В учебнике изложены основы механики грунтов, включая все ее основные разделы, связанные с физико-механическими свойствами грунтов, оценкой напряженного состояния, деформируемости и прочности грунтовых массивов. Особое внимание уделено действию на грунты оснований и земляных сооружений фильтрационных сил, особенностям деформируемости и прочности грунтов при динамических воздействиях. Рассмотрены разделы механики грунтов, связанные с оценкой устойчивости сооружений, процессами консолидации грунтов, условиями моделирования грунтовых массивов и др.

Предисловие
Введение

Глава 1. Основные свойства грунтов и процессы, возникающие в них
1.1. Грунт — трехкомпонентная среда
1.2. Основные физические характеристики грунтов
1.3. Основные схемы и способы лабораторных механических испытаний для определения характеристик деформируемости и    прочности грунтов
1.4. Сжимаемость грунтов при статических воздействиях
1.5. Прочность грунтов при статических воздействиях
1.6. Реологические процессы в грунтах
1.7. Фильтрационные свойства грунтов
1.8. Сжимаемость и прочность грунтов при динамических воздействиях

Глава 2. Основные расчетные модели и зависимости
2.1. Основные расчетные модели
2.2. Зависимости между напряженным состоянием и характеристиками сжимаемости грунта
2.3. Условия предельного напряженного состояния грунта
2.4. Условия моделирования грунтовой среды

Глава 3. Определение напряжений в грунтах
3.1. Определение напряжений от собственного веса грунта
3.2. Определение напряжений от внешних заданных нагрузок на основе модели линейно деформируемого тела (теория упругости)
3.3. Фильтрационные силы и фильтрационные напряжения в грунтах
3.4. Влияние развития областей предельного напряженного состояния

Глава 4. Определение напряжений по подошве сооружений
4.1. Определение напряжений по подошве сооружений конечной жесткости
4.2. Определение напряжений по подошве жестких сооружений

Глава 5. Определение конечных смещений сооружений
5.1. Основные виды смещений сооружений
5.2. Основные этапы возведения сооружения для оценки его конечных осадок
5.3. Определение мощности сжимаемой толщи
5.4. Метод послойного суммирования осадок
5.5. Определение осадок как вертикальных перемещений линейно деформируемой среды
5.6. Об определении осадок как вертикальных перемещений упруго-пластической нелинейной среды
5.7. Определение горизонтальных смещений сооружений
5.8. Основные пути уменьшения смещений сооружений и их неравномерности

Глава 6. Давление грунта на сооружение (простейшие практические методы определения)
6.1. Понятия об активном и пассивном давлениях
6.2. Определение активного давления грунта
6.3. Пассивное давление грунта
6.4. Влияние различных факторов на давление грунта

Глава 7. Простейшие способы оценки устойчивости оснований и откосов
7.1. Основные виды нарушения устойчивости и расчетные модели
7.2. Условие устойчивости и коэффициент запаса устойчивости
7.3. Учет действия фильтрационных сил в расчетах устойчивости
7.4. Расчет устойчивости в предположении сдвига по плоской подошве сооружения или по слабой прослойке
7.5. Расчет устойчивости в предположении круглоцилиндрических поверхностей скольжения
7.6. Способ наклонных сил А. Л. Можевитинова
7.7. Учет влияния некоторых факторов
7.8. Основные мероприятия по повышению устойчивости сооружений

Глава 8. Основы теории консолидации (теория уплотнения) грунтов и ее приложения
8.1. Основные этапы развития теории консолидации грунтов
8.2. Уравнения движения фаз
8.3. Уравнения неразрывности фаз
8.4. Основное уравнение консолидации
8.5. Основное уравнение консолидации с учетом ползучести скелета грунта
8 6. Модель объемных сил
8.7. Основная расчетная модель и уравнение консолидации В. А. Флорина
8.8. Численный метод решения уравнений консолидации способом конечных разностей
8.9. Одномерные задачи консолидации и оценка влияния различных факторов
8.10. Решения плоской и пространственной задач консолидации и их приложения
8.11. Процесс отрыва сооружений от оснований

