- •Грунт, горная порода, минерал. Классификация грунтов и горных пород. Основание, фундамент. Грунт как многокомпонентная среда.
- •Основные задачи механики грунтов.
- •Твердая фаза: гранулометрический состав, фракции, методы определения, кривая грансостава. Классификация несвязных грунтов.
- •Твердая фаза: минералогический состав и форма частиц.
- •Жидкая фаза. Виды воды в грунтах. Миграция и фильтрация.
- •Газообразная фаза. Структурные связи в нескальных (дисперсных) грунтах.
- •Лед как четвертая фаза мерзлого грунта.
- •Производные фазовые характеристики: формулы по определению, расчетные формулы, практическое значение.
- •Пластичность и консистенция: понятие и методы определения. Классификация глинистых грунтов.
- •Оптимальная влажность и максимальная плотность.
- •Механические свойства грунтов. Упругие и пластические деформации. Механические характеристики.
- •Определение деформационных характеристик в одноосных испытаниях. Закон Гука. Коэффициент Пуассона.
- •Компрессионные испытания. Схема опыта. Диаграмма сжатия. Определение модуля деформации по диаграмме сжатия.
- •Компрессионные испытания. Схема опыта. Компрессионная кривая. Определение модуля деформации через характеристики сжимаемости.
- •Компрессионные испытания. Циклическое нагружение.
- •Компрессионные испытания. Просадочность: сущность явления, относительная просадка, методы определения, начальное просадочное давление.
- •Сдвиговые испытания. Закон Кулона. Прочностные характеристики: угол внутреннего трения и удельное сцепление.
- •Стабилометрические испытания. Схема опыта. Методика проведения опыта. Определение деформационных характеристик.
- •Стабилометрические испытания. Схема опыта. Методика проведения опыта. Определение прочностных характеристик.
- •Три фазы деформирования грунта по н.М. Герсеванову. Первая и вторая критические нагрузки. Предпосылки теоретического описания работы грунтовых массивов.
- •Основные физические законы, описывающие процесс деформирования грунта.
- •Обобщенный закон Гука.
- •Формы разрушения грунта. Закон Кулона. Взаимное положение прямой Кулона и круга Мора. Закон Кулона-Мора в компонентах напряжений ( 1, 3) и ( X, z, xz).
- •Закон Кулона-мора и прочность на одноосное сжатие.
- •Пространственная и плоская задачи механики грунтов. О математическом моделировании. Основные гипотезы.
- •Статическая сторона задачи: уравнения равновесия моментов и сил.
- •Геометрическая сторона задачи. Уравнения Коши.
- •Цели и гипотезы теории линейно-деформируемой среды (тлдс).
- •Постановка плоской и пространственной задач теории линейно-деформируемой среды (тлдс).
- •Бытовые и дополнительные напряжения. Определение бытовых напряжений в различных грунтовых условиях.
- •Задача Фламана. Напряжения, эпюры, осадка поверхности.
- •Задача Фламана. Доказать, что выражения для напряжений удовлетворяют исходным уравнениям тлдс и граничным условиям.
- •Задача о произвольной полосовой нагрузке на горизонтальном основании (плоская задача).
- •Задача Мичелла. Напряжения, эпюры, осадка поверхности. Угол видимости.
- •Задача Буссинеска. Напряжения, эпюры, осадка поверхности.
- •Задача о произвольной нагрузке на горизонтальном основании (пространственная задача).
- •Задача Лява-Короткина. Метод угловых точек. Формула Шлейхера.
- •Принципиальный характер распределения бытовых и дополнительных напряжений в основании.
- •Расчет осадок основания методом послойного суммирования.
- •Контактная задача. Гибкие и жесткие фундаменты. Уравнение изогнутой оси фундамента. Модели Фусса-Винклера и тлдс.
- •Контактная задача. Основное уравнение контактной задачи по модели ФуссаВинклера. Решение для жесткого фундамента по модели Фусса-Винклера.
- •Контактная задача. Основное уравнение контактной задачи по модели тлдс. Решение для жесткого фундамента по модели тлдс. Формулы м. Садовского и в.А. Флорина.
- •Постановка плоской задачи теории предельного равновесия грунтов (тпрг). Понятие о линиях скольжения.
- •Несущая способность оснований. Формула Терцаги. Решения для невесомого сыпучего основания, идеально-связного основания и весомого сыпучего основания.
- •Предельная высота вертикального откоса. Равноустойчивые контуры склонов.
- •Приближенный метод расчета устойчивости склонов. Основные гипотезы. Порядок расчета. Коэффициент устойчивости.
- •Понятие активного и пассивного давления грунта на подпорную стенку.
- •Формулы для активного и пассивного давлений. Призма обрушения и призма выпирания.
