🗊Презентация Механика грунтов, основания и фундаменты

Основные понятия I раздела курса «Механика грунтов, основания и фундаменты»

1. Состав курса, связь с другими дисциплинами. Основные понятия и терминология, цель и задачи курса.

Основные задачи: Основные задачи: Правильная оценка физико-механических свойств грунта; Определение напряженно-деформированного состояния грунта от собственного веса, нагрузок, передаваемых от зданий и сооружений и тд; Оценка прочности грунтов от сползания, разрушения и давления грунта на ограждающие конструкции; Прогноз осадок; Расчет оснований фундаментов по двум группам предельных состояний

Грунты – это геологические породы, залегающие в верхних слоях земной коры, состоящие из твердых частиц (зерен) разной крупности (скелета грунта) и пор, заполненных или воздухом полностью, либо частично водой. Грунты – это геологические породы, залегающие в верхних слоях земной коры, состоящие из твердых частиц (зерен) разной крупности (скелета грунта) и пор, заполненных или воздухом полностью, либо частично водой. Грунт, который находится под фундаментом в напряженном состоянии от действия нагрузки от здания, называется основанием фундамента. 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.

Связь МГОиФ с дисциплинами: Связь МГОиФ с дисциплинами: Механика грунтов входит в состав науки «Геомеханики», в основу которой положены с одной стороны, законы теоретической механики – механики абсолютно твердых несжимаемых тел, а с другой стороны – строительный механики – законы упругости, пластичности, ползучести, а также имеет тесную связь с геологией

2. Основные виды, состав и состояние грунтов. Состояние грунтов определяет их степень трещиноватости, выветрелости, влажности, водонасыщенности, плотности и пр.

3. Строительная классификация грунтов. Составные элементы грунтов и их свойства. Если грунты неподвижны и способны воспринимать нагрузку без предварительного усиления, то они могут быть использованы в качестве естественных оснований. Естественные основания – это грунты, которые в природном состоянии имеют достаточную несущую способность, небольшую и равномерную сжимаемость, не превышающую допустимые значения. Основания, способные воспринимать нагрузку только после проведения мероприятий по усилению грунтов, называют искусственными снованиями. Искусственные основания – это грунты, которые в природном состоянии, в пределах сжимаемой толщи, не обладают достаточной несущей способностью, и их необходимо искусственно укреплять.

Естественные основания по геологическим характеристикам разделяют на скальные и нескальные Естественные основания по геологическим характеристикам разделяют на скальные и нескальные К скальным грунтам относятся: изверженные, метаморфические и осадочные породы с жесткими связями между зернами К нескальным грунтам относятся крупнообломочные, песчаные и глинистые. Крупнообломочные грунты по своей структуре (зерновому составу) подразделяются на щебенистые (вес частиц крупнее 10 мм составляет более половины) и дресвяные (вес частиц размером 2 – 10 мм составляет более 50 %). Пески : гравелистые, крупные, средней крупности, мелкие и пылеватые с соответствующим соотношением частиц от 2 мм до 0,05 мм в % от веса воздушно-сухого грунта. Глинистые грунты относятся к категории связных грунтов с размерами плоских частиц, не превышающими 0,005 мм, и толщиной менее 0,001 мм. К глинистым грунтам относятся также суглинки и супеси, содержащие наряду с глинистыми частицами примеси песка. Содержание этих примесей характеризуется так называемым «числом пластичности». Для супесей это значение составляет от 0,01 до 0,07, для суглинков – от 0,07 до 0,17. 

Виды искусственных оснований: уплотнение; закрепление существующего грунта, и замена слабого грунта более прочным. Виды искусственных оснований: уплотнение; закрепление существующего грунта, и замена слабого грунта более прочным. Уплотнение: поверхностное или глубинное. Поверхностное - с помощью послойной укатки, трамбования или вибрирования. Глубинное уплотнение может быть осуществлено песчаными или грунтовыми сваями, или с помощью взрывов. Искусственное закрепление слабых грунтов достигается цементацией, термическим способом, химическим закреплением или силикатизацией грунтов. Замену грунта осуществляют тогда, когда уплотнение и закрепление невозможны или неэффективны.

Строительная классификация грунтов по физическим свойствам: Строительная классификация грунтов по физическим свойствам: Плотность Влажность Пластичность Прочность: скальные грунты очень прочные (Rt> 120 МПа), прочные (120>Д> 50 МПа), средней прочности (50>Д>15 МПа), малопрочные (15>RC>5 МПа), пониженной прочности (5>Д>3 МПа), низкой прочности, весьма низкой прочности Д<1 Мпа Относительная просадочность

4. Влияние состава грунта на его физико-механические свойства. Физико-механические свойства характеризуют поведение грунтов под нагрузками. Зависят от: 1. величины нагрузки; 2. направления; 3. времени воздействия; 4. физических свойств .

