Задания на подготовку к лабораторным занятиям

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова

Кафедра "Транспортное строительство

и профессиональное обучение"

ЗАДАНИЯ НА ПОДГОТОВКУ К ЛАБОРАТОРНЫМ ЗАНЯТИЯМ

по дисциплине «Механика грунтов, основания и фундаменты"

для студентов специальности 5В074500 «Транспортное строительство»

заочной формы обучения

Утверждено

на заседании кафедры ТСиПО

"____"____200_ г., протокол №___

Зав. кафедрой профессор, к. т.н.

________________

Составитель профессор, к. т.н.

______________

Павлодар

1 ЗАОЧНАЯ ФОРМА ОБУЧЕНИЯ НА БАЗЕ СПО

(ОБЪЕМ ЧАСОВ - 6)

Лабораторная работа 1 Определение характеристик деформируемости грунтов методом компрессионного сжатия

План занятия:

- процедура испытания грунта в компрессионном приборе:

- построение компрессионной кривой;

- определение модуля деформации грунта.

Контрольные вопросы

1 С какой целью проводятся компрессионные испытания грунтов?

2 Чем обусловлена сжимаемость грунтов?

3 Какие процессы описывает компрессионная кривая в режимах нагружения и разгрузки?

4 Что понимается под коэффициентом сжимаемости, коэффициентом относительной сжимаемости и модулем деформации грунта?

5 Как записывается закон уплотнения грунтов?

6 Как записывается уравнение компрессионной кривой?

7 Что называется коэффициентом бокового давления грунта?

8 Какая разница между эффективным и нейтральным давлением в грунтах от действия нагрузки?

Задачи

1 Осевая деформация грунта в компрессионном приборе при давлении 300 кПа составляет 0,005. Определить модуль деформации грунта, если его коэффициент Пуассона равен 0,4.

2 Плотность частиц грунта 2,7 г/см, плотность сухого грунта 1,35 г/см. При нагрузке грунта в компрессионном приборе давлением 200 кПа начальный коэффициент пористости уменьшился на 10 %. Определить модуль деформации грунта при коэффициенте Пуассона 0,4.

Рекомендуемая литература

1 , , и др. Механика грунтов. Ч.1. Основы геотехники в строительстве. – М. : Издательство АСВ, 2000. – С..

2 Цытович грунтов. – М. : Высшая школа, 1979. – 272 с.

3 Козионов лабораторных испытаний грунтов: учебное пособие. Павлодар : НИЦ ПГУ им. С. Торайгырова, 2006. – C. 58 – 67.

Лабораторная работа 2 Определение параметров прочности грунтов методом одноплоскостного среза

План занятия:

- процедура испытаний песчаного грунта на срез;

- определение параметров прочности грунта на сдвиг.

Контрольные вопросы

1 Что понимается под сопротивлением грунтов сдвигу?

2 Какими характеристиками определяется прочность грунта?

3 Как формулируется условие прочности грунта по Кулону?

4 Как аналитически записать условие прочности Кулона для неконсолидированного испытания?

5 В чем состоят основные недостатки испытаний грунтов методом одноплоскостного среза?

Задачи

1 Образец грунта испытывается в срезном приборе при постоянном вертикальном давлении =200 кПа. Прочностные характеристики грунта составляют: угол внутреннего трения =20; удельное сцепление = 20 кПа. При каком касательном напряжении произойдет разрушение грунта?

2 Образец грунта испытывается в срезном приборе. Прочностные характеристики грунта составляют: угол внутреннего трения =16; удельное сцепление = 50 кПа. Произойдет ли разрушение грунта при соотношении касательного и вертикального напряжений 0,75?

Рекомендуемая литература

1 , , и др. Механика грунтов. Ч.1. Основы геотехники в строительстве. – М. : Издательство АСВ, 2000. – С..

2 Цытович грунтов. – М. : Высшая школа, 1979. – 272 с.

3 Козионов лабораторных испытаний грунтов: учебное пособие. Павлодар : НИЦ ПГУ им. С. Торайгырова, 2006. – 109 с.

Лабораторная работа 3 Оценка параметров развития деформаций глинистых грунтов во времени

План занятия:

- процедура длительного испытания грунта в компрессионном приборе;

- построение кривой ползучести для начального участка;

- определение параметров ползучести грунта.

