Механика грунтов

 
Введение
Механика грунтов – наука, изучающая количественно механические процессы (движение и разрушение), происходящие в дисперсных грунтах, массивах и основаниях при взаимодействии их с инженерными сооружениями.
Цель выполнения контрольной работы – создание навыков по методам расчета, анализа и оценки напряженно-деформированного состояния оснований фундаментов нефтегазовых сооружений.
Задачи контрольной работы «Механика грунтов: методы расчета, анализа и оценки напряженно-деформированного состояния систем «сооружение-основание» заключаются в практическом изучении основных теоретических разделов механики грунтов.
 
Задание 1
Для выполнения этого задания необходимо по исходным данным, результатам лабораторных исследований песчаных, глинистых и крупнообломочных грунтов, вычислить их основные параметры: плотность сухого грунта, коэффициент пористости, пористость, коэффициент водонасыщения, число пластичности, показатель текучести. После этого необходимо классифицировать их по ГОСТ 25100-95 и на этой основе определить расчетные параметры механического состояния грунтов по СНиП 2.02.01-83*. Все результаты вычислений, классификации и определений заносятся в соответствующие таблицы с целью использования их при выполнении последующих заданий.
Исходные данные – результаты лабораторного определения нормативных параметров физического состояния и гранулометрического (зернового) состава дисперсных грунтов (из табл. П.2):
Плотность сухого грунта (г/см3)
d =/(1+0,01w)
Плотность скелета грунта параметр, который используется в практике проектирования грунтовых сооружений (насыпи, плотины и др.) и грунтов обратных засыпок при выборе максимальной плотности грунтов.
Классификационными параметрами песчаных грунтов являются:
коэффициент пористости:
е=(S-d)/d
коэффициент водонасыщения:
Sr=(0,01wS)/(eW)
где W– плотность воды равная 1,0 г/см3.
Для глинистых грунтов аналогичными параметрами являются:
число пластичности:
IP = wL-wP
показатель текучести:
IL =(w-wP)/(wL-wP)
Кроме этого, в практике проектирования оснований инженерных сооружений часто используется значение пористости грунта (%):
n=((S-d)/ S)100 %.
Определение напряжений в грунтовых массивах от действия объемных сил (гравитация) производится с использованием значения удельного веса грунта (кН/м3)
=g ,
где g – ускорение свободного падения равное 10,0 м/с2 (в строительстве).
Для водонасыщенных песчаных и крупнообломочных грунтов с песчаным заполнителем (Sr > 0,80), при вычислении значения удельного веса грунта учитывается взвешивающее действие воды
SW=(S-W)/(1+e),
где S=Sg и W=Wg (удельные веса частиц грунта и воды соответственно). Все результаты вычислений заносятся в табл. 1.

Классификация дисперсных грунтов выполняется по ГОСТ 25100-95, при этом разновидности грунтов определяются по приложению Б этого документа.
Для песчаных грунтов определяются следующие их разновидности: по гранулометрическому составу с использованием результатов его определения (п. 2.1, табл. Б.10); коэффициенту водонасыщения (п. 2.9, табл. Б.17); коэффициенту пористости (п. 2.10, табл. Б.18); относительной деформации морозного пучения (п. 2.19, табл. Б.27).
Для глинистых грунтов определяются следующие их разновидности: по числу пластичности (п. 2.3, табл. Б.11); гранулометрическому составу и числу пластичности (п. 2.4, табл. Б.12); наличию включений размером более 2 мм (п. 2.5, табл. Б.13); показателю текучести (п. 2.6, табл. Б.14); относительной деформации морозного пучения (п. 2.19, табл. Б.27).
Для крупнообломочных грунтов определяются следующие их разновидности: по гранулометрическому составу с использованием результатов его определения (п. 2.1, табл. Б.10, см. примечание); коэффициенту водонасыщения (п. 2.9, табл. Б.17); относительной деформации морозного пучения (п. 2.19, табл. Б.27). Для крупнообломочных грунтов с глинистым заполнителем определяются его разновидности по числу пластичности (п. 2.3, табл. Б.11) и показателю текучести (п. 2.6, табл. Б.14).
Результаты выполненной классификации дисперсных грунтов заносятся в табл. 2.
Таблица 2
Результаты классификации дисперсных грунтов
Для предварительных расчетов оснований, а также для окончательных расчетов оснований фундаментов зданий и сооружений II и III классов допускается определять нормативные (Хn) и расчетные параметры (ХI и ХII) механического состояния (прочностные и деформационные) по их физическим характеристикам с использованием таблиц приложения 1 СНиП 2.02.01-83*.
При определении нормативных характеристик по таблицам использовать линейную интерполяцию.
Нормативные значения прочностных и деформационных характеристик песчаных грунтов допускается определять по табл. 1 прил.1.
Такие же характеристики для глинистых грунтов определяются по табл. 2 прил.1 (прочностные характеристики) и табл. 3 прил.1 (модуль деформации) СНиП 2.02.01-83*.
Аналогичные значения характеристик для крупнообломочных грунтов (в учебных целях) допускается определять, как для гравелистых песков.
Для пылеватого, средней плотности, малой степени водонасыщения песка, при e=0,63, значения нормативных прочностных и деформационных характеристик равны: сn=4,4 кПа, n=31, Е=20МПа.
Для глинистого грунта (аллювиального, четвертичного возраста) – суглинка полутвердой консистенции при IL=0,23 и e=0,84, значения нормативных прочностных и деформационных характеристик равны: сn=24,7 кПа, n=22,1, Е=7,3 МПа.
Для крупнообломочного (гравийного) грунта, при e=0,65, значения нормативных прочностных и деформационных характеристик равны: сn=0,0 кПа, n = 38, Е = 30 МПа.
Коэффициент относительного поперечного расширения (Пуассона) грунтов () допускается принимать по п. 10 прил. 2 СНиП 2.02.01-83*.
Все расчеты оснований по предельным состояниям должны выполняться с использованием расчетных значений характеристик грунтов Х (ХI по I предельному состоянию: по прочности, несущей способности и устойчивости; ХII по II предельному состоянию: по деформациям), определяемых по формуле (п. 2.13 СНиП 2.02.01-83*)
Х= Хn /g ,
где Хn – нормативное значение характеристики (удельного веса, удельного сцепления, угла внутреннего трения); g - коэффициент надежности по грунту, определяемый по п. 2.16 СНиП 2.02.01-83 (зависит от изменчивости характеристики, числа ее определения и значения доверительной вероятности).
Для определения расчетного значения удельного веса, значения коэффициента надежности можно принять равными 1,0 для расчета II предельному состоянию. Для расчета по I предельному состоянию коэффициент надежности принимаем: для удельного сцепления 1,5; для угла внутреннего трения песчаных грунтов 1,10, для глинистых грунтов 1,15; для удельного веса 1,2.