Механика грунтов.Методические указания к

СОДЕРЖАНИЕ
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ………………………………….
1. Структура лабораторной работы…………………………….
2. Теоретическая часть……………………………………..
Лабораторная работа № 1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ГРУНТА МЕТОДОМ
ВЫСУШИВАНИЯ ДО ПОСТОЯННОЙ МАССЫ…………………………………….
Лабораторная работа № 2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ГРУНТА МЕТОДОМ РЕЖУЩЕГО КОЛЬЦА……………………………………………..
Лабораторная работа № 3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ СКЕЛЕТА ГРУНТА И ОПТИМАЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ ГРУНТА ………………………………………………………………...
Лабораторная работа № 4
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ ГРУНТА ПИКНОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ . . . . . . . . . . . . . . .
Лабораторная работа № 5
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ГРУНТА НА ГРАНИЦЕ ТЕКУЧЕСТИ (КОНСИСТЕЦИЯ) И НА ГРАНИЦЕ
РАСКАТЫВАНИЯ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАИМЕНОВАНИЯ ГРУНТА.
1. Определение влажности грунта на границе текучести WL……………………………………………
2. Определение влажности грунта на границе раскатывания WР………………………………………
3. Определение вычисляемых характеристик глинистого грунта……………………………………...
3
Лабораторная работа № 6
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛА ЕСТЕСТВЕННОГО ОТКОСА ПЕСЧАНОГО ГРУНТА. . . . . . . . . . . . . …………………………….
Лабораторная работа № 7
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ . . . . .
Лабораторная работа № 8
КОМПРЕССИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ГРУНТОВ……...
Лабораторная работа № 9
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ГРУНТА СРЕЗУ
в одноплоскостном сдвиговом приборе…………………
Лабораторная работа № 10
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗНАЧЕНИЙ ПРОЧНОСТНЫХ
И ДЕФОРМАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ ПО
ТАБЛИЦАМ СНИП 2.02.01-95………………………………..
Литература……………………………………………………
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
К выполнению лабораторной работы допускаются студенты,
изучившие содержание работы по соответствующим методическим указаниям и представившие конспект отчета по работе с необходимыми лабораторными журналами. Конспект отчета составляется в соответствии со структурой лабораторной работы.
1. Структура лабораторной работы
1.1. Наименование темы лабораторной работы. Оно должно
выделяться из основного текста.
1.2. Цель лабораторной работы; используемый метод.
4
1.3. Теоретическая часть. Приводятся основные определения и
понятия, изучаемые в данной работе, вывод расчетных формул,
единицы размерности определяемых констант.
1.4. Материалы и оборудование.
1.5. Методика выполнения работы.
Ход работы излагается в достаточно краткой форме с указанием последовательности выполнения операций и с содержанием
рисунков, схем и графиков.
1.6. Лабораторный журнал.
В него вносятся все опытные данные и полученные на их основании расчетные величины и вспомогательные пояснения к
ним. Лабораторный журнал составляется таким образом, чтобы
можно было осуществлять табличный метод расчета.
1.7. Заключение.
Делается вывод о правильности полученных результатов путем сравнения их со стандартными значениями определяемых в
лабораторной работе констант, которые приведены в специальной
литературе, указанных в ГОСТ или в СНиП.
Отчет о выполненной лабораторной работе.
Работа должна быть представлена для проверки преподавателю в виде отчета в письменном или печатном виде на листах формата А-4 и оформленная должным образом с титульным листом.
Защита лабораторной работы.
Она проводится письменно и состоит из ответов на контрольные вопросы и решения задач по теоретической и практической
части лабораторных работ.
2. Теоретическая часть
2.1.Термины и пояснения
Всякое сооружение передает действующие на него нагрузки
на основание.
Основанием называют толщу грунтов, на которых возводится
сооружение. Основание воспринимает от сооружения нагрузки,
деформируясь под действием этих нагрузок. При чрезмерных деформациях основания возникают деформации сооружения, пре-
5
пятствующие нормальной их эксплуатации, и даже аварии, сопровождающееся разрушением сооружения.
Различают естественные основания, сложенные природными
грунтами без специальной предварительной подготовки, и искусственные, представленные уплотненными или закрепленными
грунтами природного происхождения, а также образованные отходами производственной и хозяйственной деятельности человека.
В экономически развитых районах в условиях сложившейся
городской застройки ощущается нехватка территорий с благоприятными грунтовыми условиями и приходится застраивать площадки, ранее считавшимися непригодными (речные поймы, болота, овраги, свалки, места складирования промышленных отходов и
т.п.). Все в большей степени строительство смещается в районы с
суровым климатом и сложными грунтовыми условиями (вечная
мерзлота, территории, сложенные лессовыми просадочными, глинистыми набухающими грунтами, слабыми водонасыщенными и
заторфованными грунтами и т.п.). Поэтому особое значение приобретают методы улучшения строительных свойств грунтов и
специальные способы строительства в особых грунтовых условиях. Очень важной проблемой является также надежное строительство зданий и сооружений в сейсмически активных районах.
Грунтом называют всякую горную породу, используемую при
строительстве в качестве основания сооружения, среды, в которой
сооружение возводится, или материала для сооружения.
Грунт — горные породы, почвы, техногенные образования,
представляющие собой многокомпонентную и многообразную
геологическую систему и являющиеся объектом инженернохозяйственной деятельности человека.
Грунты могут служить:
1) материалом оснований зданий и сооружений;
2) средой для размещения в них сооружений;
3) материалом самого сооружения.
Все виды грунтов можно разделить на три основные группы:
1) грунты типа твердого тела (скальные и полускальные);
2) грунты типа сыпучего тела (крупнообломочные, песчаные);
3) грунты типа связанного тела (глинистые).
6
В механике грунтов в основном изучают физические и механические свойства нескальных грунтов: крупнообломочных, песчаных и глинистых.
Скальные грунты при работе под нагрузкой подчиняются
обычным законам сопротивления материалов. В связи с этим в
механике грунтов принято называть грунтами дисперсные (измельченные) тела, связи между отдельными частицами которых
либо отсутствуют, либо обладают прочностью, значительно
меньшей, чем прочность самих частиц.
При рассмотрении свойств грунтов следует различать их крайние разновидности – грунты типа песков и грунты типа глин.
Между песками и глинами существуют промежуточные разновидности грунтов – супеси и суглинки. Свойства грунтов этих
разновидностей зависят от содержания в их составе песчаных и
глинистых частиц.
Фактические свойства песков и глин различны: глина пластична, а песок непластичен; при увлажнении глина переходит сначала
в пластичное состояние, а затем – в текучее, а песок никогда не
обладает свойством пластичности. При увлажнении глина набухает, а при усыхании дает усадку; песок этими свойствами не обладает; глина практически водонепроницаема, а песок обладает
фильтрационной способностью и тем большей, чем крупнее размеры песчаных частиц; глина сильно сжимаема и деформации в
ней протекают медленно; песок сжимается быстро, но незначительно. Такое различие свойств песков и глин объясняется их различным минеральным составом, крупностью и формой частиц.
Крупность песчаных частиц колеблется от 2 до 0,05 мм. Глинистые частицы имеют размер менее 0,005 мм. Между указанными
граничными размерами 0,05-0,005 мм находятся пылеватые частицы. Пылеватые частицы ухудшают свойства как глинистых,
так и песчаных грунтов: для первых они уменьшают связность,
пластичность, повышают водопроницаемость, а для вторых увеличивают сжимаемость, придают подвижность при водонасыщении.
Частицы мельче 0,0001 мм называются коллоидными.
Наиболее широко распространена классификация глинистых
грунтов по зерновому составу, предложенная проф. В.В. Охотиным. Эта классификация носит название 3-членной, согласно по-
7
ложенному в ее основу принципу выделения трех основных групп
фракций (табл. 1)
Наименование
грунта
Тяжелая глина
Глина
Тяжелый суглинок
Средний суглинок
Легкий суглинок
Супесь
Песок
Песок пылеватый
Пылеватый грунт
Таблица 1
Классификация грунтов
Содержание частиц, % по весу
Глинистые
Пылеватые
Песчаные
(частицы <
(0,05-0,005 мм)
(0,05-2 мм)
0,005 мм)
>60
<3
60-30
Больше, чем
30-20
пылеватых
20-15
15-10
10-3
<20
<3
20-50
<3
>50
<3
Примечание. Если пылеватых содержится больше, чем песчаных, то к названию грунта добавляется слово «пылеватый».
Состав грунтов в значительной мере определяет их физические и механические свойства. Грунт состоит из трех компонент:
твердой, жидкой и газообразной. Иногда выделяют биологическое
вещество. Твердая, жидкая и газообразная компоненты находятся
в постоянном взаимодействии, которое активизируется в результате строительства.
Твердые частицы грунтов состоят из породообразующих минералов с различными свойствами. Часть минералов инертна по
отношению к воде и практически не вступает во взаимодействие
с растворенными в ней веществами (кварц, полевые шпаты, слюда, авгит, кремень, роговая обманка и др.). Эти минералы не меняют свойств не только при изменении содержания воды, но и в
широком диапазоне температур. Очевидно, что грунты, полностью сложенные такими минералами, обладают наиболее благоприятными строительными свойствами. Из инертных минералов
состоят все магматические горные породы, подавляющее большинство метаморфических и часть осадочных.
8
Большое влияние на свойства грунтов оказывают растворимые в воде минералы. К ним относятся галит NaCl, гипс
CaSO4·2Н2О, кальцит СаСО3 и некоторые другие. Такие распространенные горные породы, как мрамор, известняк, гипс, сложены
растворимым и минералами, но растворение мрамора и известняка
в естественных условиях идет очень медленно. Эти грунты традиционно используются как надежные основания и стойкие строительные материалы.
Глинистые минералы составляют третью группу. Они не растворимы в воде, но их нельзя приравнять и к инертным минералам. В силу чрезвычайно малых размеров кристаллов (не превышают 1-2 мкм) глинистые минералы обладают высокой коллоидной активностью. К ним относятся каолинит, монтмориллонит,
иллит и др. минералы, кристаллы которых имеют выраженное
свойство гидрофильности. Из-за мельчайших размеров и высокоразвитой поверхности глинистые минералы активно взаимодействуют с жидкой составляющей грунтов. Поэтому уже малое содержание их в общей массе грунта резко изменяет его свойства.