Контрольные вопросы

1 Что называется ползучестью грунта?

2 Для каких грунтов необходимо учитывать свойство ползучести?

3 Назовите стадии ползучести грунтов и критерии их определения.

4 Приведите примеры ядер ползучести для описания деформаций грунта во времени.

5 Изложите методику определения параметров ползучести грунтов.

5 Приведите зависимости для расчета осадок фундаментов во времени.

Задачи

1 При испытании грунта штампом измерялись его осадки во времени с периодичностью один раз в сутки при постоянных уровнях нагружения. Результаты приведены в таблице

Уровень нагружения , кПа	Величины осадок, см, по суткам
1	2	3	4	5
200	2,00	2,20	2,30	2,38	2,44
400	4,00	4,30	4,60	4,90	5,20
600	6,00	6,40	6,90	7,50	8,20

Определить стадии ползучести грунта при различных уровнях нагружения штампа.

Указание: использовать вычисления скоростей осадок штампа.

2 Определить осадки слоя грунта толщиной 1 м, находящегося в стадии затухающей ползучести в моменты времени t=0, t=1 час, t=30 суток при следующих исходных данных: = 0,8; =300 кПа; = 10 МПа; = 0,0001924 1/c; = 0, 1/c.

Указание: использовать для расчета осадок аппроксимацию кривой ползучести ядром типа Абеля [1, с. 39], [2, c. 227].

Рекомендуемая литература

1 , , и др. Механика грунтов. Ч.1. Основы геотехники в строительстве. – М. : Издательство АСВ, 2000. – С..

2 Цытович грунтов. – М. : Высшая школа, 1979. – 226 – 229.

3 Козионов лабораторных испытаний грунтов: учебное пособие. Павлодар : НИЦ ПГУ им. С. Торайгырова, 2006. – 67 – 75.

Лабораторная работа 4 Определение коэффициента фильтрации песчаного грунта

План занятия:

- процедура испытания грунта на водопроницаемость;

- определение коэффициента фильтрации грунта.

Контрольные вопросы

1 Что называется коэффициентом фильтрации грунта?

2 Что называется начальным градиентом в глинистых грунтах?

3 Как определяется величина градиента напора?

4 Сформулируйте закон ламинарной фильтрации воды в грунтах.

5 Какие факторы влияют на фильтрационные свойства грунтов?

Задачи

1 Могут ли происходить фильтрационные процессы в грунте, если:

а) гидравлический градиент напора I = 0,2, а начальный гидравлический градиент напора I = 0,3;

б) гидравлический градиент напора I = 0,3, а начальный гидравлический градиент напора I = 0,1.

2 Поверхность грунтового потока имеет уклон 2630. Коэффициент фильтрации грунта 100 м/сут. Определить скорость движения воды в грунте.

Рекомендуемая литература

1 , , и др. Механика грунтов. Ч.1. Основы геотехники в строительстве. – М. : Издательство АСВ, 2000. – С. 56 – 61.

2 Цытович грунтов. – М. : Высшая школа, 1979. – С. 37 – 41.

3 Козионов лабораторных испытаний грунтов: учебное пособие. Павлодар : НИЦ ПГУ им. С. Торайгырова, 2006. – С. 86 – 90.

Лабораторная работа 5 Определение угла естественного откоса песчаного грунта

План занятия:

- процедура испытания грунта в приборе;

- определение угла естественного откоса грунта в сухом и подводном состоянии.

Контрольные вопросы

1 Что называют углом естественного откоса?

2 Для каких целей определяется угол естественного откоса?

3 В чем причина расхождения угла естественного откоса песчаного грунта в сухом и подводном состояниях?

4 Чему равно значение угла заложения откоса в сыпучих грунтах?

5 В каких грунтах возможно устройство вертикальных откосов?

Задачи

1 Определить угол заложения откоса из сыпучего грунта с углом внутреннего трения 30 для заданного проектом коэффициентом устойчивости 1,3.

2 Определить предельное значение высоты вертикального откоса из идеально связного грунта с удельным сцеплением 15 кПа и удельным весом 19 кН/м.

