Напряжение, передаваемое грунту по подошве фундамента

Это напряжение не остается по глубине постоянным, а в некоторой области грунтовой толщи рассеивается. Для решения задач о распределении напряжений применяют уравнения теории упругости, рассматривая грунты как тела однородные, изотропные и линейно-деформируемые, подчиняющиеся закону Гука. Для оснований гражданских и промышленных зданий назначают такую величину допустимых напряжений, при которой в грунте не возникают пластические (остаточные) деформации.

МЕХАНИКА ГРУНТОВ

М.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

М.1.1. Какие вопросы рассматриваются в механике грунтов?

Механика грунтов научная дисциплина, в которой изучаются напряженно-деформированное состояние грунтов и грунтовых массивов, условия прочности грунтов, давление на ограждения, устойчивость грунтовых массивов против сползания и разрушения, взаимодействие грунтовых массивов с сооружениями и ряд других вопросов. Механика грунтов является составной частью геомеханики.

М.1.2. На результаты исследований каких дисциплин опирается механика грунтов?

Механика грунтов опирается на результаты научных исследований в области механики сплошных сред (сопротивления материалов, теории упругости, теории пластичности), инженерной геологии, инженерной гидрогеологии, гидравлики и гидромеханики, а также на результаты других инженерных дисциплин.

М.1.3. Какие задачи ставятся в механике грунтов?

Задачи прогноза механического поведения грунтов и грунтовых массивов. Для этого производятся:

 установление физических и механических свойств грунтов и возможности их использования в нужных целях, а в случае необходимости, и улучшение строительных свойств грунтов;

 определение напряженнодеформированного состояния грунтовых массивов, возможного его изменения в последующем;

 определение общей устойчивости этих массивов, взаимодействующих с инженерными сооружениями, или непосредственно устойчивости их самих, если они являются сооружениями.

Таким образом, основная задача  это оценка состояния в настоящий момент и прогноз дальнейшего поведения грунтов и массивов из них, прогноз происходящих в них процессов.

М.1.4. Какие основные задачи стоят перед фундаментостроением?

Фундаменты зданий и сооружений должны быть:

 технически выполнимыми в данных конкретных условиях;

 наиболее подходящими для данного объекта;

 удовлетворяющими эксплуатационным требованиям;

 экономически оптимальными;

 удовлетворяющими требованиям безопасности;

 удовлетворяющими экологическим требованиям.

Должны учитываться естественные и технологические процессы, связанные со строительством и существованием фундаментов в пределах сроков, установленных для нормальной эксплуатации зданий или сооружений.

М.1.5. Что называется основанием?

Основанием называется массив грунта, находящийся непосредственно под сооружением и рядом с ним, который деформируется от усилий, передаваемых ему с помощью фундаментов. Если строительные свойства грунтов основания мы специально не улучшаем и не изменяем, то такое основание называется естественным в отличие от искусственного основания, в котором строительные свойства грунтов преднамеренно нами улучшены для того, чтобы уменьшить сжимаемость грунтов, увеличить их прочность, изменить водопроницаемость и др.

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

М.1.6. Что называется фундаментом?

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

М.1.7. В каких областях строительства используются результаты механики грунтов?

В основном результаты механики грунтов используются в строительстве:

 в промышленном и гражданском;

 в гидротехническом;

 транспортном (автодорог и железных дорог);

 мостов;

 аэродромов;

 подземном;

 военных объектов и объектов специального назначения;

 сельскохозяйственном;

 линейных объектов (линий электропередач, трубопроводов);

 объектов энергетического хозяйства.

М.1.8. С какими дисциплинами строительного профиля в основном связано фундаментостроение?

Фундаментостроение в основном связано со следующими дисциплинами: строительная механика; сопротивление материалов; технология строительного производства; экономика строительства; механизация; экология строительства; строительные материалы; инженерная геология; инженерная гидрогеология; механика грунтов; математическая статистика; теория надежности; техника безопасности строительства и др.

М.1.9. Когда и где в нашей стране вышел первый курс "Основания и фундаменты"?

