Механика горных пород и грунтов (стр. 2 )

Введение

Содержание дисциплины. Связь её с другими науками физико – математического и геологического циклов. Краткая история развития "Механики грунтов"; роль отечественных учёных. Современное состояние "Механики грунтов", перспективы её дальнейшего развития. Основные задачи.

1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ МЕХАНИКИ ГРУНТОВ

1. Особенности грунтов оснований как объектов строительства. Модели механического поведения грунтов. Методы решения задач механики грунтов.

2. Особенности деформирования грунтов. Линейные и нелинейные деформации. Упругие и пластические деформации. Объемные и сдвиговые деформации. Ползучесть грунтов. Понятие о фильтрационной консолидации грунтов.

2. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ

1. Характеристики механических свойств грунтов. Основные схемы лабораторных испытаний. Режимы испытания образцов.

2. Деформируемость грунтов. Физические представления. Одноосные испытания. Компрессионные испытания: компрессионная кривая, коэффициент сжимаемости. Понятие о структурной прочности. Трехосные испытания. Модуль деформации грунта, коэффициент бокового расширения, коэффициент бокового давления.

3. Водопроницаемость грунтов. Физические представления. Закон ламинарной фильтрации. Коэффициент фильтрации и методы его определения. Начальный градиент фильтрации. Процессы, развивающиеся в грунтах при фильтрации (фильтрационная суффозия, кольматация). Понятие об эффективных напряжениях и поровом давлении.

4. Прочность грунтов. Физические представления. Методы испытаний. Одноосное испытание. Испытание на одноплоскостной сдвиг. Трехосное сжатие. Закономерности сопротивления сдвигу, закон Кулона. Характеристики сопротивления сдвигу: угол внутреннего трения, удельное сцепление. Понятие о давлении связности. Сопротивление сдвигу при сложном напряженном состоянии. Условие предельного равновесия.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ В МАССИВАХ ГРУНТОВ

1. Расчетные схемы взаимодействия сооружений и оснований. Задачи расчета напряжений.

2. Определение напряжений по подошве фундаментов и сооружений (контактная задача). Классификация фундаментов и сооружений по жесткости. Контактные модели основания: местных упругих деформаций, упругого полупространства, упругого слоя ограниченной мощности. Области применения моделей. Контактные напряжения на подошве центрально и внецентренно нагруженных абсолютно жестких фундаментов (сравнение теоретических решений и результатов натурных измерений). Влияние жесткости фундаментов на распределение контактных напряжений. Упрощенное определение контактных напряжений.

3. Определение напряжений в грунтовом массиве от действия местной нагрузки на его поверхности. Общие положения. Распределение напряжений от сосредоточенной силы (задача Буссинеска) и распределенной сосредоточенной нагрузки (задача Фламана). Приближенное определение напряжений от местной нагрузки методом суммирования. Плоская задача: равномерно распределенная и треугольная нагрузки. Главные напряжения, эллипсы напряжений. Пространственная задача: равномерно распределенная нагрузка. Метод угловых точек. Влияние формы и площади фундамента, неоднородности и анизотропии основания на распределение напряжений.

4. Определение напряжений от собственного веса грунтов при различном характере напластования и положении уровня подземных вод.

4. ПРОЧНОСТЬ И УСТОЙЧИВОСТЬ ОСНОВАНИЙ СООРУЖЕНИЙ

1. Значение вопроса. Основные положения теории предельного напряженного состояния. Характеристика методов решения задач теории предельного напряженного состояния: строгие, приближенные, инженерные методы.

2. Фазы напряженного состояния грунтов в основании фундаментов. Физические представления. Понятия о начальной критической, предельной критической нагрузках и расчетном сопротивлении основания. Определение начальной критической нагрузки. Нормативное и расчетное сопротивление грунтов основания. Определение предельной критической нагрузки: строгие и приближенные решения. Использование значений критических нагрузок при проектировании оснований и фундаментов.

5. УСТОЙЧИВОСТЬ ОТКОСОВ И СКЛОНОВ

1. Общие положения. Причины и формы потери устойчивости откосов и склонов. Характеристика и область применения строгих и приближенных методов расчета устойчивости. Кратковременная и длительная устойчивость склонов.

2. Простейшие задачи. Устойчивость откоса в идеально сыпучих грунтах. Понятие об угле естественного откоса. Влияние на устойчивость фильтрационных сил. Устойчивость вертикального откоса в идеально связных грунтах и грунтах, обладающих трением и сцеплением. Проектирование откосов с заданным нормативным коэффициентом устойчивости.

3. Инженерные методы расчета устойчивости откосов и склонов. Расчет устойчивости в предположении плоской поверхности скольжения. Метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения. Расчетная схематизация, основные зависимости, техника расчета.

4. Мероприятия по повышению устойчивости откосов и склонов.

6. ДАВЛЕНИЕ ГРУНТОВ НА ОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ

1. Общие положения. Конструктивные типы подпорных стенок. Понятие о жестких (массивных) и гибких подпорных стенках.

