Методические указания по изучению механики грунтов

Министерство образования и науки РФ

Федеральное агентство по образованию

Псковский государственный политехнический институт

МЕХАНИКА ГРУНТОВ

Псков

Оглавление

1. Программа дисциплины «Механика грунтов»

1. Введение. Предмет и задачи механики грунтов, связь с другими дисциплинами.

2. Виды грунтов, их состав и состояние. Характеристики состава и состояния, классификации по ним. Условное расчетное сопротивление грунта. Структура, текстура, структурные связи в грунтах. Виды воды в грунтах. Закон фильтрации. Структурно-неустойчивые грунты.

3. Напряженно-деформированное состояние (НДС) грунтов. Виды НДС грунта в основаниях. Особенности деформирования грунта, стадии деформирования. Деформативные характеристики. Реологические свойства грунтов.

4. Компрессионное сжатие. Закономерность уплотнения. Определение коэффициента сжимаемости и модуля деформации в условиях компрессионного сжатия. Другие методы определения деформативных характеристик.

5. Прочность грунтов. Закон Кулона для сопротивления грунта сдвигу. Условие предельного равновесия, различные формы его записи. Прочностные характеристики, их определение. Нормативные и расчетные характеристики грунтов.

6. Определение напряжений в грунтах от различных нагрузок. Напряжения от собственного веса грунта.

7. Деформации грунтов. Методы расчета стабилизированных осадок. Расчет нарастания осадок во времени по теории фильтрационной консолидации. Первичная и вторичная консолидация.

8. Критические давления на основания. Определение первого критического давления и расчетного сопротивления основания. Основы теории предельного напряженного состояния и определение второго критического давления или предельной нагрузки.

9. Устойчивость откосов. Откос, сложенный несвязным грунтом. Предельная высота вертикального откоса. Расчет устойчивости откосов по способу круглоцилиндрических поверхностей скольжения.

10. Давление грунтов на ограждения и подпорные стенки. Виды давления – активное, пассивное и давление покоя. Определение давления на гладкую вертикальную подпорную стенку с горизонтальной поверхностью засыпки (эпюры, формулы).

Методические указания по изучению механики грунтов

При самостоятельном изучении дисциплины следует использовать краткий конспект лекций, помещенный в данном учебном пособии, а также разделы по механике грунтов учебников, имеющихся в библиотеке ПГУПС [1, 2].

По отдельным темам приведенной выше программы полезно учесть следующее.

Темы 1, 2. Механика грунтов тесно связана прежде всего с инженерной геологией, изучающей грунты как природные образования. Механика грунтов дает возможность описания механического поведения грунтов, их сжимаемости и прочности. Это возможно только на базе всестороннего учета природы и физических свойств грунтов, изученных ранее в разделе инженерной геологии «Грунтоведение».

Темы 3–5 дают основные закономерности сжимаемости и прочности грунтов, установленные экспериментально и обобщением опыта строительства. В них проявляется связь механики грунтов с фундаментальными механическими дисциплинами: теоретической механикой и механикой деформируемого твердого тела. Используются условия равновесия, разложение сил, понятия деформаций и напряжений, круги Мора и др.

В дополнение к материалу указанных тем, требуется знание методов определения физико-механических показателей грунтов. Это достигается сознательным выполнением лабораторных работ в учебной лаборатории по методическим указаниям [3]. В конспекте лекций техника испытаний не рассматривается.

Темы 6, 7 посвящены определению напряжений в грунтах и расчету осадок. Грунт при этом рассматривается как линейно-деформируемая среда. Поэтому для определения напряжений используются решения теории упругости. Но непосредственное использование этих же решений для расчета осадок возможно только в редких случаях. Чаще применяются приближенные инженерные методы – как, например, рассмотренный в конспекте метод послойного суммирования с условным ограничением сжимаемой толщи.

В настоящее время разработаны и все шире применяются на практике решения нелинейной механики грунтов. Они основаны на использовании ЭВМ, численных методов и более точном описании механических свойств грунтов. Ознакомиться с основами нелинейной механики грунтов можно по учебникам [6 – 8] и учебному пособию [9].

Темы 8–10. Теория предельного напряженного состояния грунтов (или теория предельного равновесия) широко используется для определения предельных нагрузок на основания, при анализе устойчивости разнообразных взаимодействующих с грунтом конструкций (анкера, сваи, ограждения и т.д.) и массивов грунта. В прилагаемом конспекте материал по этим темам дан в минимальном для понимания объеме. Более полное ознакомление требует чтения соответствующих разделов учебников [6, 7]. Численные методы решения задач теории предельного равновесия рассмотрены в учебном пособии [10].

Изучение теоретического материала следует сопровождать составлением конспекта и решением задач. Большое количество упражнений и задач по механике грунтов с примерами их решения приведено в пособиях [4, 5].