2.2. Физические характеристики грунтов
О с н о в н ы е:
Плотность грунта  (г/см3, т/м3)— масса единицы объема
грунта, включая объем пор, при данной влажности, определяется
методом режущего кольца или методом вытесненной воды с парафинированием образцов.
Образец грунта можно представить себе (рис. 1.1) состоящим
из объема Vs твердых частиц (скелета) и объема пор Vn = Vв (объем воды в порах)+ Vг (объем воздуха (газа); ms – масса твердых
частиц; mв – масса воды в порах; mг – масса газа, принимаемой
равной нулю грунта.
Плотность грунта  естественной (ненарушенной) структуры
определяется как отношение массы образца m0 к его объему V0:
ρ=m0/V0
Плотность грунта зависит от минералогического состава, пористости и влажности и обычно колеблется в пределах 1,60…2,1
г/см3.
9
Плотность твердых частиц грунта s — масса единицы объема твердых (скелетных) частиц грунта: s=ms/Vs. Определяется s
пикнометрическим методом.
Плотность частиц зависит только от минерального состава. Для
скальных грунтов она обычно изменяется в пределах от 2,4 до 3,3
г/см3, для нескальных грунтов – 2,4…2,8 г/см3; для песков –
2,55…2,66, для супесей – 2,66…2,68, для суглинков – 2,68…2,72,
для глин – 2,70…2,95.
Влажность (природная) грунта w — отношение массы воды в
объеме грунта к массе этого грунта, высушенного до постоянной
массы, определяется весовым методом: w=mв/ms
Гигроскопическая влажность wg — влажность грунта в воздушно-сухом состоянии, т. е. в состоянии равновесия с влажностью и температурой окружающего воздуха, определяется весовым методом.
Воздушно-сухое состояние грунта - состояние грунта, высушенного на воздухе.
Д о п о л н и т е л ь н ы е:
Граница текучести WL — влажность грунта, при которой
грунт переходит из пластичного в текучее состояние. Эту влажность определяют стандартным испытанием, при котором конус с
углом при вершине 30º и массой 76 г погружается в грунт на 10
мм.
Граница раскатывания (пластичности) Wp — влажность
грунта, при которой грунт переходит из пластичного в твердое
состояние. Определяют раскатыванием жгута из грунта.
Приведенные выше основные физические характеристики
грунта ρ, w, s всегда определяются экспериментально. Они используются для расчета других указанных ниже характеристик.
П р о и з в о д н ы е:
Плотность сухого грунта d — отношение массы высушенного грунта к его первоначальному объему, включая объем пор, вычисляется по формуле: ρd=/(1+ w).
10
При расчетах нагрузок на сооружения и напряжений от действия собственного веса необходимо переходить к значению
удельного веса грунта (кН/м3):
γ=g, где g=9,81 м/с2 – ускорение свободного падения.
Значение плотности сухого грунта колеблется в пределах
1,1…1,6 г/см3 и зависит от плотности структуры.
Удельный вес твердых частиц грунта γ s – показатель
минералогического состава: γs=(ms/Vs)g
Удельный вес сухого грунта: γd=dg или
γd =g/(1+ w)=
γ/(1+ w).
Удельный вес грунта, взвешенного в воде: γsв=(s-w)g/(1+e).
При распределении грунта ниже уровня грунтовых вод скелет
грунта будет испытывать взвешивающее действие воды, что необходимо учитывать при расчетах напряженного состояния грунтов.
Пористость грунта n определяется как отношение объема пор
Vn ко всему объему грунта V0, после преобразований пористость
определяется по формуле: n= 1- ρd/s.
На практике чаще пользуются показателем, называемым
коэффициентом пористости е.
Коэффициент пористости грунта е равен отношению объема
пор n к объему твердых частиц (скелета) m. Так как m+ n=1, то:
е= n/ 1- n или е=(s-d)/ d или е=s(1+ w)/  -1.
При этом n=e/(1+e); m=1(1+e).
К л а с с и ф и к а ц и о н н ы е:
Индекс пластичности (число пластичности) Ip – показатель
содержания глинистых частиц в грунте: Ip=WL-Wp. От естественной влажности данный показатель не зависит.
Индекс текучести (показатель консистенции) IL глинистого
грунта: IL=(W-Wp)/(WL-Wp)
IL характеризует состояние глинистого грунта (густоту, вязкость), линейно зависит от естественной влажности, может быть
как отрицательным (твердые грунты), так и положительными, в
том числе и более единицы (грунты текучей консистенции). При
изменении IL в пределах от нуля до единицы грунты имеют пластичную консистенцию.
11
Коэффициент водонасыщения (степень влажности) Sr - это отношение природной влажности грунта к его полной влагоемкости:
Sr=Ws/ew; где W – природная влажность грунта, доли единиц, е
– коэффициент пористости; s – плотность частиц грунта, г/см3; w
– плотность воды, принимаемая равной 1.
Лабораторная работа № 1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ГРУНТА МЕТОДОМ ВЫСУШИВАНИЯ ДО ПОСТОЯННОЙ МАССЫ
Цель работы: определение влажности грунта (супеси, суглинка,
глины, песка)
Теоретическая часть
Влажностью w называется отношение массы воды, находящейся в грунте, к массе абсолютно сухого грунта в данном объеме. Количество воды, содержащейся в порах грунта в естественных условиях залегания, называется естественной (природной)
влажностью. Влажность грунта определяют весовым методом.
Влажность грунта w, %, вычисляют по формуле
w=100/(т1 – т0)/( т0- т)
где т — масса пустого стаканчика с крышкой, г;
m1 — масса влажного грунта. со стаканчиком и крышкой, г;
m0 — масса высушенного грунта со стаканчиком и крышкой, г.
Допускается выражать влажность грунта в долях единицы.
Результаты вычислений заносятся в журнал.
Материалы: супесь, суглинок, глины или песок
12
Необходимое оборудование: весы лабораторные технические,
шкаф сушильный, эксикатор, алюминиевые стаканчики с крышками (бюксы), нож.
Ход работы
1. Пробу грунта для определения влажности отбирают массой
15—50 г, помещают в заранее высушенный, взвешенный и пронумерованный стаканчик и плотно закрывают крышкой.
Пробы грунта для определения гигроскопической влажности
грунта массой 10—20 г отбирают способом квартования из грунта
в воздушно-сухом состоянии растертого, просеянного сквозь сито
с сеткой № 1 и выдержанного открытым не менее 2 ч при данной
температуре и влажности воздуха.
2. Пробу грунта в закрытом стаканчике взвешивают.
3. Стаканчик открывают и вместе с крышкой помещают в
нагретый сушильный шкаф. Грунт высушивают до постоянной
массы при температуре (105 ± 2)°С. Загипсованные грунты высушивают при температуре (80 ± 2)°С.
Песчаные грунты высушивают в течение 3 ч, а остальные — в
течение 5 ч.
Последующие высушивания песчаных грунтов производят в
течение 1 ч, остальных — в течение 2 ч.
Загипсованные грунты высушивают в течение 8 ч. Последующие высушивания производят в течение 2 ч.
4. После каждого высушивания грунт в стаканчике охлаждают
в эксикаторе с хлористым кальцием до температуры помещения и
взвешивают.
Высушивание производят до получения разности масс грунта
со стаканчиком при двух последующих взвешиваниях не более
0,02 г.
Если при повторном взвешивании грунта, содержащего органические вещества, наблюдается увеличение массы, то за результат взвешивания принимают наименьшую массу.
Для каждого образца грунта необходимо произвести не менее
двух определений влажности и найти ее среднеарифметическое
значение. При расхождении результатов двух параллельных опре-
13
делений более чем на 2%, количество определений необходимо
увеличить до трех и более.
Номер
№ обп/п разца
1
1
2
3
4
2
Журнал определения влажности грунта
Масса
Масса высуВлажность, w,
Но- Масса влажно- шенного грунта
%
мер ста- го грун- со стаканчиком w=100·(т1- т0) /
ста- канчи- та со и крышкой m0, г
( т0- т)
кан- ка с стакан- 1-е 2-е 3-е
отчика крыш- чиком и взве взве взве дель- средняя
кой
крыш- ши- ши- ши- ной
m, г
кой
ва- ва- ва- пробы
m1, г ние ние ние
3
4
5
6
7
8
9
10
ВЫВОД
Лабораторная работа № 2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ГРУНТА МЕТОДОМ
РЕЖУЩЕГО КОЛЬЦА
Цель работы: Определение плотности грунта методом режущего
кольца (рис.1). Оценка правильности полученного результата.
Теоретическая часть
Плотность грунта  (г/см3, т/м3)— масса единицы объема
грунта, включая объем пор, при данной влажности.
14
Плотность грунта определяется отношением массы образца
грунта к его объему.
Плотность грунта , г/см3, вычисляют по формуле:
=(m1- m0)/ V,
где m1 — масса грунта с кольцом, г;
т0 — масса кольца, г;
V — внутренний объем кольца, см3.
Материалы: монолит грунта
Необходимое оборудование и приспособления: кольцо с заточенной кромкой, нож с прямым лезвием, весы лабораторные,
штангенциркуль, вазелин.
Ход работы
1. С помощью штангенциркуля измеряют высоту и внутренний
диаметр режущего кольца с точностью до 0,1 мм. По результатам
измерений вычисляют объем кольца (V) с точностью до 0,1 см3.
2. Кольцо взвешивают (m0) с точностью до 0,01 г.
3. Смазывают кольцо с внутренней стороны тонким слоем вазелина и ставят заостренной стороной на зачищенную поверхность
монолита грунта.
4.Легким надавливанием на кольцо погружают его в грунт.
5. Затем, обрезая грунт ножом с внешней стороны кольца (рис.
2.1), осаживают его на грунтовый столбик до полного его заполнения.
6. Грунт ниже кольца подрезается на конус. Кольцо с грунтом
извлекают из монолита.
7. Излишки грунта, выступающего из кольца, осторожно срезают от центра к краям вровень с уровнем кольца.
8. Кольцо с грунтом протирают снаружи и взвешивают (m1).
