Предисловие

Основная задача механики грунтов – оценка состояния физико-механических свойств грунтов в данный момент и прогноз их дальнейшего поведения. Грунты - горные породы, используемые в строительстве в качестве основания сооружений, среды для размещения ней сооружений, материала самого сооружения. В настоящее время невозможно проектирование и строительство сооружений без исследований свойств грунтов.

Ошибки, которые допускают в определении характеристик физико-механических свойств грунтов, а также прогнозе их дальнейшего поведения в результате строительства и эксплуатации сооружений, являются основными причинами, приводящими к нарушению нормальной эксплуатации сооружений и даже к авариям. Качественная оценка физико-механических свойств грунтов позволяет максимально использовать несущую способность грунтов, достаточно точно учитывать деформации грунтового основания, что обеспечивает принятие наиболее безопасных и экономичных решений в фундаментостроении. В связи с этим возросла потребность в методических пособиях и руководствах по методике и технике исследования физико-механических свойств грунтов. Прочность и деформируемость грунтов непосредственно зависят от их физических свойств и состояния. Так, увеличение пористости грунта влечет за собой снижение его прочности и повышение деформативности.

Поэтому нормы допускают определять нормативные и расчетные значения механических характеристик грунтов по их физическим характеристикам, что обязывает вычислять последние с высокой точностью.

Многие ранее выпущенные руководства по исследованию свойств грунтов стали библиографической редкостью. Кроме того, современные достижения науки о грунтах требуют пересмотра ряда прежних представлений о свойствах грунтов и методах их исследования. Изданы новые ГОСТы, СНиПы, своды правил по проектированию и устройству оснований и фундаментов зданий и сооружений. Все эти обстоятельства побудили авторов к написанию настоящего пособия.

В предлагаемом учебном пособии излагаются краткие теоретические сведенья о грунтах, приводятся способы отбора образцов грунтов для их испытаний, данные о приборах и установках, дается детальное описание методики лабораторных исследований их физико-механических свойств в строительных целях.

В приложениях к пособию помещены нормативные и справочные материалы, необходимые при исследовании физико-механических характеристик грунтов.

Предназначено для студентов, изучающих курс «Механика грунтов» и обучающихся по направлению 270100 «Строительство».

Введение

Основания зданий и сооружений сложены грунтами. Грунтами называют горные породы, используемые в строительстве. Грунты обладают во много раз меньшей прочностью, а главное, в тысячи раз большей деформируемостью, чем строительные материалы, из которых возводятся сооружения. Поэтому надежное существование этих сооружений в значительной степени зависит от строительных, и прежде всего, физико-механических свойств грунтов. В настоящее время основными методами оценки свойств грунтов являются лабораторные и полевые исследования, которые дают возможность классифицировать грунты как основания сооружений с целью правильного использования рекомендаций СНиП и оценить прочностные и деформативные свойства грунтов, необходимые для расчетов оснований и фундаментов.

Исследования состава и физико-механических свойств грунтов лабораторными методами имеют наибольшее развитие по сравнению с полевыми методами, так как являются более дешевыми, быстрыми и могут проводиться в массовом количестве практически для всех видов грунтов. В лаборатории можно, применяя соответствующие приборы, широко варьировать методику испытаний для наиболее полного воспроизведения условий работы грунтов в натуре. Необходимый объем лабораторных исследований зависит от стадии изысканий, конструктивных особенностей сооружения, инженерно-геологических условий строительной площадки.

Наиболее сложными являются исследования механических свойств грунтов, так как их результаты весьма существенно зависят от характера и состояния грунтов, принятой методики, применяемых приборов и т.д. При изучении физико-механических свойств грунтов лабораторными методами важно правильно выбирать места отбора образцов грунта, обеспечивать их правильный отбор, обоснованно намечать объем исследований. Необходимо уметь правильно обрабатывать и обобщать результаты лабораторных исследований, верно выбирать расчетные характеристики свойств грунтов.

Следует, однако, помнить о недостатках лабораторных методов. Главный из них – работа со сравнительно небольшими образцами не всегда достоверно отражающими свойства грунтов в массиве. Кроме того, несмотря на постоянное усовершенствование методов отбора образцов-монолитов и конструкций грунтоносов, все еще не удается избежать некоторого нарушения естественной структуры грунта, его плотности и влажности, особенно при отборе образцов ниже уровня подземных вод.

В последние годы наряду с продолжающимся совершенствованием техники отбора и методики испытаний образцов-монолитов в лабораториях усиленно разрабатываются методы исследования грунтов в их естественном залегании. Эти исследования называются полевыми.

Полевые исследования проводятся непосредственно на площадке строительства. Они позволяют установить свойства сравнительно больших объемов грунта в условиях естественного залегания и при сохранении напряженного состояния, которое часто бывает неизвестно и не может быть воспроизведено в лабораторных условиях. Полевые методы позволяют исследовать свойства таких грунтов, образцы которых невозможно отобрать с ненарушенной структурой для испытаний в лаборатории (рыхлые пески, глинистые грунты текучей и текучепластичной консистенции). К недостаткам полевых испытаний грунтов следует отнести:

их относительную сложность и трудоемкость;

наличие погрешностей, часто значительных, в определении характеристик вследствие несоответствия условий испытаний тем предпосылкам, которые лежат в основе используемых расчетных зависимостей;

невозможность в ряде случаев раздельного определения некоторых характеристик и необходимость выполнения большого числа испытаний, достаточных для статистического анализа и др.

Опыт показывает, что наиболее целесообразно проводить комплексные исследования физико-механических свойств грунтов, включающие классические лабораторные и полевые методы. В настоящем пособии авторы не касались полевых методов определения физико-механических характеристик грунтов. Это позволяет наиболее полно и достоверно определять свойства грунтов и обеспечить достоверную оценку инженерно-геологических условий строительной площадки.

Нужно всегда помнить, что внедрение в грунт различных устройств может настолько нарушить его первоначальное состояние, что результаты полевых испытаний будут не только не лучше лабораторных, но значительно уступать последним.

Важные результаты испытаний можно во многих случаях получить и на простом оборудовании, так как они в большой степени зависят от правильной методики испытаний. При этом даже на превосходном оборудовании, но при дефектной методике будут получаться совершенно непригодные результаты.

Принципы, на которых основана существующая практика лабораторных и полевых исследований грунтов, в основном соответствуют расчетным моделям, выдвинутым классической механикой грунтов.

При выборе метода определения характеристик грунтов необходимо исходить из того, что нет плохих методов – есть лишь необоснованное или неправильное их применение. Аппаратура и методика лабораторных и полевых исследований не могут быть однообразными и должны соответствовать характерным особенностям состава и структуры грунта, отличающим его от всех остальных. Последовательное совершенствование конструкций приборов и техники экспериментальных исследований является необходимым условием дальнейшего расширения наших представлений о поведении и свойствах грунтов, что будет способствовать внедрению в практику более совершенных моделей грунтовой среды, повышению достоверности расчетов оснований и фундаментов.