Механика грунтов

МЕХАНИКА ГРУНТОВ

А. З. АБУХАНОВ

Москва

ИНФРА-М

202УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Допущено

Министерством сельского хозяйства Российской Федерации

в качестве учебного пособия для студентов высших учебных

заведений, обучающихся по направлению подготовки
20.03.02 «Природообустройство и водопользование»

(квалификация (степень) «бакалавр»)

2-е издание, исправленное и дополненное

УДК 624.131(075.8)
ББК 38.58я73
 
А17

Абуханов А. З.

Механика грунтов : учебное пособие / А. З. Абуханов. — 2-е изд., 

испр. и доп. — Москва : ИНФРА-М, 2024. — 336 c. — (Высшее образование).


ISBN 978-5-16-018833-1 (print)
ISBN 978-5-16-103970-0 (online)

В учебном пособии изложены основные сведения о природе грунтов, 

рассмотрены физические, химические и механические свойства, классификационные 
и расчетные показатели грунтов. Дан анализ основных закономерностей 
механики грунтов и распределения напряжений и деформаций 
в грунтах и их изменений во времени. Особое внимание уделено 
основным положениям расчетного аппарата и расчетным схемам.

Описаны методы расчета устойчивости сооружений, откосов и грун-

товых массивов за подпорными стенами. Приведены примеры расчетов, 
нормативные и справочные материалы.

Соответствует требованиям Федерального государственного образова-

тельного стандарта высшего образования последнего поколения.

Предназначено для бакалавров, обучающихся по направлениям подго-

товки 20.03.02 «Природообустройство и водопользование» (профили «Мелиорация, 
рекультивация и охрана земель», «Комплексное использование 
и охрана водных ресурсов», «Природоохранное обустройство территорий», 
«Инженерные сети сельскохозяйственного водоснабжения, обводнения 
и водоотведения») и 08.03.01 «Строительство».

УДК 624.131(075.8)

ББК 38.58я73

А17

Р е ц е н з е н т ы:

В. Н. Шкура — профессор кафедры гидротехнических сооружений 

(Новочеркасская государственная мелиоративная академия);

Ю. Н. Мурзенко — д-р техн. наук, профессор кафедры САПР объек-

тов строительства и фундаментостроения (Южно-Российский государственный 
технический университет)

ISBN 978-5-16-018833-1 (print)
ISBN 978-5-16-103970-0 (online)

© Абуханов А. З., 2006
© Абуханов А. З., 2016, 
      с изменениями

Предисловие

При проектировании и строительстве сооружений особенно 

важно правильное использование законов механики грунтов.

Достоверная оценка свойств грунтов является трудной и сложной 

задачей, решение которой дает возможность экономно и правильно 
выбрать тип и конструкцию фундаментов, обеспечить необходимую 
инженерную подготовку строительной площадки, определить методы 
производства работ, снизить стоимость и сократить сроки 
строительства.

Для решения этой трудной задачи будущему специалисту необ-

ходимо знать:

 
• инженерно-геологические и гидрогеологические условия строи-

тельной площадки;

 
• физические, физико-химические и физико-механические 

свойства грунтов в пределах зоны влияния сооружения;

 
• закономерности изменения свойств грунтов, прогноз инженерно-

геологических процессов в результате нарушения зданием или 
сооружением природного равновесия и гидрогеологической обстановки;

 
• 
методы расчета оснований по предельным состояниям, методы 

расчета устойчивости откосов и грунтовых массивов за подпорными 
стенами.
Целью пособия является систематизация основных сведений 

о свойствах грунтов и методах их установления в полевых и лабораторных 
условиях, напряженном и предельном состояниях грунтов, 
расчетах оснований по деформациям, прочности и устойчивости.

При подготовке пособия в какой-то мере выдерживается принцип: 

лучше меньше формул и зависимостей, но подробнее. В необходимых 
случаях в тексте даются ссылки на соответствующую литературу, в которых 
можно найти эти материалы. Другими словами, ставилась задача 
обучить основам и принципам механики грунтов в большинстве 
случаев на примерах простейших задач, дать минимум необходимых 
знаний, показать пути и, что самое главное, — оценить область применения 
решений, показать основные подходы к ним и приучить будущего 
специалиста к новой для него терминологии.

Особенность данного пособия также заключается в том, что 

в каждой главе наряду с кратким изложением теоретической части 
приводятся примеры расчета и контрольные вопросы, которые позволят 
закрепить изучение конкретного раздела.