9. Плотность сухого грунта d рассчитываем по формуле:
ρd=/(1+ w).
10. Полученные данные заносят в журнал.
15
Журнал определения плотности грунта методом режущего
кольца
Лабо- Масса
Плотность Плотность
№ ратор- кольца Масса Масса Объем грунта ,
сухого
№ ный
с
кольца грун- грунта
грунта
г/см3
номер грунта,
=(m1 m0)/ d=/(1+w
том
)
V
п/п образ- m1, г m0, г m1- m0, V, см3 об- сред- d, г/см3
ца
г
раз- няя
ца
1
3
5
6
7
8
9
10
11
1
2
Приспособления для извлечения
грунта из обнажения или керна
Обрезка грунта керна ножом с
внешней стороны кольца
Вдавливание кольца в грунт
Кольцо с грунтом
Рис. 2.1. Последовательность выполнения операций при вырезании кольцом грунта
16
По плотности скелета d грунты подразделяют согласно таблице Б.2. (ГОСТ 25100-94)
Плотность скелета d, г/см3
Разновидность грунтов
Очень плотный
Плотный
Рыхлый
Очень рыхлый
ВЫВОД
>2,50
2,50–2,10
2,10–1,20
<1,20
Лабораторная работа № 3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ СКЕЛЕТА ГРУНТА И ОПТИМАЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ ГРУНТА
Цель работы: Определение максимальной плотности скелета
грунта и оптимальной влажности грунта с помощью прибора Союздорнии для стандартного уплотнения грунтов (ПСУ). Оценка
правильности полученного результата.
Теоретическая часть
Работа выполняется в соответствии с ГОСТ 22733-77 и
распространяется на глинистые, песчаные и гравийные грунты.
Метод заключается в установлении зависимости плотности скелета грунта от его влажности при трамбовании образцов с
постоянной затратой работы на их уплотнение и в определении по
этой зависимости максимальной величины плотности скелета
грунта ρmax.
Максимальная плотность ρmax – наибольшее значение
плотности, определяемое по графику зависимости плотности
17
грунта от его влажности при трамбовании образца с постоянной
затратой работы на их уплотнение.
Оптимальная влажность Wопт – влажность, при которой
достигнута максимальная плотность грунта.
Испытание грунтов осуществляют в приборе Союздорнии для
стандартного уплотнения грунтов (см. приложение 1) путем послойного трамбования грунта ударами груза массой 2,5 кг, падающего с высоты 300 мм; при этом общее число ударов должно
составить 120.
Для установления зависимости плотности скелета грунта от его
влажности проводят серию отдельных испытаний (не менее шести) грунта на уплотнение с последовательным увеличением его
влажности. Результаты испытаний представляют в виде графика
(см. приложение 2).
Материалы: образцы грунта
Необходимое оборудование: прибор Союздорнии для стандартного уплотнения грунтов; весы лабораторные; ступка с пестиком, снабженным резиновым наконечником; шкаф сушильный;
сито с отверстиями 10 мм; чашки металлические емкостью не менее 5 л; цилиндры мерные с носиком емкостью 100 и 500 мл; лопаточка мастерок; линейка металлическая длиной 30 см; штангенциркуль; нож лабораторный; бюксы.
Ход работы
Подготовка к испытаниям
1. Размельчают воздушно-сухой грунт в ступке пестиком с резиновым наконечником.
2. Просеивают грунт сквозь сито с отверстиями размером 10
мм и отбирают грунт, прошедший сквозь сито, массой (m1)
2,5 кг.
3. Отбирают пробы массой не менее 30 г из грунта, прошедшего сквозь сито, для определения гигроскопической влажности (W1).
18
4. Отобранные отдельные пробы грунта доувлажняют до исходной влажности (W2), принимаемой равной 4% для песчаных, гравийных грунтов и 8% для глинистых грунтов. Необходимое для доувлажнения пробы грунта количество воды (Q)
определяют по формуле:
Q=0,01(W2-W1)·m1/(1+0,01W1),
(1)
где Q – количество воды, г;
m1 – масса грунта для испытания, г;
W1 – влажность грунта первоначальная (гигроскопическая), %;
W2 – исходная влажность грунта, %.
5. Вводят в пробы грунта рассчитанное количество воды и
тщательно перемешивают лопаточкой-мастерком.
Подготовка прибора
6. Устанавливают цилиндр в поддон, не зажимая его винтами;
устанавливают кольцо на бортик цилиндра; зажимают цилиндр
попеременно винтами поддона и кольца; проверяют размеры цилиндра штангенциркулем; при этом внутренний диаметр и глубина должны быть равны соответственно 100 и 127 мм; определяют
массу (m2) собранного контейнера (цилиндр с поддоном и кольцом) с погрешностью до 1 г и заносят данные в журнал.
Проведение испытаний
7. Испытания грунта проводят последовательно с отдельными
пробами грунта. Влажность пробы при первом испытании должна
равняться первоначальной (гигроскопической W1).
8. При каждом последующем испытании влажность следует
увеличивать на 2% для песчаных, гравийных грунтов и 3 % для
глинистых грунтов. Количество воды для доувлажнения пробы
определяют по формуле (1), принимая в ней за m1 — массу грунта,
оставшегося от предыдущего испытания, а за W1 и W2 — соответственно влажности, задаваемые при предыдущем и очередном испытаниях. Результаты по определению количества воды заносят в
таблицу 1.
Таблица 1
19
Определение количества воды для доувлажнения грунта
Наиме
нование
грунта
№
ис
пы
тани
й
Масса
грунта
для испытания,
г, m1
1
…
2500
Влажность
грунта
предыдущего испытания,
%, W1
Влажность
грунта очередного испытания, %,
W2
Количество воды для
доувлажнения,
мл, Q
9. Уплотнение грунта каждой пробы должно выполняться путем последовательного трамбования трех слоев гирей сбрасываемой с высоты 300 мм.
10. Испытание грунта надлежит проводить в следующем порядке:
- подготовленную пробу грунта слоями загружают в цилиндр
прибора, прижимая грунт трамбовкой. Каждый слой должен
иметь высоту 5—6 см и уплотняться 40 ударами груза; при этом
стержень трамбовки необходимо удерживать в вертикальном положении. Перед загрузкой второго и третьего слоев поверхность
предыдущего слоя взрыхляют ножом на глубину 1—2 мм. Перед
укладкой третьего слоя на цилиндр надевают насадку;
- после уплотнения третьего слоя насадку снимают и срезают
выступающую часть образца заподлицо с торцом цилиндра;
- определяют массу контейнера с грунтом (m3) с погрешностью
до 1 г и рассчитывают плотность влажного образца грунта (ρ) с
погрешностью до 0,01 г/см3 по формуле:
ρ = (m3 – m2)/V
(2)
где V —емкость цилиндра, равная 1000 см3;
- снимают поддон и кольцо, раскрывают цилиндр и извлекают
уплотненный образец грунта. Из верхней, средней и нижней ча-
20
стей образца отбирают по одной пробе массой не менее 30 г для
определения влажности грунта (W) в заранее взвешенные металлические бюксы по ГОСТ 5180—75;
- извлеченный из цилиндра грунт присоединяют к оставшейся
в чашке части пробы, растирают, перемешивают и взвешивают.
Затем повышают влажность пробы согласно п.8. После добавления воды грунт перемешивают, накрывают влажной тканью и выдерживают не менее 15 мин.
11. Второе и последующие испытания грунта на уплотнение
должны проводиться в соответствии с пп. 8-10.
12. Испытания по определению максимальной плотности скелета грунта следует считать законченными тогда, когда с повышением влажности пробы при последующих двух, трех испытаниях на уплотнение происходит последовательное уменьшении значении плотности уплотненных образцов грунта или когда грунт
перестает уплотняться и начинает при ударах груза выжиматься
из прибора.
Обработка результатов:
13. По полученным в результате испытаний значениям плотности (ρ) и влажности (W) уплотненных образцов определяют
плотность скелета грунта (ρd) с погрешностью до 0,01 г/см3 по
формуле
ρd = ρ/(1+0,01W)
(3)
14. Строят график зависимости плотности скелета от влажности грунта (см. приложение 3), откладывая по оси абсцисс влажность уплотненных образцов, а по оси ординат — плотность скелета грунта.
15. Находят максимум полученной зависимости и соответствующие ему величины максимальной плотности скелета грунта
(ρd) на оси ординат и оптимальной влажности (Wопт) на оси абсцисс. Точность считывания значений должна быть для ρmax —
0,01 г/см3, а для Wопт  0,1%.
Если при построении графика кривая зависимости получается
без заметно выраженного пика, что может иметь место для песчаных и гравийных грунтов, за ρмах следует принимать достигнутую
максимальную плотность скелета грунта, а за Wопт — наименьшее
21
значение влажности, при которой достигается максимальная
плотность скелета грунта.
Расчет максимальной плотности при оптимальной влажности
Определение плотности
Но
ме
р
ис
пы
тани
я
Масса, г
m2 m3
1
2
3
Определение влажности
Плот но Масса, г
ност ме
ь, р
г/см3 бю
кса
Влажность
W, %
m4 m5 m6 m5–m6 сред
m6–m4 няя
m0= ρ=
m3–m2 m0/
V
Определение
плотности
cкелета
ρd, см3
ρd =
ρ/(1+
0,01W)
1
2
3
m2 – масса контейнера без насадки;
m3 - масса контейнера без насадки с уплотненным образцом грунта;
m0= m3 – m2 - масса уплотненного образца грунта;
m4 - масса пустого бюкса;
m5 - масса бюкса с влажной пробой грунта;
m6 - масса бюкса с сухим грунтом
ρd – плотность скелета уплотненного образца грунта
22
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Схема прибора Союздорнии для
стандартного уплотнения грунтов
1  поддон; 2  разъемный цилиндр емкостью 1000 см3; 3 —
кольцо; 4 — насадка; 5 — наковальня;
6 — груз массой 2,5 кг:; 7 — направляющий стержень; 8 — ограничительное кольцо; 9 — зажимные винты.
23
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Пример построения графика зависимости плотности
скелета грунта от влажности при стандартном уплотнении
Лабораторная работа № 4
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ
ГРУНТА ПИКНОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
Цель работы: Определение плотности грунта пикнометрическим
методом (рис.1). Оценка правильности полученного результата.