2. Особенности взаимодействия подпорных стенок с массивом грунта. Активное и пассивное давление. Давление грунта в состоянии покоя. Влияние характера и величины смещений подпорных стенок, их жесткости на распределение давления грунта.

3. Аналитические методы определения активного давления грунта на вертикальную гладкую стенку. Давление сыпучих и связных грунтов. Учет пригрузки, наклона и шероховатости задней грани стенки, наклона поверхности засыпки. Аналитическое определение пассивного давления в предположении плоской поверхности скольжения.

7. ДЕФОРМАЦИИ ОСНОВАНИЙ И РАСЧЕТ ОСАДОК СООРУЖЕНИЙ

1. Значение вопроса. Основные положения. Этапы строительства и эксплуатации сооружений, изменение нагрузок и деформаций основания. Виды деформаций оснований и сооружений. Понятие о стабилизированных и нестабилизированных деформациях.

2. Теоретические основы расчета стабилизированных деформаций оснований. Постановка задачи. Осадки линейно-деформируемого полупространства и слоя грунта ограниченной мощности.

3. Основные предпосылки приближенных методов определения осадок. Понятие о глубине сжимаемой толщи. Идея метода послойного (элементарного) суммирования. Допущения, принимаемые в расчетах. Сжатие элементарного слоя грунта без учета и с учетом возможности бокового расширения. Определение глубины сжимаемой толщи.

4. Практические методы расчета стабилизированных деформаций оснований. Расчет осадки методом послойного суммирования (расчетные зависимости, техника расчета, определение характеристик сжимаемости грунтов). Учет влияния соседних фундаментов и загруженных площадей. Расчет осадки однородных и неоднородных оснований методом эквивалентного слоя (расчетные зависимости, техника расчета). Определение неравномерных осадок, кренов и горизонтальных смещений сооружений.

5. Практические методы расчета осадок оснований во времени. Определение осадки слоистых оснований во времени (расчетные зависимости, техника расчета).

8.  РАСЧЕТЫ ДЕФОРМАЦИЙ МАССИВОВ ГОРНЫХ ПОРОД.

Расчет перераспределения напряжений (и деформаций) в массиве пород вокруг подземных полостей. Оценка деформаций пород над подземными полостями, выработанными пространствами и при откачках подземных вод, нефти или газа. Расчет деформаций в котлованах и карьерах. Расчет суффозионных и карстовых провалов на закарстованных территориях.

3.2. СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛА ДИСЦИПЛИНЫ

1. Определение физико-механических свойств грунтов

2. Определение напряжений от действия внешних нагрузок. Графические способы изображения напряжений в толще пород.

3. Определение напряжений от собственного веса пород. Влияние гидрогеологических условий на распределение напряжений.

4. Определение давления грунтов на ограждения (подпорные стенки).

5. Расчет устойчивости естественных оснований сооружений.

6. Расчет конечной осадки фундаментов сооружений.

7. Расчет консолидации водонасыщенных глинистых грунтов во времени.

8. Основы проектирование фундаментов по предельным состояниям.

Расчет осадок фундаментов является важной инженерной задачей, направленной на прочное развитие процесса взаимодействия сооружения с грунтовым основанием.

Специализированная программа "Осадка" позволяет на ПЭВМ оценить изменение величины осадки фундамента при реконструкции существующего здания; проводить исследования характера зависимости величины полной осадки от величины действующей нагрузки и исследования характера изменения мощности сжимаемой толщи в зависимости от величины полной нагрузки.

3. ПРОГРАММА САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Самостоятельная работа в объеме 48 ч. по освоению теоретических и практических основ дисциплины «Механика горных пород и грунтов» заключается в следующем:

·  работа с конспектом лекций, методической и учебной литературой в соответствии с учебным планом – 2 часа;

·  подготовка к входному контролю (тестированию), текущему контролю (три контрольные работы) и итоговому контролю – 16 часов.

В процессе изучения дисциплины помимо аудиторных занятий студенты самостоятельно прорабатывают отдельные вопросы теоретического раздела.

1. Основные закономерности механики грунтов.

2. Меры по обеспечению устойчивости естественных склонов и откосов.

3. Методы усиления и реконструкции оснований и фундаментов.

Оценка результатов самостоятельной работы оценивается во время рубежного и итогового контроля путем ответа на вопросы.

Вопросы для самопроверки

1.  Сжимаемость грунтов. Общие положения. Зависимость между нормальным давлением и коэффициентом пористости грунта.

2.  Определение модуля деформации грунта по данным лабораторных и полевых испытаний.

3.  Водопроницаемость грунтов. Закон ламинарной фильтрации. Эффективные и нейтральные давления в грунтовой массе.

4.  Лабораторные и полевые методы оценки сопротивления грунта сдвигу. Нормативные и расчетные характеристики грунтов.

5.  Основные понятия механики деформируемого твердого тела. Понятие прочности. Понятие о напряжениях и деформациях. Зависимость между напряжениями и деформациями.

6.  Определение напряжений в грунтах. Пространственная задача (действие сосредоточенной силы, распределенной нагрузки). Плоская задача. Контактная задача. Природное давление.