Первый курс "Основания и фундаменты" был издан в России в Петербурге в 1869 г. Автором был профессор, военный инженер Николаевской инженерной академии В.М.Карлович (18341892). Им также был издан в 1891 г. "Курс строительной механики". Широко был известен "Краткий курс оснований и фундаментов" профессора В.И.Курдюмова (18531904), выдержавший три издания в 1891, 1902 и 1916 годах

М.1.10. Когда вышла в России первая книга по механике грунтов и кто ее автор?

Первой фундаментальной книгой по механике грунтов следует считать монографию профессора К.Терцаги (18831963), вышедшую в 1925 г. и переведенную под названием "Строительная механика грунтов". Она издана в 1933 году под редакцией и с примечаниями Н.М.Герсеванова.

М.1.11. Когда в нашей стране впервые вышел учебник по курсу "Механика грунтов"?

Первый учебник "Основы механики грунтов" был издан в 1934 г. Его автор профессор Н.А.Цытович (19001984). Этот учебник автором далее неоднократно дополнялся и переиздавался в 1940, 1951 и 1963 годах. В последующем четыре раза издавался его краткий курс "Механика грунтов" в 1969, 1973, 1979 и 1983 годах.

М.1.12. В каких наших учебниках по дисциплине "Основания и фундаменты", изданных в последнее время, имеются обстоятельные разделы, посвященные механике грунтов?

М.2. ГРУНТЫ

М.2.1. Как подразделяются по своему происхождению горные породы?

По своему происхождению они подразделяются на:

 магматические, изверженные, образовавшиеся в результате застывания магмы; они имеют кристаллическую структуру и классифицируются как скальные грунты;

 осадочные; они образовались в результате разрушения и выветривания горных пород с помощью воды и воздуха и образуют скальные и нескальные грунты;

 метаморфические, которые образовались в результате действия на метаморфические и осадочные породы высоких температур и больших давлений; они классифицируются как скальные грунты.

М.2.2. В результате каких процессов образовались нескальные грунты?

Нескальные грунты образовались в результате длительного физического и химического выветриваний прочных осадочных скальных пород, вызвавших их разрушение.

М.2.3. Как по своему происхождению можно подразделить осадочные отложения?

Осадочные отложения подразделяются на континентальные и морские. К морским относятся отложения как современных, так и древних морей. Морские отложения  это глины, илы, ракушечники. Для них характерно засоление.

М.2.4. К каким геологическим системам относятся грунты?

Грунты чаще всего являются наиболее "молодыми" осадочными отложениями и относятся к четвертичной геологической системе.

М.2.5. Какие основные группы грунтовых образований вы можете назвать?

Грунты образуются из:

 первичных минералов (кварц, полевые шпаты, слюда и др.);

 вторичных глинистых минералов (монтмориллонит, каолинит), образовавшихся в процессе выветривания горных пород;

 солей (сульфатов, карбонатов);

 органических веществ.

М.2.6. Какие вы можете назвать генетические типы континентальных отложений?

В континентальных отложениях выделяют: аллювий (перенесен речными водными потоками); делювий(откладывается у склонов вблизи места возникновения); элювий (залегает в месте возникновения); эоловые отложения (перенос частиц осуществляется ветром); ледниковые и водноледниковые отложения.

М.2.7. Что следует называть грунтом?

Грунтами называют любые горные породы коры выветривания земли  сыпучие или связные, прочность связей у которых между частицами во много раз меньше, чем прочность самих минеральных частиц, или эти связи между частицами отсутствуют вовсе. Есть и другое определение грунтов: это горные породы, являющиеся объектом инженерностроительной деятельности человека. Скальные породы и почвы также именуются грунтами.

М.2.8. Из чего состоят грунты?

Грунты состоят из:

 твердых частиц;

 воды в различных видах и состояниях (в том числе льда при нулевой или отрицательной температуре грунта);

 газов (в том числе и воздуха).

Вода и газы находятся в порах между твердыми частицами (минеральными и органическими). Вода может содержать растворенные в ней газы, а газы могут содержать пары воды.

М.2.9. Что понимается под структурой грунта?

Под структурой грунта понимается размер, форма и количественное (процентное) соотношение слагающих грунт частиц.

М.2.10. Что понимается под текстурой грунта?

Под текстурой грунта понимается пространственное расположение элементов грунта с разными составом и свойствами. Текстура характеризует неоднородность строения грунта в пласте залегания.

Текстура бывает массивной, слоистой и сетчатой.

М.2.11. Как можно подразделить структурные междучастичные связи в грунтах?

