Szczegóły ebooka

Mechanika gruntów

Mechanika gruntów

Stanisław Pisarczyk

Ebook

Skrypt przeznaczony dla studentów Wydziału Inżynierii Środowiska do przedmiotu "mechanika gruntów i fundamentowanie". Mogą z niego korzystać również studenci Inżynierii Lądowej. Omówiono w nim właściwości gruntów, zagadnienia konsolidacji i filtracji gruntów, rozkład naprężeń w gruncie pod wpływem obciążeń itd.

Przedmowa 9

1. WSTĘP 11

1.1. Określenie mechaniki gruntów 11

1.2. Krótki rys historyczny 11

1.3. Zadania mechaniki gruntów 12

2. OGÓLNE WIADOMOŚCI O GRUNTACH 13

2.1. Pochodzenie gruntów 13

2.2. Podział gruntów 14

2.2.1. Podział gruntów w zależności od warunków powstawania 14

2.2.2. Podział gruntów budowlanych 16

3. PODSTAWOWE WŁAŚCIWOŚCI FIZYKOCHEMICZNE GRUNTÓW 17

3.1. Skład mineralny gruntów 17

3.2. Powierzchnia graniczna i właściwa cząstek gruntów 21

3.3. Zjawiska fizykochemiczne gruntów 22

3.3.1. Adsorpcja wody błonkowatej i jonów 22

3.3.2. Pojemność wymienna jonów 23

3.3.3. Potencjał elektrokinetyczny 24

3.3.4. Elektroosmoza i elektrokataforeza 25

3.3.5. Zjawisko tiksotropii 26

3.4. Kapilarność 27

4. WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE I STANY GRUNTÓW 31

4.1. Skład granulometryczny gruntu 31

4.1.1. Analiza sitowa 31

4.1.2. Analiza areometryczna 32

4.2. Krzywe uziarnienia i wskaźniki uziarnienia 34

4.3. Podział gruntów wg uziarnienia 35

4.3.1. Podział gruntów wg PN-86/B-02480 35

4.3.2. Podział gruntów wg PN-ENISO14688 37

4.4. Podstawowe cechy fizyczne gruntu 39

4.4.1. Wprowadzenie 39

4.4.2. Wilgotność gruntu 40

4.4.3. Gęstość właściwa 41

4.4.4. Gęstość objętościowa 42

4.5. Cechy fizyczne pochodne od cech podstawowych 43

4.5.1. Gęstość objętościowa szkieletu gruntowego 43

4.5.2. Porowatość gruntu 44

4.5.3.       Wskaźnik porowatości gruntu 45

4.5.4.       Wilgotność całkowita gruntu 46

4.6. Stopień wilgotności i stany zawilgocenia gruntów 46

4.7. Stopień zagęszczenia i stany gruntów niespoistych 46

4.7.1.       Definicja stopnia zagęszczenia 46

4.7.2.       Laboratoryjne metody oznaczania stopnia zagęszczenia 47

4.7.3.       Stany gruntów niespoistych 50

4.7.4.       Oznaczanie stopnia zagęszczenia metodą sondowania 51

4.8. Granice konsystencji, wskaźnik i stopień plastyczności, stany gruntów spoistych 53

4.8.1.       Granice konsystencji 53

4.8.2.       Oznaczanie granic konsystencji 53

4.8.3.       Wskaźnik plastyczności 57

4.8.4.       Stopień plastyczności i wskaźnik konsystencji oraz stany gruntów spoistych 58

4.9. Zagęszczalność gruntów nasypowych i wskaźnik zagęszczenia 59

4.9.1.       Wprowadzenie 59

4.9.2.       Wskaźnik zagęszczenia 60

4.9.3.       Badania Proctora 60

4.9.4.       Badania zagęszczalności gruntów gruboziarnistych i kamienistych 64

4.10. Zależność między wskaźnikiem zagęszczenia i stopniem zagęszczenia gruntów niespoi­stych 70

5. RUCH WODY W GRUNCIE 71

5.1. Rodzaje wody w gruncie 71

5.2. Podział wód podziemnych 71

5.3. Wodoprzepuszczalność gruntów 75

5.4. Wyznaczanie współczynnika filtracji 77

5.4.1.       Obliczanie współczynnika filtracji na podstawie uziarnienia i porowatości grun­tów 77

5.4.2.       Badania współczynnika filtracji w terenie 79

5.4.3.       Laboratoryjne metody wyznaczania współczynnika filtracji 79

5.4.4.       Obliczanie współczynnika filtracji w gruntach uwarstwionych 82

5.5. Podstawowe równania ruchu wody gruntowej 83

5.6. Siatka przepływu 85

5.7. Mechaniczne działanie wody na szkielet gruntowy 88

5.7.1.       Wypór wody w gruncie 88

5.7.2.       Ciśnienie wody w porach oraz naprężenie całkowite i efektywne w gruncie 88

5.7.3.       Fizyczna interpretacja równania naprężeń całkowitych i efektywnych 90

5.7.4.       Ciśnienie spływowe 92

5.7.5.       Zjawiska w gruncie wywołane filtracją 92

5.7.6.       Środki zabezpieczające grunty przed szkodliwym działaniem filtracji 95

