Лабораторные работы по Механике грунтов

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

__________________________________________________________________

КАФЕДРА МЕХАНИКИ ДЕФОРМИРУЕМОГО ТВЕРДОГО ТЕЛА,

ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ

А.Н.АЛЕХИН

А.А.АЛЕХИН

        

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

ПО МЕХАНИКЕ ГРУНТОВ

Методическое руководство к выполнению

лабораторных работ по механике грунтов

Часть 1

Описание лабораторных работ

Екатеринбург

2012

В методическом руководстве приведены сведения о содержании, последовательности выполнения лабораторных работ по дисциплине «Механика грунтов», а также требования к оформлению отчета.

Методическое руководство предназначено для студентов специальностей: 270102 «Промышленное и гражданское строительство»; 270204 «Строительство железных дорог, путь и путевое хозяйство»; 270201 «Мосты и транспортные тоннели».Руководство может быть использовано при подготовке к сдаче зачетов и экзаменов по дисциплине «Механика грунтов, основания и фундаменты».

Составлено доцентом, кандидатом технических наук А.Н. Алехиным и ассистентом А.А. Алехиным

Рецензенты: д.т.н., профессор Лушников В.В. – АО СтройНИАС,

к.т.н., профессор Ямов В.И. – УрФУ.

© Уральский государственный университет путей сообщения (УрГУПС)

2010

ВВЕДЕНИЕ

Целью лабораторных работ является ознакомление студентов с методикой определения характеристик физико – механических свойств грунтов.

Основаниями инженерных, а также материалами земляных сооружений, как правило, служат рыхлые горные породы – песчаные и пылевато-глинистые грунты. Грунты как многофазные природные тела обладают большим разнообразием физических и механических свойств и, соответственно, характеризующих их параметров (характеристик).

Здесь термин "характеристика" рекомендуется понимать, как  величину объективно присущую грунту в силу его происхождения и не зависящую от нашего субъективного взгляда на грунт, как среду (например, природная влажность или удельный вес). И наоборот термин "параметр" рекомендуется применять для величин, значения которых хотя и отражают объективную природу грунта, но зависят от принятой нами для его анализа модели (прочностные и деформационные параметры).

Обычно принято все характеристики (параметры) грунта делить на 3 группы, перечисленные ниже.

  1.  Физические характеристики –  определяют плотность сложения, соотношение различных фаз (твердой – жидкой – газообразной), а также состояние грунта. Часть характеристик этой группы используется для классификации грунтов, т.е. для определения наименования грунта.

Обычно по способу определения эти группу характеристики делят еще на 2 подгруппы:

  1.  основные характеристики, определяемые в результате стандартных (по ГОСТ) манипуляций с пробами грунта; значения этих характеристик определяются в работах №№1, 2, 3, 4, 6;
  2.  2) вычисляемые характеристики, вычисляемые по значениям основных; именно вычисляемые характеристики в основном служат в качестве квалификационных параметров грунта; значения этих характеристик вычисляются в работе №4.

 

  1.  Механические характеристики (параметры) –  используются для расчета прочности и деформации грунта, в том числе и во времени; значения этих  параметров определяются в работах №№9, 10, 11; причем параметр скорости фильтрации воды, определяемый в работе №9, можно даже позиционировать как объективную характеристику грунта.
  2.  Специальные характеристики (параметры) –  определяются для специфических разновидностей грунтов (просадочные, набухающие, пучинистые); эти характеристики могут быть как физическими, так и механическими; одна из таких механических характеристик для набухающего грунта определяется в работе №5; кроме того, эти характеристики определяются для особых условий работы грунтов (насыпи, динамические нагрузки); в работе №8 определяются специальные характеристики для проектирования земляной насыпи.

Надежность расчетов оснований и грунтовых сооружений в большой степени зависит от качества определения характеристик грунтов, а также достаточной представительности результатов испытаний. Для получения статистически обоснованных результатов проводится, как правило, не менее 6 параллельных определений каждой характеристики для каждой разности грунтов (инженерно-геологического элемента – ИГЭ).

Ниже приводится графическое изображение, так называемой, 3-хфазной модели грунта (частицы – вода – воздух), помогающей понять содержательный смысл его физических характеристик.

Схема фазового состава грунта и поясняющие ее обозначения:

     

       – полный объем грунта;

       – полная масса данного объема грунта;

       – объем твердых частиц грунта;

       – масса твердых частиц грунта;

       – объем пор грунта;

       – объем воды в порах;

       – масса воды в порах;

       – объем воздуха в порах.

УКАЗАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ

Во время лабораторных работ студент обязан соблюдать следующие правила техники безопасности:

– не прикасаться к электроприборам, рубильникам, электропроводке, сушильным шкафам;

– при работе с расплавленным парафином надевать халат (фартук);

– устанавливая гири на загрузочные рычаги приборов, следить за тем, чтобы прорези гирь были ориентированы в различных направлениях.

Прохождение инструктажа по технике безопасности фиксируется в специальной ведомости.

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ, ОФОРМЛЕНИЮ И ЗАЩИТЕ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

  1.  Последовательность выполнения работ устанавливается преподавателем, ведущим занятия.
  2.  Лабораторные работы выполняются бригадами, состоящими из 3-5 человек.
  3.  Перед началом каждой работы необходимо внимательно ознакомиться с ее содержанием.
  4.  Все исходные данные, результаты вычислений, графики заносятся в специальный журнал (для журнала можно использовать ученическую тетрадь, объемом 12 листов) или в его электронный аналог.
  5.  Обработка результатов проводится во время лабораторных занятий или после их завершения по указанию преподавателя.
  6.  Для ускорения обработки результатов опытов рекомендуется использовать микрокалькулятор.

6.1. Результаты вычисления следует округлять при записи в журнал с точностью, оговоренной в соответствующей работе; в остальных случаях результаты округлять с точностью до двух знаков после запятой: например, результат вычисления плотности грунтов, следует представлять как: 1,94 г/см3 (т/м3).

6.2. При округлении результатов вычисления необходимо сохранить количество значащих цифр исходной характеристики: например, при вычислении удельного веса грунта по его плотности значение плотности (1,94 т/м3), следует умножить на точное значение ускорения свободного падения (9,80665 м/с2), а результат вычисления (19,024901) округлять до трех значащих цифр, т.е. записать значение удельного веса 19,0 кН/м3.

  1.  Полностью оформленный журнал или его электронный аналог предъявляется бригадой или студентом для проверки преподавателю, проводившему занятия.
  2.   По результатам защиты лабораторных работ студент получает дифференцированный зачет.
  3.  По окончанию занятий в лаборатории студент должен привести в порядок свое рабочее место.

Примечание. В связи с ограниченностью времени выполнения лабораторных работ в изложении порядка и условий испытаний приняты некоторые отступления от требований государственных стандартов и инструкций, в частности, уменьшено количество параллельных определений, а часть подготовительных работ выполняется лаборантами.

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

m – масса;

V – объем;

h – высота образца грунта;

A – площадь поперечного сечения;

t – время;

T – температура;

k – отношение плеч нагрузочных рычагов прибора;

ρ – плотность грунта;

ρs –  плотность частиц грунта;

ρd –  плотность грунта в сухом состоянии;

–  удельный вес грунта;

 s – удельный вес частиц грунта;

 d – удельный вес грунта в сухом состоянии;

ρw –  плотность воды;

ρp –  плотность парафина;

w – влажность природная;

wp –  влажность на границе пластичности (раскатывания);

wL –  влажность на границе текучести;

Ip – число пластичности;

IL – показатель текучести;

e – коэффициент пористости;

n – пористость;

Sr – степень влажности;

sw –  относительное набухание грунта;

Iss –  показатель просадочности и набухания грунта;

Uv – степень неоднородности грунта;

wopt –  оптимальная влажность;

dmax –  максимальная плотность;

Kc – коэффициент стандартного увлажнения;

I – гидравлический градиент;

kf –  коэффициент фильтрации;

p – вертикальное давление (нормальное давление);

–  сдвигающее усилие;

–  относительная деформация;

E – модуль деформации (модуль Юнга);

–  коэффициент поперечного расширения (коэффициент Пуассона);

–  коэффициент бокового давления;

–  природное давление грунта;

mo –  коэффициент сжимаемости;

 –  угол внутреннего трения;

c – удельное сцепление;

1, 2, 3  –  соответственно, максимальное, промежуточное и минимальное главные напряжения;

g=9.80665 м/с2 – ускорение свободное падение.

GLOSSARY OF MAIN SYMBOLS

m – mass;

V – volume;

h – height of soil sample;

A – section area;

t – time;

T – temperature;

k – lever arms ratio;

ρ – density of soil;

ρ s –  density of soil particles;

ρ d –  density of dry soil;

– unit weight of soil;

s –  unit weight of soil particles;

d –  unit weight of dry soil;

ρ w –  density of water;

ρ p –  density of paraffin;

w – moisture content;

wp –  plastic limit;

wL –  liquid limit;

Ip – plasticity index;

IL – liquidity index;

e – void ratio of soil;

n – porosity;

Sr – degree of saturation;

sw –  linear strain of expansibility;

Iss – slump and swelling index of soil;

Uv – coefficient of uniformity;

wopt –  optimum moisture content;

ρ dmax –  maximum dry density of soil;

Kc – coefficient of standard consolidation;

I – hydraulic gradient;

kf –  coefficient of permeability;

p – vertical pressure (normal stress);

– shear stress;

– linear stress;

E – Young’s modulus (modulus of deformation);

– Poisson’s ratio;

– coefficient of lateral earth pressure;

– natural earth pressure;

mo –  coefficient of compressibility;

 – angle of internal friction;

c – cohesion;

1, 2, 3 – maximum, medium and minimum principal stresses;

g=9.80665 м/с2 – acceleration of gravely.

РАБОТА 1

Определение плотности (ГОСТ 5180-84) и вычисление удельного веса грунта

Плотностью грунта называется масса единицы его объема:

      (1)

где   – полная масса грунта данного объема, г (т);

 – масса sтвердых частиц (скелета) грунта в данном объеме, г (т) ;

– масса воды, содержащейся в порах грунта данного объема, г (т);

 – полный объем грунта, см3 (м3);

– объем твердых частиц (скелета) грунта в данном объеме, см3 (м3);

 – объем пор в данном объеме грунта, см3 (м3).

Удельным весом грунта называется вес единицы его объема:

      (2)

где g=9.80665 м/с2 – ускорение свободного падения.

Для определения плотности используется метод режущего кольца или метод парафирования.