Их можно подразделить на жесткие (кристаллизационные) связи и пластичные, вязкие связи (водноколлоидные). Жесткие связи более характерны для скальных грунтов, пластичные связи  главным образом для глинистых грунтов.

Жесткие связи могут быть растворимыми в воде или нерастворимыми. При растворении жестких кристаллизационных связей на их месте могут возникать водноколлоидные связи.

М.2.12. В каком виде в грунтах встречается вода?

Вода в грунтах встречается в свободном и связанном состоянии. Свободная вода  это гравитационная вода, перемещающаяся за счет собственного веса и возникающего перепада давлений, а также капиллярная вода.

Связанная вода подразделяется на прочносвязанную воду (слой из 13 молекул, окружающих глинистую частицу и притягивающихся к ней с большой силой), и рыхлосвязанную воду, тонким слоем примыкающую к прочносвязанной воде. Рыхлосвязанная вода почти в тысячу раз слабее притягивается к частице, чем прочносвязанная. Прочносвязанную воду можно отделить от частиц только выпариванием. Рыхлосвязанную воду можно отделить с помощью выдавливания, создавая давление до нескольких мегапаскалей, или с помощью центрифуги. Капиллярная вода перемещается благодаря поверхностному натяжению менисков.

М.2.13. В каком виде встречаются газы в грунтах?

Газы могут находиться:

 в свободном состоянии, сообщаясь с атмосферой;

 в замкнутом пространстве в виде пузырьков;

 в растворенном в жидкости (воде) состоянии.

Вследствие изменения давления в жидкости в порах (в воде) и температуры вода может выделяться из газа (конденсироваться) и, наоборот, газ может растворяться в жидкости (в воде).

Пузырьки газов, растворенных в поровой воде, ускоряют сжатие скелета. Газы, имеющие сообщение с атмосферой, на скорость сжатия грунта практически не влияют.

М.2.14. Чем могут служить грунты?

Грунты могут служить:

 основанием зданий и сооружений;

 средой для размещения в них сооружений (труб, подземных сооружений, тоннелей, станций метрополитена и др.);

 материалом для сооружений (насыпи, земляные плотины, сырье для изготовления стройматериалов) (рис. М.2.14).

Рис. М.2.14. Использование грунтов:

а как основания; б как среды для размещения сооружений; в как материала для сооружений

М.2.15. Какова крупность крупнообломочных, песчаных, пылеватых и глинистых частиц?

Крупнообломочные частицы имеют размер крупнее 2 мм, песчаные  от 2 мм до 0,05 мм, пылеватые от 0,05 мм до 0,005 мм и глинистые менее 0,005 мм; частицы мельче 0,0001 мм называются коллоидными.

М.2.16. Какую площадь поверхности имеют песчаные и глинистые частицы (на 1 г массы)?

Песчаные частицы имеют удельную поверхность до 0,05 м2/г. Глинистые частицы имеют удельную поверхность у каолина до 10 м2/г и у монтмориллонита до 800 м2/г.

М.3. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И КЛАССИФИКАЦИОННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ НЕСКАЛЬНЫХ ГРУНТОВ

М.3.1. Какие физические характеристики грунта являются основными?

Основными физическими характеристиками грунта являются:

 удельный вес грунта ;

 удельный вес частиц грунта  s;

 природная влажность w.

Остальные физические характеристики могут быть вычислены с их использованием.

М.3.2. Что называется удельным весом грунта  (ранее назывался объемным весом грунта)? Что называется удельным весом сухого грунта (ранее назывался объемным весом скелета грунта)?

Удельным (ранее объемным) весом грунта  называется отношение полного веса образца грунта к полному объему, который он занимает, включая объем пор. Размерность [кН/м3]. Удельным весом сухого грунта  d называется отношение веса высушенного грунта к полному объему, который он занимает, включая объем пор.

М.3.3. Что называется удельным весом частиц грунта  s (ранее назывался удельным весом грунта)?

Удельным весом частиц грунта  s (ранее назывался удельным весом грунта) называется отношение веса частиц грунта к объему, который они занимают. Размерность [кН/м3].

М.3.4. Каким способом можно измерить объем глинистого грунта с целью определения его удельного веса?