5. Структурные связи и строение грунтов. грунт распадается на разные по форме и величине отдельности, называемые структурными агрегатами «структура грунта - размер, форма, характер поверхности, количественное соотношение слагающих грунт элементов. Пространственное расположение элементов, слагающих грунт, независимо от их размера принято называть текстурой грунта. Применительно к грунта в понятие «структура» включен еще и такой фактор, определяющий свойства грунтов, как способ взаимосвязи элементов, слагающих грунт, или так называемые структурные связи. связи в грунтах имеют преимущественно электрическую природу. В магматических породах они возникают в результате остывания магмы, в метаморфических - перекристаллизации исходных пород, в осадочных - в результате процессов диагенеза осадков. По прочности структурные связи могут быть самыми различными: от очень прочных, соизмеримых по прочности с ионными и ковалентными связями (в минералах), до очень слабых, существование которых почти не влияет на свойства грунтов. В магматических, большей части метаморфических и части осадочных горных пород имеет место химическая связь - электрические силы взаимодействия между атомами. Химические структурные связи могу быть кристаллизационными и твердыми аморфными. Кристаллизационные связи являются наиболее прочными. Грунты с химическими структурными связями отличаются высокой прочностью, слабой сжимаемостью и упругостью в определенном диапазоне нагрузок. При увлажнении глинистых грунтов вокруг частиц и между частицами образуется гидратная оболочка и диффузный слой ионов. Вследствие этого между дисперсными частицами проявляются с одной стороны, молекулярные силы притяжения, а с другой - ионно- электростатические силы отталкивания. Результирующая этих сил и будет определять прочность структурных связей в дисперсных грунтах. Такие структурные связи называют молекулярно-ионно-статическими, или водноколлоидные. Водноколлоидные связи характерны для глинистых грунтов. Прочность этих связей уменьшается с увеличением влажности грунта. Водноколлоидные связи менее прочные в сравнении с кристаллизационными и твердыми аморфными. Прочность связей в одних грунтах во всех направлениях одинакова (изотропные грунты), а в других она изменяется по отдельным направлениям (анизотропные грунты).

Определение напряжений Z σ в массиве грунта при действии единичной вертикальной силы N, приложенной к границе грунтового основания. Решение задачи Буссинеска. а) нормальные напряжения на площадках, касательных к сферической поверхности с центром в точке приложения силы, являются главными напряжениями. По этой причине касательные напряжения на указанных площадках отсутствуют; б) нормальные напряжения, лежащие в вертикальной плоскости, на площадках, нормальных к сферической поверхности с центром в точке приложения силы, равны нулю; в) нормальные напряжения на площадках, касательных к сферической поверхности с центром в точке приложения силы, прямо пропорциональны косинусу угла видимости и обратно пропорциональны квадрату радиуса сферы. Под углом видимости понимается угол между радиусом сферы, проведенным в центр площадки, и центральной вертикальной осью сферы.

Определение напряжений в массиве грунта от действия нескольких вертикальных сосредоточенных сил, приложенных к границе грунтового основания (принцип Сен-Венана – принцип независимости действия сил).

Определение напряжений в массиве грунта при действии распределенной нагрузки

Определение напряжений σz при действии местного равномерно распределенного давления (метод угловых точек)

Напряжения, возникающие от действия собственного веса грунта Напряжения от собственного веса грунта определяются на основании следующих упрощающих гипотез: напряженным состоянием грунта при действии его собственного веса является осесимметричное компрессионное сжатие; вертикальные напряжения в грунте определяются суммированием напряжений от веса элементарных слоев грунта; грунт, находящийся ниже уровня грунтовых вод, испытывает взвешивающее действие воды; слой грунта, находящийся ниже водоносного слоя, называется водоупором и испытывает на своей поверхности гидростатическое давление водяного столба.

26. Фазы напряженно-деформированного состояния грунта

Фаза упругих деформаций характеризуется уровнем напряжений в скелете грунта, не превышающим прочность структурных связей между минеральными частицами грунта или, что то же самое, структурной прочности грунта. Деформации грунта в этой фазе обратимы и пренебрежимо малы, т. к. обусловлены сжимаемостью минеральных частиц. Уровень напряжений, соответствующий концу этой фазы, называется структурной прочностью грунта Рстр и обычно не превышает 5 – 10 % допустимых на грунт давлений.