а) Метод режущего кольца применяется для связных грунтов, легко поддающихся вырезке, а также для сыпучих – на месте отбора пробы. Проба грунта выделяется из массива или монолита грунта режущим кольцом, внутренний объем V и масса mk которые известны. Острой кромкой кольца устанавливается на выровненную поверхность грунта. Под кольцом острым ножом вырезается столбик грунта диаметром на 1мм больше внешнего диаметра кольца и высотой 10мм. Осторожным нажатием руки на кольцо и подрезкой грунта с боковых поверхностей столбика кольцо продавливается через грунт. Операция повторяется до заполнения объема кольца с некоторым избытком. Затем столбик подрезается снизу, а избыток грунта сверху удаляется. Все операции производятся осторожно, без уплотнения грунта. Кольцо с грунтом взвешивается на технических весах и вычисляется плотность грунта:

     (3)

где – масса кольца с грунтом, г;

– масса пустого кольца, г;

 – внутренний объем кольца, см3 .

б) Метод парафинирования применяется для связных грунтов, трудно поддающихся вырезке или склонных к крошению (образцы неправильной формы).

Образец грунта, отобранный без нарушения структуры и влажности, объемом не менее 30 (весом не менее 100), обрезается ножом до придания сравнительно гладких поверхностей и определяется масса образца m . Затем образец покрывается расплавленным парафином, после застывания которого определяется масса запарафинированного образца m1. Наконец, запарафинированный образец погружают в сосуд с водой и снова определяется его масса m2.

Вычисляется плотность грунта по формуле:

   (4)

где   – плотность парафина;

 – плотность воды.

Содержание работы (метод режущего кольца)

  1.  Предварительно подготовленное кольцо с грунтом взвесить на технических весах с точностью до 0.01 (определение массы mg).
  2.  В соответствии с номером кольца (на боковой поверхности) по таблице или непосредственным замером и взвешиванием определить внутренний объем V и массы mk кольца.
  3.  Вычислить плотность грунта по формуле (3) с точностью до двух знаков после точки.
  4.  Вычислить удельный вес грунта по формуле (2) с точностью до одного знака после точки.
  5.  Результаты занести в журнал (форма 1).

РАБОТА 2 Определение влажности грунта (ГОСТ 5180-84)

Влажностью грунта называется отношение массы воды, содержащейся в порах грунта, к массе твердых частиц (скелета) грунта в данном объеме:

       (5)

где    – масса воды в грунте, г (т);

  – масса твердых частиц (скелета) грунта в данном объеме, г (т);

Влажность определяется высушиванием пробы грунта до постоянной массы. Берется небольшая проба грунта, помещается в предварительно взвешенный металлический бюкс, взвешивается на весах, и ставиться в сушильный шкаф для просушивания в течение 6 часов при температуре 105±2 ºС. Высушенная проба грунта взвешивается вместе с бюксом, и вычисляется влажность по формуле:

      (6)

где    – масса бюкса с влажным грунтом, г (т);

 – масса бюкса с сухим грунтом, г (т);

  – масса пустого бюкса, г (т);

Содержание работы

  1.  В металлический бюкс массой m0 (массу бюкса определить по таблице в соответствии с его номером или взвешиванием на весах) поместить навеску грунта (не менее 10 г).
  2.  Взвесить бюкс с влажным грунтом на технических весах с точностью 0.01 г (определение массы m1).
  3.  Бюкс с грунтом помещается лаборантом в сушильный шкаф, где высушивается при температуре 105±2 ºС в течение (20…25)минут.
  4.  Взвесить бюкс с сухим грунтом с точностью 0.01 г (определение массы m2).
  5.  Вычислить влажность грунта по формуле (6) с точностью до 1%.
  6.  Результаты занести в журнал (форма 2 работы 3).
  7.  Вычислить среднее значение влажности по результатам двух определений.*

*Определение влажности производиться каждой бригадой для двух проб влажного грунта.

РАБОТА 3 Определение характерных влажностей грунта – влажности на границе текучести и влажности на границе пластичности (ГОСТ 5180-84). Вычисление номенклатурных показателей пылевато-глинистого грунта (ГОСТ 25-100-95).

Строительные свойства пылевато – глинистых грунтов определяются их видом и состоянием по влажности, которое может быть текучим, пластичным или твердым. Наибольшие нагрузки грунт может выдержать в твердом состоянии, наименьшие – в текучем состоянии. Причем в текучем состоянии грунт ведет себя как вязкая жидкость.

Характерными влажностями называются пограничные влажности между разными состояниями грунта по влажности,

Влажность, при которой грунт переходит из пластичного состояния в твердое состояние и наоборот, называется влажностью на границе пластичности (раскатывания) wp.

Влажность, при которой пылевато-глинистый грунт переходит из пластичного состояния в текучее и наоборот, называется влажностью на границе текучести wL.

Диапазон влажности, при котором грунт находится в пластичном состоянии, равен разности влажностей на пределах текучести и пластичности, и называется числом пластичности Ip , т.е.:

       (7)

где    – влажность на границе текучести грунта, % ;

  – влажность на границе пластичности (раскатывания) грунта, % ;

Число пластичности зависит от количества глинистых частиц в грунте.

В соответствии с ГОСТ 25100-96 пылевато – глинистые грунты по числу пластичности подразделяются на следующие типы:

Таблица 1

Тип пылевато – глинистых грунтовЧисло пластичностиIp% содержания глинистых частицСупесьСуглинокГлина

Состояние пылевато-глинистого грунта по влажности удобно характеризовать показателем текучести IL, определяемым по формуле:

        (8)

где   – влажность грунта в естественном состоянии (см. работу 2), %;

 – влажность на границе пластичности (раскатывания) грунта, %;

 – число пластичности грунта.

Пылевато-глинистые грунты различаются по консистенции, характеризуемой показателем текучести IL следующим образом:

Таблица 2

Разновидность пылевато-глинистыхгрунтовПоказатель текучестиСупеси:твердыепластичныетекучиеСуглинки и глины:твердыеполутвердыетугопластичныемягкопластичныетекуче-пластичныетекучие

3.1. Определение влажности на границе текучести

Граница текучести грунта wL характеризуется влажностью грунтовой пасты, при которой балансирный конус из полированной нержавеющей стали (рис.1) массой 76.0±0.2 г погружается в нее под действием собственного веса за 5с на глубину 10 мм.

Рис.1. Балансирный конус

Содержание работы

  1.  Из грунта воздушно – сухого состояния, предварительно растертого и просеянного через сито с отверстием 1 мм, путем замачивания дистиллированной водой и тщательно растирания шпателем в фарфоровой чашечке приготовить грунтовую пасту.
  2.  Часть пасты уложить в цилиндрическую форму вровень с краями. Поверхность грунта загладить шпателем.
  3.  Поднести к поверхности грунта острие конуса, смазанного тонким слоем вазелина, и без рывка опустить его:

а) если конус погрузить на глубину менее 10 мм (цилиндрическая риска выше поверхности грунта), добавить воды и после тщательного перемешивания повторить опыт;

б) если конус погрузить на глубину более 10 мм (цилиндрическая риска ниже поверхности грунта), добавить сухого грунта и после тщательного перемешивания повторить опыт;

в) если конус погрузить на глубину 10 мм (цилиндрическая риска на уровне поверхности грунта), отобрать две навески грунта (не менее 10 г каждая) для определения его влажности.

  1.  Определить влажность грунта w=wL (см. работу 2).
  2.  Результаты занесите в журнал (форма 2).
  3.  Вычислить среднее значение влажности wL по результатам двух определений.

3.2. Определение влажности на границе пластичности (раскатывания)

Граница пластичности (раскатывания) грунта wp  характеризуется влажностью грунтовой пасты, при которой раскатываемый из нее жгут начинает крошиться на дольки длиной (3…10) мм при диаметре в 3 мм.

Содержание работы

  1.  Использовать грунтовую пасту, оставшуюся от определения границы текучести.
  2.  В чашку с грунтовой пастой добавить немного сухого грунта (порошка) и хорошо перемешать массу шпателем.
  3.  Небольшой комочек грунта раскатать на ладони или стекле до образования жгута диаметром около 3 мм:

а) если жгут не распадается на дольки, скатать его в шарик и снова раскатать в жгут диаметром около 3 мм;

б) если жгут распадается на дольки длиной (3…10) мм (оценить на глаз), пальцы рук смочить водой, размять грунт и снова раскатать его в жгут диаметром 3 мм;

в) если жгут распадается на дольки длиной (3…10) мм (оценить на глаз), отобрать их в два металлических бюкса (не менее 10 г в каждый) для определения влажности грунта.

  1.  Определить влажность грунта w=wp (см. работу 2).
  2.  Результаты занести в журнал (форма 2).
  3.  Вычислить среднее значение влажности wp по результатам двух определений.

3.3. Вычисление номенклатурных показателей и классификация по ГОСТ 25100-96 (см. выше) пылевато – глинистого  грунта

Классификация глинистого грунта производиться по значениям числа пластичности Ip и показателей текучести IL.

Содержание работы

  1.  По результатам работ 2, 3.1, 3.2 (см. форма 2) вычислить значения Ip и IL.
  2.  Результаты занести в журнал (форма 3).
  3.  Дать наименование грунта (см. табл. 1 и 2)*.

*Примеры наименования пылеватого – глинистого грунта:

Супесь пластичная;

Суглинок тугопластичный.

РАБОТА 4 Определение плотности частиц грунта (ГОСТ 5180-84). Вычисление производных физических характеристик грунта. Предварительная оценка просадочности (набухания) пылевато – глинистого грунта

Строительные свойства грунтов зависят как от свойств каждой фазы (составляющей компоненты вещества грунта), так и от их относительного содержания в грунте. Относительное содержание различных фаз оценивается фазовыми (физическими) характеристиками, которые подразделяются на основные и производные.

Основные характеристики определяются опытным путем: плотность грунта ρ (см. работу 1); влажность w (см. работу 2); плотность частиц грунта ρs.

Плотность частиц грунта называется масса единицы объема твердых частиц:

      (9)

где    – масса твердых частиц (скелета) грунта в данном объеме, г (т);

  – объем твердых частиц (скелета) грунта в данном объеме, см3 (м3).

Величина плотности частиц грунта зависит от минерального состава твердой фазы и колеблется в небольших пределах: 2.65 г/см3 – для песков; 2.70 г/см3 –для супесей  и суглинков; 2.80 г/см3 – для глин.

Определяется она с помощью пикнометра – колбы из химического стекла с узким длинным горлышком. На горлышке имеется кольцевая риска, что позволяет точно отмеривать один о тот же объем жидкости или суспензии.

Метод основан на замещении части дистиллированной воды в фиксированном объеме частицами твердой фазы грунта и взвешивании пикнометра сначала только с дистиллированной водой, а затем с грунтовой суспензией.

