1.1. Основные понятия курса.

Механика грунтов изучает физические и механические свойства грунтов, методы расчета напряженного состояния и деформаций оснований, оценки к устойчивости грунтовых массивов, давление грунта на сооружения.

Грунтом называют любую горную породу, используемую при строительстве в качестве основания сооружения, среды, в которой сооружение возводится, или материала для сооружения.

Горной породой называют закономерно построенную совокупность минералов, которая характеризуется составом структурой и текстурой.

Под составом подразумевают перечень минералов, составляющих породу. Структура – это размер, форма и количественное соотношение слагающих породу частиц. Текстура – пространственное расположение элементов грунта, определяющее его строение.

Все грунты разделяются на естественные – магматические, осадочные, метаморфические - и искусственные – уплотненные, закрепленные в естественном состоянии, насыпные и намывные.

2. Состав и строение грунтов.

Грунт является трехкомпонентной средой, состоящей из твердой, жидкой и газообразной компоненты. Иногда в грунте выделяют биоту – живое вещество. Твердая, жидкая и газообразная компоненты находятся в постоянном взаимодействие, которое активизируется в результате строительства.

Твердые частицы грунтов состоят из породообразующих минералов с различными свойствами:

- минералы инертные по отношению к воде;

- минералы растворимые в воде;

- глинистые минералы.

Жидкая составляющая присутствует в грунте в 3-х состояниях:

- кристаллизационная;

- связанная;

- свободная.

Газообразная составляющая в самых верхних слоях грунта представлена атмосферным воздухом, ниже – азотом, метаном, сероводородом и другими газами.

Виды воды в грунте.

Вода в грунте может находиться в нескольких состояниях. Различают грунтовые воды в следующих состояниях:

1. Вода в парообразном состоянии, относящаяся к газообразной составляющей грунта.

2. Гигроскопическая вода, которая образуется в результате конденсации водяных паров на поверхности твердых частичек грунта. Эта вода не может перемещаться в жидком состоянии.

3. Пленочная (связанная) вода, в которой силы молекулярного взаимодействия с твердыми частицами грунта преобладают над силами тяжести. Эта вода перемещается в жидком состоянии от более влажных мест (где водные пленки, обволакивающие частицы грунта, более толстые), к тем местам, где пленки более тонкие. Причиной движения воды являются молекулярные силы притяжения водных пленок к поверхности грунтовых частиц. Пленочная вода подразделяется на два вида: прочносвязанная и рыхлосвязанная, зависящие от толщины водных пленок вокруг минеральных частиц.

4. Гравитационная, или свободная, вода, перемещающаяся в жидком состоянии под влиянием сил тяжести или разности напоров.

5. Вода в твердом состоянии (лед).

3. Структурные связи

Структурные связи в грунтах зависят от свойств минеральных частиц и водных растворов, заполняющих поры, условий первичного накопления минеральных осадков и т. д. Различаются следующие основные виды структурных связей в грунтах: 1) водно-коллоидные - формируются в результате электромолекулярных сил взаимодействия между минеральными частицами и пленками воды и коллоидными оболочками. Водно-коллоидные силы становятся тем больше, чем тоньше водно-коллоидные оболочки, и наоборот. Такие связи пластичны и обратимы, при увеличении влажности уменьшаются и могут быть близкими к нулю; 2) кристаллизационные - образуются под воздействием сил химического сродства, образуя с минеральными частицами новые прочные и хрупкие поликристаллические соединения.

4. Гранулометрическим (зерновым) составом называется весовое со­держание частиц различной крупности, выраженное в процентах по отношению к массе сухой пробы, взятой для анализа.Выделяют шесть основных фракций (табл. 1).

Фракции (частицы)	Размер частиц, мм
Валунные (глыбовые) Галечниковые (щебенистые) Гравийные (дресвяные) Песчаные Пылеватые Глинистые	Более 200 10 – 200 2 – 10 От 2 до 0,05 0,05 до 0,005 Менее 0,005

Определение гранулометрического состава заключается в разделении грунта на отдельные гранулометрические элементы. Методы определения гранулометрического состава грунтов можно разделить на прямые и косвенные. К прямым относятся методы, основанные на непосредственном (микрометрическом) измерении частиц в поле зрения оптических и электронных микроскопов или с помощью других электронных и электронно-механических устройств. В практике прямые (микрометрические) методы не получили широкого распространения.

К косвенным относятся методы, которые базируются на использовании различных зависимостей между размерами частиц, скоростью осаждения их в жидкой и воздушной средах и свойствами суспензии. Это группа методов, основанных на использовании физических свойств суспензии (ареометрический, оптический и др.) или моделирующих природную седиментацию (пипеточный, отмучивания и др.).

Ареометрический метод основан на последовательном определении плотности суспензии грунта через определенные промежутки времени с помощью ареометра. По результатам определений рассчитывают диаметр и количество определяемых частиц по формуле или с помощью номограммы. Ситовой метод – один из основных в практике исследований грунтов для строительства. Метод используется для оп­ределения гранулометрического состава крупнообломочных и песчаных грунтов, а также крупнозернистой части пылевато-глинистых грунтов.