Глава 1. Общее понятие. Предмет и задачи механики грунтов.

Механика грунтов - это отрасль науки, в которой изучаются физико-механические свойства грунтов и разрабатываются методы расчёта устойчивости и деформируемости грунтовых массивов при действии на них как собственного веса, так и внешних нагрузок от инженерных сооружений. В механике грунтов рассматриваются преимущественно рыхлые горные породы коры выветривания литосферы. Формирование механики грунтов, как самостоятельной дисциплины, обусловлено особенностями внутреннего строения дисперсных пород, сложностью физико-механических свойств грунтов, а так же разнообразием природных условий их залегания.

Эмпирический этап развития механики грунтов, процесс накопления практического опыта использования рыхлых горных пород в качестве оснований сооружений, имеет многовековую историю, неразрывно связанную с общей историей развития строительного производства. Начало теоретической механики грунтов было положено в XVIII веке в работах Шарля Кулона (1773г), посвящённых расчёту давления грунта на подпорные стенки и формулировке закона прочности грунта.

В XIX веке был получен ряд основополагающих решений механики грунтов по исследованиям грунтовых оснований.

Научное представление о грунтах и их изучение как многофазных систем было продолжено в XX веке и связано с именами К. Терцаги (1925г). Основные разделы механики грунтов разработаны отечественными учёными

Н.М. Герсевановым, В.А. Флериным и Н.А. Цытовичем.

1.1. Грунты и горные породы Общая классификация грунтов

Горные породы - это природные геологические тела, сложенные минеральными агрегатами образованными в земной коре или на её поверхности, в результате различных геологических процессов.

Грунты - это любые горные породы или техногенные образования, используемые в инженерной деятельности человека. Грунты, как и горные породы, состоят из минералов. Грунты, как и горные породы состоят из минералов.

Минерал - это природное химическое соединение или отдельный химический элемент, возникающий в земной коре в результате различных геологических процессов.

Различие в понятиях грунт и горная порода в основном терминологическое. Термин "горная порода" подразумевает изучение минералогического состава, генезиса, возраста, физико-геологических процессов, характерных для данной породы. Термин "грунт" означает, что исследуются его свойства, как объекта строительства - прочность, деформируемость, а так же вопросы теоретического анализа и прогноза поведения грунта под нагрузкой.

Существует различие в классификациях, напомним, что горные породы делят по происхождению.

Грунты классифицируют, прежде всего с позиций оценки механических свойств и природы прочности связей между частицами .

Всего выделяют четыре класса грунтов:

- природные скальные;

- природные дисперсные;

- природные мерзлые;

- техногенные.

Природные скальные грунты характеризуются наличием прочных и жестких связей кристаллизационного (гранит, мрамор) и цементационного типа (песчаник, известняк).

Природные дисперсные грунты обладают либо слабыми воднокаллоидными связями (супесь, суглинок и глина), либо связь между частицами вообще отсутствует (пески, щебень). По этому признаку их делят на связные и несвязные. Связи между частицами дисперсных грунтов характеризуются тем, что при водонасыщении они резко теряют свою прочность. Но даже в сухом состоянии или маловлажном они, как правило, на порядки слабее связей в скальных грунтах. Эти грунты представлены осадочными рыхлыми (несцементированными) в том числе органогенными породами (торф, ил, почва). Дисперсные грунты ещё называют нескальными.

Природные мерзлые грунты - это грунты, находящиеся при отрицательной температуре и имеющие криогенные связи, то есть сцементированные льдом. Главная опасность при использовании мерзлых грунтов - это резкое ухудшение прочностных и деформационных свойств при оттаивании.

Техногенные грунты - созданы или преобразованы человеком. Они могут быть скальными (естественные грунты, закрепленные твердеющими растворами), дисперсными (земляное полотно железных и автомобильных дорог) и мерзлыми (искусственно промороженные при проходке тоннелей слабые водонасыщенные грунты).

Как уже упоминалось, в механике грунтов преимущественно исследуются дисперсные грунты - природные и техногенные. Помимо малой прочности и значительной деформируемости для них характерен целый ряд других неблагоприятных для строительства явлений - просадочность, морозное пучение, набухание и т.д. Вместе с тем именно с дисперсными грунтами чаще всего приходится сталкиваться строителям железных дорог.

Вопросы изучения работы грунтовых массивов становятся инженерной практикой и определяются их взаимодействием с инженерными сооружениями. В отношениях грунтов и сооружений существуют два понятия - основание и фундамент.

Основание - часть грунтового массива, испытывающая воздействие сооружения. Основание не имеет четких границ; их определение возможно лишь в конкретной задаче и в конкретном расчёте.

Фундамент - подземная или подводная часть сооружения, воспринимающая нагрузку от сооружения и передающая её на основание.

По отношению к инженерным сооружения грунты могут служить:

- основанием зданий и сооружений;

- материалом для возведения сооружений;

- средой, в которой возводятся сооружения.