ГОСТ 5180-84 регламентирует следующий порядок проведения испытаний:

– из протертой и просушенной в воздушно – сухом состоянии пробы грунта берется навеска из расчета 15 г грунта на каждые 100 мл емкости пикнометра и высушивается до постоянной массы при температуре 105±20С;

– пикнометр, наполненный на 1/3 своего объема дистиллированной водой, взвешивается (определяется масса m'o), а затем через воронку в него всыпается высушенная навеска грунта и пикнометр снова взвешивается (определяется масса m''o);

– вычисляется масса сухого грунта mo= m''o- m'o;

– пикнометр с водой и грунтом взбалтывается и кипятится на песчаной бане (продолжительность кипения: для песков и супесей – 0.5 ч, для суглинков и глин – 1 ч);

– после кипячения пикнометр охлаждается и в него доливается дистиллированная вода до мерной риски на горлышке (низ мениска должен совпадать с риской);

– пикнометр взвешивается (определяется масса m1), затем ополаскивается чистой водой и в него наливается дистиллированная вода до мерной риски и производится повторное взвешивание пикнометра (определяется масса m2);

– вычисляется плотность частиц грунта по формуле:

     (10)

где    – масса сухого грунта, г;

  – масса пикнометра с водой и грунтом после кипячения, г;

  – масса пикнометра с водой, г;

 – плотность воды при температуре испытаний, г/см3.

Удельный весом частиц грунта s называется вес единицы объема твердых частиц:

      (11)

где  g=9.80665 м/с2  – ускорение свободного падения.

4.1. Вычисление производных физических характеристик грунта

Производные характеристики грунта вычисляются по основным характеристиками ρ, ρ s, w.

а) Плотность грунта в сухом состоянии ρd  называется масса единицы объема сухого грунта природного сложения:

     (12)

где  – масса твердых частиц (скелета) грунта в данном объеме, г(т);

  – объем грунта, см3 (м3).

Вычисляем по формуле:

     (13)

где  – плотность грунта, г/см3; (т/м3);

 – влажность грунта, % .

б) Коэффициентом пористости е называется отношение объема пор к объему твердых частиц в данном объеме грунта:

        (14)

где  – объем пор в данном объеме грунта, см3 (м3);

 – объем твердых частиц (скелета) грунта в данном объеме, см3 (м3);

Вычисляется по формуле:

         (15)

где  – плотность твердых частиц грунта, г/см3; (т/м3);

 – плотность сухого грунта природного сложения, г/см3; (т/м3).

в) Пористость грунта n называется отношение объема пор в данном объеме грунта к этому объему:

        (16)

где  – общий объем грунта, см3 (м3).

Пористость грунта n тесно связана с коэффициентом пористости е и вычисляется по формуле:

        (17)

Плотность грунта в сухом состоянии, пористость и коэффициент пористости характеризуют плотность сложения грунта. От плотности сложения существенно зависят его прочность и сжимаемость.

г) Степень влажности Sr называется степень заполнения объема пор грунта водой:

        (18)

где  – объем воды в порах данного объема грунта, см3 (м3);

 – объем пор в данном объеме грунта, см3 (м3).

Вычисляется по формуле:

        (19)

где  – влажность грунта, %;

 – плотность твердых частиц грунта, г/см3; (т/м3);

=1.0 г/см3; (т/м3) – плотность воды.

Наибольшее влияние степень влажности оказывает на строительные свойства песчаных грунтов.

По степени влажности песчаные и крупнообломочные грунты делятся на следующие разновидности:

маловлажные       

влажные          насыщенные водой    

  

Содержание работы

  1.  По указанию преподавателя определить по формулам 10, 11 в соответствии с описанной перед ними методикой плотность ρs и удельный вес s твердых частиц грунта.
  2.  По значениям основных характеристик грунта: ρ (из работы 1); w (из работы 2); ρs (по п.1 или 2.65 г/см3 – для песков; 2.70 г/см3 – для супесей и суглинков; 2.80 г/см3 – для глин) вычислить его производные характеристики: ρd; е; n; Sr (формулы 13, 15, 17, 19).

Примечание: e; n; Sr вычисляются с точностью до трех знаков после запятой.

  1.  Результаты занести в журнал (форма 4).

4.2. Предварительная оценка просадочности (набухаемости) пылевато –

глинистого грунта

В пылевато – глинистых грунтах необходимо выделять просадочные грунты, которые под действием внешних нагрузки или собственного веса при замачивании водой дают дополнительную осадку (просадку), а также набухающие грунты, которые при замачивании водой или химическими растворами увеличиваются в объеме.

Предварительная оценка просадочности (набухания) грунтов производиться по величине показателя Iss:

        (20)

где   –  коэффициент пористости грунта при влажности на границе текучести wL:

– влажность на границе текучести грунта, % (из работы 3);

 – плотность твердых частиц грунта, г/см3; (т/м3);

=1.0 г/см3; (т/м3) – плотность воды.

К непросадочным относятся грунты со степенью влажности. К возможно просадочным относятся грунты со степенью влажности и для которых значение Iss меньше следующих значений:

Таблица 3

Число пластичности грунта IpПоказатель Iss0.100.170.24

К ненабухающим при замачивании водой относятся грунты, для которых значение .

К возможно набухающим при замачивании водой относятся грунты, для которых значений  .

Показатель  не может служить обоснованием для назначения дополнительных строительных мероприятий для сооружений, возводимых на просадочных или набухающим грунтах. Он показывает на необходимость проведения дополнительных исследований грунтов с целью определения степени их просадочности (набухаемости).

Содержание работы

  1.  По значениям характеристик wL (из работы 3.1) и е (из работы 4.1) вычислить показатель  (формула 20).
  2.  Результаты занести в журнал (форма 4).
  3.  Дать предварительную оценку просадочности (набухаемости) грунта (см. таблицу 3).

РАБОТА 5 Определение величины относительного набухания пылевато – глинистого грунта (ГОСТ 24143-80)

Набухание пылевато – глинистых грунтов при увлажнении объясняется электроосмотическими процессами, происходящими между водой и тонкодисперсными частицами, главным образом, коллоидами. Увеличение объема грунта происходит как за счет утолщения водных оболочек вокруг коллоидных частиц, так и за счет химических процессов, влекущих за собой изменение состава и объема самых частиц. Явление набухания оказывает отрицательное воздействие на грунты вскрытых котлованов, что необходимо учитывать при проектирование.

Выделение набухающих грунтов производится по относительному набуханию без нагрузки . Грунты относятся к набухающим при .

Набухание грунты в зависимости от величины относительного набухания без нагрузки подразделяются следующим образом:

Таблица 4

Степень набухания грунтаВеличины относительного набуханияНенабухающиеСлабонабухающиеСредненабухающиеСильнонабухающие

Для определения величины относительного набухания грунта ненарушенной структуры используется разъемное режущее кольцо высотой 25мм и диаметром 58мм. Одна часть кольца, высотой 15мм снабжения режущей кромкой (для вырезки образца) и используется при испытании в качестве направляющей для поршня. В другую часть кольца (основную), высотой 10мм, помещается грунт. Отбор образца производится в собранное кольцо (методику отбора см. в работе 1). Затем режущая часть кольца снимается и ножом зачищаются поверхности образца в основной (высотой 10мм) части кольца. Поверхности образца накрываются фильтрованной бумагой, кольца снова собирается и устанавливается в дырчатое донце, сверху на образец становится дырчатый поршень. Собранный прибор помещается в ванночку (рис.2). В лунку поршня упирается максимально выдвинутая ножка индикатора  часового типа с ценой деления шкалы 0,01 мм и на шкале его устанавливается нулевой отсчет. В ванночку наливается немного дистиллированной воды с таким расчетом, чтобы происходило капиллярное увлажнение грунта и через определенные промежутки времени записываются показания индикатора до стабилизации деформаций.

Относительное набухание грунта определяется по формуле:

      (21)

где  – высота образца после его свободного набухания в результате замачивания до полного водонасыщения, мм;

 – начальная высота образца природной влажности, мм;

 – изменение начальной высоты образца в результате замачивания, мм.

Рис. 2. Прибор для определения величины относительного

набухания грунта

Содержание работы

  1.  Предварительно подготовленное кольцо с пылевато – глинистым грунтом установить в дырчатое донце.
  2.  Сверху на образец установить в дырчатый поршень.
  3.  С помощью винта закрепить на приборе мессуру, ножку которой в максимально выдвинутом состоянии упереть в поршень (см. рис.2).
  4.  Показания мессуры с помощью ее поворотного диска и головки ножки установить в нулевое положение (см. рис.2).
  5.  Собранный прибор установить в ванночку.
  6.  Налить в ванночку дистиллированной воды до половины высоты основной части кольца.
  7.  Через каждые 15 минут снимать показания мессуры с точностью 0.01мм и записывать в журнал (форма 5).

Примечание. Показания снимать до условной стабилизации набухания. За условную стабилизацию набухания считать изменение показаний мессуры в течение последних 15 минут не более чем на 0.01мм.

  1.  Вычислить относительное набухание грунта (формула 19).
  2.  Дать оценку набухания грунта (см. табл.4).
  3.  Построить график набухания грунта во времени (форма 6).

РАБОТА 6 Определение гранулометрического (зернового) состава песчаного грунта (ГОСТ 12536-79). Классификация песчаного грунта (ГОСТ 25100-96)

Природный грунт представляет собой сложную дисперсную систему, состоящую из части различной крупности и формы.

Гранулометрическим (зерновым) составом грунта называется выраженное в процентах относительное содержание по массе в грунте минеральных частиц различной крупности. От зернового состава во многом зависят фильтрационные и механические свойства грунта.

Особенно большое значение имеет определение зернового состава песчаных грунтов, который, в частности, используется для их классификации. Для пылевато-глинистых грунтов данные анализа зернового состава используются только в особых случаях.

Для того, чтобы гранулометрический (зерновой) состав можно было охарактеризовать сравнительно небольшим набором чисел, частицы по их размерам объединяют в группы (фракции).

В настоящее время принято следующее разделение частиц на фракции по их наибольшему размеру:

Таблица 5

Наимено-ваниефракцииКрупнообломочныеПесчаныеПыльГлинаВалуны(Глыбы)Галька(Щебень)Гравий(Дресва)КрупныеСредниеМелкиеРазмер,мм>200.0200.0-10.010.0-2.02.0-0.50.5-0.250.25-0.050.05-0.005<0.005

Примечание. Наименование в скобках относится к частицам с неокатанной поверхностью.

