Общие сведения о механике грунтов, основаниях и фундаментах. Лекция 1

1.

Лекция 1.
Тема: «ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕХАНИКЕ ГРУНТОВ,
ОСНО-ВАНИЯХ И ФУНДАМЕНТАХ
Список рекомендуемой литературы:
1. Рыжков И.Б. Механика грунтов, основания и фундаменты.
-Уфа.: Изд. БГАУ . 2007. -496 с.
2. Силкин А.М., Фролов Н.Н., Юрченко С.Г. –М.: Изд.
«Мир»2002
3. Рыжков И.Б., Зубаиров Р.Р. Механика грунтов, основания и
фундамен-ты. Практикум -СПб.: Изд. «Лань» . 2020. -204 с.

2.

План лекции
1. Основные понятия, особенности
изучаемой дисциплины.
2. Грунты, их классификации.
3. Основания, фундаменты – основные
понятия и термины.
4. Составные части грунтов

3.

Механика грунтов, основания и фундаменты – область
строитель-ной науки, изучающая поведение земляных масс
под нагрузкой и способы обеспечения надежности и
экономичности фундаментов. Задачи механики грунтов
осложняются следующими обстоятельствами:
- грунты очень многообразны и неоднородны;
- грунты плохо подчиняются простейшим законам
механики (закону Гу-ка, закону Кулона и др.);
- последствия неправильного прогноза поведения грунтов
обычно намного опасней, чем ошибки в оценке надземных
конструкций.

4.

Грунты и их классификации
Грунты – любые горные породы, почвы, техногенные
образования, являющиеся объектом инженернохозяйственной деятельности человека.
Полускальные грунты отличаются от скальных меньшей
прочностью: их сопротивление раздавливанию (при
одноосном сжатии) менее 5 МПа, скальных – более 5 МПа.

5.

Классификация дисперсных грунтов

6.

Основания, фундаменты – основные понятия и термины
Фундаментом называется подземная часть здания или сооружения, передающая нагрузку от надземной части на грунт (который в этом случае
именуется основанием).
Основанием называется массив грунта находящийся под фундаментом

7.

Грунты представляют собой пористые материалы, поры
которых могут быть полностью или частично заполнены
водой

8.

В большинстве глинистых грунтов воздуха мало, т.е.
преобладают твердые частицы и вода. Примерно 70…75%
глинистых грунтов, лежащих вблизи поверхности земли (до
глубины 8…10м), являются водонасыщенны-ми, т.е. их поры
можно считать полностью заполненными водой. Это может
наблюдаться и в случаях, когда такие грунты располагаются
выше уровня подземных вод. Органические вещества
встречаются лишь в некоторых ви-дах грунтов (почвы, илы и
т.д.).

9.

Твердые частицы
Твердые частицы (скелет грунта) в дисперсных грунтах составляют обычно
50…70% общего объема грунта, в скальных – 97…98%.
Связи между частицами скальных и полускальных грунтов являются
преимущественно кристаллизационными (т.е. химическими)
В дисперсных несвязных грунтах (пески, гравий и т.д.) связи вообще отсутствуют. Взаимному смещению препятствуют только трение и зацепление. В
дисперсных связных грунтах (глины, суглинки и т.д.) превалируют водноколлоидные (т.е. физико-химические) связи. Они мягкие, вязкие, способные
восстанавливаться после разрушения. В ограниченном количестве в некото-рых
глинистых грунтах (обычно элювиального происхождения) могут присутствовать кристаллизационные связи.
Прочность и жесткость скальных грунтов могут быть на несколько по-рядков
выше, чем у дисперсных грунтов, но она сильно зависит от их тре-щиноватости.

10.

Классификайия по размеру частиц
Твердые частицы дисперсных несвязных грунтов
классифицируются по размерам, и в зависимости от доли
этих частиц в грунте производится клас-сификация
несвязных грунтов. Несвязные грунты, в которых
превалируют частицы более 2мм (по массе более 50%),
относят к крупнообломочным, если же таких частиц менее
50% – к пескам. Существуют более детальные классификации, т.е. разделение несвязных грунтов на песок,
гравий, галечник и т.д., что рассматривается ниже в разделе
о свойствах грунта.
Глинистые частицы имеют размер менее 0,002мм.