3 Определить предельное значение высоты вертикального откоса из грунта с углом внутреннего трения 30, удельным сцеплением 15 кПа и удельным весом 19 кН/м.

Рекомендуемая литература

1 Козионов лабораторных испытаний грунтов: учебное пособие. Павлодар : НИЦ ПГУ им. С. Торайгырова, 2006. – С. 90 – 92.

Лабораторная работа 6 Определение характеристик сжимаемости грунтов полевыми методами

План занятия: процедура определения модуля деформации грунта по результатам штампового опыта.

Исходные данные: результаты полевых испытаний грунтов штампами в шурфе и скважине.

Контрольные вопросы

1 Приведите основные схемы штамповых испытаний.

2 В чем состоит принцип линейной деформируемости грунтов?

3 Как записывается формула для определения модуля деформации грунта по результатам штамповых испытаний?

4 Можно ли применить модель линейно деформируемой среды для расчета грунтового основания, если напряжения в грунте больше структурной прочности грунта и меньше начального критического давления на грунт?

5 Совпадают ли значения модулей деформации грунта, определенные по результатам компрессионных и штамповых испытаний?

Задачи

1 Чему равен модуль деформации грунта с коэффициентом Пуассона =0,3, если при нагрузке на круглый штамп площадью 5000 см, равной 150 кН, осадка штампа составила 1 см?

2 Может ли штамповый модуль деформации грунта быть:

а) меньше модуля его упругости;

б) больше компрессионного модуля деформации.

Рекомендуемая литература

1 , , и др. Механика грунтов. Ч.1. Основы геотехники в строительстве. – М. : Издательство АСВ, 2000. – С. 54 – 55.

2 Цытович грунтов. – М.: Высшая школа, 1979.– С. 167 – 168.

2 ЗАОЧНАЯ ФОРМА ОБУЧЕНИЯ НА БАЗЕ ВПО

(ОБЪЕМ ЧАСОВ - 12)

Лабораторная работа 1 Определение характеристик деформируемости грунтов методом компрессионного сжатия

План занятия:

- процедура испытания грунта в компрессионном приборе:

- построение компрессионной кривой;

- определение модуля деформации грунта.

Контрольные вопросы

1 С какой целью проводятся компрессионные испытания грунтов?

2 Чем обусловлена сжимаемость грунтов?

3 Какие процессы описывает компрессионная кривая в режимах нагружения и разгрузки?

4 Что понимается под коэффициентом сжимаемости, коэффициентом относительной сжимаемости и модулем деформации грунта?

5 Как записывается закон уплотнения грунтов?

6 Как записывается уравнение компрессионной кривой?

7 Что называется коэффициентом бокового давления грунта?

8 Какая разница между эффективным и нейтральным давлением в грунтах от действия нагрузки?

Задачи

1 Осевая деформация грунта в компрессионном приборе при давлении 300 кПа составляет 0,005. Определить модуль деформации грунта, если его коэффициент Пуассона равен 0,4.

2 Плотность частиц грунта 2,7 г/см, плотность сухого грунта 1,35 г/см. При нагрузке грунта в компрессионном приборе давлением 200 кПа начальный коэффициент пористости уменьшился на 10 %. Определить модуль деформации грунта при коэффициенте Пуассона 0,4.

Рекомендуемая литература

1 , , и др. Механика грунтов. Ч.1. Основы геотехники в строительстве. – М. : Издательство АСВ, 2000. – С..

2 Цытович грунтов. – М. : Высшая школа, 1979. – 272 с.

3 Козионов лабораторных испытаний грунтов: учебное пособие. Павлодар : НИЦ ПГУ им. С. Торайгырова, 2006. – C. 58 – 67.

Лабораторная работа 2 Определение параметров прочности грунтов методом одноплоскостного среза

План занятия:

- процедура испытаний песчаного грунта на срез;

- определение параметров прочности грунта на сдвиг.

Контрольные вопросы

1 Что понимается под сопротивлением грунтов сдвигу?

2 Какими характеристиками определяется прочность грунта?

3 Как формулируется условие прочности грунта по Кулону?

4 Как аналитически записать условие прочности Кулона для неконсолидированного испытания?

5 В чем состоят основные недостатки испытаний грунтов методом одноплоскостного среза?