Двумя способами:

1) по объему вытесненной воды при погружении в нее грунта, который предварительно парафинируется для предотвращения размокания и попадания воды внутрь образца;

2) с помощью режущего кольца, объем внутренней полости которого определяется замером и которое полностью заполняется грунтом.

М.3.5. Что больше удельный вес грунта или удельный вес частиц грунта и почему?

Вес высушенного образца грунта меньше, чем вес грунта, содержащего влагу, но полный объем грунта, содержащего поры, намного больше, чем объем, занимаемый частицами (то есть без учета пор), поэтому удельный вес частиц грунта больше, чем удельный вес грунта, то есть  s>.

М.3.6. Что называется пористостью грунта n? Что называется коэффициентом пористости грунта e? В каких пределах могут изменяться пористость и коэффициент пористости грунта?

Пористостью n грунта называется отношение объема пор к полному объему образца грунта. Коэффициентом пористости или относительной пористостью называется отношение объема пор в образце к объему, занимаемому его твердыми частицами скелетом, то есть

Теоретически пористость n изменяется в пределах от нуля (поры отсутствуют) до единицы (скелет отсутствует). Соответственно коэффициент пористости e изменяется от нуля (поры отсутствуют) до бесконечности (скелет отсутствует). Пористость не может быть больше единицы, в то время как коэффициент пористости может быть больше единицы (например у лессов, торфа). Коэффициент пористости равен единице, если объем пор равен объему, занятому твердыми частицами.

М.3.7. От чего зависит удельный вес грунта?

Удельный вес грунта зависит от удельного веса частиц грунта s, его пористости n и влажности w.

М.3.8. От чего зависит удельный вес частиц грунта s?

Удельный вес частиц грунта s зависит от минералогического состава скелета грунта и степени их дисперсности. У глин он больше, чем у песка при одних и тех же образующих грунт минералах. В глинистом грунте поверхность частиц намного больше, чем в песчаном, поэтому и большая возможность окисления и проявления поверхностных явлений. Удельный вес частиц грунта  s от его пористости n не зависит.

М.3.9. Что называется влажностью грунта и какой она бывает? Может ли влажность грунта быть больше единицы (100 %)?

Влажность грунта бывает весовой и объемной. Весовой влажностью называется отношение веса воды в образце грунта к весу твердых частиц грунта (скелета). Объемной влажностью называется отношение объема воды в образце грунта к объему, занимаемому твердыми частицами (скелетом грунта). Для одного и того же грунта весовая влажность меньше, чем его объемная влажность. Влажность грунта может быть больше единицы или 100 % (например у ила, торфа).

М.3.10. Каким образом связаны между собой коэффициент пористости e, удельный вес грунта
Коэффициентом (индексом) водонасыщенности, или степенью влажности грунта, называется отношение природной влажности грунта w к влажности, соответствующей полному заполнению пор водой, wsat. Коэффициент водонасыщенности Sr изменяется от нуля (для абсолютно сухого грунта) до единицы (для полностью водонасыщенного грунта). Он вычисляется по формуле

Грунты называются маловлажными при Sr<0,5, влажными при 0,5<Sr<0,8 и насыщенными водой при Sr.>0,8 (рис. 3.11).

М.3.12. Чему равен удельный вес взвешенного в воде грунта?

Удельный вес взвешенного в воде грунта  sb равен удельному весу грунта в атмосфере за вычетом удельного веса воды  w то есть

Эта формула пригодна для грунта с любой водонасыщенностью, то есть при полном и неполном заполнении пор водой (в этом случае считается, что воздух, имеющийся в грунте, не замещается водой). Удельный вес грунта, но с полностью заполненными водой порами (w=wsat), то есть когда

может быть определен по формуле

М.3.13. Для каких целей нужны классификация грунтов и классификационные показатели?

Классификация грунтов необходима для объективного присвоения грунту одного и того же наименования и установления его состояния вне зависимости от того, кем и в каких целях они производятся. Наименование и состояние грунта устанавливаются по классификационным показателям.

М.3.14. Как подразделяются крупнообломочные грунты?

Крупнообломочные грунты подразделяются в зависимости от преобладающей крупности частиц из анализа их гранулометрического состава по степени ее убывания. Они подразделяются на валунные, галечниковые и гравийные грунты. При наличии значительного количества песчаного или глинистого заполнителя пор крупнообломочного грунта (до 3040 %) должны приводиться также сведения об этом заполнителе.