11.

Минеральный состав
Минеральный состав твердых частиц несвязных грунтов аналогичен
составу материнской (скальной) породы, так как эти грунты являются
про-дуктом физического выветривания. Это обычно кварц, реже –
полевой шпат
и т.п. Минеральный состав таких грунтов мало отражается на их
строитель-ных свойствах (по крайней мере, применительно к грунтам
нашей страны).
Минеральный состав дисперсных грунтов непосредственно в расчетах
оснований не фигурирует. Он определяется редко, в основном для нужд
про-изводства строительных материалов, в изысканиях для
строительства круп-ных гидротехнических сооружений, в научных
исследованиях

12.

Минеральный состав твердых частиц глинистых грунтов
существенно отличается от состава материнской породы, так как
глинистые грунты явля-ются продуктом химического выветривания
скальных пород. Свойства гли-нистых грунтов существенно зависят
от минерального состава твердых ча-стиц. Известно более 50
глинистых минералов, которые разделяются на три группы,
именуемые по названиям группообразующих минералов группами
каолинита, гидрослюды и монтмориллонита. Для упрощения часто
пренебре-гают различиями внутри этих групп и условно сводят
классификацию к трем минералам – каолиниту, гидрослюде и
монтмориллониту.

13.

Вода в грунте
Вода в грунте может быть четырех видов, не считая замерзшей
Гравитационная вода подчиняется законам гидравлики. При этом сво-бодная
вода способна перемещаться в грунте под действием гидродинамиче-ских сил
(разности напоров), а капиллярная – обычно неподвижна, она «за-висает» в
порах грунта благодаря действию капиллярных сил.
Связанная вода образуется благодаря действию вокруг глинистых ча-стиц
электромолекулярных сил. Такая вода характерна в основном для гли-нистых
грунтов, так как из-за малых размеров глинистых частиц площадь их контакта с
окружающей водой очень велика.

14.

Причины возникновения связной воды
Поверхность глинистых частиц всегда заряжена отрицательно, что является причиной образования вокруг них электромагнитного поля.
Молекулы воды, как известно из химии и молекулярной физики,
представляют диполь, который, попадая в электромагнитное поле,
ориентируется в соответствии с направлениями силовых линий этого
поля. В связи с этим вокруг каждой глинистой частицы происходит
ориентация молекул воды, которые повора-чиваются своими
положительными полюсами к поверхности этих частиц и образуют вокруг
каждой частицы так называемые диффузные оболочки из
ориентированных молекул воды

15.

Образование связанной воды: а – прочно связанная вода
(ближайшие к твердой поверхности слои ориентиро-ванных
молекул воды), б – рыхло связанная вода (более удаленные слои), в
– свободная вода (за пределами действия электромолекулярных
сил твердой ча-стицы); 1– твердая частица, 2 – молекулы воды

16.

Наиболее близкие к поверхности твердой частицы слои молекул
обра-зуют прочно связанную воду. Рыхло связанная вода образуется в
более от-даленных слоях диффузной оболочки Такая вода находится
в особом твер-дом состоянии, при котором ее прочность соизмерима
с прочностью твердых частиц.
По сравнению с гравитационной водой связанная вода обладает
большей плотностью, большей вязкостью, более низкой
температурой замерзания (глины полностью замерзают лишь при –
20…–300С).
В несвязных грунтах доля связанной воды мала настолько, что всю
воду в них допустимо считать гравитационной.

17.

Воздух в грунте может быть
- защемленным (в виде отдельных пузырьков);
- свободным, т.е. сообщающимся с атмосферой;
- растворенным в воде.
В несвязном грунте весь воздух можно считать
свободным.
Воздух в глинистом грунте может (при прочих равных
условиях) прида-вать этому грунту упругость,
увеличивать подвижность.