Задачи

1 Образец грунта испытывается в срезном приборе при постоянном вертикальном давлении =200 кПа. Прочностные характеристики грунта составляют: угол внутреннего трения =20; удельное сцепление = 20 кПа. При каком касательном напряжении произойдет разрушение грунта?

2 Образец грунта испытывается в срезном приборе. Прочностные характеристики грунта составляют: угол внутреннего трения =16; удельное сцепление = 50 кПа. Произойдет ли разрушение грунта при соотношении касательного и вертикального напряжений 0,75?

Рекомендуемая литература

1 , , и др. Механика грунтов. Ч.1. Основы геотехники в строительстве. – М. : Издательство АСВ, 2000. – С..

2 Цытович грунтов. – М. : Высшая школа, 1979. – 272 с.

3 Козионов лабораторных испытаний грунтов: учебное пособие. Павлодар : НИЦ ПГУ им. С. Торайгырова, 2006. – 109 с.

Лабораторная работа 3 Оценка параметров развития деформаций глинистых грунтов во времени

План занятия:

- процедура длительного испытания грунта в компрессионном приборе;

- построение кривой ползучести для начального участка;

- определение параметров ползучести грунта.

Контрольные вопросы

1 Что называется ползучестью грунта?

2 Для каких грунтов необходимо учитывать свойство ползучести?

3 Назовите стадии ползучести грунтов и критерии их определения.

4 Приведите примеры ядер ползучести для описания деформаций грунта во времени.

5 Изложите методику определения параметров ползучести грунтов.

5 Приведите зависимости для расчета осадок фундаментов во времени.

Задачи

1 При испытании грунта штампом измерялись его осадки во времени с периодичностью один раз в сутки при постоянных уровнях нагружения. Результаты приведены в таблице

Уровень нагружения , кПа	Величины осадок, см, по суткам
1	2	3	4	5
200	2,00	2,20	2,30	2,38	2,44
400	4,00	4,30	4,60	4,90	5,20
600	6,00	6,40	6,90	7,50	8,20

Определить стадии ползучести грунта при различных уровнях нагружения штампа.

Указание: использовать вычисления скоростей осадок штампа.

2 Определить осадки слоя грунта толщиной 1 м, находящегося в стадии затухающей ползучести в моменты времени t=0, t=1 час, t=30 суток при следующих исходных данных: = 0,8; =300 кПа; = 10 МПа; = 0,0001924 1/c; = 0, 1/c.

Указание: использовать для расчета осадок аппроксимацию кривой ползучести ядром типа Абеля [1, с. 39], [2, c. 227].

Рекомендуемая литература

1 , , и др. Механика грунтов. Ч.1. Основы геотехники в строительстве. – М. : Издательство АСВ, 2000. – С..

2 Цытович грунтов. – М. : Высшая школа, 1979. – 226 – 229.

3 Козионов лабораторных испытаний грунтов: учебное пособие. Павлодар : НИЦ ПГУ им. С. Торайгырова, 2006. – 67 – 75.

Лабораторная работа 4 Определение коэффициента фильтрации песчаного грунта

План занятия:

- процедура испытания грунта на водопроницаемость;

- определение коэффициента фильтрации грунта.

Контрольные вопросы

1 Что называется коэффициентом фильтрации грунта?

2 Что называется начальным градиентом в глинистых грунтах?

3 Как определяется величина градиента напора?

4 Сформулируйте закон ламинарной фильтрации воды в грунтах.

5 Какие факторы влияют на фильтрационные свойства грунтов?

Задачи

1 Могут ли происходить фильтрационные процессы в грунте, если:

а) гидравлический градиент напора I = 0,2, а начальный гидравлический градиент напора I = 0,3;

б) гидравлический градиент напора I = 0,3, а начальный гидравлический градиент напора I = 0,1.

2 Поверхность грунтового потока имеет уклон 2630. Коэффициент фильтрации грунта 100 м/сут. Определить скорость движения воды в грунте.

Рекомендуемая литература

1 , , и др. Механика грунтов. Ч.1. Основы геотехники в строительстве. – М. : Издательство АСВ, 2000. – С. 56 – 61.

2 Цытович грунтов. – М. : Высшая школа, 1979. – С. 37 – 41.

3 Козионов лабораторных испытаний грунтов: учебное пособие. Павлодар : НИЦ ПГУ им. С. Торайгырова, 2006. – С. 86 – 90.

Лабораторная работа 5 Определение угла естественного откоса песчаного грунта

План занятия:

- процедура испытания грунта в приборе;

- определение угла естественного откоса грунта в сухом и подводном состоянии.

Контрольные вопросы

1 Что называют углом естественного откоса?

2 Для каких целей определяется угол естественного откоса?

3 В чем причина расхождения угла естественного откоса песчаного грунта в сухом и подводном состояниях?

4 Чему равно значение угла заложения откоса в сыпучих грунтах?

5 В каких грунтах возможно устройство вертикальных откосов?

Задачи

1 Определить угол заложения откоса из сыпучего грунта с углом внутреннего трения 30 для заданного проектом коэффициентом устойчивости 1,3.

2 Определить предельное значение высоты вертикального откоса из идеально связного грунта с удельным сцеплением 15 кПа и удельным весом 19 кН/м.

3 Определить предельное значение высоты вертикального откоса из грунта с углом внутреннего трения 30, удельным сцеплением 15 кПа и удельным весом 19 кН/м.

Рекомендуемая литература

1 Козионов лабораторных испытаний грунтов: учебное пособие. Павлодар : НИЦ ПГУ им. С. Торайгырова, 2006. – С. 90 – 92.

Лабораторная работа 6 Определение характеристик сжимаемости грунтов полевыми методами

План занятия: процедура определения модуля деформации грунта по результатам штампового опыта.

Исходные данные: результаты полевых испытаний грунтов штампами в шурфе и скважине.

Контрольные вопросы

1 Приведите основные схемы штамповых испытаний.

2 В чем состоит принцип линейной деформируемости грунтов?

3 Как записывается формула для определения модуля деформации грунта по результатам штамповых испытаний?

4 Можно ли применить модель линейно деформируемой среды для расчета грунтового основания, если напряжения в грунте больше структурной прочности грунта и меньше начального критического давления на грунт?

5 Совпадают ли значения модулей деформации грунта, определенные по результатам компрессионных и штамповых испытаний?

Задачи

1 Чему равен модуль деформации грунта с коэффициентом Пуассона =0,3, если при нагрузке на круглый штамп площадью 5000 см, равной 150 кН, осадка штампа составила 1 см?

2 Может ли штамповый модуль деформации грунта быть:

а) меньше модуля его упругости;

б) больше компрессионного модуля деформации.

Рекомендуемая литература

1 , , и др. Механика грунтов. Ч.1. Основы геотехники в строительстве. – М. : Издательство АСВ, 2000. – С. 54 – 55.

2 Цытович грунтов. – М.: Высшая школа, 1979.– С. 167 – 168.

Лабораторная работа 7 Вычисление нормативных и расчетных характеристик прочности грунтов

План занятия: Процедура определения нормативных и расчетных характеристик прочности грунтов по результатам сдвиговых испытаний.

Исходные данные: Результаты 6 частных определений угла внутреннего трения и удельного сцепления грунта.

Контрольные вопросы

1 Что понимается под нормативным значением характеристики прочности грунтов?

2 В чем отличие нормативных и расчетных характеристик прочности грунтов?

3 Что определяет коэффициент надежности по грунту?

4 Что характеризует коэффициент вариации характеристики прочности грунта?

5 Что определяет среднее квадратичное характеристик прочности грунтов?

Задача

1 Определить частные значения параметров прочности грунта: угол внутреннего трения ; удельное сцепление по результатам испытания его на срез по следующим экспериментальным данным:

- при нормальном давлении = 100 кПа сопротивление сдвигу составило = 65 кПа;

- при = 200 кПа = 120 кПа;

- при = 300 кПа = 170 кПа.

Указание: обработку результатов производить методом наименьших квадратов с использованием формул [1, c. 70], [2, c. 50].

Рекомендуемая литература

1 , , и др. Механика грунтов. Ч.1. Основы геотехники в строительстве. – М. : Издательство АСВ, 2000. – С. 68 – 72.

2 Козионов лабораторных испытаний грунтов: учебное пособие. Павлодар : НИЦ ПГУ им. С. Торайгырова, 2006. – С. 92 – 100.