Теоретическая часть
Плотность твердых частиц грунта  s (г/см3) — это отношение массы сухого грунта к объему его твердой части или - масса
единицы объема твердых (скелетных) частиц грунта: s=ms/Vs.
24
Плотность твердых частиц отдельных типов дисперсных грунтов, не содержащих примесей органических веществ и вводнорастворимых солей, является величиной достаточно постоянной,
и поэтому в расчетах часто используются ее средние значения:
для песков – 2,65 г/см3; супесей – 2,70 г/см3; суглинков – 2,71
г/см3, глин – 2,74 г/см3.
Плотность твердых частиц грунтов определяется главным
образом пикнометрическим методом. Метод основан на том, что
масса твердых частиц грунта находится прямым взвешиванием, а
ее объем – через массу жидкости, занимающую объем, равный
объему твердых частиц.
Материалы: грунт, дистиллированная вода
Необходимое оборудование: фарфоровая ступка с пестиком,
сито с сеткой № 2, пикнометр, песчаная баня, аналитические весы,
пипетка, фильтровальная бумага, воронка.
Ход работы
1. Образец грунта в воздушно-сухом состоянии размельчают в
фарфоровой ступке, отбирают методом квартования среднюю
пробу массой 100-200 г и просеивают сквозь сито с сеткой № 2,
остаток на сите растирают в ступке и просеивают сквозь то же
сито.
2. Из перемешанной средней пробы берут навеску грунта из
расчета 15 г на каждые 100 мл емкости пикнометра и высушивают
до постоянной массы в соответствии с лабораторной работой №1.
Навеску заторфованного грунта или торфа следует отбирать из
средней пробы из расчета 5 г сухого грунта на каждые 100 мл емкости пикнометра, которая в этом случае должна быть не менее
200 мл.
Допускается использовать грунт в воздушно-сухом состоянии,
определив его гигроскопическую влажность.
3. Взвесить пикнометр на весах (m').
4. Осторожно всыпать через воронку взятую навеску в пикнометр.
25
5. Определить массу пикнометра с грунтом (m1).
6. Определить массу воздушно-сухого грунта
(m = m1- m').
7. Определить массу абсолютно-сухого грунта (внести поправку на гигроскопическую влажность, Wг) по формуле:
m0 = m/(1+0,001Wг).
8. Налить в пикнометр на ½ его объема дистиллированной воды, несколько раз осторожно взболтать.
9. Прокипятить грунт с водой на песчаной бане (рис.
4.1) для удаления адсорбированного воздуха и расчленения агрегатов. Песчаные грунты кипятить 30 мин, суглинки
и глины 1 час, при этом не
опуская разбрызгивания суспензии. При образовании пены следует снижать температуру бани.
10.
Пикнометр
слегка
остудить, долить дистиллированной воды до мерной черты
и окончательно охладить в
ванне с водой до комнатной
Рис. 4.1. Пикнометр на песчатемпературы.
ной бане.
11. Установить нижний
край мениска суспензии строго на уровне мерной черты пикнометра, добавляя по каплям дистиллированную воду. Тщательно протереть пикнометр снаружи
фильтровальной бумагой и взвесить (m2).
12. Содержимое пикнометра вылить, пикнометр тщательно
промыть, налить до черты дистиллированной воды и взвесить
(m3).
13. На основании полученных данных произвести расчет плотности по формуле:
ρs=m0/(m0+m3-m2·ρw),
где ρw – плотность воды.
26
14. Определение производить параллельно в двух пикнометрах.
Расхождения между двумя параллельными определениями должно быть не более 0,02 г/см3. За окончательное значение плотности
принять среднее арифметическое из результатов определений.
15. Данные определения занести в таблицу 1.
Таблица 1.
Таблица определения плотности твердых частиц
m m1
'
m
Wг
m0
m2
Плотность,
г/см3
I II
m3
Среднее значение
Масса, г
пикнометра с
грунтом
воздушносухого грунта
Гигроскопическая
влажность, %
грунта с поправкой на гигроскопическую
влажность
пикнометра с
нрунтом и водой
пикнометра с
водой
пикнометра
№ пикнометра
№ образца
Масса, г
1
2
ВЫВОД
Лабораторная работа № 5
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ГРУНТА
НА ГРАНИЦЕ ТЕКУЧЕСТИ (КОНСИСТЕЦИЯ) И НА ГРАНИЦЕ РАСКАТЫВАНИЯ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАИМЕНОВАНИЯ ГРУНТА
Цель работы: Определение влажности грунта на границе текучести (консистеция) и на границе раскатывания и по полученным данным определение наименования грунта. Оценка правильности полученного результата.
27
Теоретическая часть
Работа выполняется в соответствии с ГОСТ 5180-84.
Свойства глинистого грунта, в первую очередь, зависят от его
минералогического, гранулометрического состава и от влажности.
С изменением влажности грунта меняется и его состояние (консистенция). Глинистый грунт может находиться в твердом, пластичном или текучем состоянии.
Границами между состояниями грунта, именуемыми пределами консистенции, являются характерные значения влажности:
нижний предел - граница раскатывания и верхний предел - граница текучести. Граница раскатывания, WР (доля ед., %)- это
влажность, при увеличении которой грунт переходит из твердого
состояния в пластичное, а граница текучести, WL (доля ед., %) это влажность, при увеличении которой грунт переходит из пластичного состояния в текучее.
Согласно стандартной методике за границу раскатывания принимается влажность грунта, при которой он при раскатывании в
шнур диаметром 3 мм распадается на кусочки длиной до 10 мм; за
границу текучести принимается влажность грунта, при которой
стандартный конус погружается в него на глубину 10 мм под действием собственной массы за время 5с. По характерным влажностям определяется число пластичности глинистого грунта и показатель текучести, по которым устанавливают наименование и состояние грунта.
Число пластичности IP (безразм.) – это разность влажностей
на границе текучести и раскатывания. Данная классификационная
характеристика грунтов определяется по зависимости: IP = WL WР
Граница текучести IL (безразм.) — это отношение разности
влажностей, соответствующих двум состояниям грунта: естественному W и на границе раскатывания WР к числу пластичности
28
IP. Данную классификационную характеристику грунтов вычисляют по зависимости: IL =( W - WР)/ IP.
Материалы: образцы грунта, дистиллированная вода, вазелин.
Необходимое оборудование: балансирный конус, ступка фарфоровая с пестиком, чашка металлическая или фарфоровая, шпатель, весы лабораторные, шкаф сушильный, эксикатор, алюминиевые бюксы, сито с отверстиями диаметром 1 мм.
Ход работы
1. Определение влажности грунта на границе текучести WL
1. Образец воздушно-сухого грунта растирают в фарфоровой
ступке пестиком и просеивают через сито диаметром 1 мм.
2. Образец растертого и просеянного грунта помещают в металлическую или фарфоровую чашку, увлажняют его дистиллированной водой и тщательно перемешивают до состояния грунтовой
пасты.
3. Подготовленную грунтовую пасту укладывают небольшими
порциями в металлический стаканчик, не допуская образования в
тесте пузырьков воздуха. Поверхность грунтовой пасты заглаживают шпателем вровень с краями стаканчика.
4. Балансирный конус, смазанный тонким слоем вазелина, подводят на уровне глаз к поверхности грунтовой пасты так, чтобы его
острие касалось поверхности пасты. Затем плавно отпускают конус, позволяя ему погружаться в пасту под действием собственного веса (рис. 1).
29
Рис. 1. Балансирный конус
5. При погружении конуса на глубину менее 10 мм грунтовую
пасту следует вынуть из стаканчика, присоединить к оставшейся
пасте, добавить немного дистиллированной воды, тщательно перемешать и повторить операции, указанные в п.п. 3 и 4.
6. При погружении конуса на глубину более 10 мм грунтовую
пасту из стаканчика следует переложить в фарфоровую чашку,
подсушить на воздухе, непрерывно помешивая шпателем, затем
повторить операции, указанные в п.п. 3 и 4.
7. Погружение конуса в пасту в течение 5 с на глубину 10 мм в
нескольких местах стаканчика показывает, что грунт имеет влажность, соответствующую границе текучести.
8. По достижении границы текучести (п.7) из грунтовой пасты
отбирают две пробы массой не менее 15 г в заранее подготовленные и взвешенные бюксы и определяют их влажность WL, %, весовым способом по методике описанной в лабораторной работе №
1.
Результаты определений заносят в таблицу 5.1.
Таблица 5.1
Результаты определений влажности грунта на границе текучести
Масса
Масса высу- Влажность, WL,
Но- Но- Масса влажно- шенного грунта %
мер мер ста- го грун- со стаканчиком WL =100·( т1№ об- ста- канчи- та со и крышкой m0, г т0)/( т0- т)
30
п/п раз- кан- ка с стакан- 1-е 2-е 3-е
отца чика крыш- чиком и взве взве взве дель- средняя
кой
крыш- ши- ши- ши- ной
m, г
кой
ва- ва- ва- пробы
m1, г ние ние ние
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
2
3
4
2. Определение влажности грунта на границе раскатывания
WР
1. Подготовку грунта производят в соответствии с п. 1 и 2 при
определении границы текучести.
2. Подготовленное грунтовое тесто тщательно перемешивают, берут небольшой кусочек и раскатывают между ладонями или на
пластмассовой (стеклянной) пластинке до образования жгута диаметром около 3 мм. Если при этой толщине жгут сохраняет связность и пластичность, его собирают в комок и вновь раскатывают
до образования жгута диаметром около 3 мм. Раскатывать следует, слегка нажимая на жгут, длина жгута не должна превышать
ширины ладони. Раскатывание продолжают до тех пор, пока жгут
диаметром около 3 мм не начнет распадаться на кусочки длиной
3-10 мм.
3. Кусочки распадающегося жгута собирают в заранее подготовленные и взвешенные бюксы (не менее 2-х проб), накрываемые
крышками. Когда масса грунта в бюксах достигнет не менее 15 г,
то определяют их влажность WP, % весовым способом по методике описанной в лабораторной работе № 1.
Результаты определений заносят в таблицу 5.2.