Фаза уплотнения Линейная зависимость между деформациями и напряжениями в этой фазе не обратима. При полной разгрузке штампа имеет место необратимая (пластическая) осадка, соответствующая нулевым напряжениям по подошве. принцип линейной деформируемости: при простом нагружении грунта в фазе его уплотнения сумма упругой и пластической деформаций линейно зависит от действующего напряжения.

Фаза сдвигов характеризует начало образования в грунте зон предельного равновесия. Зоной предельного равновесия в грунте называют геометрическое место точек, в которых не удовлетворяются условия прочности Кулона-Мора. Первоначально эти зоны образуются по краям штампа, где имеет место концентрация напряжений. Разрушение грунта сопровождается большими сдвиговыми деформациями. Уплотнение грунта в этой фазе практически не происходит. Грунт считается несжимаемым. Давление на грунт, соответствующее началу фазы сдвигов, называют начальным критическим давлением – начРкр.

Фаза выпора является следствием развития фазы сдвигов в области грунтового массива, являющегося основанием штампа, с образованием поверхностей скольжения, отделяющих основание штампа от нижележащего грунта. В зонах пластического течения недоуплотненные грунты получают дополнительное уплотнение, а переуплотненные – разуплотняются. Это явление называется дилатансией. Давление, при котором наступает фаза выпора, называется предельным критическим давлением – пред Ркр. ская переуплотненная зона, называемая ядром жесткости.

Конструкции креплений стен котлована: Конструкции креплений стен котлована: Закладные крепления (состоят из стоек, распорок, горизонтальных стоек (забирки). Устраивают в сухих маловлажных грунтах Глубина котлована 2….4м

Анкерные и подкосные крепления (при ширине котлована более 4м) Анкерные и подкосные крепления (при ширине котлована более 4м) Основная деталь анкера - растягиваемый элемент (тяга)- выполняется из металла. Анкерную тягу одним концом крепят к конструкции стенки, а другим - в грунтовой массив за пределы возможной призмы обрушения и закрепляют там с помощью инъецируемого в грунт раствора

Шпунтовые ограждения. Применяют для глубоких котлованов, глубиной более 4м и наличии подземных вод. Материал: дерево, металл, железобетон Шпунтовые ограждения. Применяют для глубоких котлованов, глубиной более 4м и наличии подземных вод. Материал: дерево, металл, железобетон Ограждающие конструкции стен (котлованов): а – буронабивные сваи; б – железобетонная стенка из "секущихся" свай; в – железобетонный шпунт; г – металлический шпунт;

Металлический шпунт Металлический шпунт

Железобетонный шпунт Железобетонный шпунт

Общая оценка взаимодействия сооружений и оснований Выделяют следующие формы деформаций и смещений:

Реология как наука, изучающая вопросы течения материалов, имеет три основных направления исследований: Реология как наука, изучающая вопросы течения материалов, имеет три основных направления исследований: медленно развивающихся во времени деформаций – деформаций ползучести; расслабления (уменьшения) напряжений при постоянстве деформации – релаксации напряжений; разрушения материалов при длительном действии нагрузки – длительной прочности материалов.

Реологические процессы особенно характерны для пылевато-глинистых грунтов, а также для любых грунтов, находящихся в мерзлом состоянии. Они проявляются также в скальных породах и песках при их определенном напряженном состоянии. Реологические процессы особенно характерны для пылевато-глинистых грунтов, а также для любых грунтов, находящихся в мерзлом состоянии. Они проявляются также в скальных породах и песках при их определенном напряженном состоянии. При увеличении напряжений в жестких связях между частицами грунта возникают усилия, под действием которых постепенно разрушаются менее прочные, а затем и более прочные связи.

Деформации ползучести развиваются как в процессе уплотнения грунтов под действием нормальных напряжений, так и при сдвиге, т. е. при приложении касательных напряжений. Деформации ползучести развиваются как в процессе уплотнения грунтов под действием нормальных напряжений, так и при сдвиге, т. е. при приложении касательных напряжений.

Длительная прочность грунта и релаксация напряжений

Релаксацией напряжений называется явление уменьшения напряжений (расслабление напряжений) при постоянстве общей деформации. Релаксацией напряжений называется явление уменьшения напряжений (расслабление напряжений) при постоянстве общей деформации.

Деформации ползучести грунта при уплотнении