Механика грунтов. Основания и фундаменты

1. Введение Механика грунтов и Основания и фундаменты

К.т.н., доцент кафедры Геотехники СПбГАСУ
Конюшков Владимир Викторович

2.

Происхождение грунтов
Грунты подразделяются по своему геологическому происхождению:
- магматические, изверженные, образовавшиеся в результате застывания магмы;
они имеют кристаллическую структуру и классифицируются как скальные
грунты;
- метаморфические, которые образовались в результате действия на
метаморфические и осадочные породы высоких температур и больших давлений;
они классифицируются как скальные грунты;
- осадочные - образовались в результате механического, физического,
химического разрушения и выветривания горных пород при температурновлажностных воздействиях;
-техногенные - образовались в результате деятельности человека.

3.

Классификация грунтов по классам по ГОСТ 25100-2011

4.

Классификация грунтов по ГОСТ 25100-2011

5.

Взаимодействие грунта с конструкциями зданий и сооружений

6.

Определение термина грунт. Область использования грунта

7.

Область исследования Механики грунтов, Оснований и
фундаментов. Взаимосвязь с другими дисциплинами
Механика грунтов – это теоретическая научная дисциплина, в которой
изучаются структура, текстура, физико-механические свойства грунтов, а также
напряженно-деформированное состояние грунтовых массивов.
Основания и фундаменты – это практическая дисциплина, в которой
изучаются принципы расчетов, проектирования и технологии строительного
производства оснований и фундаментов под здания и сооружения.
Основной целью Механики грунтов является анализ напряженнодеформированного состояния грунтового массива на момент исследования и
прогноз напряжений и деформаций грунтовых массивов с учетом природных и
техногенных нагрузок и воздействий.
Основной целью Основания и фундаментов является проектирование и
устройство фундаментов, наиболее оптимальных с точки зрения технологии
устройства, экономичности и эксплуатационной надежности.
Развитие Механики грунтов, Оснований и фундаментов происходило
параллельно с развитием следующих научных дисциплин: инженерной геологии,
физики, химии, гидравлики, гидрологии, гидрогеологии, строительной механики,
строительных материалов, сопротивления материалов, технология строительного
производства и многих других. Эти дисциплины в свою очередь основаны на
гипотезах принятых в теориях упругости, пластичности и ползучести.

8.

Основные гипотезы Сопротивления материалов, применяемые в Механике
грунтов
1
2
3
4
5

9.

Теория упругости, теория пластичности и теория предельного напряженного
состояния
Теория упругости – прямо пропорциональная зависимость напряжений и
деформаций
Тео́рия пласти́чности — раздел механики сплошных сред, задачами которого
является определение напряжений и перемещений в деформируемом теле за
пределами упругости (упругие и пластические деформации)
Теория предельного напряженного состояния –предельное напряженное
состояние материала, после которого происходит потеря прочности или
устойчивости.

10.

Теория ползучести
В физических уравнениях теории упругости и теории пластичности
введено допущение, что при действии внешних сил тело деформируется
мгновенно. Однако, в действительности полная деформация любой точки
заданного тела при действии внешних сил, формируется в течении определенного
промежутка времени. Далее известно, что все материалы обладают свойством
старения, т.е. физико механические характеристики во времени меняются,
поэтому учет временных процессов, протекающих в элементах конструкций в
период действия внешних сил имеет важное значение в плане совершенствования
методов их расчета. Свойства материалов связанные с деформацией во времени
при действии внешних постоянных нагрузок называются ползучестью.

11.