Глава 9. Основы теории предельного равновесия грунтовой среды и ее приложения
9.1. Основные уравнения теории предельного равновесия (плоская задача)
9.2. Граничные условия и особые точки
9.3. Простейшие частные решения
9.4. Общий метод численного интегрирования уравнений предельного равновесия
9.5. Безразмерные координаты
9.6. Несущая способность оснований
9.7. Устойчивость откосов
9.8. Давление грунта на сооружения
9.9. О коэффициентах устойчивости и сопоставление с результатами опытов

Глава 10. Нелинейная деформируемость и прочность грунтов при сложном напряженном состоянии
10.1. Инварианты напряженного и деформированного состояний грунтовой среды
10.2. Описание схем и результатов испытаний грунтов с использованием инвариантов напряженного и деформированного состояний
10.3. Упругопластическое деформирование среды и поверхности нагружения
10.4. Основные закономерности статического деформирования грунтов при сложном напряженном состоянии
10.5. Прочность грунтов при сложном напряженном состоянии
10.6. Представления о решении задач нелинейной механики грунтов

Заключение
Список литературы
Предметный указатель
Именной указатель

Предисловие

Предлагаемый учебник в значительной мере основан на курсе механики грунтов, методика которого была разработана чл.-корр. АН СССР, проф. В.А. Флориным в Ленинградском политехническом институте им. М.И. Калинина.

Учебник рассчитан на подготовку инженеров всех гидротехнических специальностей, но наиболее приближен к программам специальностей 1203 «Речные гидротехнические сооружения» со специализацией «Прочность и устойчивость гидротехнических сооружений и их оснований» и 1204 «Водные пути, морские и речные порты». Кроме того, учебник написан с учетом отличия программ ЛПИ им. М.И. Калинина от ряда других вузов. Более подробно некоторые методические особенности курса приводятся в конце книги в разделе «Заключение».

При составлении учебника большая помощь оказывалась сотрудниками кафедры «Подземные сооружения, основания и фундаменты» гидротехнического факультета ЛПИ им. М.И. Калинина. Глава 10 «Нелинейная деформируемость и прочность грунтов при сложном напряженном состоянии» написана проф., д-ром техн. наук А.К. Бугровым.

Автор благодарит проф. А.Л. Можевитинова, проф. А.К. Бугрова, доц. А.Г. Соколова, К.К. Гребнева за полезные пожелания, высказанные ими при просмотре рукописи, а также Л.Н. Чернову, Л.И. Итину, Г.Н. Мубаракшину, З.И. Ольховую за оказанную помощь при подготовке рукописи. Автор выражает искреннюю признательность рецензентам проф. Ю.А. Соболевскому и доц. А.П. Криворотову, а также доцентам НИСИ В.В. Игольникову, В.С. Миронову, В. И. Шарову и В.Н. Кровякову за ценные замечания, которые были учтены при доработке.

Введение

Развитие гидротехнического строительства в нашей стране осуществляется в соответствии с «Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 1980—1985 годы и на период до 1990 года», которое связано с ростом топливно-энергетической базы, освоением шельфовой зоны морей, расширением существующих и созданием новых портов, использованием стока рек районов севера европейской и западно-сибирской частей СССР, развитием Нечерноземья и др. Во всех этих случаях приходится решать сложные задачи, связанные с работой грунтов в качестве оснований гидротехнических сооружений или в качестве материала для их возведения.

На развитие механики грунтов очень большое, а в ряде ее разделов определяющее влияние оказывало гидротехническое строительство в Советском Союзе. Так, проектирование и возведение впервые в мире плотины и здания станции Нижне-Свирской ГЭС (1924—1935) на глинистых грунтах потребовало решения ряда новых и сложных задач механики грунтов, создания методов их лабораторных и полевых испытаний. В 50-е годы интенсивное строительство Волжских и Днепровских плотин преимущественно на песчаных основаниях вызвало необходимость детального изучения так называемых явлений разжижения водонасыщенных несвязных грунтов. За рубежом к этой проблеме обратились только после катастрофического землетрясения в Ниагате (Япония, 19Б4 г.). Возведение впервые в мировой практике грунтовых плотин высотой более 300 м, таких, как Нурекская и Рогунская, в последние два десятилетия привело к решению совершенно новых задач сложного напряженно-деформированного состояния грунтов с учетом их консолидации, реологических свойств и пространственных условий работы сооружений в узких каньонах.