Таблица 5.2
31
Результаты определений влажности грунта на границе раскатывания
Номер
№ обп/п разца
1
1
2
3
4
2
Масса
Но- Масса влажномер ста- го грунста- канчи- та со
кан- ка с стаканчика крыш- чиком и
кой
крышm, г
кой
m1, г
3
4
5
Масса высушенного грунта
со стаканчиком
и крышкой m0, г
1-е 2-е 3-е
взве взве взве
ши- ши- шива- ва- вание ние ние
6
7
8
Влажность, WР,
%
WР =100·( т1т0)/( т0- т)
отдель- средняя
ной
пробы
9
10
3. Определение вычисляемых характеристик глинистого грунта
К вычисляемым характеристикам глинистого грунта кроме плотности сухого грунта ρd, пористости n, коэффициента пористости
е и степени влажности Sr, которые определяются аналогично песчаным грунтам, относятся число пластичности IР и показатель текучести IL. Данные характеристики также считаются классификационными, т.к. по IР и IL производят классификацию грунтов.
Число пластичности определяется по формуле: IP = WL - WР. Эта
характеристика косвенно отражает количество глинистых частиц
в грунте и используется для определения наименования глинистого грунта по табл. 5.3.
Таблица 5.3
32
Типы глинистых грунтов
Типы грунтов
Число пластичности
Супесь
Суглинок
Глина
1 ≤ IP ≤ 7
7 < IP ≤17
IP > 17
Показатель текучести IL определяется по формуле: IL =( W - WР)/
IP, где W - природная влажность грунта в долях единицы.
Показатель текучести используется для определения состояния
(консистенции) глинистого грунта по табл. 5.4.
Таблица 5.4
Разновидности глинистых грунтов
Разновидности глинистых грунПоказатель текучести
тов
по консистенции
Супеси:
твердые
IL < 0
пластичные
0 ≤ IL ≤ 1
текучие
IL > 1
Суглинки и глины:
твердые
IL < 0
полутвердые
0 ≤ IL ≤ 0,25
тугопластичные
0,25 < IL ≤ 0,50
мягкопластичные
0,50 < IL ≤ 0,75
текучепластичные
0,75< IL ≤ 1,00
текучие
IL > 1,00
По окончании лабораторной работы определяют наименование и
состояние глинистого грунта, а также его расчетное сопротивление по табл. 5.5 при проектировании оснований зданий и сооружений.
Таблица 5.5
33
Расчетные сопротивления R0 глинистых (непросадочных)
грунтов
Пылевато
- глинистые
грунты
Коэффициент
пористости
Значения R0, кПа,
при показателе текучести
е
IL =0
IL =1
Супеси
0,5
0,7
300
250
350
200
Суглинки
0,5
0,7
1,0
300
250
200
350
180
100
Глины
0,5
0,6
0,8
1,1
600
500
300
250
400
300
200
100
Значения всех вычисляемых характеристик грунта записывают в
журнал.
По окончании лабораторной работы определяют наименование и
состояние глинистого грунта, а также его расчетное сопротивление по табл. 2.3 при проектировании оснований зданий и сооружений или условное сопротивление по табл. 5.6 при проектировании оснований мостов и труб.
34
Таблица 5.6
Условное сопротивление глинистых грунтов
Г р у
нты
Коэфт пористости
Условное сопротивление R0, кПа, пылеватоглинистых (непросадочных) грунтов основания, в
зависимости от показателя текучести JL
е
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Супеси
при
0.5
343
294
245
196
147
98
-
0.7
294
245
196
147
98
-
-
JP ≤5
0.5
392
343
294
245
196
147
98
Суглинки
при
0.7
343
294
245
196
147
98
-
1.0
294
245
196
147
98
-
-
0.5
588
441
343
294
245
196
147
0.6
490
343
294
245
196
147
98
0.8
392
264
245
196
147
98
-
1.1
294
245
196
147
98
-
-
10≤ JP
≤15
Глины
при
JP≤20
Примечания:
1. Для промежуточных значений JP и е, R0 определяется по интерполяции.
2. При значениях числа пластичности JP в пределах 5 - 10 и 15 - 20 следует принимать значения R0, приведенные в таблице, соответственно для
супесей, суглинков и глин.
35
Вопросы для самоконтроля
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Что такое плотность частиц грунта?
Как определяется плотность глинистого грунта?
Что такое влажность грунта и как она определяется?
Как определяется влажность на границе текучести?
Что такое граница раскатывания и как она определяется?
Что такое число пластичности и для чего оно определяется?
Для чего определяется показатель текучести?
Как определяется наименование и состояние (консистенция) глинистого грунта?
Как влияет влажность глинистого грунта на его расчетное
(условное) сопротивление?
Что необходимо знать для определения расчетного
(условного) сопротивления глинистого грунта?
Лабораторная работа № 6
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛА ЕСТЕСТВЕННОГО ОТКОСА ПЕСЧАНОГО ГРУНТА
Цель работы: Определение угла естественного откоса
песчаного грунта. Оценка правильности полученного результата.
Теоретическая часть
Углом естественного откоса называется угол, при котором неукрепленный откос песчаного грунта сохраняет равновесие
или угол между образующей откоса свободно насыпанной массы
песка и горизонталью.
36
Угол естественного откоса определяют в воздушно-сухом
состоянии и под водой. В воздушно-сухом состоянии он колеблется в пределах  = 300 - 400; под водой  = 200 -330. Определение угла естественного откоса производится с помощью прибора
УВТ-3. Прибор УВТ-3 (рис. 1) состоит из мерительного столика,
обоймы и резервуара. Мерительный столик представляет собой
диск, установленный на трех опорах. Столик имеет мелкие отверстия диаметром 0,8 - 1 мм. Шкала, укрепленная в центре столика,
имеет деления от 20 до 45. Каждое деление соответствует одному
градусу в угловой мере. На мерительном столике установлена
обойма конической формы, которая служит для ограждения насыпаемого на столик песка. Резервуар представляет собой полимерный цилиндр высотой 120 мм и диаметром 180 мм.
Рис. 1. Прибор УВТ-3.
Материалы: сухой сыпучий грунт (песок), вода.
Необходимое оборудование: прибор УВТ-3, совок, резиновая
трубка с воронкой
37
Ход работы
1. Образец песчаного грунта доводят до воздушно-сухого состояния и методом квартования отбирают пробу массой
около 1 кг.
2. При определении угла естественного откоса песков прибор должен быть установлен на ровную горизонтальную
поверхность, наклон которой не превышает 1 0 .
3. Определение угла естественного откоса песков в сухом
состоянии (с влажностью, соответствующей влажности
окружающего воздуха) выполняется в следующей последовательности:
 снять крышку и положить её дном книзу;
 установить столик в кольцевой паз крышки;
 установить на столик обойму;
 насыпать песок в обойму, слегка постукивая по
ней, до горловины большого усеченного конуса
обоймы;
 снять осторожно обойму, по вершине образовавшегося конуса произвести отсчет по шкале.
4. Определение угла естественного откоса песков под водой
выполняется в следующей последовательности:
 установить столик в кольцевой паз на дне резервуара;
 установить обойму на столик;
 насыпать песок в обойму, слегка постукивая по
ней, до горловины большого усеченного конуса
обоймы;
 заполнить резервуар водой с помощью резиновой
трубки, опущенной на дно резервуара;
 снять осторожно обойму, по вершине образовавшегося конуса произвести отсчет по шкале.
5. Для большей достоверности оценки угла естественного
откоса песков рекомендуется выполнить определение несколько раз и взять среднее арифметическое значение показаний.
38
6. Все данные, полученные в процессе проведения опыта, заносят в таблицу 1.
7. По окончании работы прибор промыть чистой водой, протереть и просушить.
Таблица 1
Результаты определения угла естественного откоса песка
№ определения
Угол в градусах
Среднее значение
угла
1
2
3
Лабораторная работа № 7
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ
Цель: Установить методом лабораторного определения
коэффициент фильтрации при исследовании грунтов для строительства.
Теоретическая часть
Фильтрацией называется движение воды в грунтах под действием сил тяжести и разности напоров. Фильтрационные свойства грунтов при их водопроницаемости характеризуются коэффициентом фильтрации Кф, см/с; м/с; м/сут.
Коэффициентом фильтрации называется скорость движения
воды в грунте при напорном гидравлическом градиенте, равном 1.
Коэффициент фильтрации определяют на образцах ненарушенного (природного) сложения или нарушенного сложения
заданной плотности.
39
Градиент напора — отношение разности напора воды к длине
пути фильтрации.
Определение коэффициента фильтрации производится различными лабораторными методами, а более надежно – полевыми методами. Коэффициент фильтрации используется для определения
притока воды в котлован, к дренажным и водозаборным устройствам, для расчетов осадки фундаментов во времени, фильтрационных потерь воды через земляные сооружения и т.д. Значения
коэффициента фильтрации у песчаного грунта колеблются в пределах 10-1 -10-3 см/с.
Результаты определения коэффициента фильтрации должны
сопровождаться данными о гранулометрическом составе, влажности, плотности частиц, плотности сухого грунта, границе текучести и раскатывания, степени влажности и коэффициенте пористости.
В работе использован ГОСТ 25584-90 Грунты. Методы лабораторного определения коэффициента фильтрации. Данный метод
распространяется на песчаные грунты, применяемые в дорожном
и аэродромном строительстве для устройства дренирующих и морозозащитных слоев
Материалы: сухой песок, вода.
Оборудование и приспособления:
прибор Союздорнии для определения коэффициента фильтрации песчаных грунтов Рис. 7.1); трамбовка (рис. 7.2); весы лабораторные; термометр; секундомер; эксикатор; сито с отверстиями
диаметром 5 мм; цилиндр мерный вместимостью 100 мл; чашка
фарфоровая; емкость для воды вместимостью 8—10 л; линейка
металлическая длиной 300 мм; нож
40
Рис. 7.1 — Прибор для определения коэффициента фильтрации песчаных грунтов
1 — образец; 2 — пьезометр; 3 —
трубка; 4 — стакан; 5 — сетка; 6 — перфорированное съемное дно; 7 — подставка; 8 — поддон;
Рис. 7.2 — Трамбовка
1 — направляющая; 2 —
фиксатор; 3 — падающий
груз; 4 — наковальня
Ход работы
1. Подготовка к испытанию.