- •Исследование эпюр активного и пассивного давлений. Случай двухслойного основания за стенкой.
- •Расчет подпорной стенки на устойчивость против сдвига, опрокидывания и глубокого сдвига. Коэффициент устойчивости.
- •Теория фильтрационной консолидации (тфк). Основные понятия и принцип эффективных напряжений. Механическая модель консолидирующегося грунта.
- •Закон Дарси. Скорость фильтрации и расход воды. Гидравлический градиент. Напор. Коэффициент фильтрации. Начальный гидравлический градиент.
- •Основное уравнение одномерной задачи тфк.
- •Задача о консолидации слоя грунта конечной толщины. Осадка слоя конечной толщины. Консолидация двух слоев разной мощности.
Основные задачи механики грунтов.
«Механика грунтов» – это своего рода продолжение «Сопротивления материалов», где исследуемым материалом является грунт. Вычисление напряжений и деформаций, построение эпюр напряжений и т.п. – в обеих дисциплинах этим задачам уделяется очень много внимания. Вместе с тем, есть и существенные различия.
Исследование физико-механических свойств грунтов, в том числе грунтов структурно-неустойчивых, т.е. просадочных, пучинистых, набухающих, заторфованных.
Определение напряжений и деформаций грунтовых массивов от действия собственного веса и в процессе нагружения внешними силами.
Определение прочности грунтов и устойчивости оснований сооружению
Исследование реологических (деформационные) свойств грунтов и изменения напряженно-деформированного состояния во времени.
Исследование работы грунтовых массивов при динамических воздействиях.
Таким образом, механика грунтов занимается исследованием физикомеханических свойств грунтов и разработкой математических методов описания поведения грунтов и связанных с ними явлений.
Твердая фаза: гранулометрический состав, фракции, методы определения, кривая грансостава. Классификация несвязных грунтов.
Свойства твердой фазы (скелета грунта – минеральные частицы) зависят в первую очередь от крупности частиц, их формы и минералогического состава.
В природных грунтах размер зерен изменяется в очень широком диапазоне - от долей микрона до сантиметров. Совокупность частиц определенных размеров называют фракцией. В инженерной практике выделяют четыре основные фракции
крупнообломочную — размер частиц более 2 мм;
песчаную — размер частиц 2…0,05 мм;
пылеватую — размер частиц 0,05…0,002 мм;
глинистую — размер частиц менее 0,002 мм.
Дополнительно выделяют нередко и другие фракции, например, коллоидную с размером частиц менее 0,001 мм.
Процентное отношение выделенных в данном объеме грунта фракций к его общей массе называется гранулометрическим составом.
Грансостав исследуют в основном двумя методами – ситовым методом для крупных фракций (частицы с условным диаметром более 0,25…0,1 мм) и ареометрическим для мелких (диаметр менее 0,25…0,1 мм).
Ситовой метод заключается в просеивании грунта через стандартные сита, имеющие отверстия определенных размеров – обычно 10 мм, 5 мм, 2 мм, 1 мм, 0,5 мм, 0,25 мм, 0,1 мм. Взвешивая раздельно остатки грунта на ситах, получают массу каждой фракции, которые выражают в процентах к общей массе всех фракций.
Ареометрическим методом исследуют гранулометрический состав мелких частиц, которые невозможно просеять.
Частицы грунта помещают в колбу 6 с водой и взбалтывают.
Когда все частицы находятся во взвешенном водой состоянии, в суспензию помещают ареометр 2 – прибор для измерения плотности.
Со временем частицы выпадают в осадок 7. При этом сначала выпадают более крупные, тяжелые частицы, затем более мелкие.
По мере уменьшения плотности суспензии ареометр погружается. Производя по шкале ареометра замеры плотности суспензии в определенные моменты времени, судят о скорости выпадения частиц в осадок, а затем, используя решение Стокса о скорости падения шара в вязкой жидкости, вычисляют диаметры частиц.
В результате анализа ситового и ареометрического определяется количественное содержание в грунте всех фракций, выраженное в процентах по отношению к общей исследуемой массе.
Результаты исследования грансостава представляют либо в виде стандартной таблицы, либо графически – в виде кривой гранулометрического состава грунта.
Точка на кривой грансостава показывает, сколько в грунте содержится частиц диаметром меньше данного (в процентах по массе).
Данные гранулометрического состава служат для определения разновидностей несвязных грунтов крупнообломочных и песчаных.
По кривой грансостава оценивают однородность грунта. Чем круче кривая, тем однороднее грунт. Количественно это оценивается коэффициентом неоднородности (степенью неоднородности):
где d60 и d10 — диаметры частиц, меньше которых в грунте содержится соответственно 60 и 10% частиц грунта. При Cu < 3 грунт считается однородным, при Cu 3 — неоднородным.