Очень кратко рассмотрим период становления механики грунтов и отметим роль отечественных ученых. Во всех разделах книги читатель найдет несколько более подробную оценку значения их работ.

Первым шагом в области механики грунтов следует считать работу Ш. Кулона (Франция, 1773 г.), в которой он дал решение задачи о давлении грунта на подпорные стенки, применяемое в настоящее время. В 1885 г. Ж. Буссинеском (Франция) было получено решение задачи о напряжениях в упругом полупространстве при действии сосредоточенной силы.

В России вопросам сжимаемости и прочности грунтовых оснований были посвящены работы Н.И. Фусса (1798), М.С. Волкова (1840), В. М. Карловича (1869), В.И. Курдюмова (1902), П.А. Миняева (1916) и Н.П. Пузыревского (1924).

Определяющим этапом в формировании механики грунтов как научной дисциплины послужило опубликование К. Терцаги в 1925 г. в Вене книги «Строительная механика грунтов». В этой книге и последующих монографиях К. Терцаги дал систематическое изложение основ классической механики грунтов.

В Советском Союзе формирование механики грунтов как науки в значительной мере связано с работами чл.-корр. АН СССР H. М. Герсеванова. Его монография «Основы динамики грунтовой массы» (1931) и последующие работы определили интенсивное развитие ряда направлений механики грунтов, в частности теории консолидации грунтов. Именем H.М. Герсеванова назван головной институт Советского Союза в области фундаментостроения (НИИОСП), который он создал в 1931 г.

Современная советская школа механики грунтов в значительной мере создана и развивается благодаря фундаментальным работам чл.-корр. АН СССР В. А. Флорина. В 1936—1938 гг. им были заложены основы расчета балок на упругом основании методом теории упругости и создана теория консолидации грунтов. Основные результаты последующих многоплановых работ В.А. Флорин обобщил в двухтомной монографии «Основы механики грунтов» (1959, 1961).

Мировую известность получило имя чл.-корр. АН СССР В.В. Соколовского, создателя теории предельного равновесия грунтов, работы которого обобщены в монографии «Статика сыпучих сред» (1960).

Заслуга создания первого в нашей стране учебного курса по механике грунтов (1934) принадлежит чл.-корр. АН СССР Н.А. Цытовичу, который возглавил Национальный Комитет по механике грунтов и фундаментостроению СССР. В 1980 г. ему было присвоено высокое звание Героя Социалистического Труда.

Значителен вклад в развитие механики грунтов H. Н. Маслова. Существенной особенностью его многочисленных работ является глубокое изучение физики грунтов, широкое использование возможностей инженерной геологии и практическая инженерная направленность разработанных решений.

Развитие современных основ теории напряженно-деформированного состояния оснований в значительной мере определилось крупными работами М.И. Горбунова-Посадова, В.Г. Березанцева, М.В. Малышева и В.С. Христофорова. Реологические основы современной механики грунтов созданы С.С. Вяловым. Интенсивное развитие динамика грунтов получила благодаря исследованиям Д.Д. Баркана, О.А. Савинова и А.П. Синицина. В последние годы значительным событием явился выход трехтомной монографии М.Н. Гольдштейна, в которой обобщены его работы и развивается ряд новых направлений в механике грунтов. Первыми в области исследований поведения грунтов в условиях сложного напряженного состояния были работы Г.М. Ломизе. Многие решения практически важных задач напряженного состояния грунтов и расчета осадок сооружений получены К.Е. Егоровым и Б.И. Далматовым.

В последние десятилетия в Советском Союзе сформировалась плеяда талантливых ученых, не только активно развивающих существующие, но и создающих новые направления механики грунтов. Руководимые ими коллективы в НИИОСПе, ВНИИГе, НИСе Гидропроекта, Московском, Ленинградском и Азербайджанском инженерно-строительных институтах, Ленинградском, Челябинском, Пермском, Новочеркасском и Белорусском политехнических институтах, Московском университете являются в настоящее время определяющими современное и будущее развитие советской школы механики грунтов.