Инженерная геология. 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):
1) песчаный грунт: S=2,68г/см3, =1,80 г/см3, w=9,8 %.
Результаты определения зернового состава (размер фракций, мм)
Галька Гравийная фракция Песчаная фракция Пыль Глина
свыше
10.0 10-7 7-5 5-3 3-2 2-1 1-0,5 0,5-0,25 0,25-0,10 0,1-0,05 0,05-0,005 менее
0,005
- - 1 1 9 12 34 13 15 9 5 1

2) глинистый: S=2,71г/см3, =1,94 г/см3, w=25,9 %, wP=23,8 %, wL=43,6 %.
Результаты определения зернового состава (размер фракций, мм)
Галька Гравийная фракция Песчаная фракция Пыль Глина
свыше
10.0 10-7 7-5 5-3 3-2 2-1 1-0,5 0,5-0,25 0,25-0,10 0,1-0,05 0,05-0,005 менее
0,005
26 2 2 2 3 2 1 1 1 22 38

3) крупнообломочный грунт: S=2,65 г/см3, =1,95 г/см3, w=13,0 %.
Результаты определения зернового состава (размер фракций, мм)
Галька Гравийная фракция Песчаная фракция Пыль Глина
свыше
10.0 10-7 7-5 5-3 3-2 2-1 1-0,5 0,5-0,25 0,25-0,10 0,1-0,05 0,05-0,005 менее
0,005
12 27 21 10 3 7 3 7 3 7

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.
 
Таблица 1
Классификационные и другие параметры дисперсных грунтов
Наименование грунта d ,
г/см3 е n,% Sr IP,% IL ,
кН/м3 SW ,
кН/м3
Песчаный 1,64 0,63 38,8 0,42 - - 18,0 -
Глинистый 1,57 0,73 42,1 0,96 19,8 0,11 19,4 -
Крупнообл. 1,73 0,53 34,7 0,65 - - 19,5 -
Классификация дисперсных грунтов выполняется по ГОСТ 25100-2011, 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 (табл. Б.9); коэффициенту водонасыщения (табл. Б.11); коэффициенту пористости (табл. Б.12); относительной деформации морозного пучения (табл. Б.27).
Для глинистых грунтов определяются следующие их разновидности: по числу пластичности (табл. Б.16); гранулометрическому составу и числу пластичности (табл. Б.17); наличию включений размером более 2 мм (табл. Б.18); показателю текучести (табл. Б.19).
Для крупнообломочных грунтов определяются следующие их разновидности: по гранулометрическому составу с использованием результатов его определения (табл. Б.9, см. примечание); коэффициенту водонасыщения (табл. Б.11); относительной деформации морозного пучения (табл. Б.27). Для крупнообломочных грунтов с глинистым заполнителем определяются его разновидности по числу пластичности (табл. Б.16) и показателю текучести (табл. Б.17).
Результаты выполненной классификации дисперсных грунтов заносятся в табл. 2.
Таблица 2
Результаты классификации дисперсных грунтов
Класс Группа Подгруппа Тип Вид Разновидности
дисперсные несвязные осадочные полиминеральные пески Песок крупный, средней плотности, малой степени водонасыще-ния
дисперсные связные осадочные полиминеральные глинистые Глина галечниковая (щебенистая), легкая пылеватая, полутвердая
дисперсные несвязные осадочные полиминеральные крупнообл. Гравийный (дресвяный), плотный, средней степени водонасыще-ния

Для предварительных расчетов