По наличию в них влаги, характеризуемой величиной Sr, крупнообломочные грунты могут быть маловлажными, влажными и насыщенными водой.

М.3.15. Как подразделяются песчаные грунты?

Песчаные грунты подразделяются в зависимости от преобладающей крупности частиц по весу на:

 гравелистые;

 крупные;

 средней крупности;

 мелкие;

 пылеватые.

По состоянию песок может быть плотным, средней плотности и рыхлым. По водонасыщению он может быть маловлажным, влажным и насыщенным водой.

Состояние песка определяется по его коэффициенту пористости e. Пески гравелистые, крупные и средней крупности при e<0,55 именуются плотными, при 0,55<e<0,7 средней плотности и при e>0,7  рыхлыми. Мелкие пески при e<0,6 плотные, при 0,6<e<0,75  средней плотности и при e>0,75 рыхлые. Пылеватые пески при e<0,6 также плотные, при 0,6<e<0,8 средней плотности и при e>0,8 они считаются рыхлыми.

М.3.17. Что называется числом (индексом) пластичности Ip глинистого грунта и что оно показывает?

Числом (индексом) пластичности глинистого грунта называется разность между влажностями на границе текучести wL и на границе раскатывания или пластичности wp. Число (индекс) пластичности коррелятивно связано с процентным содержанием в грунте глинистых частиц и может служить классификационным показателем для отнесения глинистого грунта к супеси, суглинку или глине.

При 1<Ip 7 глинистый грунт называется супесью, при 7<Ip 17 называется суглинком и при Ip>17  глиной. В данном случае wp и wL выражены в процентах (рис.М.3.17).

М.3.18. Зависит ли или нет число (индекс) пластичности Ip от естественной влажности глинистого грунта w или нет и почему?

От естественной влажности число пластичности Ip не зависит, поскольку влажность на границе текучести wL и раскатывания wp определяется на искусственно приготовленном из сухого размельченного высушенного порошка грунтовом тесте.

М.3.19. Что такое показатель консистенции IL (индекс текучести) глинистого грунта и зависит ли он от естественной влажности w? В каких пределах он изменяется?

Показатель консистенции IL (индекс текучести) глинистого грунта характеризует состояние глинистого грунта (густоту, вязкость), линейно зависит от естественной влажности, может быть как отрицательным (твердые грунты), так и положительным, в том числе и более единицы (грунты текучей консистенции). При изменении IL в пределах от нуля до единицы грунты имеют пластичную консистенцию.

Показатель консистенции IL определяется в долях единицы по формуле

Для суглинков и глин диапазон изменения IL от нуля до единицы (пластичное состояние) подразделяется на четыре равных поддиапазона: грунты полутвердые, тугопластичные, мягкопластичные и текучепластичные

М.3.20. Где и как обычно определяются показатели физических свойств грунтов?

Показатели физических свойств определяются на образцах грунтов, отобранных из грунтового массива, в стационарных лабораториях или полевых лабораториях, находящихся близ стройплощадок, по стандартизированным методикам.

Показатели некоторых физических свойств грунтов могут определяться непосредственно в полевых условиях без отбора образцов с применением косвенных способов исследования, например зондирования.

М.3.21. Что называется зондированием грунта и для чего оно служит? Что измеряется при статическом зондировании? Что измеряется при динамическом зондировании?

Зондированием грунта называется погружение в грунт конуса стандартного размера. Зондирование служит для оценки плотности песчаных грунтов и консистенции глинистых грунтов, выявления слабых прослоек грунта. При статическом зондировании измеряется усилие погружения (задавливания домкратом) конуса, при динамическом зондировании  количество ударов, необходимое для погружения конуса также на заданное расстояние по глубине.

В результате статического зондирования строятся графики зависимости удельного сопротивления погружению конуса с углом при вершине 60 в зависимости от глубины залегания грунтов, в которые он вдавливается. При этом боковое сопротивление погружению штанги, на которую насажен конус, исключается.

В результате динамического зондирования строятся графики зависимости количества ударов для погружения стандартного конуса (на 10 см) или пробоотборника в зависимости от залегания тех или иных пластов грунта (рис.М.3.21).

Дата добавления: 2014-01-04