К испытанию грунт подготавливают следующим образом:
1.1 Песок и воду, предназначенные для определения коэффициента фильтрации, выдерживают в лаборатории до выравнивания их температуры с температурой воздуха.
1.2 Просеивают через сито с отверстиями 5 мм предварительно высушенный до воздушно-сухою состояния песчаный грунт и
определяют его гигроскопическую влажность.
1.3 Отбирают в фарфоровую чашку пробу грунта способом
квартования массой не менее 450 г.
41
1.4 Увлажняют с помощью мерного цилиндра отобранную
пробу до оптимальной влажности и выдерживают ее в эксикаторе
с водой не менее 2 ч; пески крупные и средней крупности допускается не выдерживать в эксикаторе.
1.5 Для получения образца в предельно рыхлом состоянии
трубку заполняют грунтом, насыпая его с высоты 5-10 см без
уплотнения, в предельно плотном состоянии – в 3 слоя с уплотнением каждого слоя трамбованием 40 раз. Высота уплотненного
грунта в фильтрационной трубке не должна превышать 100 мм.
1.6 Укладывают на поверхность грунта слой гравия (фракция
2—5 мм) толщиной 5—10 мм.
1.7 Устанавливают трубку с грунтом на подставку и вместе с
ней помещают в стакан, который постепенно наполняют водой до
верха.
1.8 Помещают стакан с трубкой в емкость для воды и заполняют ее до уровня выше слоя гравия на 10—15 мм. После появления
воды в трубке над слоем гравия доливают воду в верхнюю часть
трубки примерно на 1/3 ее высоты.
1.9 Извлекают стакан с трубкой из емкости и устанавливают
его на поддон. В этом случае начальный градиент напора воды в
образце грунта равен единице.
2. Проведение испытания
2.1 Испытание проводят в следующем порядке:
— доливают воду в трубку не менее чем на 5 мм выше нулевого деления;
— при вытекании воды через перфорированное дно определяют с помощью секундомера падение уровня воды в пьезометре от
0 до 50 мм.
Указанную операцию повторяют не менее четырех раз, каждый
раз доливая воду в трубку на 5 мм выше нулевого деления. В расчет принимают среднее время падения уровня воды. В случае отклонений отдельных отсчетов от среднеарифметического значения более чем на 10 % следует увеличить число определений.
При времени падения уровня воды в пьезометре более 2 мин
допускается уменьшать высоту падения уровня.
При времени падения более 10 мин допускается проводить испытание при начальном градиенте напора, равном двум. В этом
42
случае трубку с подставкой извлекают из стакана и ставят непосредственно на поддон.
2.2 В течение всего испытания не допускается снижение уровня воды в трубке ниже слоя гравия.
2.3 В работе необходимо определение максимальной плотности сухого грунта при оптимальной влажности и плотности сухого
грунта. Разность между плотностью сухого грунта в трубке и максимальной плотностью, установленной по ГОСТ 22733—77, не
должна превышать 0,02 г/см3. В противном случае испытание повторяют.
2.4 Полученные данные записывают в журнал (таблица 7.1)
Таблица 7. 1
Журнал испытаний образцов
№
п/п
Начальный
напор H0,
см
Градиент
напора
J
Время
начала
фильтрации
отдельных
замеров
Падение
уровня
воды в
пьезометре S,
см
Температура
воды Т, 0С
Коэффициент
фильтрации
К10, м/сут
1
2
3
3. Обработка результатов
3.1 Коэффициент фильтрации песчаного грунта К10, м/сут, приведенный к условиям фильтрации при температуре 10 С, вычисляют по формуле:
k
10
 h / t  (S / H0)  864 / T
где h — высота образца грунта в трубке, см;
S – наблюдаемое падение уровня воды в пьезометре, отсчитанное от первоначального уровня, см;
t – время падения уровня воды, с;
43
Среднее
значение
К10,
м/сут
Т = (0,7+0,03Тф) – поправка для приведения значения к условиям фильтрации воды при температуре 10ºС, где Тф – фактическая
температура воды при опыте, ºС;
864 – переводной коэффициент (из см/с в м/сут).
H0 - начальный напор.
 S

 H0

 - безразмерный коэффициент вычисляют по таблице


7.2.
Таблица 7.2
Значения
S
H
и
(
S
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0,10
0,11
0,12
0,13
0,14
0,15
0,16
0,17
0,18
0,19
0,20
0,21
0,22
0,23
0,24
(
S
H
)
0
0,010
0,020
0,030
0,040
0,051
0,062
0,073
0,083
0,094
0,105
0,117
0,128
0,139
0,151
0,163
0,174
0,186
0,196
0.210
0,223
0,236
0,248
0,261
0,274
S
H
(
0
S
H
)
0
0,34
0,35
0,36
0,37
0,38
0,39
0,40
0,41
0,42
0,43
0,44
0,45
0,46
0,47
0,48
0,49
0.50
0,51
0,52
0,53
0,54
0,55
0,56
0,57
0,416
0,431
0,446
0,462
0,478
0,494
0,510
0,527
0,545
0,562
0,580
0,598
0,616
0,635
0,654
0,673
0,693
0,713
0,734
0,755
0,777
0,799
O.S21
0,844
44
)
H
0
0
H
S
S
H
0
0,67
0,68
0,69
0,70
0,71
0,72
0,73
0,74
0,75
0,76
0,77
0,78
0,79
0,80
0,81
0,82
0,83
0,84
0,85
0,86
0,87
0,88
0,89
0,90
(
S
H
)
0
1,109
1,139
1,172
1,204
1,238
1,273
1,309
1,347
1,386
1,427
1,470
1,514
1,561
1,609
1,661
1,715
1,771
1,833
1,897
1,966
2,040
2,120
2,207
2,303
0,25
0,26
0,27
0,28
0,29
0,30
0,31
0,32
0,33
0,288
0,301
0,315
0,329
0,346
0.357
0.371
0,385
0,400
0.58
0,59
0,60
0.61
0,62
0,63
0,64
0,65
0,66
0,868
0.892
0,916
0,941
0,967
0,994
1,022
1,050
1,079
0.91
0,92
0,93
0,94
0.95
0.96
0,97
0,98
0,99
2,408
2,526
2,659
2,813
2,996
3,219
3,507
3.912
4,605
3.2 Коэффициент фильтрации вычисляют для каждого отсчета
по пьезометру. Число частных определений коэффициента фильтрации должно быть не менее трех.
Например:
 S
 H0
если Тф=22, а 

 =0,03, то Т=(0.7+0.03*22)=1.36 ˚С


Время t, с
3.64
3.60
2.90
2.63
22
864
* 0.03 *
3.64
1.36
22
864
* 0.03 *
К10=
3.60
1.36
22
864
* 0.03 *
К10=
2.90
1.36
22
864
* 0.03 *
К10=
2.63
1.36
К10=
Коэффициент фильтрации К10,
м/сут
116.26
116.26
144.58
159.45
 116.26 м/сут;
 116.26 м/сут;
 144.58 м/сут;
 159.45 м/сут.
ВЫВОД
45
Вопросы для самоконтроля
1. Назовите основные физические характеристики грунтов, чем они отличаются от производных?
2. Что такое удельный вес грунта, удельный вес частиц
грунта, удельный вес сухого грунта?
3. Перечислите классификационные характеристики
грунта.
4. Что такое плотность частиц грунта?
5. Что такое пористость и коэффициент пористости грунта? Как они определяются и где используются?
6. Как определяется плотность глинистого грунта?
7. Что такое влажность грунта и как она определяется?
8. Как определяется влажность на границе текучести?
9. Что такое граница раскатывания и как она определяется?
10. Что такое число пластичности и для чего оно определяется?
11. Для чего определяется показатель текучести?
12. Как определяется наименование и состояние (консистенция) глинистого грунта?
13. Как влияет влажность глинистого грунта на его расчетное (условное) сопротивление?
14. Что необходимо знать для определения расчетного
(условного) сопротивления глинистого грунта?
15. Что такое угол естественного откоса песчаного грунта,
как определяется и для чего используется?
16. Дайте определение максимальной плотности и оптимальной влажности.
17. Опишите метод, с помощью которого определяют
плотность твердых частиц грунта.
18. Что такое фильтрация и коэффициент фильтрации?
Задачи Задача 1
46
Определить плотность глинистого грунта методом режущего
кольца, если известно: объем кольца V = 50 см3, масса влажного
грунта в объеме кольца m = 90 г.
Задача 2
Определить влажность и пористость глинистого грунта, если масса образца во влажном состоянии m1 = 30 г, а в сухом состоянии
m2 = 25 г. При этом уделный вес грунта равна γ = 18 кН/м3, удельный вес частиц грунта γ S = 27 кН/м3.
Задача 3
Определить наименование, консистенцию и условное сопротивление глинистого грунта плотностью ρ = 1,8 г/см3, с естественной
влажностью w = 0.24, влажностью на границе раскатывания wp =
20%, на границе текучести wl = 30 % при плотности частиц ρS =
2,7 г/см3.
Задача 4
Суглинок в природном залегании имеет плотность ρ = 1.8 т/м3 при
влажности w1 = 0.15. В насыпь суглинок должен укладываться с
влажностью w2 = 0.19. Какое количество воды потребуется добавить на 1м3 суглинка для увеличения его влажности?
47
Лабораторная работа № 8
КОМПРЕССИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ГРУНТОВ
Цель работы: Определение характеристик сжимаемости
грунтов. Оценка правильности полученного результата.
Теоретическая часть
Сжимаемостью грунтов называется их способность
уменьшиться в объеме под действием внешней нагрузки. Сжимаемость зависит от пористости грунтов, гранулометрического и
минералогического состава, природы внутренних структурных
связей и характера нагрузки.
Характеристиками сжимаемости являются:
коэффициент сжимаемости m0, МПа-1;
коэффициент относительной сжимаемости mv, МПа-1;
модуль деформации E, МПа;
структурная прочность на сжатие Pстр, МПа.
Одним из способов определения характеристик сжимаемости в лабораторных условиях являются компрессионные испытания. Это испытания грунта в условиях одноосного сжатия без
возможности бокового расширения. Компрессионное сжатие моделирует процесс уплотнения грунта под центром фундамента.
