Механика грунтов

1.

МЕХАНИКА ГРУНТОВ

2.

Механика грунтов – научная дисциплина, изучающая
изменение физических и механических свойств
грунтов под влиянием внешних воздействий, методы
расчета напряженного состояния и деформаций
оснований, оценки устойчивости грунтовых массивов,
давление грунта на сооружения.
Теория упругости
Связь с другими дисциплинами
Строительная
механика
Механика грунтов
Основания и
фундаменты
Инженерная
геология
Теоретическая
дисциплина
Прикладная
дисциплина

3.

Содержание курса «Механика грунтов»
1. Состав , строение и классификация грунтов.
2. Физические свойства грунтов.
3. Основные закономерности механики грунтов.
Механические свойства грунтов.
4. Определение напряжений в массивах грунтов.
5. Прочность и устойчивость грунтовых массивов.
6. Устойчивость откосов и склонов.
7. Давление грунтов на ограждающие конструкции.
8. Деформации грунтов и расчет осадок оснований
сооружений.

4.

Грунт – многофазная система
3 фазы:
1. твердые частицы (твердая фаза)
2. вода (жидкая фаза)
3. газ (воздух) (газообразная фаза)
От соотношения фаз грунта зависят его свойства

5.

2 фазы
1. твердые частицы (твердая фаза)
2. вода (жидкая фаза)
2 фазы
1. твердые частицы (твердая фаза)
2. газ (воздух) (газообразная фаза)
4 фазы
1. твердые частицы (твердая фаза)
2. вода (жидкая фаза)
3. газ (воздух) (газообразная фаза)
4. лед

6.

Твердая фаза (минеральные частицы)
Свойства грунта зависят от:
• размеров минеральных частиц;
• формы минеральных частиц;
• минералогического состава.

7.

Классификация твердых частиц по размеру
Наименование частиц
Размер частиц (мм)
Валуны (окатанные),
камни (угловатые)
Галька (окатанные),
щебень (угловатые)
Гравий (окатанные),
дресва (угловатые)
> 200
10 200
2 10
Песчаные
0,05 2
Пылеватые
0,005 0,05
Глинистые
< 0,005

8.

Свойства грунтов
Из крупных частиц
Из мелких частиц
Высокая прочность
Низкая прочность
Низкая сжимаемость
Высокая сжимаемость
Сыпучие
Связные
Водопроницаемые
Водонепроницаемые
Незначительное изменение Значительное
изменение
свойств под воздействием свойств под воздействием
неблагоприятных факторов неблагоприятных факторов

9.

Глинистые частицы по химическому анализу
существенно отличаются от остальных
(форма их чешуйчатая и игольчатая).
Удельная поверхность:
В 1 грамме грунта (глина – монтмориланит) = 800 м2
В 1 грамме грунта (песок) = 0,8 м2
Глины
Содержит частиц
< 0,005 мм, (%)
> 30
Суглинок
10 30
Супесь
3 10
<3
Наименование грунта
Песок

10.

Свойства твердых частиц
Твердые частицы грунтов состоят из породообразующих минералов
По отношению к воде твердые частицы делят на
три основные группы:
1.Инертные (кварц, полевые шпаты, слюда, авгит, кремень,
роговая обманка и др.). Грунты, сложенные инертными
минералами
обычно
обладают
хорошими
строительными свойствами.
2.Растворимые (галит NaCl, гипс CaSO4 2Н2О, известняк
СаСО3 и другие). Растворимые минералы оказывают
существенное влияние на свойства грунта. Это
объясняется их растворением при увлажнении и далее химической суффозией.
3.Глинистые минералы (каолинит, монтмориллонит, иллит
и др.). Эти минералы не растворимы в воде, однако,
ввиду специфической формы частиц (пластинчатая и
игольчатая) и малых размеров (1…2 мкм) они при
взаимодействии с водой образуют коллоидные
системы. Иными словами, глинистые частицы обладают
свойством гидрофильности.

11.

Суффозионные процессы при растворении
солей в грунте

12.

Жидкая фаза (вода)
2 состояния воды в грунтах:
1. Свободное (свободная вода)
Не связана с минеральными частицами
Свойства как у обыкновенной воды
Пески, крупнообломочные грунты
2. Связанное (связанная вода)
Связана с минеральными частицами
Свойства другие
Супеси, суглинки, глины (содержат глинистые
частицы < 0,005 мм)

13.

Диполь – молекула воды Н2О

14.

1 - кристаллизационная, или прочносвязанная – электромолекулярные силы
притяжения несколько сотен и даже тысяч МПа, удалить эту воду практически
невозможно, замерзает при t0 -70 0 .
2 – рыхлосвязная – электромолекулярная сила притяжения несколько
десятков МПа, удаляется только при t 0 = 105 0, замерзает при t 0 -1 0 …- 3 0 C.
3 – свободная, гравитационная (капиллярная вода).

15.

Свойства прочносвязанной воды:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Высокая плотность
Не проводит электрический ток
Замерзает при температуре ниже 0 0С
Испаряется при температуре выше 100 0С
Не растворяет соли
Придает грунту упругие свойства

16.

Газообразная фаза (воздух, газ)
Свободный газ:
Растворенный в воде
Газообразная составляющая в самых верхних
слоях грунта представлена атмосферным
Незащемленный
воздухом, ниже – азотом, метаном,
(сообщающийся Защемленный сероводородом и другими газами.
Газообразная
компонента
грунта
в
с атмосферой) (находящийся
зависимости от внешних условий может
в замкнутых растворяться в жидкости, выделяться из
порах)
нее, вытесняться из пор грунта жидкостью.
Поровый газ существенно влияет на свойства грунта. Уменьшение давления при
извлечении грунтового образца на поверхность с большой глубины
сопровождается выделением пузырьков растворенного в воде газа и далее разрушением природной структуры грунта. Это искажает фактические
значения физических, прочностных и деформационных свойств грунта.
Свободный незащемленный воздух на свойства грунта не влияет.
Замкнутый (защемленный) и растворенный придают грунту упругие свойства.

17.

Структура и текстура грунта
структура грунта - взаимное расположение частиц
грунта и характер связи между ними
текстура грунта - сложение грунта в массиве
слоистая - характерна для грунтов водного
происхождения (речные, озерно-ледниковые,
морские отложения)
порфировидная (сыпучая) - характерна для
песков, гравелистых грунтов и пр.
слитная(однородная) - присуща древним морским
отложениям
ячеистая - характерна для засолённых,
дисперсных мёрзлых грунтов

18.

Структура грунта
зернистая
сотообразная
хлопьевидная

19.

Текстура грунта
слоистая
(ленточная)
порфировая
ячеистая
слитная

20.

СВЯЗИ МЕЖДУ МИНЕРАЛЬНЫМИ ЧАСТИЦАМИ
2 группы грунтов:
• несвязные (сыпучие) –
крупнообломочный грунт, песок
• связные – супесь, суглинок, глина,
скальный

21.

СВЯЗИ МЕЖДУ МИНЕРАЛЬНЫМИ ЧАСТИЦАМИ:
• водно-коллоидные
• кристаллизационные

22.

Водно-коллоидные связи –
электромолекулярные силы
взаимодействия между глинистыми
частицами, пленками воды и
коллоидными частицами
Глинистые грунты
Малопрочные
Обратимые

23.

Кристаллизационные связи –
кристаллы, образующие в точках
контактов минеральных частиц
Скальные грунты
Прочные
Необратимые
Прочность зависит
кристалла
от
минерала

24.

Спасибо за внимание!