Инженерная геология и механика грунтов
..pdf2.Налить в пикнометр до половины его объема дистиллированной воды, осторожно взболтать и кипятить на песчаной бане для удаления адсорбированного воздуха и расчленения агрегатов глинистого грунта (в течение 30 мин для песков и 60 мин для глин).
3.Остудить пикнометр до комнатной температуры и долить в него дистиллированной воды до риски на шейке пикнометра (используя капельницу). Взвесить пикнометр с грунтом
иводой m3 (г).
4.Пикнометр опорожнить, помыть, заполнить до риски
дистиллированной водой, взвесить – m4 (г).
5. Занести данные в табл. 4 и определить плотность частиц грунта по формуле
|
|
|
s |
|
|
m2 |
m1 w |
|
|
, |
|
(5) |
|||
|
|
|
m m |
m m |
|
|
|||||||||
|
4 |
2 |
|
1 |
3 |
|
|
|
|
|
|
||||
где s |
– плотность воды, равная 1 г/см3. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 4 |
|
|
|
Результаты определения плотности частиц грунта |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Масса пикнометра, г |
|
|
|
|
|
Плотность частиц |
|||||||
Номер |
|
|
|
|
|
|
грунта ρs, г/см3 |
||||||||
|
|
|
|
|
с грунтом |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
опыта |
|
пустого m1 |
с грун- |
|
с водой |
|
|
|
|
среднее |
|||||
|
|
том m2 |
|
и водой |
m4 |
|
|
|
|
из опыта |
|
значение |
|||
|
|
|
|
|
|
m3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6. Произвести параллельно не менее двух определений. Расхождение в конечных результатах более 0,02 г/см3 не допускается. За величину ρs принять среднее арифметическое значение.
7. Определить удельный вес частиц грунта (кН/м3)
11
s s g, |
(6) |
где g – ускорение свободного падения.
Контрольные вопросы:
1.Дать определение плотности частиц грунта.
2.Почему при определении ρs используют высушенный
грунт?
3.Для чего при определении γs следует кипятить суспензию грунта с водой?
4.Каков порядок (последовательность) определения ρs?
Лабораторная работа № 3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИРОДНОЙ ВЛАЖНОСТИ ГРУНТА
Влажностью грунта называется отношение массы воды, содержащейся в парах грунта, к массе твердых частиц:
mw |
(7) |
ms
где ms – масса твердых частиц; mw – масса воды.
Влажность всех грунтов в лабораторных условиях определяется по ГОСТ 5180–84. Единицы измерения – проценты или доли единиц.
Необходимое оборудование: эксикатор, бюксы, электронные весы, сушильный шкаф.
Порядок выполнения работ:
1.Взвесить пустой бюкс с крышкой m (г).
2.Поместить 10–20 г грунта в бюкс и взвесить его вместе
скрышкой m1 (г).
3.Бюкс с грунтом и открытой крышкой поставить в сушиль-
ныйшкаф, постепенноповыситьтемпературу до100–105 ºС.
12
Первичное высушивание глинистых грунтов и торфов проводить в течение 5 ч, песчаных и крупнообломочных – 3 ч.
4.Закрыть бюкс крышкой и охладить до комнатной температуры в эксикаторе и взвесить. Операцию высушивания повторять до тех пор, пока разность между двумя последними взвешиваниями станет меньше 0,02 г. В качестве результата взвешивания принятьнаименьшуюмассу бюксаскрышкойисухимгрунтомm2 (г).
5.Занести данные в табл. 5 и определить весовую влажность грунта по формуле
|
|
|
m1 |
m2 , |
|
|
|
(8) |
|
|
|
m m |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
где m1 m2 mw ; m2 m ms . |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 5 |
|
Результаты определения природной влажности грунта |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Масса бюкса, г |
|
|
Природная |
||||
|
Масса |
Масса |
влажность |
|||||
|
|
|
|
|
грунта |
|||
Номер |
|
|
|
воды в |
сухого |
|
||
|
с влаж- |
|
|
|
|
|||
бюкса |
|
с сухим |
грунте |
грунта |
из |
|
|
|
|
пустого |
ным |
грунтом |
mw, г |
ms, г |
|
средняя |
|
|
m |
грунтом |
m2 |
|
|
опыта |
|
|
|
|
m1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Контрольные вопросы:
1.Может ли величина весовой влажности быть равной или большей 50; 100; 200 %?
2.Прикакойтемпературепроисходитвысушиваниегрунта?
3.Требуемое время для высушивания грунта.
4.Что такое влажность?
13
Лабораторная работа № 4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПЛАСТИЧНОСТИ
ПЫЛЕВАТО-ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ
Под пластичностью грунтов понимают способность их деформироваться (изменять свою форму) без разрыва сплошности под действием внешней нагрузки и сохранять полученную при деформации форму после прекращения внешнего воздействия.