Гранулометрический состав конкретного грунта оформляется в виде таблицы, показывающей долевое содержание фракции, или графика (рис.3).

ГлинаПыльПесокГравий

Рис.3 Кривые гранулометрического состава грунтов

1 – неоднородный грунт; 2 – однородный грунт

По кривой гранулометрического состава можно определить процентное содержание всех фракций, так как координаты этой кривой показывают процент содержания по массе в исследуемом грунте частиц, размер которых меньше данного.

В соответствии с ГОСТ 25100-96 крупнообломочные и песчаные грунты в зависимости от гранулометрического состава подразделяются на следующие типы:

Таблица 6

Тип грунтаРазмер частиц, мм% массы воздушно-сухого грунтаКрупнообломочныеВалунный грунт (при преобладании неокатанных частиц – глыбовый)Галечниковый грунт (при преобладании неокатанных частиц – щебенистый)Гравийный грунт (при преобладании неокатанных частиц – дресвяный)ПесчаныйПесок:гравелистыйкрупныйсредней крупностимелкийпылеватыйd > 200d > 10d > 2d > 2d > 0.5d > 0.25d > 0.1d > 0.1>50>50>50>25>50>50≥75<75

Примечание:

  1.  Для установления наименования грунта последовательно суммируются проценты частиц исследуемого грунта: сначала крупнее 200 мм, затем крупнее 10мм, далее крупнее 2мм и т.д.
  2.  Наименование грунта принимается по первому удовлетворяющему показателю в порядке расположения наименований в таблице.

Крупнообломочные и песчаные грунты характеризуются также степенью неоднородности их зернового состава  , определяемой по формуле:

,         (22)

где   – диаметры частиц, меньше которых в исследуемом грунте содержится 60% и 10% частиц (по массе), соответственно (см. рис.13).

При  пески считаются неоднородными по своему зерновому составу.

Таким, образом, кривая гранулометрического состава более однородного грунта имеет большую крутизну (см. рис.3).

Фракция размером более 0.1мм выделяются просеиванием на стандартных ситах с промывкой водой, а более мелкие – ареометрическим методом.

а) Для разделения грунта на фракции ситовым методом с промывкой водой применяется стандартный набор сит с отверстиями диаметром (10; 5; 2; 1; 0.5; 0.25; 0.1) мм. Сита монтируются в колонку с размещением их от поддона вверх в порядке увеличения отверстий. Среднестатистическая проба грунта для анализа отбирается по методу квадратов: воздушно – сухой грунт тонким слоем расстилается на листе плотной бумаги; поверхность грунта ножом разделяемся на квадраты; из каждого квадрата отбирается немного грунта с тем, чтобы общая масса пробы m0  составляла для гравелистых песков 1000 г, а всех остальных песчаных грунтов – 500 г. Проба грунта высыпается в фарфоровую чашку, смачивается водой, растирается пестиком с резиновым наконечником. Затем грунт заливается водой, суспензия взмучивается и отстаивается 10-15 сек. Вода с не осевшими частицами (взвесь) сливается сквозь сито с отверстием размером 0.1 мм. Промытая проба грунта высушивается, взвешивается и по разнице первоначальной m0 и оставшейся mос масс проб определяется масса частиц размером менее 0.1 мм:

        (23)

Затем воздушно-сухой грунт массой mос просеивается через набор сит: содержимое каждого сита взвешивается на технических весах с точностью 0.01 г; результаты анализа записываются в журнал (см. табл. 9) и вычисляется процентное содержание каждой фракции по формуле:

,        (24)

где mi – масса данной фракции;

m0 – первоначальная масса взятой для анализа воздушно – сухой навески.

б) Ареометрический метод используется для определения гранулометрического состава частиц грунта размером менее 0.1 мм. Этот метод основан на изменении плотности суспензии по мере выпадения из нее минеральных частиц. При отстаивании суспензии частиц грунта, подчиняясь силе тяжести, падают на дно сосуда, и плотность суспензии уменьшается. Скорость осаждения частиц в жидкости пропорциональна квадрату их размера и определяется по формуле Стокса.

Анализ выполняется с помощью ареометра (рис.4), который представляет собой стеклянную колбу, в нижнем конце которой (луковице) находится груз (дробь, залитая сургучом или мастикой) для того, чтобы опущенный в жидкость ареометр плавал вертикальном положении. В верхней части ареометра (шейке) помещена шкала с нанесением значениями плотности суспензии.

Подготовленная специальным способом проба грунта массой около20-40 г (размер частиц менее 0.1 мм) помещается в стеклянный цилиндр с водой. Суспензия взбалтывается мешалкой в течение 1 мин. так, чтобы частицы пришли во взвешенное состояние. Осторожно, без касания стенок цилиндра, в суспензию опускается ареометр и через определенные промежутки времени (1 мин.; 30 мин.; 3 часа) берутся отсчеты по шкале ареометра, который вследствие выпадения частиц и уменьшения плотности постепенно погружается в нее. После внесения в отчеты поправок на температуру и мениск определяется процентное содержание частиц различных фракции в мм (0.1 - 0.05; 0.05 – 0.01; 0.01 – 0.005; <0.005) по специальным формулам (см. приложение 1). По данным ситового и ареометрического анализов строится кривая гранулометрического состава (см. рис. 3), определяется степень неоднородности и наименования грунта*.

*Пример наименование песчаного грунта:

 Песок средней крупности, неоднородный.

Рис. 4 Ареометр

Указанное выше наименование не является полным, т. к. не отражается плотность сложения грунта и степени насыщения его водой. Между тем, эти физические показатели крупнообломочного и песчаного грунтов оказывают решающее влияние на его механические характеристики.

Крупнообломочные и песчаные грунты подразделяются по степени влажности Sr (доле заполнения пор грунта водой) следующим образом:

Таблица 7

Разновидность крупнообломочных и песчаных грунтов по степени влажностиСтепень влажностиМаловлажныеВлажныеНасыщенные водой0.0 < Sr ≤ 0.50.5 < Sr ≤ 0.80.8 < Sr ≤ 1.0

Пески по плотности подразделяются на виды в зависимости от значения коэффициента пористости е следующим образом:

Таблица 8

Вид песковПлотность сложенияПлотныеСредней плотностиРыхлыеПески гравелистыеКрупные и среднейКрупностиПески мелкиеПески пылеватыеe < 0.55е < 0.60е < 0.600.55 ≤ е ≤ 0.700.60 ≤ е ≤ 0.750.60 ≤ е ≤ 0.80e < 0.70е < 0.75е < 0.80

Примечание. Пример полного наименования песчаного грунта:

песок средней крупности, средней плотности, влажности, неоднородный.

Содержание работы (силовой метод с промывкой водой)

  1.  По указанию преподавателя по данным непосредственного определения по описанной выше методике или по заданным в табл. 9 результатам ситового анализа с промывкой водой вычислить процентное содержание фракций (формула 22), т.е. зерновой состав грунта; результаты записать в журнал (форма 7).
  2.  По результатам определения зернового состава заполнить в журнале форму 8 и в соответствии с табл. 6 (внимательно прочитать примечание к табл. 6) определить вид песчаного грунта; результаты записать в журнал (форма 8).
  3.  По полу4ченному зерновому составу заполнить в журнале форму 9, в соответствии с которой построить в журнале кривую зернового состава (форма 10).

Принять следующий масштаб графика:

– для содержания частиц (по вертикали) – 10% - 10мм;

– для размера частиц (по горизонтали) – логарифмический.

4. На графике провести горизонтальные прямые, соответствующие 10% и 60% до пересечения с кривой и определить d10 и d60 – диаметры частиц, мельче которых в данном грунте содержится соответственно 10% и 60% частиц по массе; вычислить степень неоднородности грунта (формула 20); установить и записать в журнал (в форму 8) наименование песка по степени неоднородности: однородный или неоднородный (см. формулу 20).

5. По заданным в таблице 10 значениями коэффициента пористости е и степени влажности Sr дополнить наименование песчаного грунта (см. форму 8) и записать в журнал (форма 11).

Таблица 9

Размер отверстий сит, ммМасса остатка на ситах mi, гИндексНомер бригады1234105210.50.250.1(смыв)m10m5m2m1m0.5m0.25m0.1m<0.116.121.838.685.9100.6109.774.153.260.524.331.025.695.8151.369.042.57.251.694.8136.371.945.471.221.6-58.332.236.8176.493.580.422.4m0 (сумма)500.0500.0500.0500.0

Таблица 10

Наименование характеристик грунтаУсловные обозначенияНомер бригады1234Коэффициент пористостие0.670.550.740.63Степень влажностиSr0.950.800.320.63

РАБОТА 7 Определение наименования глинистого грунта по номенклатуре, принятой в дорожном строительстве (СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги»)

Классификация грунтов в дорожном строительстве выполняется в соответствии со СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги».

Песчаные и крупнообломочные грунты подразделяются на виды в зависимости от гранулометрического состава в соответствии с ГОСТ 25100-96 (см. работу 6).

Глинистые грунт в дорожном строительстве подразделяются на виды и разновидности с учетом их зернового состава и пластичности в соответствии со СНиП 2.05.02-85 (в данном пособии табл. 12). В случае расхождения вида грунта, устанавливаемого по содержанию песчаных частиц и по числу пластичности, следует принимать наименование грунта, соответствующему числу пластичности Ip.

Глинистые грунты следует различать по их состоянию, согласно таблице 2, в зависимости от величины показателя текучести IL.

Содержание работы

По заданным в табл. 11 числу пластичности Ip, содержанию песчаных частиц и показателю текучести IL установить по табл. 12 и табл. 2 (из формы 3) наименование глинистого грунта и записать в журнал (форма12).

Таблица 11

Наименование характеристик грунтаУсловные обозначенияНомер бригады1234Число пластичностиIp1661533Содержание песчаных частиц, %-14484115Показатель текучестиIL0.24-0.120.780.40

Таблица 12

Вид грунтаРазновидность грунтаСодержание песчаных частиц размером от 2 до 0.05 мм в % по весу*Число пластичностиСупесьлегкаякрупная>501 < Ip ≤ 7легкая>50пылеватая20-50тяжелаяпылеватая<20Суглиноклегкий>407 < Ip ≤ 12легкийпылеватый<40тяжелый>4012 < Ip ≤ 17тяжелыйпылеватый<40Глинапесчаная>4017 < Ip ≤ 27пылеватая<40жирнаяне нормируетсяIp >27*Для супесей легких крупных учитывается содержание частиц размером 2-0.25 мм, для остальных грунтов 2-0.05мм

РАБОТА 8 Определение максимальной плотности и оптимальной влажности грунта (ГОСТ 22733-77)

Целью искусственного уплотнения грунтов является повышение их прочности, снижения водопроницаемости и высоты капиллярного поднятия, а также уменьшение неравномерности и ускорение осадок. Уплотнение насыпных грунтов, содержащих в порах воду и воздух, происходит, в основном, не за счет вытеснения воды, а за счет вытеснения воздуха при сближении частиц, поэтому на процесс уплотнения большое влияние оказывает влажность грунта. При повышении влажности до определенного предела плотность грунта увеличивается при одинаковой затрате уплотняющей энергии. При дальнейшем увеличении влажности плотность уменьшается при затрате такого же количества работы (см. рис.5).

