Нұсқаулар Методические указания к изучению дисциплин Геотехника 1, Геотехника 2 для студентов специальности

Основные понятия и определения. Состав курса и его связь с другими дисциплинами. Основные задачи курса и особенности их решения. Краткий исторический обзор развития наук о фундаментостроении. Значение курса в современном строительстве.

Следует помнить, что различные количественные соотношения этих компонентов, а также физико–химические, электромолекулярные и прочие взаимодействия между компонентами определяют природу грунтов и их строительные свойства.

Особое внимание следует обратить на изучение структуры грунта, являющейся важнейшим фактором, определяющим свойства грунтов как оснований и среды для возведения сооружений.

Очень важно изучить основные виды и свойства воды в грунтах. Понимание роли воды позволит уяснить вопросы связности, консистенции, и взвешивающего действия воды на скелет грунта и т.д.

Необходимо знать основные физические характеристики грунтов и методы их определения, а также производные характеристики, получаемые расчетным путем. Очень важно приобрести навыки и умение классификации грунтов при предварительной оценке строительных свойств грунтов оснований зданий и сооружений. Здесь же необходимо усвоить основные элементы геологического строения оснований зданий и сооружений.

Следует внимательно рассмотреть особенности грунтов со структурно-неустойчивыми связями – просадочные, набухающие, засоленные, мерзлые и др. Эти особенности оказывают значительное влияние на выбор методов устройства оснований и фундаментов.

[6, с. 9 – 25].

2 Что такое структура и текстура грунтов?

3 Дайте характеристику внутренних связей в грунтах.

4 Приведите основные показатели физического состояния грунтов площадки строительства и методы их определения.

5 По каким показателям классифицируются песчаные и глинистые грунты?

6 Назовите виды и свойства воды в грунте.

7 Назовите основные элементы геологического строения оснований зданий и сооружений.

8 Какие глинистые грунты относятся к просадочным и набухающим? В чем особенности засоленных грунтов?

Механические свойства грунтов: характеристики; основные схемы и режимы лабораторных испытаний. Закономерности деформирования грунтов, закон уплотнения, принцип линейной деформируемости. Водопроницаемость грунтов, закон ламинарной фильтрации. Прочность грунтов, закон Кулона, теория Кулона-Мора. Основные методы полевых испытаний грунтов. Вычисление расчетных характеристик грунтов.

- закон уплотнения, характеризующий сжимаемость грунтов;

- закон фильтрации, определяющий водопроницаемость грунтов;

- закон контактного сопротивления сдвигу;

- принцип линейной деформируемости и структурно-фазовая деформируемость грунтов.

Студент должен знать особенности напряженно-дефор-мированного состояния грунтов при сжатии в условиях невозможности бокового расширения, при свободном расширении. Очень важно, чтобы студент усвоил принципы и методы определения характеристик сжимаемости грунтов по результатам лабораторных и полевых испытаний.

Вопрос о сопротивлении грунтов сдвигу и о характеризующих его закономерностях является чрезвычайно важным для практики строительства. Следует обратить внимание на природу внутреннего трения и сцепления в грунтах, знать принципы методики определения показателей сопротивление грунтов сдвигу в лабораторных и полевых условиях.

Должное внимание следует уделить изучению водопроницаемости грунтов, влиянию состава грунтов на величину водопроницаемости, зависимости водопроницаемости грунтов от их структуры и текстуры, методам определения коэффициента фильтрации грунтов.

Следует также уяснить условия применения к грунтам принципа линейной деформируемости, а также понятие о структурно-фазовой деформируемости грунтов. В развитие усвоенного материала следует изучить основные расчетные модели, используемые в механике грунтов: модель теории линейного деформирования грунта; модель теории фильтрационной консолидации; модель теории предельного напряженного состояния грунта; понятие о теориях нелинейного деформирования грунтов.

В заключение изучения темы необходимо освоить методику определения нормативных и расчетных механических характеристик грунтов.

[6, с. 26 - 66].

1. 
   Сформулируете основные закономерности механики грунтов.
   
2. 
   Назовите важнейшие практические приложения основных
   

3. 
   Перечислите основные механические свойства грунтов.
   
4. 
   Назовите методы определения характеристик
   

5. 
   Что называется компрессией? Напишите уравнение
   

6. 
   Что называется коэффициентом бокового давления грунта?
   
7. 
   Как определяются характеристики сжимаемости грунтов по
   

8. 
   Назовите методы определения характеристик прочности
   

9. 
   Какие существуют схемы испытаний грунтов на сдвиг?
   
10. 
    Чем определяется внутреннее сопротивление грунтов сдвигу?
    
11. 
    Что такое сцепление грунтов и какова его природа?
    
12. 
    Сформулируйте законы Кулона и Кулона-Мора для сыпучих
    

13. 
    Что называют начальным градиентом в глинистых грунтах?
    
14. 
    Какие факторы влияют на фильтрационные свойства глинистых грунтов.
    
15. 
    Что такое гидродинамическое давление в грунтах?
    
16. 
    Сформулируйте закон ламинарной фильтрации воды в
    

17. 
    Сформулируйте принцип линейной деформируемости грунтов
    

18. 
    Что понимают под структурно-фазовой деформируемостью
    

19. 
    Что понимается под эффективным и нейтральным давлением в грунтах.
    
20. 
    Перечислите основные расчетные модели грунтов.
    

Виды деформаций грунтов. Осадка слоя грунта при сплошной нагрузке. Практические методы определения конечных осадок. Понятия о расчетах осадок во времени.

Рассматривая напряженное состояние оснований, прежде всего, следует научиться определять напряжения от действия сосредоточенной силы, приложенной на поверхности линейно-деформируемого полупространства (задача Буссинеска), равномерно распределенной по площадкам ограниченных размеров. Хорошо усвоив этот материал, можно перейти к определению напряжений по методу угловых точек, позволяющему легко установить сжимающие напряжения в любой точке грунтового массива, рассмотреть способы суммирования напряжений от различных нагрузок, распределение напряжений в случае плоской задачи, распределение напряжений в слое ограниченной толщины на жестком основании. Необходимо также знать способы графического изображения напряженного состояния грунтов: линии одинаковых напряжений и эпюры напряжений в горизонтальных и вертикальных сечениях массива грунта.

Студент должен иметь представление о распределении контактных напряжений по подошве жестких и гибких фундаментов. Важно для практических расчетов фундаментов научиться определять напряжения в основании от собственного веса грунтов.

При изучении деформаций грунтов студент должен, прежде всего, ознакомиться с их видами и обусловливающими физическими причинами, разобраться в решении основной задачи теории уплотнения грунтов – определении осадки слоя грунта при сплошной нагрузке. Надо детально изучить и освоить существующие методы расчета осадок фундаментов: метод послойного суммирования осадок отдельных слоев в пределах сжимаемой толщи основания с использованием его расчетной схемы в виде упругого линейно – деформируемого полупространства; метод использования расчетной схемы в виде линейно – деформируемого слоя конечной толщины; метод эквивалентного слоя грунта, базирующийся на теории линейно – деформируемых тел. Необходимо знать, какие факторы влияют на величину мощности сжимаемой толщи грунта и величину осадки сооружения, научиться определять осадку фундамента с учетом влияния давлений в основании, вызванных нагрузкой от соседних фундаментов. На завершающем этапе изучения темы следует рассмотреть основные предпосылки и формульные зависимости расчета осадок фундаментов во времени на основе теории фильтрационной консолидации грунтов.

2 Напишите формулы для определения вертикальных

сжимающих напряжений при действии сосредоточенной нагрузки.

3 Начертите линии одинаковых напряжений (изобары) в грунте

при действии сосредоточенной силы.

4 Как распределяются напряжения по вертикальным и

горизонтальным сечениям основания при действии нагрузки в условиях плоской задачи?

5 Как определяют напряжения в грунте по методу угловых

точек?

6 Какое влияние оказывают форма и размеры фундамента на

7 Как определяются напряжения от собственного веса грунта, в

том числе для слоистых оснований и с учетом взвешивающего действия воды?

8 Каким образом распределяются контактные напряжения по подошве фундаментов в случае центрального и внецентренного приложения нагрузок?

9 Перечислите виды деформаций грунтов и причины, их

обусловливающие.

10 Как производится расчет одномерной осадки слоя грунта от

действия сплошной равномерно распределенной нагрузки?

11 Какие факторы влияют на величину мощности сжимаемой

толщи грунтов под фундаментом?

12 Как определить осадку фундамента по методу послойного

элементарного суммирования?

13 Что называется эквивалентным слоем грунта и как

определяется мощность эквивалентного слоя?

14 Как определить осадку фундамента по методу эквивалентного слоя грунта?

15 Порядок расчета осадки фундамента во времени.

Устойчивость откосов и склонов: виды нарушения устойчивости; элементарные задачи устойчивости свободных откосов и склонов; строгие и приближенные методы оценки устойчивости грунтовых массивов.

Определение давления грунтов на ограждающие конструкции: общие положения; активное и пассивное давления. Расчеты устойчивости подпорных стен и давления грунтов на подземные сооружения.

Рекомендации к изучению темы. Приступая к изучению данной темы, студент должен иметь понятие о предельном равновесии грунта в точке, о стадиях напряженного состояния грунтов при непрерывном возрастании нагрузки. В этой теме должны быть изучены условия предельного равновесия сыпучих и связных грунтов, начальная и предельная критические нагрузки на грунт и способы их определения; влияние свойств грунтов, размеров фундамента и глубины его заложения на величину предельной нагрузки грунтовых оснований. Особое внимание следует уделить усвоению понятия расчетного сопротивления грунта и конкретным методикам его определения.

Следует тщательно разобраться в вопросах приложения теории предельного напряженного состояния к оценке устойчивости откосов, склонов и массивов грунта при оползнях, а также давлений грунтов на ограждения. При рассмотрении методов расчета устойчивости откосов и склонов необходимо более тщательно и детально изучить графоаналитические методы, научиться учитывать влияние давления фильтрационного потока на устойчивость откоса.

Теория давления грунтов на ограждения является важнейшим вопросом механики грунтов. Следует усвоить основные понятия и терминологию, встречающиеся при расчетах ограждающих конструкций, уметь аналитически определять давление грунта на подпорные стенки, включая и частные случаи их очертания, наклона поверхностей засыпки и неоднородности грунтов, ознакомиться с графическими методами определения давления грунтов на подпорные стенки. На завершающем этапе изучения темы необходимо изучить вопросы давления грунтов на подземные сооружения.

Рекомендуемая литература: [1, с. 156 – 186], [5, с. 145 – 188], [6, с. 109 – 161].

В результате изучения темы студент должен знать методы оценки прочности, устойчивости грунтовых массивов и их давления на ограждения.

В результате изучения темы студент должен уметь решать типовые задачи по определению несущей способности и устойчивости грунтовых массивов и их давления на ограждения.
Вопросы для самоконтроля
1 Дайте определение предельного равновесия грунта в точке.

2 Перечислите стадии напряженного состояния грунтов при действии непрерывно возрастающей местной нагрузки.

3 Приведите основные уравнения теории предельного равновесия для сыпучих и связных грунтов.

4 Напишите формулу для определения начальной критической нагрузки на грунт и проанализируйте ее.

5 Как найти предельное давление, соответствующее потере устойчивости основания от основных видов нагрузок, передаваемых фундаментами?

6 Как определяется расчетное сопротивление грунта по СНиП РК 5.01.01- 2002 и какова физическая сущность этой величины?

7 Назовите основные причины потери устойчивости откосами.

8 Как определяется устойчивость откосов методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения?

9 Что называется углом естественного откоса и как он определяется?

10 Как влияют фильтрационные силы на устойчивость откоса?

11 Назовите основные предпосылки к методам определения давления грунта на подпорные стенки.

12 Что такое активное и пассивное давление грунта на подпорную стенку и как они определяются?

13 Как влияет наклон подпорных стенок на величину давления?

14 Начертите эпюры распределения давлений по задней грани стенки при слоистом напластовании грунтов и наличии на поверхности грунта равномерно распределенной нагрузки.

При расчете по предельным состояниям ожидаемые деформации и несущая способность основания сопоставляются с предельно допустимыми деформациями и минимально необходимой несущей способностью, определяемыми с учетом особенностей конструкций зданий и сооружений, методов их возведения и других факторов.

Для усвоения расчетов по предельным состояниям необходимо иметь четкие представления о классификации зданий и сооружений по жесткости, видах деформаций зданий и сооружений и причинах их обусловливающих. Наряду с этим необходимо изучить мероприятия по уменьшению деформаций основания и их влияния на здания.

Следует помнить, что нагрузки и воздействия на основания, передаваемые фундаментами зданий и сооружений, как правило, должны устанавливаться расчетом, исходя из рассмотрения совместной работы здания и основания или фундамента и основания. Одним из основных этапов проектирования фундаментов является выбор глубины заложения подошвы. Следует ознакомиться с основными положениями выбора глубины заложения подошвы фундамента, знать факторы, определяющие ее минимальную величину.

На заключительном этапе изучения темы необходимо уяснить последовательность проектирования оснований и фундаментов и значимость технико-экономического обоснования проектных решений.

Рекомендуемая литература: [2, с. 21 – 60], [5, с. 246 – 269; 278 – 283], [7, с. 84 – 112].

В результате изучения темы студент должен знать основные принципы проектирования оснований и фундаментов, подземных и земляных сооружений.

В результате изучения темы студент должен уметь делать выбор для расчетов группы предельных состояний, классифицировать здания и сооружения по жесткости, определять нагрузки на фундаменты, устанавливать предельные значения деформаций зданий и сооружений, назначать глубину заложения фундаментов.
Вопросы для самоконтроля
1 Объясните цель и сущность расчетов оснований и

фундаментов по предельным состояниям.

2 Перечислите группы предельных состояний для расчета

оснований зданий и сооружений по СНиП РК 5.01.01- 2002.

3 Какая группа предельных состояний считается основной и

почему?

5 Как классифицируются здания и сооружения по жесткости и какова чувствительность зданий с различной жесткостью к неравномерным осадкам?

6 Назовите основные виды деформаций зданий и сооружений. Почему Строительные нормы и правила ограничивают их величину?

7 Назовите основные причины, вызывающие возможность появления неравномерных осадок в зданиях и сооружениях.

8 Охарактеризуйте основные конструктивные мероприятия по уменьшению влияния неравномерных осадок на здания.

9 Как определяются нагрузки на фундаменты зданий?

10 Какие сочетания нагрузок используются при расчете оснований по деформациям и по несущей способности?

11 Как назначается глубина заложения фундаментов и какие факторы при этом необходимо учитывать?

12. 
    В чем заключается комплексность задачи проектирования и
    

13 Какова последовательность проектирования оснований и фундаментов?

- совместной работы основания фундаментов и надземных конструкций сооружений;

- геологических и гидрогеологических условий строительной площадки, данных о климатических условиях района строительства;

- данных о возводимом здании или сооружении, местных условиях строительства;

- способа производства строительных работ и т.п.

В результате работы над темой студент должен научиться рассчитывать одиночные (столбчатые) фундаменты на центральную вертикальную нагрузку, на совместное действие вертикальных, горизонтальных сил и изгибающих моментов; ленточные фундаменты под колонны и стены; фундаменты зданий, имеющих подвалы; уметь конструировать фундаменты; знать условия применения разных видов материалов для устройства фундаментов.

При изучении темы следует внимательно изучить особенности расчета фундаментов по предельным состояниям.

Необходимо также изучить основные принципы расчета гибких фундаментов по методам местных и общих упругих деформаций.