6. WŁAŚCIWOŚCIMECHANICZNEGRUNTÓW 97

6.1. Wprowadzenie 97

6.2. Ściśliwość gruntów 97

6.2.1.       Wyznaczanie parametrów charakteryzujących ściśliwość gruntów 100

6.2.2.       Ściśliwość gruntów makroporowatych 108

6.2.3.       Polowe badania ściśliwości gruntu 109

6.3. Wytrzymałość gruntów na ścinanie 112

6.3.1.       Wprowadzenie 112

6.3.2.       Pojęcie oporu tarcia wewnętrznego i spójności gruntu 114

6.3.3.       Kryterium wytrzymałościowe Coulomba-Mohra 115

6.3.4.       Badania wytrzymałości na ścinanie metodą trójosiowego ściskania 119

6.3.5.       Badania wytrzymałości na ścinanie metodą bezpośredniego ścinania 125

6.3.6.       Polowe metody badania wytrzymałości na ścinanie gruntów 128

7. NAPRĘŻENIA W PODŁOŻU GRUNTOWYM 130

7.1. Hipotezy o rozkładzie naprężeń w gruncie 130

7.2. Naprężenia pierwotne w gruncie 131

7.2.1.       Wyznaczanie pierwotnych naprężeń pionowych 132

7.2.2.       Wyznaczanie pierwotnych naprężeń poziomych 133

7.3. Naprężenia w gruncie od siły skupionej 134

7.4. Naprężenia w gruncie od działania obciążenia ciągłego na obszarze prostokątnym 140

7.4.1.       Metoda sił skupionych 140

7.4.2.       Metoda punktów narożnych 142

7.4.3.       Metoda punktów środkowych 143

7.5. Wyznaczanie naprężeń pionowych pod środkiem obciążonego obszaru kołowego 145

7.6. Metoda pól wpływowych(nomogram Newmarka) 146

7.7. Rozkład naprężeń pod fundamentami sztywnymi 148

7.8. Wyznaczanie naprężeń pod fundamentami 151

7.9. Podłoże obiektu budowlanego 152

7.10.Obliczanie naprężeń pod nasypami 153

7.10.1.Wprowadzenie 153

7.10.2. Rozkład naprężeń od obciążeń pasmowych równomiernych 154

7.10.3. Rozkład naprężeń od obciążeń pasmowych trójkątnych 156

8. NOŚNOŚĆ PODŁOŻA GRUNTOWEGO 157

8.1. Zagadnienie nośności podłoża gruntowego 157

8.1.1.       Zależność odkształceń podłoża od obciążeń 157

8.1.2.       Strefy uplastycznienia gruntu pod fundamentem 158

8.2. Wyznaczanie naprężeń krytycznych 159

8.3. Wyznaczanie naprężeń granicznych podłoża gruntowego 162

8.3.1.       Wyznaczanie naprężeń granicznych przy obciążeniu osiowym 162

8.3.2.       Obciążenie graniczne podłoża uwarstwionego 170

8.3.3.       Obciążenie graniczne przy działaniu na fundament sił poziomych, ukośnych i mi­mośrodowo 172

8.3.4.       Obciążenie graniczne fundamentu według PN-EN 1997-1:2008 173

9. ODKSZTAŁCALNOŚĆ PODŁOŻA GRUNTOWEGO 176

9.1. Wiadomości wprowadzające 176

9.2. Obliczanie osiadań fundamentów 177

9.2.1.       Wprowadzenie 177

9.2.2.       Metoda odkształceń jednoosiowych 178

9.2.3.       Metoda odkształceń trójosiowych 181

9.3. Przebieg osiadań w czasie 185

9.3.1.       Wprowadzenie 185

9.3.2. Teoria konsolidacji jednoosiowej 185

10.PARCIE I ODPÓR GRUNTU 193

10.1.Pojęcia ogólne 193

10.2.Metoda Coulomba 194

10.2.1.Wyznaczanie parcia czynnego gruntu 194

10.2.2.Wyznaczanie odporu gruntu 196

10.3.Uogólnienie rozwiązania Coulomba 198

10.4. Wyznaczanie parcia gruntu na mury i ściany oporowe metodą stanu granicznego naprężenia 199

10.5. Zależność parcia czynnego i odporu od przemieszczeń i odkształceń ścian oporowych 203

10.6.Obliczanie parcia na obudowę wykopów 206

11.STATECZNOŚĆ ZBOCZY I SKARP 207

11.1.Ruch mas ziemnych 207

11.2.Podział osuwisk 208

11.3.Metody określania zagrożenia osuwiskami 210

11.3.1.Rozpoznanie geomorfologiczne 210

11.3.2.Rozpoznanie geologiczne 211

11.3.3.Rozpoznanie hydrogeologiczne 211

11.4.Metody obliczania stateczności skarp i zboczy 211

11.4.1.Warunki stateczności zboczy 211

11.4.2.Stateczność skarp w gruntach niespoistych 212

11.4.3.Stateczność skarp w gruntach spoistych 214

11.5.Badania terenów osuwiskowych 224

11.6.Zabezpieczanie stateczności zboczy i skarp nasypów 225

11.6.1.Zabezpieczanie stateczności zboczy 225

11.6.2.Zabezpieczanie stateczności skarp nasypów 226

12.WPŁYW MROZU NA GRUNTY 227

12.1.Wiadomości ogólne 227

12.2.Tworzenie się wysadzin i przełomów 228

12.3.Określenie głębokości przemarzania gruntu 230

12.4.Kryteria wysadzinowości gruntów 231

12.5.Zabezpieczanie budowli przed wysadzinami i przełomami 232

Literatura 234