Начало Механики грунтов, Оснований и фундаментов в виде
научных исследований в Европе
Возведение фундаментов длительное время являлось скорее ремеслом, чем
наукой. До ХVI века единых теоретических исследований по строительству
фундаментов не существовало, строили полагаясь на практический опыт, который
передавался их поколения в поколение и не очень распространялся для
«посторонних». Большинство фундаментов возводились по образу и подобию
предшествующих конструкций. Как правило, существовали семейные династии
зодчих, которые возводили фундаменты и здания и передавали этот опыт из
поколения в поколение от отца к сыну.
В 1773 году французский ученый Шарль Кулон впервые разработал теорию
давления грунтов на подпорные стенки, в которой отразил основные
закономерности поведения грунтов под нагрузкой и сопротивление грунтов
сдвигу. Он выдвинул гипотезу о том, что при воздействии нормальных
напряжений на грунт в нем образуются внутренние силы сопротивления сдвигу
характеризуемые касательными силами трения. Его гипотеза была подтверждена
и доказана серией опытных экспериментов.
В результате если до научных исследований Шарля Кулона фундаменты
закладывались исходя из опыта строительства, то после открытия им закона
сопротивления грунтов сдвигу появилась возможность на стадии проекта
разрабатывать различные варианты конструкций взаимодействующих с грунтом:
подпорные стены, стены в грунте, причалы, откосы и прочие сооружения,

12.

Начало Механики грунтов, Оснований и фундаментов в виде
научных исследований в России
В 1801 году русский академик Н. И. Фусс впервые предложил гипотезу о
пропорциональности между осадкой грунта и передаваемым на него давлением.
Эта теория была революционной, так как впервые предложила учитывать не
только напряжения, возникающие в основании зданий и сооружений, для
расчетов прочности и устойчивости но и учитывать деформации, возникающие от
нагрузок и воздействий действующих по подошве фундаментов. Позднее эта
теория была использована немецким ученым Е. Винклером для решения задачи
по определению усилий и деформаций при совместной работе грунтов и
фундаментов. Следует отметить труды ученых не являющихся классическими
представителями Механики грунтов, оснований и фундаментов однако, внесшими
огромный вклад в развитие этих научных дисциплин. Примером может служить
профессор Института инженеров путей сообщения С. П. Тимошенко. Именно С.
П. Тимошенко развил теорию Винклера-Фуссо «балка на упругом основании» для
практических расчетов элементов железнодорожного полотна: рельсов, шпал как
элементов взаимодействующих с грунтом в виде упругого основания. Позднее он
вывел гиперболо-тригонометрическую функцию для расчетов стержня в упругой
среде при воздействии различных сочетаний нагрузок. Эти теоретические
исследования до сих пор используются при расчетах свайных фундаментов на
горизонтальную нагрузку, как в России, так и во всем мире.

13.

Объединение гидравлики с Механикой грунтов. Появление
Гидрологии и Гидрогеологии
В 1856 году французский ученый Гаспар Дарси сформулировал и доказал
гипотезу о движении подземной воды в грунтах и таким образом в этой теории
были заложены предпосылки к рассмотрению грунтовой толщи как
многокомпанетной среды. После открытия Гаспара Дарси грунт стали
рассматривать как трехкомпанетную среду, состоящую и частиц грунта, воды
заключенной в порах между частицами грунта и пузырьков воздуха,
растворенных в воде. Это открытие позволило учитывать движение подземных
вод в грунтовой толще, рассчитывать давление воды на грунт и сопротивление
грунта совместно с подземной водой прикладываемым нагрузкам. В дальнейшем
научное открытие Гаспара Дарси привело к появлению новых дисциплин:
Гидрологии и Гидрогеологии.

14.