За показатель степени уплотнения грунта обычно принимают плотность грунта в сухом состоянии ρd.

Влажность, которая соответствует наибольшей влажности грунта при наименьшей затрате работы на уплотнение, называется оптимальной влажностью wopt . Соответствующая ей плотность грунта в сухом состоянии называется максимальной плотностью ρd мах. Таким образом, оптимальная влажность грунта – это влажность, при которой грунт уплотняется лучше всего.

Рис. 5. Зависимость плотности ρd от влажности w

Если грунт уплотнять при постоянной  влажности, но с постепенным увеличением работы уплотняющих средств, то плотность грунта будет увеличиваться лишь до некоторого предела, поэтому дальнейшее увеличение работы на уплотнение грунта оказывается неэффективным (см. рис.6).

 

Рис. 6. Зависимость плотности ρd от количества ударов nпри постоянной влажности

В лабораторных условиях определение оптимальной влажности и соответствующих ей максимальной плотности производится с помощью прибора стандартного уплотнения (рис. 7). Такое стандартное уплотнение соответствует влажности и плотности, получаемым при уплотнении грунтов катками среднего веса в производственных условиях.

Сущность метода стандартного уплотнения состоит в определении оптимальной влажности грунта wopt , при которой достигается наибольшее его уплотнение (максимальное значение плотности грунта в сухом виде ρd). В приборе СоюздорНИИ производится серия отдельных испытаний по послойному (в три слоя) трамбованию грунта с последовательным увеличением его влажности w, но при постоянном количестве ударов (120 ударов, т.е. по 40 ударов на каждый из трех слоев) грузов, массой 2,5 кг, свободно падающего с высоты 300мм. Для песчаных и гравийных грунтов первое испытание производится при исходной влажности 4%, а в последующих испытаниях влажность последовательно увеличивается на 1-2%. Аналогично для глинистых грунтов испытания проводятся при исходной влажности 8% с последующим увеличением ее на 2-3%.

Рис. 7. Прибор стандартного уплотнения СоюздорНИИ

Испытание грунта производится в следующем порядке:

– подготовленная проба грунта массой 2,5 кг слоями загружается в цилиндр прибора, причем каждый слой уплотняется 40 ударами груза;

При этом стержень трамбовки удерживается в вертикальном положении (перед укладкой третьего слоя на цилиндр надевается насадка);

– после уплотнения третьего слоя насадка снимается и выступающая часть образца срезается заподлицо с торцом цилиндра;

– определяется плотность влажного образца грунта по формуле:

     (23)

где m0 – масса собранного контейнера (цилиндр с поддоном и кольцом) г;

m1 – масса контейнера с грунтом, г;

V – емкость цилиндра, см3;

– раскрывается цилиндр и из верхней, средней и нижней частей образца отбирается по одной пробе (массой не менее 30г) для определения влажности грунта (см. работу 2).

Затем путем добавления определенного количества воды (см. приложение 2) повышается влажность грунта, и проводятся последующие испытания. Испытания следует считать законченными тогда, когда с повышением влажности пробы последующих двух, трех испытаниях на уплотнение происходит последовательное уменьшение значений плотности уплотненных образцов грунта.

По полученным в результате испытаний значениями плотности и влажности уплотненных образцов определяется плотность грунта в сухом состоянии:

     (24)

Строится график зависимости плотности сухого грунта от влажности (см. рис. 5), находятся максимум полученной зависимости и соответствующие ему величины максимальной плотности сухого грунта (ρd мах) с точностью 0.01 г/см3 и оптимальной влажности (wopt) с точностью 0.1%.

Максимальная плотность, получаемая при стандартном уплотнении, принимается за исходную величину при оценке плотности приискусственном уплотнении грунтов.

Отношение плотности сухого грунта к максимальной плотности сухого грунта ρd мах называется коэффициентом стандартного уплотнения:

      (25)

Требуемая минимальная плотность насыпи  определяется путем умножения  на коэффициент КTab (КTab=Кс), принимаемый по СНиП 2.05.02-85 в зависимости от расположения слоя грунта по высоте насыпи, типа покрытия, дорожно – климатической зоны и условий насыпи.

Определение оптимальной влажности и максимальной плотности обязательно при работах: по воздействию насыпей; окончательной отделке земляного полотна; устройству дорожных одежд и грунтовых подушек в основаниях сооружений.

В лаборатории преподавателем проводится демонстрационный опыт по уплотнению грунта при одном значении влажности. Для построения зависимости ρd=f(w) используется данные таблицы 13.

Содержание работы

  1.  По указанию преподавателя по данным непосредственного определения по описанной выше методике (см. приложение 2) или по заданным в табл. 13 значениями массы контейнера с грунтом m1 и влажности w для серии из шести опытов определить значения плотности грунта в сухом состоянии (формула 23); результаты записать в журнал (форма 13).
  2.  Построить кривую стандартного уплотнения (форма 14).
  3.  Определить значения максимальной плотности сухого грунта и оптимальной влажности wopt ; результаты записать в журнал (форма 15).

Таблица 13

Влажность w, %Масса m1, гНомер бригады12348.010.012.014.016.018.0548356235718581958035729541755695702579357545651550156485783576757755780557556845802585958485799

Примечание:

Масса собранного контейнера m0=3600 г; емкость цилиндра V=1000см3.

РАБОТА 9 Определение коэффициента фильтрации песков с помощью прибора КФ-ООМ (ГОСТ 25584-83)

Способность грунтов пропускать воду через систему сообщающихся пор называется водопроницаемостью. Движение воды в порах грунта происходит под действием возникающих в ней неуравновешенных давлений. Так, пленочная вода двигается под действием разности осмотических давлений в различных сечениях, капиллярная – адсорбционных сил смачивания поверхности грунтовых капилляров, гравитационная – под действием напора воды.

Наибольший практический интерес представляет движение гравитационной воды под влиянием силы тяжести или разности напоров. Считается, что для песчаных и большинства глинистых грунтов это движение может быть описано законом Дарси (закон ламинарного движения):

        (26)

где Vw – объем воды протекающей параллельно струями через водопроницаемое тело;

А – площадь поперечного сечения тела;

 t – время фильтрации;

I – отношение разности напоров к длине фильтрации (гидравлический градиент);

kf – коэффициент фильтрации.

Численно коэффициент фильтрации равен объему воды, протекающему в 1с через поперечное сечение площадью 1 см3 при гидравлическом градиенте I=1. Выражают его в см/с или м/сутки. Коэффициент фильтрации зависит от размеров и форм пор, гранулометрического состава и плотности грунта, температуры воды. Так, например, в песках, обладающих порами крупных размеров, фильтрация воды происходит легче и быстрее, чем в глинистых грунтах, которые имеют большое количество пор очень малого поперечного сечения. Поэтому коэффициент фильтрации для песчаных грунтов в среднем значительно больше, чем для глинистых. Таким образом, коэффициент фильтрации количество характеризует водопроницаемость грунтов.

Коэффициент фильтрации используется при расчетах скорости уплотнения грунтов под нагрузкой, подсчете запасов подземных вод, определении притока воды в строительные котлованы, проектирование водоотводных и дренажных сооружений и других аналогичных расчетах.

Ориентировочные значения коэффициентов фильтрации

kf ,см/с (i – любое число от 1 до 9)

 

ПескиI*10-1…i*10-4СупесиI*10-9…i*10-6СуглинкиI*10-5…i*10-8ГлиныI*10-7…i*10-10

Коэффициент фильтрации может быть определен в лаборатории с помощью специальных приборов на образцах естественной или нарушенной структуры и косвенным путем – по гранулометрическому составу и пористости грунтов или по времени уплотнения грунта при данной нагрузке.

Прибор КФ-ООМ (рис. 8) предназначен для определения коэффициента фильтрации песчаных грунтов с нарушенной структурой при различных напорных градиентах от 0 до 1. Испытание производят путем пропуска воды через грунт сверху вниз при заданном градиенте напора, причем образец грунта предварительно насыщают водой снизу вверх.

При испытании песчаных грунтов нарушенной структуры рекомендуется коэффициент фильтрации определять дважды: при рыхлом их сложении и при максимально плотном. В учебных целях определение коэффициента фильтрации kf производится только в рыхлом состоянии.

Если требуется определить kf грунтов с ненарушенной структурой, то с цилиндра снимается дно, и он в вертикальном положении задавливается непосредственно в грунт.

Рис. 8. Прибор КФ-ООМ

Содержание работы

  1.  Из корпуса прибора вынуть цилиндр и разобрать его.
  2.  Налить в корпус прибора воду и вращением подъемного винта поднять подставку в крайнее верхнее положение.
  3.  Надеть на цилиндр дно с латунной сеткой, покрытой кружном марли.
  4.  Цилиндр с дном и латунной сеткой заполнить песчаным грунтом в предельно рыхлом состоянии путем насыпания грунта с высоту 5-10 см без уплотнения.
  5.  Поместить на грунт латунную сетку, надеть на цилиндр муфту, установить цилиндр на подставку, вращением подъемного винта медленно погрузить его в воду в крайнее нижнее положение и оставить в этом положении на 15 мин. до полного увлажнения грунта. При этом поддерживать уровень воды у верхнего края корпуса.
  6.  Вращением подъемного винта установить цилиндр с грунтом до совмещения отметки необходимого градиента напора (в первом опыте I=1.0) на планке с верхним краем крышки корпуса и долить воду в корпус до верхнего его края.
  7.  Замерить температуру воды.
  8.  Заполнить мерный стеклянный баллон водой и, закрывая большим пальцем его отверстие, опрокинуть отверстие вниз, поднести, возможно, ближе к цилиндру с грунтом и, отнимая палец, быстро вставить в муфту цилиндра так, чтобы горлышко баллона соприкасалось с латунной сеткой, а в баллон равномерно поднимались мелкие пузырь  воздуха. Если в мерный баллон прорываются крупные пузырьки воздуха, необходимо сильнее прижать его к латунной сетке, добившись появления мелких пузырьков: в таком виде мерный баллон автоматически поддерживается над грунтом постоянный уровень воды в 1-2 мм, обеспечивая постоянство градиента напора.
  9.  Отметить время, когда уровень воды достигнет деления шкалы мерного баллона, отмеченного цифрой 10 (или 20) см3, принять это время за начало фильтрации воды.
  10.  Зафиксировать время, когда уровень воды достигнет соответственно делений 20, 30 (или 30, 40) см3 или других кратных значений. Сделать два отсчета. Записать результаты в журнал (форма 16).
  11.  Вычислить для двух измерений коэффициент фильтрации грунта kf10, м/сутки, приведенный к условиям фильтрации при температуре 10°С, по формуле:

          (27)

где Vw – объем профильтрованной, см3;

t – продолжительность фильтрации, с;

А – площадь поперечного сечения цилиндра, см2 (А=25 см2);

I – градиент напора;

Т=(0.7+0.03*Тw) – поправка для приведения коэффициента фильтрации к условиям фильтрации воды при температуре 10°С;

Тw – фактическая температура воды при испытании, °С;

864 – переводной коэффициент (из см/с в м/сутки).