7.  Деформации грунтового массива. Основные положения. Одномерная задача. Метод послойного суммирования. Метод общих упругих деформаций. Метод эквивалентного слоя.

8.  Прочность и устойчивость грунтового массива. Критические нагрузки на грунт. Начальная критическая нагрузка. Предельная нагрузка. Расчетное сопротивление грунта.

9.  Устойчивость откосов. Устойчивость откоса идеально сыпучего грунта. Устойчивость откоса идеально связного грунта.

10.  Расчет устойчивости откосов методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения.

11.  Аналитический и графоаналитический метод определения давления грунта на подпорную стенку.

4. ТЕКУЩИЙ И ИТОГОВЫЙ КОНТРОЛЬ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Контроль за усвоением разделов дисциплины предусматривает две рубежные контрольные и итоговый зачёт.

Вариант задания рубежной контрольной:

1.  Основные законы механики грунтов.

2.  Какие давления в грунте называют природными и как определяют их величины?

3.  В чём состоит сущность метода угловых точек для определения сжимающих напряжений?

Вариант зачета:

1.  Какие существуют критические нагрузки на грунт?

2.  Как определяются напряжения методом угловых точек?

3.  Задача. Определить расчётное значение удельного веса грунта для оценки несущей способности при следующих частных значениях: 18.7, 20.4, 19.2, 19.8, 18.2, 17.8, кН / м3.

4.1. Рейтинг – лист

1.  Максимальная сумма баллов по дисциплине – 100 баллов

2.  Итоговая оценка по дисциплине определяется суммой баллов, набранных студентом в семестре по теоретическому разделу, лабораторным работам и зачёте.

Шкала предварительных оценок:

80 – 100 баллов – отлично

60 –80 баллов – хорошо

50 – 60 баллов – удовлетворительно

менее 50 – неудовлетворительно

3.  Рубежные контрольные: Рк–1 – 5 баллов; Рк-2 – 5 баллов; максимально – 10 баллов.

4.  Работа на лекции – 3 баллов, максимально – 24 баллов.

5.  Выполнение лабораторных работ – 10 баллов, максимально – 40 баллов.

6.  Самостоятельная работа – 10 баллов, максимально – 10 баллов.

7.  Зачёт – 16 баллов.

Таблица 2
Формируемые компетенции в зависимости от вида полученных знаний по дисциплине «Механика горных пород и грунтов»
Коды	Компетенции, совокупный ожидаемый результат по завершении обучения	Совокупность оценочных заданий по дисциплине
Лекции	практ занятия	Самост. работа
1	2	3	4	5
Общекультурные (ОК)
ОК-1	обобщать, анализировать, воспринимать информацию, ставить цели и выбирать пути ее достижения	√	√	√
ОК-7	использовать нормативные правовые документы в своей деятельности	√	√	√
Профессиональные(ПК)
общепрофессиональные
ПК-2	самостоятельно приобретать новые знания, используя современные образовательные и информационные технологии		√	√
ПК-8	применять основные методы, способы и средства получения, хранения и обработки информации, навыки работы с компьютером как средством управления информацией		√
производственно-технологическая деятельность
ПК-10	использовать теоретические знания при выполнении производственных, технологических и инженерных исследований в соответствии со специализацией		√	√
ПК-11	выбирать технические средства для решения общепрофессиональных задач и осуществлять контроль за их применением		√	√
ПК-12	проводить геологические наблюдения и осуществлять их документацию на объекте изучения		√	√
1	2	3	4	5
ПК-13	осуществлять привязку своих наблюдений на местности, составлять схемы, карты, планы, разрезы геологического содержания			√
организационно-управленческая деятельность
ПК-27	организовывать работу исполнителей, находить и принимать управленческие решения в области организации и нормировании труда, готовность быть лидером		√	√
научно-исследовательская деятельность
ПК-21	устанавливать взаимосвязи между фактами, явлениями, событиями и формулировать научные задачи по их обобщению	√	√	√
ПК-22	изучать, критически оценивать научную и научно-техническую информацию отечественного и зарубежного опыта по тематике исследований геологического направления	√	√	√
ПК-23	планировать и выполнять аналитические, имитационные и экспериментальные исследования, критически оценивать результаты исследований и делать выводы		√	√
ПК-24	проводить математическое моделирование процессов и объектов на базе стандартных пакетов автоматизированного проектирования и исследований		√	√
ПК-25	подготавливать данные для составления обзоров, отчетов и научных публикаций		√	√
проектная деятельность
ПК-18	подготавливать и согласовывать геологические задания на разработку проектных решений		√	√
ПК-19	использовать знания методов проектирования полевых и камеральных геологоразведочных работ, выполнения инженерных расчетов для выбора технических средств при их проведении		√	√
ПК-20	проводить технические расчеты по проектам, технико-экономический и функционально-стоимостной анализ эффективности проектов		√	√

Для студентов заочного отделения

Контрольная работа № 1

Распределение вертикальных сжимающих напряжений, возникающих под действием распределенной нагрузки, ограниченной по площади (гибкий прямоугольник, рис. 1)