Пластичными свойствами обладают только глинистые (связные) грунты. Пластичные свойства глинистых грунтов в значительной степени зависят от влажности. С увеличением влажности увеличивается сжимаемость грунтов, уменьшается сопротивление сдвигу, ухудшаютсястроительныесвойствагрунтов.
Под консистенцией (густотой) понимают степень подвижности частиц грунта при механическом воздействии. Консистенцию глинистых грунтов определяют из сопоставления естественной влажности грунтов ω и двух граничных значений влажностей, которые называются пределом пластичности. Различают верхний и нижний пределы, которые называют влажность на границе пластичности p и влажность на границе те-
кучести L соответственно.
В зависимости от соотношений этих влажностей глинистые грунты находятся в одном из трех состояний: твердом, пластичном, текучем. Это хорошо иллюстрируется следующей схемой:
Твердая консистенция |
Пластичная конси- |
Текучая консистенция |
p |
стенция p L |
L |
Нижней границей пластичности (раскатывания) p назы-
вается влажность, при увеличении которой грунт переходит из твердого состояние в пластичное и наоборот.
14
Верхней границей текучести L называется влажность, при
увеличении которой грунт переходит из пластичного состояния в текучее и наоборот.
Разность влажностей на пределах пластичности называется числом пластичности
I p l p . |
(9) |
Число пластичности характеризует диапазон влажностей, при котором грунт будет пластичным. В зависимости от числа пластичности глинистые (связные) грунты подразделяют на следующие виды:
1)супесь, 0,01 lp 0,07;
2)суглинок, 0,07 lp 0,17;
3)глина, lp 0,17.
Для песков lp 0,01.
Состояние (консистенция), в котором грунт находится в условиях естественного залегания, характеризуется числовой характеристикой, называемой показателем текучести IL:
IL |
p |
, |
(10) |
|
|||
|
I p |
|
где ω – естественная влажность грунта.
Консистенцию глинистых грунтов определяют по показателю текучести согласно ГОСТ 25100–95. Различают
– супеси: твердые, IL 0;
пластичные, 0 IL 1; текучие, IL 1;
– суглинки и глины: твердые, IL 1;
полутвердые, 0 IL 0,25;
15
тугопластичные, 0,25 IL 0,50;
мягкопластичные, 0,50 IL 0,75;
текучепластичные, 0,75 IL 1,00; текучие, IL 1,00.
Таким образом, тип глинистых (связных) грунтов определяется по числу пластичности Iр , а состояние (вид) – по показа-
телю текучести IL .
Хотя существует несколько способов определения характеристик пластичности грунта, следует руководствоваться установленным ГОСТ 5180–84 способом, по которому граница текучести определяется с помощью балансирного конуса, а граница пластичности(раскатывания) – повлажностираскатываниявшнур.
Определение влажности на границе текучести
Необходимое оборудование: прибор Васильева, тигель, сушильный шкаф, дистиллированная вода, бюретка, электронные весы, бюксы.
Граница текучести L определяется с помощью прибора
Васильева. Комплект прибора состоит из конуса Васильева, подставки и чашки. Конус смонтирован на балансирной полудуге, на концах имеется два стальных шарика. Масса всей системы (конуса) составляет 76 г, угол при вершине конуса равен 30°, на высоте 10 мм от вершины на конусе имеется круговая риска.
Влажность на границе соответствует весовой влажности грунта, при которой стандартный конус погружается в грунтовую массу на5 сподсобственнымвесомнаглубину 10 мм(дориски).
Граница текучести определяется по подбору соответствующей влажности испытываемого грунта.
Порядок выполнения работы:
1. Заполнить тигель грунтовой пастой вровень с краями без образования пустот, поставить его на специальную подставку.
16
2. На поверхность грунта осторожно опустить балансирный конус и наблюдать за его свободным погружением в течении 5 с. Если конус погрузится строго до отметки (на 10 мм), то влажность грунта находится на границе текучести L .
3. Если конус грузится на меньшую или на большую глубину, это свидетельствует о том, что влажность грунта не достигла или превысила границу L . В этом случае пасту из тигля
вынуть, добавить в нее, если необходимо, несколько капель воды или подсушить грунт и всё тщательно перемешать. Повторить операции, указанные в п. 1, 2.
4. После достижения границы L из тигля взять навеску
грунта массой 10–15 г и определить соответствующую влажность весовым способом, как описано в лабораторной работе № 3. Данные занести в табл. 6.
|
|
|
|
|
|
Таблица 6 |
||
Результаты определения предела пластичности грунта |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Предел |
Масса бюкса, г |
Влажность |
|||||
Номер |
|
с влаж- |
c сухим |
|||||
|
|
m1 m2 |
|
|||||
бюкса |
пластич- |
пустого |
ным |
грунтом |
|
|
||
m2 m |
||||||||
|
ности |
m |
грунтом |
m2 |
|
|||
|
|
|
m1 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
ωp |
|
|
|
|
|
|
|
|
ωL |
|
|
|
|
|
|
Определение влажности на границе раскатывания
Влажность на границе раскатывания p соответствует весо-
вой влажности, при которой грунт, раскатываемый в жгут диаметром 3 мм, начинает самопроизвольно распадаться на кусочки длиной 3–8 мм. Определение границы раскатывания состоит в подборе(путемподсушивания) соответствующейвлажностигрунта.
Порядок выполнения работы:
1. Небольшой кусочек грунтовой пасты раскатать пальцами на пластиковой пластинке до образования жгута диаметром
17
около 3 мм. При этом избыточная влага будет удаляться из грунта. Если при указанной толщине жгут не крошится, перемешать его и вновь раскатать.
2. Граница p считается достигнутой, когда жгут толщи-
ной около 3 мм начнет крошиться по всей длине на отдельные кусочки.
3. Отобрать в бюкс кусочки грунта (не менее 20 г), полученные в результате раскатывания, и определить соответствующую влажность весовым способом, как описано в лабораторной работе № 3. Данные завести в табл. 6.
В конце работы необходимо сделать вывод об исследуемом грунте. Согласно ГОСТ 25100–11 исследуемый грунт относится к _________________________________ и имеет консистенцию
_______________________.
Контрольные вопросы:
1.Что такое пластичность грунта?
2.Что такое границы пластичности?
3.Какая взаимосвязь между ω и IL ?
4.Как характеризуются связные грунты по числу пластичности Ip ?
5.Какие консистенции глинистых грунтов существуют и зависит ли консистенция от типа грунта Ip ?
Лабораторная работа № 5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
ГРУНТОВ
Зная известные величины , , s , s и ω, полученные
опытным путем, по предыдущим лабораторным работам, можно вычислить ряд производных физических характеристик грунтов:
18
1. Плотность сухого грунта d (т/м3, г/см3) – отношение
массы твердых частиц грунта к объему образца ненарушенной структуры,
d m |
|
|
, |
(11) |
|
1 |
|||||
V |
|
|
|
где m – масса твердых частиц грунта; V – единичный объем грунта.
2. Удельный вес сухого грунта (кН/м3)
|
|
d d |
g. |
|
|
(12) |
|
3. Коэффициент пористости |
е |
– отношение |
объема пор |
||||
к объему твердых частиц грунта (доли единицы). |
|
||||||
e Vп |
|
s 1 |
|
s d , |
(13) |
||
|
|||||||
V |
|
|
|
|
|
d |
|
s |
|
|
|
|
|
|
где Vп – объем пор; Vs – объем твердых частиц в единичном
объеме грунта.
4. Пористость n – отношение пор к единице объема грунта (доли единицы),
n |
Vп |
|
e |
, |
(14) |
|
1 e |
||||
|
V |
|
|
где Vп – объем пор.
5. Степень влажности S – отношение естественной влаж-
ности грунта к влажности, соответствующей полному заполнению пор водой (полного водонасыщения). Степень влажности S (доли единицы) характеризует степень заполнения пор грун-
та водой.
Согласно ГОСТ 25100–95 по степени влажности S грунты подразделяются:
19
–на маловлажные, 0 < S < 0,5;
–влажные, 0,6 < S < 0,8;
–насыщенные водой, 0,8 < S < 1.
S |
s |
|
|
, |
(15) |
|
|
|
|||||
|
e |
w |
|
|
|
|
|
|
|
влаг |
|
|
где ρw – плотность воды, ρw = 1,0 г/см3; влаг – полная влагоемкость грунта (полное водонасыщение).
6. Полная влагоемкость грунта (% или доли единицы)
|
|
e w |
. |
(16) |
||
|
||||||
влаг |
|
|
|
|
||
|
|
|
s |
|
||
7. Удельный вес грунта во взвешенном водой состоянии |
||||||
(кН/м3) |
|
|
|
|
|
|
взв |
|
s d |
. |
(17) |
||
|
|
|||||
|
|
1 e |
|
8. Вывод: согласно ГОСТ 25100–11 исследуемый грунт от-
носим к ________________________________________________
_______________________________________________________
Контрольные вопросы:
1. Что больше для одного и того же вида грунта –
s , взв, d ?
2.Может ли быть S > 1?
3.Какая связь между S и е?
20