Записать результаты в журнал (форма 16).

  1.  Определить коэффициент фильтрации kf10 при градиентах напора I=0.8 и I=0.6. Записать результаты в журнал (форма 16).
  2.  Вычислить коэффициент фильтрации kf10 , как среднее арифметическое нескольких его определений (форма 16).

РАБОТА 10 Определение деформационных характеристик глинистого грунта в компрессионном приборе (ГОСТ 23908-79)

Характеристики (параметры) деформируемости (сжимаемости) грунтов необходимы для расчетов осадок оснований и земляных сооружений, т.е. для расчетов их по второй группе предельных состояний. Деформационные параметры входят в зависимости между напряжениями и деформациями, например, в законе Гука, Эти зависимости, в свою очередь, используются для решения различных задач о распределении напряжений и деформаций в массивах грунтов. Часто используются и другие зависимости (законы) между деформациями и нагрузками. Большинство этих теорий рассматриваются в лекционном курсе.

Методика выполнения данной работы и, соответственно, используемые в ней формулы основаны на принятии к грунтам одного из наиболее простых, но и очень неточного для грунта предположения, а именно, гипотезы линейно – деформируемой среды. В таком качестве грунт обычно можно рассматривать только при однократном нагружении, в условиях, когда обеспечивается полное уплотнение его нагрузкой. Характеристиками такой среды, связывающими эти деформации с действующими в ней напряжениями, является модуль деформации Е ( в других дисциплинах его называют модуль Юнга, модуль Гука и даже модуль упругости) и коэффициент поперечного расширения (коэффициент Пуассона) υ.

В лабораторных условиях испытания грунтов на сжимаемость проводят, как правило, при сжатии без возможности бокового расширения грунта в компрессионных приборах (одометрах) или в приборах трехосного сжатия (стабилометрах). Такие испытания называются компрессионными.

Напряженное состояние образца в условиях компрессионного сжатия показано на рис. 9.

Рис. 9. Напряженное состояние образца грунта

в условиях компрессионного сжатия

В результате действия вертикального давления р в условиях невозможного бокового расширения (сжатие происходит только в вертикальном направлении) возникает боковое давление ξ·р, где ξ – коэффициент бокового давления. Математическое решение задачи механики грунтов для указанных на рис. 9 условий на границах образца (краевая задача) в предположении линейной связи между относительными деформациями   и напряжениями в грунте (закон Гука) дает формулу для модуля деформации грунта:

        (28)

где  – коэффициент, зависящий от бокового расширения образца.

Коэффициент Пуассона ν определяется по формуле:

        (29)

Коэффициент бокового давления ξ может быть определен при испытаниях в стабилометре.

Компрессионный прибор (одометр) состоит из пресса для создания вертикального давления и рабочего органа.

На рис. 10 изображена схема рабочего органа компрессионного прибора.

Рис. 10. Рабочий орган компрессионного прибора.

Испытания проводятся путем сжатия образца грунта нагрузкой, передающейся с подвески рычага пресса на поршень прибора.

Нагрузка на рычаг рассчитывается по формуле:

кН (1кН=100кгс),      (30)

где р – требуемое давление на образец, кПа (1кПа=0.01кгс/см3);

А – площадь горизонтального сечения образца, м2;

 k – передаточное число рычагов пресса.

Вначале образец загружается давление, под которым грунт находился в природных условиях.

Природное давление рассчитывается по формуле:

(кПа),        (31)

где  – удельный вес грунта, кН/м3 (работа 1);

 Z – глубина отбора пробы, м.

Это давление округляется до 10 кПа (0.1 кгс/см3) и прикладывается к образцу.

Дальнейшее загружение производится ступенями, равными 12.5; 25.0; 50.0; 100.0 кПа, зависящими от вида грунта до необходимых по программе испытаний пределов.

Вертикальные деформации образца измеряются с помощью двух индикаторов часового типа с ценой деления 0.01 мм. После приложения каждой ступени давления показания индикаторов регистрируются через 1 час в течение рабочего дня, а затем в начале и конце рабочего дня до достижения условной стабилизации деформаций.

За критерий условной стабилизации деформации грунта на данной ступени давления приняты деформации не более 0.01 мм:

для глинистых грунтов за 16 часов;

для пылеватых и мелких песков за 4 часа.

По результатам испытаний грунта в компрессионном приборе определяется величина абсолютной деформации грунта  (мм), как среднее арифметическое значение показаний индикаторов, а затем величина относительной деформации грунта  с точностью 0.001 при соответствующих значениях давления рi по формуле:

,           (32)

где – абсолютная деформация грунта на i-ой ступени давления, мм;

 h – высота образца грунта до испытания, мм.

По величинам относительной деформации строится график зависимости , изображенный на рисунке 11.

Рис. 11. График испытания грунта при сжатии

в компрессионном приборе

По значениям относительной деформации , взятым с графика, вычисляются значения коэффициента пористости , при любом давлении рi по формуле:

,        (33)

где e0 – начальный коэффициент пористости грунта.

В конечном итоге по результатам компрессионных испытаний для заранее назначенного интервала давления рi-1 , рi определяются деформационные характеристики грунта – коэффициент сжимаемости m0 (модуль местных упругих деформаций) и модуль деформации Е| по формулам:

, (кПа)         (34)

, (кПа)        (35)

или

 , (кПа)        (35)

где еi-1 и еi – коэффициенты пористости, соответствующие давления

 рi-1 и рi;

εi-1 и εi – величины относительного сжатия, соответствующие давлениям рi-1 и рi;

β – см. формулу (28), принимаемый для пылеватых и мелких песков – 0.8; супесей – 0.7; суглинков – 0.5; глин – 0.4.

В расчетах естественных оснований по СНиП 2.02.01-83 используется модуль деформации Е, физический смысл которого отличается от полученного по формулам (35). Отличие объясняется не только погрешностями компрессионных испытаний, но и условностью применения к описанию деформации грунтов модели Гука (линейной деформации). Поэтому стандартное значение модуля деформации Е вычисляется по формуле:

,          (36)

где Е| – значение модуля деформации по формуле (35)

mk – коэффициент, определяемый на основе сопоставления значений модуля деформаций, получаемых по данным по данным полевых и лабораторных испытаний.

Как показал статистический анализ этой проблемы, приближенное значение mk может быть вычислено по формуле:

,          (37)

где е0 – начальный коэффициент пористости грунта.

Для зданий и сооружений III класса (т.е. небольшой этажности и при малых нагрузках) при определении стандартных значений модуля деформации пылевато – глинистых грунтов с показателем текучести 0.5<IL<1 допускается использовать коэффициенты mk , приведенные в табл. 22 «Пособия по проектированию оснований зданий и сооружений». В нашем Руководстве эти коэффициенты приведены в табл. 14.

Таблица 14

Вид грунтаЗначение коэффициентов mk при коэффициенте пористости е, равном0.450.550.650.750.850.951.00СупесиСуглинкиГлины45-45-3.54.56346235.5-2.55-24.5

Примечание. 

Для промежуточных значений е коэффициенты mk определяется интерполяцией.

При разгрузке коэффициент mk принимается равным 1, т.к. при разгрузке грунт работает в упругой стадии.

Иногда расчеты осадки сооружений производятся с использованием не модели линейно – деформируемого тела (модели Гука), а модели местных упругих деформаций (модели Винклера – модели постели). В этом случае в расчетах вместо модуля деформации Е и коэффициента поперечного расширения ν используется коэффициент сжимаемости m0 (34). Расчеты в этом случае проще, но могут в некоторых случаях приводить к существенным погрешностям.

Содержание работы

(упрощенная методика)

  1.  Предварительно подготовленное грунтоотборочное кольцо с грунтом (нижняя и верхняя плоскости образца грунта должны быть покрыты увлажненными кружками фильтровальной бумаги) поместить в обойму.
  2.  Снизу на обойму навинтить дно с перфорированным диском.
  3.  Сверху на грунт установить перфорированный поршень с шариком.
  4.  Собранный прибор установить в ванну компрессионного прибора, которую, в свою очередь, установить на рычажный пресс.
  5.  На поршень установить коромысло рычажного устройства и прикрепить его к рычагу пресса.
  6.  С помощью противовеса уравновесить рычаг пресса (с подвеской) в горизонтальном положении. Закрепить его стопором.
  7.  Закрепить индикаторы перемещений на поршне с помощью держателей. Ножки индикаторов в максимально выдвинутом состоянии упереть в выступы ванны и установить стрелки в нулевое положение.
  8.  Записать в журнал испытаний (форма 17) данные по грунту и параметры компрессионного прибора:

– наименование грунта (из работы 3.3);

– удельный вес грунта γ (из работы 1);

– начальный коэффициент пористости грунта е0 (из работы 4.1);

– глубину отбора грунта Z=2.5м;

– природное давление грунта рγ (формула 31);

– площадь поперечного сечения образца А=60см2;

– первоначальную высоту образца h=25мм;

– передаточное число рычагов пресса k=10.

  1.  Поместить на подвеску плоскую гирю массой 3кг, создавая тем самым (с учетом соотношения плеч рычага 1:10 и площади образца А=60см2) давление на образец кПа (кгс/см2), соответствующее природному давлению для принятой глубины отбора пробы грунта 2.5м. Освободить рычажное устройство от стопора.

Наблюдать по индикаторам за деформациями (осадки) образца в течение минут. (Внимание! Отступление от требований ГОСТ 23908-79 и выдержка первой и всех последующих ступеней давления не до условной стабилизации деформаций в учебном испытании вызвана только ограничением времени проведения лабораторных занятий со студентами). Показания индикаторов в мм непосредственно после приложения нагрузки и затем через 1мин. в течение 5 мин. записывать в журнал испытаний (форма 17).

  1.  Помещая последовательно на подвеску рычажного пресса плоские гири общей массой 6, 12 и 18кг (прорези гирь ориентировать в разные стороны!), создавать таким образом ступени давления на грунт 100, 200, 300кПа (1.0; 2.0; 3.0 кгс/см2). Аналогично п.9 выдержать каждую ступень в течение 5мин., показания индикаторов деформаций в мм записывать в журнал испытаний (форма 17) непосредственно после приложения нагрузки и затем через 1 мин.
  2.  Произвести последовательную разгрузку образца ступенями, оставляя на подвеске рычажного пресса гири общей массой 12, 6 и 0кг. Выдержку каждой ступени давления на грунт 200, 100, 0кПа. Выдержку каждой ступени и запись показаний индикаторов произвести согласно п.10.
  3.  Заполнить ведомость испытаний (форма 18) или соответствующую таблицу “Паспорта грунта” (выдается преподавателем). В графу “Деформация грунта” внести конечные для каждой супеси давления осредненные значения абсолютной деформации (осадки) образца грунта из журнала испытаний (форма 17). Остальные графы заполнить согласно указанным формулам.
  4.  По величинам относительной деформации построить график зависимости относительных деформаций от вертикального давления  (форма 19 или “Паспорта грунта”). Точка графика, соответствующие степеням давления нагружения, а также разгрузки соединить лекальной кривой (см. рис. 11).
  5.  Вычислить по формуле 36 стандартное значение модуля деформации Е в диапазоне давлений 100-200 кПа (при нагрузке и разгрузке). Результат записать в форму 20.

РАБОТА 11 Определение прочностных характеристик глинистого грунта в срезном приборе (ГОСТ 12248-78)

Характеристики прочности грунта используются для расчетов как по первой группе предельных состояний (т.е. по несущей способности), так и по второй группе предельных состояний (т.е. по деформациям). В расчетах по деформациям прочностные характеристики используют для определения, так называемого расчетного сопротивления грунта R, т.е. такого вертикального давления на него, при котором грунт еще можно рассматривать в качестве линейно – деформируемой среды, а значит применять для вычисления деформаций модель Гука (см. работу 10).

В расчетах по несущей способности прочностные характеристики грунта используются для определения предельного сопротивления основания, давления грунтов на ограждения и подземные сооружения, а также для исследования устойчивости откосов.

Одной из наиболее простых и в то же время наиболее часто используемой моделью разрушения грунта (моделью прочности) является модель Мора – Кулона. В соответствии с теорией прочности Мора разрушение образца любого материала наступает в результате незатухающего сдвига частиц материала относительно друг друга по так называемым площадкам сдвига. Это смещение возникает только при достижении определенного соотношения между сдвигающими усилиями (касательными напряжениями τ) и вертикальным давлением (нормальными напряжениями р) на указанных площадках.

В 1773 г. Ш. Кулон сформулировал для песков эту зависимость следующим образом: предельное сопротивление сыпучих грунтов срезу есть сопротивление трению, пропорциональное давлению:

,          (38)

где tgφ – коэффициент пропорциональности;

 φ – угол внутреннего трения грунта.

Обобщая эту зависимость на глинистые (связные) грунты, сопротивление сдвигающим усилиям рассматривается как линейная функция от нормального давления, т.е. как сумма сопротивления трению, пропорционального нормальному к плоскости сдвига давлению р, и сопротивления сцеплению, не зависящего от давления:

,         (39)

где с – удельное сцепление грунта.

В действительности сопротивление грунта срезу является сложным процессом и разграничение его на трение и сцепление выполняется условно. Параметры tgφ и с зависимостей (38) и (39) аналогичны математическим параметрам а и b линейных зависимостей y=ax; y=ax+b. На рис. 12 приведены графики зависимостей (38) и (39).

а)        б)

Рис. 12. Графики предельного сопротивления срезу несвязного (а) и связного (б) грунтов

В лабораторных условиях испытания грунтов на срез проводятся методом среза по фиксированной плоскости в срезных приборах или методом раздавливания при трехосном напряженном состоянии в стабилометрах.

При испытаниях в срезном приборе сдвиг частиц грунта происходит по фиксированной плоскости. Несколько образцов одного и того же грунта загружается различными по величине вертикальными давлениями р и сдвигаются плавным приложением горизонтальных сдвигающих усилий τ. Определение предельных значений τu производится не менее чем при трех различных значениях р по схеме, изображенной на рис. 13.

а)          б)           в)

Рис. 13. Схема испытания грунта на срез в срезном приборе

Прибор одноплоскостного среза состоит из срезывающего устройства, пресса для создания вертикального давления и тягового устройства для создания горизонтального сдвигающего усилия.

На рис. 14 изображено срезывающее устройство срезного прибора. Вертикального давления р передается с подвески рычага пресса. Нагрузка на рычаг рассчитывается по формуле:

, кН (1кН=100кгс)       (40)

где р – требуемое вертикальное давление на образец, кПа (1кПа=0.01кгс/см3)

А – площадь горизонтального сечения образца, м2;

k – передаточное число рычагов пресса.

Горизонтальное сдвигающее усилие передается на образец ступенями  через тяговое рычажное устройство. Величина ступеней нагрузки на рычаг тягового устройства рассчитывается по формуле:

, кН (1кН=100кгс)       (41)

где – величина ступени касательного усилия в плоскости среза образца, кПа (1кПа=100кгс);

 А – площадь горизонтального сечения образца, м2;

k – передаточное число рычагов тягового устройства.

Рис. 14. Срезывающее устройство срезного прибора

Определение предельного сопротивления грунтов срезу производится двумя методами:

консолидированного среза;

неконсолидированного среза.

Метод консолидированного среза применяется для определения предельного сопротивления срезу в условиях стабилизированного состояния песчаных грунтов, а также глинистых с показателем консистенции IL≤1, коэффициентом пористости для супесей и суглинков е≤1 и для глин е≤1.5.

Испытания проводятся: для песчаных грунтов – на подготовленных в лаборатории образцах с заданной плотностью сложения и влажности или в условиях полного водонасыщения; для глинистых грунтов – на образцах ненарушенного (природного) сложения при природной влажности или в условиях полного водонасыщения.

Подготовленные таким образом образцы грунта предварительно уплотняются в специальном приборе – уплотнение при нормальных давлениях р, при которых в последующем будет определяться сопротивление образцов срезу, т.е. 100, 200, 300 кПа.

Схема нагружения образцов грунта в уплотнителе практически совпадает со схемой нагружения грунта в компрессионном приборе (см. работу 10). Каждая ступень вертикального давления при уплотнении выдерживается до условной стабилизации вертикальных деформаций, критерии которой почти совпадают с аналогичными при компрессионных испытаниях (см. работу 10). При этом уплотнение образца может происходить в течение нескольких суток.

После выдержки в уплотнителе образец разгружается и быстро переносится в рабочем кольце в срезную коробку срезного прибора и закрепляется в ней. Далее на него устанавливается перфорированный штамп, производится регулировка механизмов загрузки, устанавливается зазор величиной 0.5…1.0 мм между подвижной и неподвижной частями срезной коробки и с помощью рычажного пресса одной ступенью передается вертикальная нагрузка.

Время выдержки вертикальной (нормальной) нагрузки составляет не менее:

для песчаных грунтов – 5мин.;

для супесей – 15мин.;

для суглинков и глин – 30мин.

После передачи вертикальной нагрузки устанавливается индикатор перемещений среза образца грунта. Затем на образец передается касательная нагрузка ступенями, величина которых составляет 5% величины вертикальной нагрузки, при которой производится срез. После достижения условной стабилизации перемещений среза  при данной ступени нагрузки передается следующая ступень касательной (сдвигающей) нагрузки. За условную стабилизацию деформаций среза принимается скорость перемещений среза, не превышающая 0.01 мм/м. Испытание считается законченным, если при приложении очередной ступени касательной нагрузки происходит мгновенный срез (срыв) одной части образца превысит 5мм. По замеренным в процессе испытания величинам перемещений среза , соответствующим различным напряжениями τ строится график зависимости . За сопротивление образца грунта сдвигу τu принимается максимальное значение τ на графике  на отрезке , не превышает 5мм (рис. 15).

Рис. 15. График  испытания грунта на срез

Метод неконсолидированного среза применяется для определения сопротивления срезу в условиях нестабилизированного состояния водонасыщенных суглинков и глин (при степени влажности Sr  ≥ 0.85),

Имеющих показатель текучести IL≤0.5. Испытания проводятся на образцах ненарушенного сложения.

Рабочее кольцо с грунтом помещается в срезную коробку и закрепляется в ней. Затем на образец устанавливается сплошной штамп, производится регулировка механизмов нагрузки, устанавливается зазор величиной 0.5…1.0 мм между подвижной и неподвижной частями срезной коробки, устанавливается индикатор перемещения среза. Нормальное давление р, при котором будет производиться срез образца, передается сразу в одну ступень. Величины р зависят от вида и состояния грунта и принимаются для глинистых грунтов с 0.5 ≤ IL ≤ 1.0 в 50, 100, 150 кПа, а для илов и глинистых грунтов с IL ≤ 1.0 в 25, 75, 125 кПа. Срез образца грунта производится не более чем за 2 мин. с момента приложения нормальной нагрузки. Величина ступеней касательной нагрузки не должна превышать 10% величины нормального давления, приложенного к образцу. Испытаний считается законченным, если при приложении очередной ступени касательной нагрузки происходит мгновенный срез (срыв) одной части образца по отношению к другой или общая деформация превысит 5 мм. Сопротивление образца грунта срезу вычисляется по формуле:

,         (42)

где – максимально допустимая касательная нагрузка в плоскости среза, кН;

 А – площадь горизонтального сечения образца, м2.

,         (43)

где – максимальный вес на рычаге тягового устройства, кН;

 k – передаточное число рычагов тягового устройства.

Как при консолидированном, так и неконсолидированном срезах по результатам испытаний образцов из одного монолита грунта при трех различных значениях р строится график зависимости  (см. рис. 12). По графику определяется прочностные характеристики грунта – угол внутреннего трения φ, град. И удельное сцепление с, кПа (см. рис. 12).

Однако, при проектировании сооружений используются более точные значения φ и с – нормативные и расчетные параметры, которые определяются по статическим формулам ГОСТ 20522-75 на основе испытаний не одного, а многих образцов данного вида грунта (инженерно – геологического элемента):

;        (44)

;         (45)

;        (46)

2;         (47)

где знак Σ – сумма i значений от 1 до n;

 n – количество испытаний.