Появление научных книг по Механике грунтов, Основаниям и
фундаментам а мире и России
Начало разработке теории сопротивления грунтов и расчета
устойчивости оснований положено предложенной в 1857 г. формулой Г. Е.
Паукера. Она вывел требуемую глубину заложения фундамента в сыпучих
грунтах по условию устойчивости грунта.
Первый курс «Основания и фундаменты» в России был издан в
Петербурге в 1869 г. профессором, военным инженером Николаевской
инженерной академии В. М. Карлович (1834-1892).
Широко был известен «Краткий курс оснований и фундаментов»
профессора В. И. Курдюмова (1853-1904), выдержавший три издания в 1891, 1902
и 1916 годах
Первой фундаментальной книгой по Механике грунтов в мире следует
считать монографию Карла Терцаги изданную в 1924 г. под названием «Механика
грунтов».
Первый учебник в Советском Союзе «Основы механики грунтов» был
издан в 1934 г. профессором Н. А. Цытовичем (1900-1984). Н. А. Цытович внес
огромный вклад российской науки в механику мерзлых грунтов. Впервые в мире
в России стали успешно строить в сложнейших условиях вечной мерзлоты на
основе научных исследований многих российских ученых.

15.

Вклад в Основания и фундаменты профессоров СПбГАСУ
Заведующий кафедрой Оснований и фундаментов, профессор ЛИСИ Б. И.
Далматов исследовал работу фундаментов на сильносжимаемых основаниях, что
обуславливается сложнейшими инженерно-геологическими условиями СанктПетербурга. Б. И. Далматов был заведующим кафедрой Геотехники СПбГАСУ в
период с 1959 по 1990 г.
Исследования, выполненные профессором Б. И. Далматовым до сих пор
применяются при оценке поведения слабых сильносжимаемых грунтов под
нагрузкой, оценке влияния производства работ на осадки зданий и сооружений,
учету совместной работы грунтов, фундаментов и надземных конструкций,
оценке влияния возведения новых сооружений в условиях плотной городской
застройки и работе подстилающих основание слабых, сильносжимаемых грунтов.
Под руководством Б. И. Далматова успешно закончили аспирантуру и
защитили кандидатские диссертации свыше 100 аспирантов. Многие из
заведующих кафедрами Механики грунтов, Основания и фундаментов, а также
профессора и доценты этих кафедр из Санкт-Петербурга, Москвы и в других
городах России были учениками Б. И. Далматова.
В 2010 году в СПбГАСУ была проведена научная конференция посвященная
100-летнему юбилею этого русского ученого.
5,6,7 февраля 2014 г. планируется проведение конференции, посвященной 80летию кафедры Геотехники СПбГАСУ, основанной профессором Н. А.
Цытовичем в 1934 г.

16. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ КАФЕДРЫ

1928 г. – создано отделение по испытанию грунтов, преобразованное
в 1929 г. в самостоятельную лабораторию грунтоведения и механики грунтов.
В 1933 г. лаборатория преобразована в кафедру основания и фундаментов,
которую возглавил профессор С.А.Тихонов (1933-1936), а в дальнейшем
профессор Б.Д. Васильев (1936-1940 и 1944-1950).
В 1940 г. профессор Н.А. Цытович организовал и возглавил кафедру механики
грунтов которой и руководил до 1948 г.
В 1950 г. обе кафедры объединились под названием «Основания, фундаменты
и механика грунтов» и до 1957 г. ее возглавляет профессор Н.Н. Маслов.
Длительный период с 1958 по 1990 гг. заведующим кафедрой являлся
профессор Б.И. Далматов.
с 1990 по 2002 гг. кафедрой руководит профессор С.Н. Сотников.
В 1992 году кафедра переименовывается в кафедру геотехники.
В 1999 г. при кафедре образован НПКЦГТ СПбГАСУ.
С 2002 г. и по настоящее время кафедру возглавляет профессор
Р.А. Мангушев.

17. Заведующие кафедрой

Николай Александрович Цытович выпускник ЛИСИ, Заслуженный деятель науки
и техники СССР, доктор технических наук,
член-корреспондент АН СССР, Герой
социалистического труда СССР.
Организовал первую в СССР мерзлотную
лабораторию для экспериментальных работ и
стал по сути основоположником механики
мерзлых грунтов. Работал на кафедре
доцентом,
профессором,
заведующим
кафедрой.
Им изданы фундаментальные монографии
«Основы
механики
мерзлых
грунтов»,
«Механика мерзлых грунтов», «Механика
грунтов» (общая и прикладная)» и др.,
многочисленные учебники по механике
грунтов и основаниям и фундаментам.
Автор более 300 научных трудов, включая
патенты на изобретение.

18. Заведующие кафедрой

Васильев Борис Дмитриевич окончил политехнический институт.
Генерал-майор инженерных войск, доктор
технических наук. Заслуженный деятель науки
и техники РСФСР.
Крупный инженер-практик, автор учебников
«Основания и фундаменты», монографии
«Строительство зданий на сжимаемых грунтах»
(1955 г.).
С 1930 г. – профессор и заведующий кафедрой
военно-транспортной
академии,
затем
заведующий кафедрой высшего военного
инженерно-технического
училища.
По
совместительству заведовал в разные годы
кафедрой «Основания и фундаменты» в ЛИСИ
(с 1936 по 1940 гг. и с 1944 по 1950 гг.).

19. Заведующие кафедрой

Маслов Николай Николаевич выпускник Петроградского института
путей сообщения. Доктор технических
наук, профессор, Заслуженный деятель
науки и техники СССР.
С 1946 по 1958 год руководил
лабораторией инженерной геологии ВНИИ
гидротехники.
В период с 1950 по 1958 г. - заведующий
кафедрой «Основания и фундаменты»
ЛИСИ. С его приходом на работу в ЛИСИ
сформировалось новое для кафедры
научное направление – гидротехническое
строительство. Стали изучаться
динамические свойства, ползучесть,
устойчивость массивов грунтов.
Автор более 200 научных трудов.
включая широко известные учебники и
монографии в области инженерной
геологии и механики грунтов.

20. Заведующие кафедрой

Далматов Борис Иванович окончил Ленинградский институт промышленного
строительства. Доктор технических наук, профессор,
Заслуженный деятель науки и техники СССР.
Далматов Б.И. внес весомый вклад в различные
области геотехники, включая строительство на мерзлых и
оттаивающих грунтах, свайное фундаментостроение,
теорию и практику строительства зданий и сооружений
на слабых грунтах.
Автор более 300 научных трудов, в числе которых
многочисленные монографии и учебники по механике
грунтов, основаниям и фундаментам. Б.И.Далматовым
создана научная школа, включающая несколько
направлений.
Создал научную школу современного
фундаментостроения. Подготовил более 70 кандидатов
наук и 8 докторов технических наук.

21. Заведующие кафедрой

Сотников Сергей Николаевич
–
выпускник
геологического факультета ЛГУ.
Доктор технических наук, профессор, Заслуженный
деятель науки и техники РСФСР.
Работал на кафедре с 1959 г. по 2005 г. Известный в
городе специалист по строительству на слабых
грунтах, реконструкции зданий и сооружений,
усилению фундаментов.
Принимает активное практическое участие в
обследовании и строительстве уникальных объектов в
Санкт-Петербурге.
Под
его
руководством
сформировалось новое научное направление –
устройство фундаментов вблизи существующих
зданий.
Автор и соавтор более 150 научных трудов, среди
которых две монографии, учебные пособия и учебники
по механике грунтов, основаниям и фундаментов,
патенты и авторские свидетельства на изобретение.

22. Учебники и учебные пособия, изданные с 2001 г.

2001 г.
2002 г.
2006 г.

23. Учебники и учебные пособия, изданные с 2009 г.

2009 г.
2011 г.

24. Учебники и учебные пособия, изданные с 2010 г.

2012 г.
2010 г.г.
2013 г.

25. Тематические конференции памяти профессоров Б.И.Далматова и А.Б.Фадеева

26. СПРАВОЧНИК ГЕОТЕХНИКА. Основания. Фундаменты. Подземные сооружения. 2014 г. (728 стр.)

27. Территориальные строительные нормы