МЕХАНИКА ГРУНТОВ

МЕХАНИКА ГРУНТОВ , научная дисциплина,
изучающая напряжённо-деформированное состояние грунтов, условия
их прочности, давление на ограждения, устойчивость грунтовых массивов и
др. В М. г. рассматривается зависимость механич. свойств грунтов от их
строения и физич. состояния, исследуются общая сжимаемость грунтов, их
структурно-фазовая деформируемость, контактная сопротивляемость сдвигу.
Результаты, полученные в М. г., используются при проектировании оснований
и фундаментов зданий, пром. и гидротех-нич. сооружений, в дорожном и аэродромном
строительстве, устройстве подземных коммуникаций, прокладке трубопроводов,
а также для прогнозирования деформаций и устойчивости откосов, подпорных
стен и др. Методы М. г. применяются при рассмотрении задач об использовании
взрывов и вибраций в производств, процессах, связанных с разработкой грунтов.

Осн. вид деформации грунтов - уплотнение
их при сжатии. Оно вызывается действием нормальных усилий, приложенных
к элементу грунта, и происходит гл. обр. за счёт взаимного перемещения
(сдвигов и поворотов) твёрдых минеральных частиц, вызывающего уменьшение
пористости грунта. Характеристиками деформируемости грунтов служат коэфф.
относит. сжимаемости или обратно пропорциональный ему модуль общей деформации
и коэфф. относит, поперечной деформации, аналогичные модулю упругости и
коэфф. Пуассона (см. Пуассона коэффициент) упругих тел, с той разницей,
что нагружение грунта предполагается однократным (без последующей разгрузки)
и грунт далёк от разрушения. Для грунтов характерна деформируемость их
во времени как вследствие выжимания воды из пор грунта и вызываемого этим
перераспределения давлений между пбровой водой и грунтовым скелетом (процесс
фильтрац. консолидации), так и в результате вязкого взаимного перемещения
грунтовых частиц (процесс ползучести грунта).

Осн. вид нарушения прочности грунта - смещение
одной его части по отношению к другой вследствие незатухающего сдвига,
переходящего в срез. Сопротивление срезу несвязных (сыпучих) грунтов обусловливается
силами внутр. трения, развивающегося в точках контакта частиц грунта при
взаимном их смещении. В глинистых грунтах взаимному смещению препятствуют
цементационные и водно-коллоидные связи, обусловливающие сопротивление
срезу. Показатели прочности грунта - угол внутр. трения и удельное сцепление
(зависящие от физич. состояния грунта)-являются лишь параметрами диаграммы
среза, необходимыми в М. г. для расчёта прочности. Для глинистых грунтов
величина сил внутр. трения зависит от той доли внешней нагрузки, к-рая
воспринимается их минеральным скелетом. Если часть нагрузки передаётся
на поровую воду, то в грунте проявляется уменьшенное сопротивление срезу
за счёт трения. В М. г. скорость движения воды в порах грунта описывается
законом Дарси, скорость деформирования вязко-пластичных межчастичных связей
- интегральным ур-нием теории наследственной ползучести Больцмана - Вольтерры,
ядро к-рой устанавливается по результатам экспериментов. При вибрациях
механич. свойства грунтов (особенно несвязных) меняются в зависимости от
интенсивности колебаний. Малосвязные грунты под действием вибраций в определённых
условиях приобретают свойства вязких жидкостей.

В М. г. при построении прогнозов пользуются
данными инженерной геологии, инженерной гидрогеологии, а также исходными
зависимостями механики сплошной среды и, в частности,- теорий упругости,
пластичности, ползучести, статики сыпучей среды.

Задачи исследования напряжений и деформаций
грунтовых массивов под действием внешних сил и собств. веса, разработка
вопросов их прочности, устойчивости, давления грунтов на ограждения, а
также на неглубоко расположенные подземные сооружения являются важнейшими
в М. г.; решение их для различных случаев загружения имеет непосредств.
приложение в практике строительства.

При рассмотрении поставленных проблем в
М. г. в основном применяются 2 метода: расчётно-теоретический, основывающийся
на математич. решении чётко сформулированных задач М. г. с обязательным
опытным (лабораторным или полевым) определением значений исходных параметров,
и метод моделирования, используемый в тех случаях, когда сложность задачи
не позволяет получить "замкнутого" решения или когда результат получается
весьма громоздким. Первый метод интенсивно развивается благодаря применению
ЭВМ. Второй метод (впервые предложенный в СССР Г. И. Покровским и Н. Н.
Давиденковым) получает развитие в М. г. в двух направлениях: физич. моделирования
для задач, в к-рых не учитываются массовые силы, и центробежного моделирования,отвечающего
требованиям теории подобия (см. Подобия теория) с учётом массовых
сил.

Использование решений, основанных на ур-ниях
сплошной линейно-деформируемой среды и применяемых к грунтам лишь при определённых
условиях, позволяет рассматривать мн. задачи М. г., где напряжённое состояние
не является предельным. В ряде случаев по теории линейно-деформируемой
среды устанавливается лишь напряжённое состояние, а переход к деформациям
осуществляется при помощи экспериментально определяемых зависимостей.

При рассмотрении задач о деформировании
грунтов во времени (по теории фильтрационной консолидации или ползучести)
применяется распределение напряжений, полученное на основе решения задачи
для сплошной линейно-деформируемой среды.

Теория предельного равновесия сыпучих сред
используется в М. г. для рассмотрения задач, связанных с определением критич.
нагрузок на основания, предельного равновесия грунтового откоса заданного
профиля, очертания максимально устойчивых откосов без при-грузки или с
заданной пригрузкой сверху, активного и пассивного давлений грунтов на
наклонные подпорные стенки, устойчивости грунтовых сводов и др.

Нек-рые виды грунтов, являясь структурно
неустойчивыми (оттаивающие веч-номёрзлые, лёссовые просадочные при замачивании,
слабые структурные), обладают особенностями деформирования, связанными
с резкими изменениями их физич. состояния и структуры. В совр. М. г. разработаны
спец. методы расчёта осадок вечномёрзлых грунтов при их оттаивании, просадок
лёссов при замачивании, устанавливаются предельные скорости загружения
слабых глинистых и за-торфованных грунтов из условия сохранения их структурной
прочности и т. д. На основе науч. достижений в области М. г. в СССР создан
наиболее прогрессивный метод проектирования оснований и фундаментов по
предельным деформациям. Важной задачей совр. М. г. является дальнейшее
совершенствование методов определения физико-механич. свойств грунтов в
лабораторных и полевых условиях, комплексного исследования совместной работы
фундаментов сооружений и грунтов оснований, расчёт свайных фундаментов.

Первой фундаментальной работой по М. г.
является исследование французского учёного Ш. Кулона (1773) по теория сыпучих
тел, ряд результатов которой успешно применяется и в настоящее время при
расчёте давления грунтов на подпорные стенки. Франц. учёным Ж. Буссинеском
было получено решение задач (1885) о распределении напряжений в упругом
полупространстве под сосредоточенной силой, послужившее основой для определения
напряжений в линейно-деформируемых основаниях. Важным этапом в развитии
М.г. явились исследования амер. учёного К. Терцаги. Большой вклад в М.
г.
сделан русскими (В. И. Курдюмов, П. А. Миняев) и особенно советскими учёными.
Последними разработана новейшая теория предельной равновесия грунтов (В.
В. Соколовский, В. Г. Березанцев, С. С. Голушкевич, М. В. Малышев и др.),
сформулированы и решены задачи теории консолидации двух- и трёхфазных грунтов
(Н. М. Герсеванов и Д. Е. Полыпин, В. А. Флорин, Н. А. Цытович, Н. Н. Маслов,
Ю. К. Заредкий и др.), на базе теории балок на упругом основании исследованы
вопросы совместной работы сооружений и их оснований (А. Н. Крылов, М. И.
Горбунов Посадов, В. А. Флорин, Б. Н. Жемочкин, А. П. Синицын, И. А. Симвулид
и др.). Важная роль принадлежит сов. учёным в разработке ряда вопросов
механики отд. региональных видов грунтов - структурно-неустойчивых проса-дочных
(Ю. М. Абелев, Н. Я. Денисов, Р. А. Токарь), многолетнемёрзлых (Н. А. Цытович,
С. С. Вялов, М. Н. Гольдштейн и др.). Среди исследований по вопросам устойчивости
откосов наиболее известны работы В. В. Соколовского, Н. Н. Мас-лова, М.
Н. Гольдштейна, подпорных стенок - И. П. Прокофьева, Г. К. Клейна. Из зарубежных
учёных в области М. г. наиболее известны своими работами: Ж. Керизель (Франция),
И. Бринч-Хансен (Дания), Р. Гибсон, А. Бишоп (Великобритания), М. Био,
У. Лэмб (США).

Н.-и. работы по М. г. ведутся в ряде науч.
учреждений и вузов СССР, преим. в н.-и. Ин-те оснований и подземных сооружений
им. Н. М. Герсеванова, Моск. инженерно-строит. ин-те им. В. В. Куйбышева
и др. строит, вузах.

В 1936 по инициативе К. Терцаги было создано
Междунар. об-во по механике грунтов и фундаментостроению (ISSMFE), членом
к-рого (с 1957) является СССР. 8-й конгресс этого об-ва состоялся в Москве
в 1973. Орган общества - журн. "Geotechnique" (L.,c 1948). В СССР с 1959
издаётся журнал * Основания, фундаменты и механика грунтов". Периодич.
издания выпускаются также в США, Франции, Италии и др. странах.

Лит.: Прокофьев И. П., Давление
сыпучего тела и расчёт подпорных стенок, 5 изд., М., 1947; Герсеванов Н.
М., Польшин Д. Е., Теоретические основы механики грунтов и их практические
применения, М., 1948; Флорин В. А., Основы механики грунтов, т. 1 - 2,
Л.- М., 1959-1961; Соколовский В. В., Статика сыпучей среды, 3 изд., М.,
1960; Терца-г и К., Теория механики грунтов, пер. с нем., М., 1961; Цытович
Н. А., Механика грунтов, 4 изд., М., 1963; его же, Механика грунтов. Краткий
курс, 2 изд., М., 1973; Клейн Г. К., Расчёт подпорных стен, М., 1964; Гольдштейн
М. Н., Механические свойства грунтов, 2 изд., [т. 1-2J, М., 1971-73. Н.
А. Цытович, М. В. Малышев.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я