Содержание работы

(неконсолидированный срез)

  1.  Предварительно подготовленное разрезное рабочее кольцо с грунтом (нижняя и верхняя плоскости образца грунта должны быть покрыты увлажненными кружками фильтрованной бумаги) поместить в подвижную часть срезной коробки.
  2.  На дно неподвижной части срезной обоймы уложить перфорированный диск (широкой плоскостью вверх).
  3.  Установить подвижную часть срезной обоймы с рабочим кольцом на не подвижную часть так, чтобы образец грунта своей нижней плоскостью опирался на перфорированный диск неподвижной части обоймы.
  4.  Уложить сверху на образец перфорированный диск (широкой плоскостью вниз).
  5.  На диск установить коромысло рычажного пресса и прикрепить его к рычагу пресса, создающего вертикальное давление на образец.
  6.  Установить установочный винт и закрепить его на стойках верхней части срезной коробки.
  7.  Установочным винтом установить зазор величиной 0.5…1 мм между подвижной и неподвижной частями срезной обоймы.
  8.  С помощью противовеса уравновесить рычаг пресса вертикального давления в горизонтальном положении. Закрепить его стопором.
  9.  Прикрепить тросик к тяговому коромыслу подвижной части срезной коробки.
  10.  Закрепить рычаг горизонтальной нагрузки стопором.
  11.  Установить в держателе индикатор горизонтальных перемещений. Ножку индикатора в максимально сжатом состоянии упереть в упорный столик. Установить стрелки индикатора в нулевое положение.
  12.  Записать в журнал испытаний (форма 21) данные по грунту и параметры срезного прибора:

– наименование грунта (из работы 3);

– площадь поперечного сечения образца А=40см2;

– передаточное число рычагов пресса k=10.

  1.  Поместить на рычаг пресса вертикального давления плоскую гирю массой 2 кг, создавая тем самым (с учетом соотношения плеч рычага 1:10 и площади образца А=40 см2) давление на образец 50 кПа (0.5 кг/см2). Освободить рычажное устройство от стопора.
  2.  Для создания первой ступени горизонтальной нагрузки поместить на рычаг пресса горизонтальной нагрузки гирю массой 200г (10% от вертикальной нагрузки). Приложение последующих ступеней той же величины должно следовать через 10…15. В начале и конце каждой ступени горизонтальной нагрузки показания индикатора горизонтальных перемещений записывать в журнал испытаний (форма 21).

Испытания данного образца следует, считать законченным, если при приложении очередной ступени касательной нагрузки происходит мгновенный срез (срыв) одной части образца по отношению к другой или общая деформация среза превысит 5 мм.

  1.  Записать в журнал максимальное сдвигающую нагрузку и вычислить сопротивление образца грунта срезу по форм. 42.
  2.  Произвести испытание еще на двух образцах при вертикальных давлениях 100 кПа (1.0 кг/см2) и 150 кПа (1.5 кг/см2).
  3.  Заполнить ведомость испытаний (форма 22) и построить график испытаний (форма 23).
  4.  Определить угол внутреннего трения φ и удельное сцепление с по форм. 44-47. Результаты записать в ведомость испытаний (форма 22).

 

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Содержание работы по упрощенному определению гранулометрического (зернового) состава песчаного грунта в учебных целях

  1.  Отобрать навеску воздушно – сухого грунта массой m0=200 г в предварительно взвешенную* фарфоровую чашку.
  2.  Просеять отобранную навеску через колонку сит с поддоном с размером отверстия (10; 5; 2; 1) мм.
  3.  Фракции грунта, задержавшиеся на ситах, взвесить** и результаты занести в журнал (форма П.1.).
  4.  Из поддона отобрать пробу грунта массой  в заранее взвешенную фарфоровую чашку.
  5.  Пробу грунта пересыпать в стеклянную колбу емкостью 500-750 см3, смывая остаток пробы в чашке струей воды из резиновой груши. Долить в колбу воды, примерно до 2/3 ее объема и взбалтывать в течение 2-3 минут.
  6.  Суспензию из колбы слить через сито с размером отверстий 0.1 мм в металлическую чашку. Оставшиеся на внутренней поверхности колбы частицы грунта тщательно смыть в сито водой из резиновой груши.
  7.  Суспензию из металлической чашки тщательно слить в стеклянный цилиндр емкостью 1 л. Оставшиеся на дне и стенках чашки частицы смыть в цилиндр водой из резиновой груши.
  8.  Частицы грунта, задержавшиеся на сите с размером отверстий 0.1 мм, с помощью резиновой груши тщательно смыть в металлическую чашку.
  9.  Дать отстояться взвеси в течение 2 – 3 минут. После этого воду из чашки осторожно слить в цилиндр, а оставшийся осадок осторожно смыть с помощью резиновой груши в маленькую металлическую сковородку.
  10.  Высушить грунт в сковородке до абсолютно сухого состояния (примерно 10 – 15 мин).
  11.  Просеять высушенный в сковородке грунт через колонку сит с поддоном с размером отверстий (0.5; 0.25; 0.1) мм.

*Взвешивание производить на технических весах с точностью 0.01 г.

**Взвешивание производить в предварительно взвешенных фарфоровых чашках.

  1.  Частицы грунта, прошедшие сито с размером отверстий 0.1 мм, перенести в цилиндр с суспензией.
  2.  Фракции грунта, задержавшиеся на ситах, взвесить и результаты занести в журнал (форма П.1.).
  3.  В цилиндр долить воды до 1 л. Суспензию в цилиндре взболтать мешалкой в течение 1 мин. До полного взмучивания осадка со дна цилиндра, не допуская выплескивания суспензии.
  4.  По таблице определить время замера плотности суспензии ареометром после окончания ее взбалтывания (в скобках указано время отсчетов в учебных целях).

Размер фракции, ммВремя окончания взбалтывания суспензии до замера ее плотностиГОСТучебноеменее 0.05менее 0.01менее 0.0051 мин30мин3 часа1 мин5 мин10 мин

  1.  За 10-12 сек. До замера плотности суспензии осторожно опускать в нее ареометр, который должен свободно плавать, не касаясь стенок цилиндра и взять отсчет по ареометру R.
  2.  Взять отсчет R0  по ареометру в цилиндре с дистиллированной водой или принять R0 по указанию преподавателя.
  3.  Вычислить процентное содержание фракций по формулам (форма П.1.).
  4.  Выполнить п.п. 2-5 из работы 6.

Приложение 2

Содержание работы по упрощенному определению максимальной плотности и оптимальной влажности грунта в учебных целях

  1.  Пробу глинистого или песчаного (или гравийного) грунта массой m=2500 г доувлажнять до исходного влажности w2, принимаемой равной 4% для песчаных, гравийных грунтов и 8% для глинистых грунтов.  Необходимую для доувлажнения пробы грунта массу воды mw в граммах определить по формуле:

,      (П.1.)

где  w1 – естественная влажность грунта (определяется на пробах массой 30 г), % ;

  w2 – требуемая исходная влажность грунта, %;

  m – масса пробы грунта, кг.

  1.  Подготовить прибор к испытанию: установить цилиндр в поддон, не зажимая его винтами; установить кольцо на бортик цилиндра; зажать цилиндр попеременно винтами поддона и кольца.
  2.  Подготовленную пробу грунта загрузить слоями в цилиндр прибора, прижимая грунт трамбовкой. Каждый слой должен иметь высоты 5-6 см уплотняться 40 ударами груза; при этом стержень трамбовки необходимо удерживать в вертикальном положении. Перед загрузкой второго и третьего слоев поверхность предыдущего слоя взрыхлить ножом нп глубину 1-2 мм. Перед укладкой третьего слоя на цилиндр надеть насадку.
  3.  После уплотнения третьего слоя насадку снять и срезать выступающую часть грунта заподлицо с торцом цилиндра.
  4.  Определить массу контейнера с грунтом m1 с точностью до 1 г. Результаты занести в журнал (форма П.2.).
  5.  Выполнить п.п.1-2 из работы 8 для данного значения m1.
  6.  Раскрыть цилиндр, извлечь из него грунт, смешать со срезанным грунтом и повысить его влажность на (1…2)% для песчаных и гравийных грунтов и (2…3)% для глинистых грунтов. Количество воды для доувлажнения определить по форм. П.1., принимая за m – массу грунта, оставшегося от предыдущего испытания, а за w1 и w2 – соответственно влажности, задаваемые при предыдущем и очередном испытании.
  7.  Повторить п.п.3-7 до тех пор, пока величина плотности ρd при очередном увеличении влажности w не начнет уменьшаться.
  8.  Выполнить п.3 из работы 8.

Учебное издание

Алексей Николаевич Алехин

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

ПО МЕХАНИКЕ ГРУНТОВ

 

Часть 1

Описание лабораторных работ

Учебно-методическое пособие

для студентов всех специальностей дневной

и заочной форм обучения

Редактор С. В. Пилюгина

Верстка Н. А. Журавлевой

Подписано в печать 11. Формат 60х84/16

Бумага офсетная. Усл. печ. л.

Тираж 50 экз. Заказ № 131

Издательство УрГУПС

620034, Екатеринбург, Колмогорова, 66

← Предыдущая
Страница 1
Следующая →

Файл

Методичка лабораторных работ 93(часть 1).doc

Методичка лабораторных работ 93(часть 1).doc
Размер: 6.1 Мб

.

Пожаловаться на материал

Методическое руководство к выполнению лабораторных работ по механике грунтов

У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы

Искать ещё по теме...

Похожие материалы:

Средства, улучшающие периферическое и мозговое кровообращение

Это средства, расширяющие периферические сосуды (венулы и артериолы).  Уменьшают венозный приток сердцу и снижают ОПСС.

Назначение и производство компьютерно-технической экспертизы

Система объектов КТЭ (компьютерно-техническая экспертиза). Экспертные задачи. Участие специалиста в проведении следственных и судебных действий и производство судебных экспертиз.

Курсовая работа на тему: «Рынки природных ресурсов. Экономическая рента и её формы»

Специальность «Финансы и кредит» Профильная дисциплина: «Микроэкономика». Экономическая рента и её формы

Психология. ГОСы ответы

Висвітлення існуючих проблем і перспектив розвитку медичного страхування та шляхи їх удосконалення в Україні.

Курсова робота. Сутність та теоретичні основи медичного страхування та страхової медицини. Сутність медичного страхування. Обов’язкове і добровільне медичне страхування. Сучасний стан медичного страхування в Україні. Напрями удосконалення медичного страхування

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok