |
|
8 |
6 |
1,90 |
2,72 |
25,4 |
36,0 |
20,0 |
|
27 |
2,00 |
2,70 |
30,0 |
5 |
5 |
36 |
18 |
|
29 |
7 |
1,96 |
2,74 |
19,6 |
34,0 |
28,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|