Компрессионные испытания грунтов производят в одометрах приборах с жесткими металлическими стенками, препятствующими боковому расширению грунта при сжатии его вертикальной
нагрузкой. При испытаниях происходит уплотнение грунта за счет
уменьшения объема пор и влажности.
48
Рис. 8.1 - Схема одометра:
1 – образец грунта; 2 – кольцо; 3 – фильтровальная бумага; 4 –
штамп с отверстиями; 5 – поддон; 6 – жесткая обойма; 7 – индикаторы часового типа; 8 – центрирующий шарик.
Для оценки сжимаемости (уплотнения) строят график зависимости коэффициента пористости от вертикального давления,
получают так называемую компрессионную кривую (рис. 8.2).
Рис. 8.2. Компрессионная кривая
49
Компрессионная зависимость состоит из 2-х ветвей: кривой уплотнения и кривой набухания. Кривая набухания получается при разгрузке первоначально сжатого образца. В этом случае
будет происходить увеличение объема и пористости образца.
Увеличение объема грунта при снятии нагрузки характеризует
упругие деформации, а разность между первоначальным объемом
и объемом образца после разгрузки – остаточные деформации. Во
многих случаях в пределах небольших изменений давлений, компрессионная кривая сравнительно близка к секущей прямой (хорде) АВ. Тангенс угла наклона этой прямой к оси абсцисс характеризует сжимаемость грунта и называется коэффициентом сжимаемости.
Коэффициент сжимаемости есть отношение изменения коэффициента пористости к разности давлений. Значение коэффициента
сжимаемости определяется по формуле:
m0 = tg a = ( е1- е2) / ( p2 - p1)
где е1 - значение коэффициента пористости при давлении p1; е2
- значение коэффициента пористости при давлении p2.
Необходимое оборудование: компрессионный прибор, набор
гирь, секундомер, фильтровальная бумага; оборудование для
определения физических характеристик грунта
Подготовка к испытанию
1. Предварительно определяют физические характеристики грунта.
2. Компрессионный прибор устанавливают в лаборатории на
жесткое основание, исключающее вибрацию.
3. Определяют диаметр и высоту рабочего кольца с точностью до
0,01мм и взвешивают его.
50
4. Образец грунта для испытания вырезают рабочим кольцом без
образования зазоров между грунтом и рабочим кольцом. Кольцо с
грунтом до опыта взвешивают.
5. Образец грунта в кольце покрывают с 2-х сторон влажными
фильтрами и помещают в компрессионный прибор.
6. Устанавливают стрелки индикатора в начальное положение.
Порядок выполнения работы
1. Испытание заключается в том, что образец грунта в рабочем кольце подвергается уплотнению постепенно возрастающим
давлением, прикладываемым ступенями. Рост давления вызывает
изменение высоты образца грунта, которое регистрируется индикатором и записывается в журнал.
Ступени давления при испытании грунтов должны быть
равными 0,0125; 0,025; 0,05; 0,1 МПа и далее с интервалом в 0,1
МПа до необходимых пределов (0,4-0,6 МПа).
2. После приложения каждой ступени давления, показания
индикаторов следует регистрировать по ГОСТ 26518-85 через
0,25; 0,5; 1; 2; 5; 10; 20; 30; 60 минут, далее через 1 час в течение
рабочего дня, а затем в начале и в конце рабочего дня до достижения условной стабилизации деформаций.
За критерий условной стабилизации деформаций грунта при
данной ступени давления следует принимать деформацию не более 0,01 мм для глинистых грунтов за 16 часов; для пылеватых и
мелких песков за 4 часа.
3. Разгрузку образца грунта производят также ступенями
давления в последовательности, обратной порядку нагружения.
51
4. После завершения испытания грунт высушивают при температуре 1050С и определяют массу сухого грунта. Все результаты
измерений и взвешиваний записывают в журнал.
5. При выполнении учебной лабораторной работы величины
давления можно принять следующие, кПа:  0  0 ;  1  50 ;
 2  100 ;   150 исходя из приложенных гирь 3, 6 или 9 кг.
Каждую ступень давления следует выдерживать 4 минуты. При
этом отсчеты берем через одну минуту по секундомеру. Все данные заносят в журнал испытаний с вычислением осадки (деформации) абсолютной и относительной (табл. 8.1)
При испытании образец грунта находится в цилиндрическом кольце диаметром D, высотой h. При проведении компрессионных испытаний грунта на приборах конструкции Гидропроекта исходные данные будут следующими:
высота образца грунта h, мм
площадь образца А, см2
диаметр D, мм
отношение плеч рычага,
нагрузку п
25
60
87,4
передающего 1:10.
Таблица 8.1 - Журнал испытаний (пример заполнения)
Масса
гирь
на
подвеске
m, кг
0
Главное
вертикальное
напря
жение
,
кПа
0,0
Время
наблю
дения
t,
мин.
0
Показания индикаторов
при
нагруз
ке
при
разгрузке
0,00
0,25
52
Осадка
абсолютная
S,
мм
0,00
относительная  =S/h
при
при
нагр разузке груз
ке
0,00 0,010
0
3
50
6
100
9
150
1
2
3
4
0,18
0,20
0,21
0,21
1
2
3
4
0,25
0,26
0,27
0,27
1
2
3
4
0,30
0,31
0,32
0,32
0,26
0,28
0,32
0,18
0,20
0,21
0,21
0,25
0,26
0,27
0,27
0,30
0,31
0,32
0,32
0,007
2
0,008
0
0,008
4
0,008
4
0,010
0
0,010
4
0,010
8
0,010
8
0,012
0
0,012
4
0,012
8
0,012
8
0,010
4
0,011
2
0,012
8
Примечания:
1. h =25 мм; А=60 см2; п=1:10=0,1
2.  
mq
n A


3 10
кг  м / с 2
0.10.006
м2
  50  10 н / м
3
2
 50 кПа
3.   S / Н
Перед началом опыта должен быть назначен начальный
коэффициент пористости грунта e0, соответствующий давлению
на образец 0=0
6. Вычисляют приращение коэффициента пористости
е   1  е0  и значение коэффициента пористости е  е0  е при
каждой ступени давления, где e0 – начальный коэффициент пористости грунта, вычисляемый для каждого образца грунта по фор-
53
муле: е=(s-d)/d или принимаемый равным 1,1. Полученные данные заносят в таблицу 8.2.
Таблица 8.2 - Журнал вычислений (пример)
Главное
вертикальное
напряжение
 , кПа
0
50
100
150
Стабилизированная
осадка
абсолютотносиная
тельная 
S, мм
0,00
0,21
0,27
0,32
0,0000
0,0084
0,0108
0,0128
Коэффициент пористости
приращезначение
ние
по е
сравнению
с начальным, е
0,000
0,960
0,016
0,944
0,021
0,939
0,0025
0,935
7. По данным табл. 8.1 строят график зависимости относительных деформаций от вертикального напряжения и по табл.
8.2 строят график зависимости коэффициента пористости от
напряжения, т.е. компрессионные кривые (рис. 8.3).
е
54
0,960
0,950
e1
0,940
e2
0,930
0,920
0,000
50
1

0,002
0,004
0,006
100
150
, кПа
2
0,008
0,010
0,012
0,014
Рис. 8.3 - Графики компрессионных кривых: 1 – кривая уплотнения; 2 – кривая разуплотнения.
8. Определяют коэффициент сжимаемости (уплотнения) m0, МПа-1
в каждом интервале напряжений по формуле: m0i = e/ = (ei +
ei+1)/(i+1- i),
где ei и ei+1 - соответствующие значения коэффициентов пористости; i+1 и i - границы интервала изменения главного вертикального напряжения.
9. Определяют коэффициент относительной сжимаемости mv,
МПа-1 в каждом интервале напряжений по формуле: mvi= m0i /
(1+e0).
10. Определяют модуль общей деформации грунта E, МПа в соответствующих интервалах напряжений по формуле: Еi = β/ mvi, где
β – поправка, учитывающая отсутствие поперечного расширения,
55
принимаемая для пылеватых и мелких песков – 0,8; супесей - 0,7; суглинков – 0,5 и глин – 0,4.
11. Результаты вычислений записывают в таблицу 8.3.
Таблица 8.3 – Результаты компрессионных испытаний грунта
Главное Вре- Осадка (деКоэфКоэфМодуль
вертимя
формация)
фици- фициент общей декальное набл
ент
сжимае- формации
аб- отнапряюдепоримости
грунта E,
со- ножение
ния лют- систости (уплотМПа
t,
нения)
ная тель e
, кПа
мин. S,
m0, МПаная ε
1
мм
50
1
2
3
4
100
150
1
2
3
4
1
2
3
4
12. По полученным результатам делают вывод о степени сжимаемости грунта с использованием данных табл. 8.4.
Таблица 8.4 - Степень сжимаемости грунта
Степень сжимаемости грунта
Несжимаемый
56
mo, МПа-1
Е0, МПа
< 0.01
>100
Малосжимаемый
Среднесжимаемый
Повышенной сжимаемости
Сильносжимаемый
0.01 - 0.05
0.05 - 0.1
0.1 - 1
>1
30 - 1000
15 -30
5 -15
<5
ВЫВОД
Лабораторная работа № 9
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ГРУНТА СРЕЗУ
В ОДНОПЛОСКОСТНОМ СДВИГОВОМ ПРИБОРЕ
Цель работы: определение прочностных характеристик грунтов: С - удельного сцепления, кПа;  - угла внутреннего трения, град.
Содержание работы
Сопротивление грунта срезу (сдвигу) зависит от величины
нормальных к плоскости среза напряжений  и прочностных характеристик грунтов. График пред  f   аппроксимируют
прямой, уравнение которой выражает закон сдвига Кулона:
пред  tq  C .
Математические параметры этой зависимости  и C
приняты в качестве характеристик прочности грунта, которые
называют соответственно углом внутреннего трения и удельным
сцеплением.
Для определения характеристик прочности необходимо
провести испытание на сдвиг нескольких образцов одного и того
же грунта при разной величине вертикальных сжимающих напряжений, но одной и той же плотности.
57
Испытания проводятся на срезном приборе конструкции Гидропроекта (рис. 9.1), площадь образца А  40 см2 и высота
Н  35 мм. Нагружающая система рычажного типа имеет соотношение плеч рычагов, передающих вертикальную нагрузку
nb  1 : 10 и горизонтальную nг  1 : 10 .
Рекомендуется выполнить по два опыта на срез грунта при вертикальных давлениях  1  175 кПа;  2  250 кПа (всего четыре
опыта).
Ход работы
1. Ослабляют трос передачи горизонтальной нагрузки и
фиксируют его положение тормозом. Снимают с обеих нагружающих систем подвески, отодвигают рамку вертикальной нагрузки
и извлекают из срезной коробки прибора режущее кольцо.
2. Вырезают с помощью кольца образец глинистого грунта
из монолита или переносят кольцо с грунтом из прибора для
уплотнения грунтов перед сдвигом. Торцы образца покрывают
бумажными фильтрами.
3. Помещают в прибор кольцо с грунтом и собирают систему вертикального, а затем горизонтального нагружения, соблюдая обратную последовательность операций по отношению к
п.1.
При работе с песчаными грунтами образец вырезать невозможно, поэтому предварительно собирают систему горизонтального нагружения, установив верхнюю подвижную обойму
вместе с кольцом. Засыпают песчаный грунт в кольцо на высоту
35 мм, выравнивают поверхность, устанавливают штампы и собирают систему вертикального нагружения.
58
линия
среза
Рис. 9.1 - Схема срезной коробки: 1 – образец грунта; 2 – кольцо; 3 –
фильтровальная бумага; 4 – штамп с отверстиями; 5 – центрирующий
шарик; 6 – нижняя неподвижная обойма; 7 – верхняя подвижная обойма;
8 – индикатор часового типа.
4. Устанавливают величину зазора 0,5 - 1 мм между подвижной и неподвижной частями (обоймами) срезной коробки и
кладут на подвеску рычага системы вертикального загружения
гирю массой m1 (7 или 10 кг).
5. Освобождают тормоз и плавно натягивают трос, передающий сдвигающую нагрузку.
6. Устанавливают начальный отсчет на индикаторе не менее 5 мм (по красной шкале) и прикладывают к подвеске сдвигающей системы первую ступень нагрузки m2 . Срезающую
нагрузку в каждом опыте прикладывают ступенями так, чтобы
приращение касательных напряжений  не превышало по абсолютной величине 0,1  .
Напряжения  и  вычисляют по следующим формулам:
  m1q / nb A ;
  m2 q / nг A ,
где q – ускорение свободного падения, равное 10 м/с2.
7. Через одну минуту регистрируют в журнале испытаний (табл. 9.1) показания индикатора (время, равное одной ми-
59
нуте, принято за условную стабилизацию деформации среза) и
прикладывают следующую ступень касательной нагрузки.
Таблица 9.1
Журнал испытаний (пример)
Масса гирь на подвеске нагруНапряжение на
зочного устройства, кг
площадке
среза, кПа
вертигоризонтального
норсдвигакальномальющее
m2

ное
го m1

7
10
0,7
1,4
2,1
2,8
3,5
4,2
4,9
5,6
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
175
250
17,5
35
52,5
70
87,5
105
122,5
145
25
50
75
100
125
150
175
200
Горизонтальное перемещение подвижной
обоймы  ,
мм
0,25
0,75
0,91
1,23
1,76
2,20
срез
0,15
0,30
0,53
0,78
1,05
1,40
срез
-
8. Наращивание срезающей нагрузки ведут до тех пор, пока перемещение верхней каретки не достигнет величины 5 мм или
полного среза образца грунта. В журнале испытаний вместо величины деформации сдвига в этом случае пишут слово срез, что
фиксирует достижение касательными напряжениями предельного
значения в условиях данного опыта ( пред . ).
9. После среза образца прибор перезаряжают и производят
новый опыт с тем же грунтом, но при следующем значении  в
соответствии с программой испытаний. По окончании опытов
60
строят для каждого из них графики   f   (рис. 9.2) и график
пред.  f   , по которому находят  и С (рис. 9.3).
По графику определяем С и  .
, кПа
150
2
100
1
50
0 0,5
1,0
1,5
2,0
, мм
1 – при  = 175 кПа; 2 – при  = 250 кПа.
Рис. 9.2. Кривые зависимости горизонтальных деформаций при возрастании нагрузки
, кПа
200
С
100
0
100
200 , кПа
Рис.9.3. График зависимости сопротивления срезу от нормального давления (диаграмма среза)
ВЫВОД
61
Лабораторная работа № 10
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗНАЧЕНИЙ ПРОЧНОСТНЫХ
И ДЕФОРМАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ
ПО ТАБЛИЦАМ СНИП 2.02.01-95
Цель работы: определение по таблицам нормативных значений
угла внутреннего трения φ, удельного сцепления С, модуля деформации Е грунтов.
Порядок выполнения работы
Каждый студент получает индивидуальное задание, состоящее из плана строительной площадки, трех геологических колонок, таблицы основных и дополнительных характеристик и гранулометрического состава грунтов. По этим данным необходимо
вычислить следующие производные характеристики:
удельный вес грунта в естественном состоянии     g ;
плотность в сухом состоянии d   / 1  W  ;
коэффициент пористости e    s   d  / d ;
удельный вес с учетом взвешивающего действия воды
 sb   s  W q / 1  e  ;
число пластичности I p  WI  Wp ;


показатель текучести I I  W  W p / I p ;
степень влажности Sr  Ws / e  W .
Определение разновидностей грунтов производить по
ГОСТ 25100-95.
Механические характеристики определить по таблицам
А1, А2, А3 приложения А СНиП 2.02.01-95. По результатам работы составить сводную таблицу физико-механических характеристик (табл. 9.1).
62
ПРИЛОЖЕНИЕ А
(справочное)
Нормативные значения механических характеристик
Таблица А.1
Нормативные значения характеристик С, кПа, и φ, град, Е
для песчаных грунтов четвертичных отложений
Пески
ХарактериХарактеристики грунта
стика
при коэффициенте пористости 
грунта
0,45
0,55
0,65
0,75
ГравелиCn
2
1
–
–
стые и
43
40
38
–
n
крупные
50
40
30
–
En
3
2
1
–
Cn
Средней
40
38
35
–
n
крупности
50
40
30
–
En
6
4
2
–
Cn
38
36
32
28
n
Мелкие
48
38
28
18
En
8
6
4
2
Cn
36
34
30
26
n
Пылева39
28
18
11
En
тые
Таблица А.2
Нормативные значения модулей деформации пылевато-глинистых
нелессовых грунтов
0
 I  0,75
–
32
24
16
10
 I  0,75
–
24
27
22
17
L
Суглинки
0
L
63
8
9
10
11
12
13
7
–
–
–
–
–
14
11
–
–
–
–
1,6
7
1,4
0,75
6
1,2
0,65
5
1,05
0,55
4
2
Супеси
0,95
0,45
3
1
Аллювиальные
Делювиальные
0,85
Модуль деформации Е, МПа, при коэффициенте пористости 
Разновидность
грунтов и пределы
нормативных
значений показателя текучести IL
0,35
Происхождение и
возраст
грунтов
Озерные
0
 I  0,75
 I  0,75
–
–
32
–
25
–
19
17
14
12
11
8
8
6
–
5
–
–
–
–
–
–
 I  0,25
0,25I  0,50
0,50I  0,75
–
–
28
24
21
18
15
12
–
–
–
–
–
–
–
–
–
21
–
18
15
15
12
12
9
9
7
–
–
–
–
–
–
 I  0,25
–
33
24
27
11
7
–
–
–
–
–
 I  0,25
0,25I  0,50
0,50I  0,75
–
40
33
27
21
–
–
–
–
–
–
–
–
35
–
28
–
22
17
17
13
14
10
–
7
–
–
–
–
–
–
–
–
75
55
45
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
27
25
22
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
24
–
22
–
19
16
15
12
–
10
L
0,50
L
Глины
0
L
L
L
Флювиогляциальные
Супеси
0
L
Суглинки
0
L
L
L
Мореные
Юрские
отложения
оксфордского яруса
Супеси,
Суглинки
IL 0,5
Глины
-0,20IL
0IL
0
 0,25
 0,50
0,25IL
Таблица А.3
Нормативные значения характеристик С, кПа, и φ, град, для пылевато-глинистых грунтов четвертичных отложений
Глинистые
грунты и пределы нормативных значений их показателя текучести
Супеси
0  IL  0,25
0,25IL
 0,75
Характеристика
грунта
Характеристика грунта
при коэффициенте пористости 
0,45
0,55
0,65
0,75
0,85
0,95
1,05
Cn
n
Cn
n
21
30
19
28
17
29
15
26
15
27
13
24
13
24
11
21
–
–
8
18
–
–
–
–
–
–
–
–
64
Суглинки
0  IL
0,25IL
 0,25
 0,50
0,50  IL
 0,75
Cn
n
Cn
n
Cn
n
47
26
39
24
–
–
37
25
34
23
–
–
31
24
28
22
25
19
25
23
23
21
20
18
22
22
18
19
16
16
19
20
15
17
14
14
–
–
–
–
12
12
Cn
n
Cn
n
Cn
n
–
–
–
–
–
–
81
21
–
–
–
–
68
20
57
18
45
15
54
19
50
17
41
14
47
18
43
16
36
12
41
16
37
14
33
10
36
14
32
11
29
7
Глины
0  IL
0,25IL
 0,25
 0,50
0,50  IL
 0,75
65
 II ,
кН/м3
W
WL
Wp
ρd
т/м3
e
-
 sb .II ,
кН/м3
Ip
IL
Sr
R0,
кПа
т/м3
СII, кПа
s ,
Механические
Прочностные
φII, град
0,3
Физические
ДополниПроизводные и классификацительные
онные
Основные
Деформационные
Глубина, м
1
Наименование
грунта
(по ГОСТ
25100-95)
E,кПа
Номер образца грунта
Таблица 9.1 - Сводная таблица нормативных характеристик грунтов (пример)
Растительный
3
238
0,70
25000
31
-
345
0,77
17400
14
55
302
-
Глина твердая
Примечание - