Книга посвящена проблеме количественного исследования и оценке механических процессов, возникающих в земной коре в результате крупномасштабного строительства, а также под действием массовых гравитационных, сейсмических и других процессов, и влиянию их на строительство. На основе сформулированных зависимостей и соответствующих аналитических разработок рассматриваются конкретные решения ряда задач, которые уже теперь с успехом могут быть использованы в строительной практике. Книга является первым обобщением материалов по прикладной геомеханике в строительстве. Предназначается для студентов инженерно-строительных вузов.

Предисловие
Введение (геомеханика как наука; построение геомеханики; основные научные направления в геомеханике)

Глава 1. Современные проблемы прикладной геомеханики в строительстве
1.1. Современное состояние прикладной геомеханики (космогонические теории как основа гипотез формирования структуры земной коры; роль смежных дисциплин (механики деформируемой среды и др.); об инженерном прогнозировании взаимодействия сооружений с окружающей средой и геомеханических процессов)
1.2. Некоторые общие сведения о строении Земли и напряженно-деформированном состоянии земной коры (строение земной коры и условия залегания горных пород; природные напряжения в земной коре — геостатические и геодинамические; напряженное состояние в земной коре, вызванное экзогенными процессами и инженерной деятельностью людей)
1.3. Современные геомеханические процессы и их роль в инженерно-строительной практике (классификация геомеханических процессов; влияние эндогенных геомеханических процессов в земной коре на инженерную деятельность людей; влияние экзогенных геомеханических процессов в земной коре на инженерную деятельность людей; взаимное влияние природных и антропогенных геомеханических процессов)
1.4. Основные задачи прикладной геомеханики в строительстве (постановка задач прикладной геомеханики в строительстве; прогнозирование геомеханических процессов)

Глава 2. Теоретические основы и фундаментальные положения прикладной геомеханики
2.1. Основные уравнения механики сплошных сред
2.2. Физические уравнения механики сплошных сред (уравнения состояния горных пород, используемые в геомеханике) (теория упругости; теория пластичности и теория предельного напряженного состояния; теория ползучести; теория пластично-вязкого течения)
2.3. Особенности физического состояния и механических свойств различных
природных горных пород при их деформировании (скальные породы; многофазные грунты рыхлые горные породы)
2.4. Основные положения и соотношения в механике скальных пород (основные положения; добавочные зависимости к уравнениям сплошных сред; механические свойства скальных пород)
2.5. Фундаментальные положения и соотношения в механике многофазных
грунтов (характернейшие свойства природных грунтов, уравнение изменения соотношения фаз (твердой и жидкой) в единице объема грунта)
2.6. Основные положения, которые необходимо учитывать в механике органо-минеральных и органических масс (торф, заторфованные грунты и другие органические массы как многокомпонентные системы; о минерализации органо-минеральных и органических масс; основные механические свойства торфов, илов и других органических масс)

Глава 3. Некоторые задачи прикладной геомеханики и методы их решения
3.1. Региональные задачи прикладной геомеханики (оседание и подъем земной поверхности; напряженно-деформированное состояние земной коры; влияние инженерной деятельности на сейсмический режим)
3.2. Общие задачи прикладной геомеханики в инженерной практике (напряженно-деформированное состояние массивов горных пород; влияние крупномасштабных гидротехнических сооружений; влияние подземных сооружений и горных выработок)
3.3. Задачи прикладной геомеханики горно-складчатых областей (кратковременная устойчивость естественных склонов; длительная устойчивость естественных склонов; устойчивость основании и бортов котлованов)

Глава 4. Консолидация и ползучесть многофазных грунтов в задачах прикладной геомеханики
4.1. Основные положения и уравнения теории консолидации и ползучести многофазного грунта (исходные уравнения; уравнение консолидации; метод приведенного модуля многофазного грунта)
4.2. Некоторые решения одномерной задачи консолидации и ползучести многофазного грунта с учетом наследственной ползучести, структурной прочности, старения, нелинейной деформируемости скелета и начального градиента напора (одномерное уплотнение квазиоднофазного грунта; одномерное уплотнение квазидвухфазного грунта)
4.3. Плоская и пространственная задачи консолидации и ползучести многофазных грунтов (действие сосредоточенной силы; действие местной нагрузки; действие собственного веса; осесимметричные трехмерные задачи; ползучесть и релаксация в массиве квазиоднофазного грунта)
4.4. Инженерные методы решения плоской и пространственной задач консолидации и ползучести многофазных грунтов (мощность активной зоны; решения на базе метода эквивалентного слоя Н.А. Цытовича)
4.5. Некоторые приложения в геомеханике теории консолидации и ползучести многофазных грунтов (оседание земной поверхности при откачке подземных вод; вязкопластическое течение водонасыщенного пласта при действии собственного веса, переменных напора и нагрузки на границе)

Глава 5. Прикладная геомеханика при строительстве в особо сложных условиях
5.1. Общие зависимости для структурно-неустойчивых грунтов
5.2. Особенности физико-механических свойств мерзлых температурно-неустойчивых грунтов
5.3. Вопросы прикладной геомеханики при строительстве на слабых водонасыщенных глинистых и заторфованных грунтах (общая классификация; определение стабилизированной осадки с учетом структурной прочности и нелинейной деформируемости скелета; изменение осадок во времени (учет в расчетах консолидации структурной прочности, нелинейной деформируемости и начального градиента напора; замечания по строительству на слабых водонасыщенных глинистых и заторфованных грунтах)
5.4. Вопросы прикладной геомеханики при строительстве на лёссовых просадочных грунтах (характеристика просадочных лёссовых грунтов; влияние влагопереноса на процесс формирования напряженного состояния; одномерное уплотнение слоя лёссового грунта при замачивании; особенности строительства на лёссовых просадочных грунтах)
5.5. Вопросы прикладной геомеханики при строительстве на набухающих глинистых грунтах (характеристика набухающих глинистых грунтов; современные представления о генезисе и механизме набухания глин; набухание при полном и неполном водонасыщении; давление набухания и его релаксация; анализ процесса набухания при неполном водонасыщении; напряженное состояние неводонасыщеннего слоя набухающего грунта (при осевой симметрии и местном увлажнении); особенности строительства на набухающих грунтах)
5.6. Вопросы прикладной геомеханики при крупномасштабном строительстве на температурно-неустойчивых вечномерзлых грунтах (выбор принципа строительства на вечномерзлых грунтах; основные условия устойчивого строительства на вечномерзлых грунтах; строительство по принципу изменения мерзлого состояния оснований)

Глава 6 Вопросы космомеханики горных пород
6.1. Вводные положения
6.2. Факторы, влияющие на механические процессы и свойства горных пород в космических условиях (ускорение силы тяжести; атмосферные условия; температура верхних слоев горных пород; химизм горных пород и окружающей среды; механические воздействия космических тел; волновая и корпускулярная радиация)
6.3. Особенности механических свойств горных пород некоторых космических тел (в условиях глубокого вакуума; в условиях высокого атмосферного давления)
6.4. Некоторые результаты исследований по космомеханике горных пород (задачи исследований; исследования физико-механических свойств грунтов Луны; о грунтах планеты Марс; физические условия на других планетах Солнечной системы — Венере, Меркурии и планетах-гигантах)
6.5. Дальнейшие перспективы исследований по космомеханике горных пород

Список литературы
Summaries of the Chapters
Предметный указатель

Предисловие

В настоящее время возводятся грандиозные сооружения (например, Рогунская плотина высотой 350 м), перекрываются глубокие долины и каньоны для создания огромных водохранилищ (иногда занимающих сотни и тысячи квадратных километров), прокладываются подземные коммуникации на тысячи километров и на больших глубинах, строятся подземные города и т. д. Вопрос о влиянии этих сооружений на природную среду, а также об изменении действия массовых сил на сами сооружения приобретает первостепенное значение.

Учебное пособие по прикладной геомеханике в строительстве посвящено проблеме количественного исследования механических процессов в верхних слоях земной коры, возникающих преимущественно в результате крупномасштабной строительной деятельности людей (антропогенные факторы) и под действием массовых, гравитационных, сейсмических и других процессов (природные факторы).

Основы данной работы были доложены Н.А. Цытовичем на VIII Международном конгрессе по механике грунтов и фундаментостроению (Москва, 1973).

В этой книге освещаются лишь основные положения отдельных разделов прикладной геомеханики (общие и дополнительные к ним физические зависимости), характеризующие природу различных горных пород земной коры и используемые при исследовании напряженно-деформированного состояния пород.

Мы полагаем, что излагаемые здесь методы исследования и решения задач прикладной геомеханики могут быть полезны в известной мере и для общей глобальной геомеханики (в вопросах тектоники, стратиграфии и т. п.), а также для палеогеологии и особенно для инженерной геологии.

Механические свойства горных пород, слагающих верхние слои земной коры (литосферы), изучены сравнительно мало, к тому же многообразие видов горных пород литосферы затрудняет создание единой теории для описания поведения их в допредельном и предельном состояниях. Достоверное определение этих свойств горных пород также является одной из важных задач прикладной геомеханики.

На основе сформулированных зависимостей и соответствующих аналитических (теоретических) разработок рассматриваются конкретные инженерные решения ряда задач (крупномасштабного гидротехнического, промышленного и высотного, а также подземного строительства, устойчивости природных склонов и т. п.), которые уже теперь с успехом могут быть использованы в строительной практике.

В настоящей работе сделана попытка обобщения материалов, полученных по рассматриваемой проблеме примерно за предшествующие 50 лет. Это оказалось тем более возможным, что в последние десятилетия отечественными специалистами (и в том числе сотрудниками кафедры «Механика грунтов, основания и фундаменты» МИСИ) получены важные результаты по ряду разделов механики многофазных грунтов, трещиновато-блочных скальных пород и слабых органо-минеральных масс. Естественно, что при обобщении обширных материалов иногда приходилось ограничиваться кратким изложением только главнейших зависимостей и результатов (а также и некоторыми данными, известными из других курсов строительной механики: теории упругости, теории пластичности и др.), использовав их при решении задач прикладной геомеханики в строительстве, поэтому неизбежны и некоторые повторения.

Следует отметить, что при изложении вопросов геомеханики авторы основывались на анализе и некотором обобщении большого количества специальной литературы и источников: В ряде случаев роль авторов сводилась к тому, чтобы объединить такие источники и соображения в единую систему и подчеркнуть в них новые и основополагающие моменты, необходимые для решения прикладных задач геомеханики в строительстве. В связи с этим авторы сочли целесообразным дать ссылки на источники как в тексте, так и в списке литературы.

Учебное пособие предназначено для студентов инженерно-строительных вузов, а также может быть полезно для инженеров-проектировщиков.

Книга написана чл.-кор. АН СССР, проф. Н.А. Цытовичем (введение, гл. 2 и 6) и проф. З.Г. Тер-Мартиросяном (гл. 1 и 3), гл. 4 и 5 написаны совместно.

Так как настоящая работа по прикладной геомеханике в предлагаемом аспекте является первой как в отечественной, так и в зарубежной технической и инженерно-геологической литературе, то, естественно, она не лишена некоторых недостатков. Все замечания и пожелания по совершенствованию тех или иных частей книги авторы примут с искренней благодарностью.