Данное пособие предназначено для студентов вузов по подготовке 

бакалавров по направлениям 08.03.01 «Строительство» и 20.03.02 

«Природообустройство и водопользование» и специалистов по специальности 
08.05.01 «Строительство уникальных зданий и сооружений»


В результате изучения дисциплины «Механика грунтов» студент 

должен освоить некоторые компетенции и демонстрировать следующие 
результаты:

 
• знать:

— основные закономерности и постулаты механики грунтов;
— свойства грунтов и их характеристики;
— основные расчетные модели грунтов, позволяющие произво-

дить расчет по предельным состояниям;

 
• уметь:

— правильно оценивать строительные свойства грунтов во всем 

их многообразии;

— определять напряженно-деформированное состояние грунто-

вого массива от собственного веса, нагрузки, передаваемой от зданий 
и сооружений, и других факторов;

— оценивать прочность грунтов, рассчитывать устойчивость 

грунтовых массивов против сползания, определять давление грунтов 
на подпорные стенки;

— прогнозировать полные осадки зданий и сооружений, раз-

ности осадок отдельных фундаментов, определять изменение осадки 
во времени;

— производить расчет оснований и фундаментов по предельным 

состояниям;

 
• владеть:

— методами и способами определения физических, физико-ме-

ханических и физико-химических свойств грунтов;

— методами определения напряженного состояния, прочности 

и устойчивости основания сооружений, откосов и подпорных 
стенок, конечных осадок сооружения и протекания их во времени.

Во втором издании учебного пособия учтены новые ГОСТы и ак-

туализированные своды правил.

Автор выражает благодарность рецензентам: проф. В. Н. Шкура 

и д-ру техн. наук, проф. Ю. Н. Мурзенко за ценные замечания, которые 
были учтены при доработке рукописи пособия.

Глава 1. ФИЗИЧЕСКАЯ ПРИРОДА ГРУНТОВ

1.1. ПРИРОДА ОБРАЗОВАНИЯ ГРУНТОВ И ВИДЫ ГРУНТОВЫХ 

ОТЛОЖЕНИЙ

Верхний слой земной коры (литосфера), мощность которого 

часто достигает нескольких сотен метров, представляет собой кору 
выветривания (рис. 1.1).

1

2

Рис. 1.1. Выветривание горных пород (по В. П. Ананьеву, 1980):

1 — кора выветривания; 2 — коренная порода

Выветривание — это процессы разрушения и изменения горных 

пород под воздействием различных факторов, например замерзания 
воды в порах, колебания температуры и т.д. Основной особенностью 
выветривания горных пород является постепенное разрушение 
верхних слоев литосферы, в результате чего минералы и горные породы 
изменяют свой химико-минералогический состав, подвергаясь 
дроблению, рыхлению, переносу водой и воздушными потоками, 
и как следствие, ухудшаются их строительные свойства.

В процессе выветривания горные породы подвергаются физиче-

скому (механическому), термическому (температурному) и химическому 
разрушениям.

Физическое выветривание связано с механическим воздействием 

на породы, которое возникает вследствие температурного воздействия, 
давления на породы утолщающихся корней деревьев, роста 
кустарников и др.

Температурное выветривание обусловливает неравномерное осты-

вание пород, отсюда неравномерное уменьшение их объема и, как 
следствие, разрушение. Колебания температуры летом и зимой, днем 
и ночью обусловливают попеременное расширение и сжатие горных 
пород, что приводит к ослаблению сцепления между минеральными 
зернами и их растрескиванию. Наибольшие величины разрушения 
достигаются в районах пустынь, где разница температуры днем 
и ночью достигает 40—50 °С. В холодных областях и высокогорных 
районах можно наблюдать морозное выветривание, вызываемое замерзанием 
воды в трещинах и порах пород. Вода обладает большой 
разрушительной силой, при замерзании она увеличивается в объеме 

примерно на 9% и создает давление на стенки пород до 200 MПа. 
Явление морозного выветривания можно наблюдать в виде крупно-
глыбовых и щебеночных развалов и россыпей.

Химическое выветривание происходит под воздействием воды, ко-

торая содержит кислород и углекислый газ, а также под воздействием 
воздуха. Химическое воздействие воды с растворенными в ней веществами 
приводит к изменению состава пород и появлению вторичных 
минералов.

Химическое выветривание приводит к появлению в составе 

грунта этими глинистых частиц. Особенно богаты этими частицами 
верхние почвенные слои грунтовой толщи, где наряду с минеральными 
частицами в коллоидном состоянии накапливается также органическое 
вещество почвы — перегной (гумус).

Процессы образования земной коры продолжались в течение 

многих миллионов лет. В табл. 1.1 приведена геохронология последовательного 
накопления осадочных пород земли и смена геологических 
эр и периодов.

Таблица 1.1

Геохронологическая таблица  (по Н. М. Дорошкевичу, 1972)

Эра
Периоды
Индекс


Длительность, 

млн лет

Кайнозойская КZ 
(новая) 

Четвертичный
Q
1

Третичный


Неогены (новый) 
N
25—30

Палеогены (древний) 
Pq
30—35

Мезозойская MZ
(средняя) 

Меловой
К
55—60

Юрский
J
25—35

Триасовый
T
30—35

Палеозойская 
(древняя) 

Пермский
P
25—30

Каменноугольный
C
50—55

Девонский
D
45—50

Силурийский
S
40—45

Ордовикский
Or
70—80

Кембрийский
Cm
70—90

Протерозойская 
PR (ранняя) 

—
Pt
600—800

Архейская AR 
(первоначальная) 

—
A
Более 900

Примечание. По некоторым данным, длительность четвертичного периода 
исчисляется сейчас 2—3 млн лет. 

В качестве оснований зданий и сооружений, а также строитель-

ного материала часто используются четвертичные осадочные грунты, 
которые подразделяются на генетические типы (табл. 1.2).

Таблица 1.2

Генетические типы грунтов четвертичного возраста

Типы грунтов
Индекс

Типы грунтов
Индекс


Аллювиальные (речные 
отложения) 

а
Флювиогляциальные (отложения 
ледниковых потоков) 

F

Озерные
l
Озерно-ледниковые
Lg

Озерно-аллювиальные
la
Элювиальные (отложения 
на месте образования) 

El

Делювиальные (отложения 
на склонах) 

d
Элювиально-делювиальные
Eld

Аллювиально-делювиальные


ad
Пролювий (отложения бурных 
дождевых потоков в горных 
областях) 

P

Эоловые (осаждения 
из воздуха) 

z

Гляциальные (ледниковые 
отложения) 

g
Аллювиально-пролювиальные
Ap

Морские
M

Так как свойства грунтов во многом зависят от их происхождения 

(генезиса), то все горные породы разделяются на три группы (рис. 1.2).

Породы осадочного происхождения занимают всего 5% объема 

земной коры, однако по занимаемой площади (75%) они самые распространенные, 
вследствие чего являются основанием для строительства 
большинства зданий и сооружений.

Если проследить историю формирования понятия о материалах, 

составляющих основание сооружений, а также используемых для насыпей, 
то можно заметить, что отсутствует единое мнение различных 
специалистов об их названии. Приведем некоторые из названий, 
взятых из опубликованных в разное время работ ряда авторов.

Н. М. Герсеванов употребляет термины «упругая почва», «грунтовая 

масса»; Н. П. Пузыревский — «землистые грунты»; Ф. П. Саварен-
ский — «грунт — любая горная порода, как рыхлая, так и твердая, находящаяся 
в сфере природного или искусственного воздействия на нее».

В работах Н. А. Цытовича «грунт — все рыхлые породы коры ат-

мосферы»; в работах В. А. Флорина встречаются понятия «земляная 
среда», «земляная масса»; В. В. Соколовский и В. Г. Березанцев 
употребляют термин «сыпучая среда»; М. Н. Гольдштейн — «лёссовидные 
группы»; в то же время В. А. Приклонский называет аналогичные 
группы «лёссовыми породами».

Наименование

Липориты, андезиты,
диабазы, базальты,
пемза и др.

Сланцы, гнейсы,
мраморы, кварциты,
известняки и др.

Эффузивные
(поверхностные)

Гравий, галька,
щебень, глинистые
грунты и др.

Обломочные

Гипс, ангидрит,
мирабилит, калийная
соль и др.

Химические

Доломиты, мергели,
диатолиты, мел
и др.

Органогенные

Осадочные

Магматические

Метаморфические
Осадочные

Граниты, сиениты
диариты, габбро
и др.

Ингрузивные
(глубинные)

Магматические

Группы

Горные породы

Рис. 1.2. Классификация горных пород

Интересно отметить, что Ю. К. Зарецкий в работе, выполненной 

под редакцией Н. А. Цытовича, относит к грунтам «все горные породы, 
как скальные, так и дисперсные», что несколько противоречит 
приведенному определению Н. А. Цытовича.

Кроме того, в работах всех перечисленных авторов широко ис-

пользуется и термин «грунт», хотя вкладываемые в него понятия 
иногда отличаются друг от друга.

Так, В. А. Флорин поддерживает трактовку о грунте, данную 

Н. А. Цытовичем, в которой из понятия «грунт» исключается почвенный 
слой (по В. В. Докучаеву, почва — поверхностно лежащее, минерально-
органическое образование). Некоторые из авторов, в частности 
Е. М. Смирнов, включают в понятие «грунт» и почвенный слой.

Более подробно и развернуто определения «грунта» различных 

авторов приведены в работе А. З. Абуханова (2009).

В актуализированном стандарте ГОСТ 25100—2011 «Грунты. 

Классификация» понятие «грунт» трактуется следующим образом: 
«Антропогенный грунт (синоним — антропогенно-образованный) — 
образовавшийся естественно-историческим образом (культурные 
слои) или созданный человеком разными способами грунт, пред-

ставленный отходами или продуктами его производственной и / или 
хозяйственной деятельности, являющимися компонентами геологической 
среды».

На наш взгляд, наиболее емкое и удачное определение понятия 

«грунт» приведено в ГОСТ 25100—95, которое трактуется следующим 
образом: «Грунт — любая горная порода или почва (а также твердые 
отходы производственной и хозяйственной деятельности человека), 
представляющие собой многокомпонентную систему, изменяющуюся 
во времени, и используемые как основание, среда или 
материал для возведения зданий и инженерных сооружений».

По своему генетическому происхождению и условиям формиро-

вания грунты подразделяются на три основных класса: континентальные, 
ледниковые и морские.

На рис. 1.3 приведена схема генетических типов грунтов. Из них 

наиболее распространены континентальные (материковые), поэтому 
более подробно остановимся на этих грунтах (рис. 1.4).

Грунты

Континентальные

Аллювиальные

Делювиальные

Элювиальные

Эоловые

Ледниковые

Морены
Водно-
ледниковые

Озерно-
ледниковые

Морские

Песчаники
и галечники

Органо-
минеральные

Органогенные

Дисперсные
глины

Рис. 1.3. Генетические типы грунтов

Элювиальные

Эоловые

Делювиальные

Аллювиальные

Рис. 1.4. Материковые грунты

Элювий. Название «элювий» происходит от латинского «вы-

мываю». Образование элювиальных отложений связано с действием 
всех форм выветривания: физического, химического и биологиче-

ского. В результате этого материнская порода исчезает и на ее месте 
появляется новая (вторичная). Так, например, из гранита формируются 
глинистые грунты (рис. 1.4, 1.5, а).

1
2
3
4
5
7
8

6

а
б

Рис. 1.5. Отложения водоразделов и склонов (по М. А. Ситникову, 1978):

а — элювиальные; б — делювиальные; 1 — почва; 2 — глина; 3 — песок; 

4 — крупные обломки; 5 — материнская порода; 6 — зона смыва; 7 — делювий; 

8 — материнская порода (морена)

Элювий отличается отсутствием слоистости и сортировки мате-

риала. Накапливается он на горизонтальных и близких к ним поверхностях, 
имеет различный состав: от глыб до глин.

Делювий. Делювиальные отложения (от латинского «смываю») 

образуются в результате смыва, переноса и осаждения частиц 
первичных пород дождевыми водами и периодически действующими 
водными потоками под воздействием силы тяжести 
(рис. 1.5, б).

Основные строительные свойства делювия зависят от условий его 

образования. Состав и структура грунта формируются из смываемых 
пород; в делювии имеется косая слоистость прослоев; частицы отсортированы 
по крупности в зависимости от интенсивности смыва; 
в сухом климате делювиальные осадки недоуплотнены, имеют высокую 
пористость и склонны к появлению просадки при загружении 
и дополнительном увлажнении.

Как естественные основания делювиальные грунты можно ис-

пользовать после проведения тщательных инженерно-геологических 
исследований.

В делювиальных косослойных отложениях, расположенных у по-

дошвы крутых склонов и состоящих из глинистых грунтов, могут 
развиваться оползневые явления. Для таких территорий необходимо 
разрабатывать противооползневые мероприятия, которые рассматриваются 
ниже.

Аллювий. Аллювий представляет собой наносы, образующиеся 

в пределах речной долины в результате геологической деятельности 
текущих вод, разрушения первичных пород, переноса и отложения 
грунтовых частиц и формирования вторичного осадка.