Состав, строение, состояния и классификация грунтов

  
Лекция №1. Состав, строение, состояния  и классификация грунтов.  

                             П л а н

1.1 Цели и задачи курса, связь  с другими дисциплинами.

1.2 Роль отечественной и зарубежной  науки и техники в развитии  дисциплины.

1.3  Грунтовые основания. Происхождение  грунтов.

1.4. Состав грунтов.

1.5 Структурные связи между частицами

1.6 Классификация грунтов.

 

1

1.1. Цели и задачи  курса, связь с другими 

                           дисциплинами

 

     Механика  грунтов - это наука, изучающая

                                                   природные грунты 

      Цель  курса –  научиться  оценивать  строи-тельные свойства грунтов и принимать наиболее экономичные   и  прогрессивные   решения  при  разработке фундаментов и  оснований зданий  и  сооружений, оценивать эффективность принятых решений.

 

Механика грунтов является одной из основных инженерных дисциплин для студентов всех строительных специальностей.

Ее значение можно сравнить лишь со значением курса "Сопротивление материалов".

Без знания основ  механики грунтов не представляется  возможным  правильно запроектировать

 современные промышленные  сооружения, жилые здания.

Механика грунтов является одним из составных разделов геомеханики, в основу которой положены,

с одной стороны, законы теоретической механики – механики абсолютно твердых несжимаемых тел,

а с другой - законы строительной механики – упругости, пластичности, ползучести.

Однако следует отметить, что знание закономерностей теоретической механики и строительной механики

для механики грунтов как науки необходимо, но недостаточно.

К этим закономерностям нужно добавить зависимости, вытекающие из особенностей работы грунтов под нагрузкой:

 сжимаемость, водопроницаемость, контактную сопротивляемость сдвигу  и структурно-фазовую деформируемость грунтов.

Кроме перечисленных дисциплин, для усвоения курса необходимо знание основных разделов

 высшей математики  и физики, инженерной геологии, инженерной  гидрогеологии, гидравлики

 и гидротехники, теории  надежности и других инженерных  дисциплин. СЛАЙД

 

 

2

  Задачи курса:

• правильная оценивать физико-механические

  свойства различных    грунтов; 
- определение напряженно-деформируемое состояние

   грунтового  массива от  собственного веса, нагрузки,

   передаваемой от зданий  и сооружений, и других 

   факторов; 
- оценка  прочности  грунтов,  устойчивость  грунто-

   вых массивов против сползания, разрушения и дав-

   ления грунта на ограждающие  конструкции; 
- прогноз  полных  осадок  зданий и сооружений,

  разности осадок отдельных  фундаментов, осадок во 

  времени;

• расчет  оснований  фундаментов  по  предельным

  состояниям. 

 

3

                  Основная учебная литература

 

Ухов С.Б. Механика грунтов, основания и фундаменты : учеб. Пособие - 5-е изд., стер. – М.: Высш. шк., 2010.- 566 с.: ил. - Библиогр.: с.562-563.- ISBN 978-5-06-006226-7.

 

Цытович Н.А. Механика грунтов  (краткий курс) : Учебник для вузов. - 3-е изд., доп. - М. Высш. школа, 1979. - 272 с.

 

Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты: 2-е изд. перераб. и доп. Л.: Стройиздат,-1988.- 415 с. - ISBN 5-274-00374-5.

1.2. Роль отечественной  и зарубежной науки и техники    

1773г – Решение задачи о сопротивлении грунтов сдвигу и

их давлении на подпорные стенки

 

Шарль Огюсте́н де Куло́н

(1736-1806)

 

Первой фундаментальной работой по механике грунтов принято считать опубликованную в 1773г статью Шарля Кулона

(французский  военный инженер и учёный-физик, исследователь электромагнитных и механических явлений; член Парижской Академии наук),

 в которой описана зависимость  касательных напряжений материала  от величины приложенных нормальных  напряжений,

ставшую основанием теории прочности сыпучих тел, известное в современной механике грунтов, как закон Кулона.

 

 

 

4

Паукер Герман Егорович

             (1822-1889)

 

Людвиг Прандтль

        (1875-1953)

 

Основы современной теории предельного равновесия сыпучих тел

 

Так же над основами современной теории предельного равновесия сыпучих сред работали Паукер Герман Егорович

(русский механик и военный инженер, известный строитель, почётный член Петербургской академии наук),

Людвиг Прандтль (немецкий механик и физик)

 

 

5

  
 
 
       
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
      
       
 
 
 
         
 
 
 
 
 
 
 
 
 
                                                                
                                                                          
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Фусс Николай Иванович

            (1755 - 1826)

 

1798 г - Зависимость между

деформациями и местной нагрузкой

 

Анри Филибер Гаспар Дарси                                                                                                                

                  (1803-1858)

 

1856 - закономерности  фильтрационных процессов в песчаных грунтах

 

В 1798 г  Фусс Николай Иванович (русский математик швейцарского происхождения, академик Санкт-Петербургской Академии наук)

установил зависимость между деформациями и местной нагрузкой.

В 1801 г  предложены механические модели грунтового основания для расчета конструкций, взаимодействующих с грунтовой   средой;

В 1856 г - Анри Филибер Гаспар Дарси (французский инженер-гидравлик) впервые устанавливает закономерности фильтрационных процессов

  в песчаных грунтах, обобщенные  в современной механике под  названием закон ламинарной фильтрации  Дарси 

 

 

6

 Валентин Джозеф Буссинеск 

               (1842-1929)

 

1885 г – Распределение напряжений в упругой почве  от сосредоточенной силы

 

Курдюмов Валериан Иванович

                    (1853-1904)

 

1889 г - Распределение деформаций

в массиве грунта от нагрузки, приложенной к поверхности

 

. В 1885 г. опубликован труд профессора Валентина Джозефа Буссинеска (французского учёного, механика, члена Парижской Академии наук, доктора и профессора Парижского университета). "О распределении напряжений в упругой почве от сосредоточенной силы", являющийся основополагающим в теории распределения напряжений в грунтовой среде.

В 1889 г. профессор Курдюмов Валериан Иванович (русский инженер, профессор) провел интересные опыты по выявлению распределения деформаций в массиве грунта от нагрузки, приложенной к поверхности.

 

 

7

Карл Терцаги (1883-1963)

 

Пузыревский Нестор Платонович

                     (1861-1934)

 

1925 г - монография «Строительная механика грунтов»

 

 1923 г - Общая теория напряженности землистых грунтов

 

В 1923г. профессор Пузыревский Нестор Платонович (русский ученый, гидротехник) применил теорию упругости к расчету оснований.

В 1925 г  после опубликования монографии «Строительная механика грунтов» профессором Карлом Терцаги

(австрийский и американский  геолог и инженер-строитель)  "Механика  грунтов"  становиться  самостоятельной  дисциплиной. 

Именно К. Терцаги принадлежит  установление основополагающей зависимости в теории расчета осадок, известной как  закон уплотнения Терцаги.

 

 

8

Герсеванов Николай Михайлович

                    (1879-1950)

 

1930-е г.г. - Динамика грунтовой массы

 

Флорин Виктор Анатольевич

               (1899-1960 )

 

В 1931, 1933г.г  большим вкладом в современную механику грунтов были работы  "Основы динамики грунтовой массы" профессора Герсеванова Николай Михайловича  (советский учёный в области механики грунтов, член-корреспондент Академии наук СССР )

В 1936-1938 г.г. труды профессора Флорина Виктор Анатольевич (сов. ученый в области гидротехники, механики грунтов, оснований и фундаментов, чл.-корр. АН СССР), обобщенные в монографии "Основы механики грунтов" (т. 1 и 2, 1959, 1961), в которой сформулированы дифференциальные уравнения плоской и пространственной задач фильтрационной консолидации с учетом сжимаемости поровой воды, ползучести скелета грунта, переменности характеристик грунта.

 

 

9

Цытович Николай  Александрович

                      (1900-1984)

 

1934 г - Учебное пособие

 «Основы механики грунтов»

 

Маслов Николай Николаевич

                  (1898-1986)

 

1946 г - «Прикладная механика

                           грунтов»

 

В 20 веке над проблемами механики грунтов  также работали:

Цытович Николай Александрович (советский учёный в области механики грунтов, геомеханики, фундаментостроения и инженерной геологии, основоположник инженерного мерзлотоведения, член-корреспондент АН СССР, доктор технических наук, профессор.) В 1934 году Николай Александрович систематизирует и обобщает материалы исследований по механике грунтов и публикует учебное пособие «Основы механики грунтов».

В 1946 г опубликован труд Маслова Николая Николаевича (доктора технических наук, профессора Ленинградского инженерно-строительного  института) «Прикладная механика грунтов».

 

10

Далматов Борис Иванович

             (1910-2000)

 

1981 -Учебник "Механика грунтов, основания и фундаменты»

 

Ухов Сергей Борисович  

 

2010 -Учебник "Механика грунтов, основания и фундаменты»

 

 

Заслуженное признание научно-педагогической общественности получили учебники

"Механика  грунтов, основания и фундаменты" доктора технических наук, профессора, Далматова Бориса Ивановича , 

Ухова Сергея Борисовича.  

 

11

   1.3  Грунтовые основания. Происхождение грунтов.  
   
    Грунтами  называют   –  горные  породы,  почвы, осадки, техно-генные образования, представляющие собой многокомпонентную и многообразную геологическую  систему,  являющуюся  объектом  инженерно-хозяйственной деятельности человека.            
          Грунты могут служить:  
          - материалом оснований зданий и сооружений;  
          - средой для размещения в них сооружений;  
          - материалом самого сооружения. 

 

Всякое сооружение покоится на грунтовом основании.

 В  зависимости от геологического  строения участка застройки строение  основания, даже расположенных вблизи  сооружений, может быть различным.

Обычно основание состоит  из нескольких типов грунтов, которые определенным образом сочетаются в пространстве.

 В  частном случае основание может  состоять из грунта одного  типа.

Сооружение и основание составляют единую систему.

Свойства грунтов основания, их поведение под нагрузками от сооружения во многом определяют прочность, устойчивость и нормальную эксплуатацию сооружения.

 Поэтому  очень важно знать, что собой  представляют собой грунты, каковы  их особенности по сравнению  с конструкционными материалами,

 каким  образом залегают грунты в  основании сооружений, их поведение  под нагрузками и другими воздействиями. СЛАЙД

    Горной породой называют закономерно построенную совокупность    минералов,    которая    характеризуется составом, структурой и текстурой. 
            Под  составом  подразумевают  перечень  минералов, составляющих породу.  
     Структура  –  это  размер, форма  и   количественное соотношение слагающих породу частиц.

 

            Зернистая                           Сотообразная (губчатая)                     Хлопьевидная

   а- рыхлая, б- плотная                    в- рыхлая, г- плотная

 

Сложная

         д- новейшие глинистые осадки, е – морские глинистые отложения

 

СЛАЙД

Структура грунтов формируется в процессе отложения или образования минеральных частиц и в процессе их дальнейшего существования. Например, перенос обломков водой способствует уплотнению осадка; перенос ветром приводит к созданию рыхлых структур; залегание грунта под мощным слоем вышележащих осадочных пород обеспечивает его значительное уплотнение, при осаждении осадков в воде к твердым частицам присоединяются молекулы воды, создавая сложнейшую структуру осадка; при разрушении скальных пород и образовании элювиальных грунтов большей частью сохраняется макроструктура материнских пород.

Различают следующие основные структуры грунтов:

I - зернистая (характерна для грубодисперсных, песчаных и крупнообломочных);

II- сотообразная (губчатая) (характерна для глинистых грунтов);

III- хлопьевидная (характерная для глинистых грунтов);

IV- сложная (характерная для глинистых грунтов)

 

13

      Текстура - пространственное расположение элементов грунта, определяющее его строение. 

 

                 Слоистая               Слитная        Порфировая     Ячеистая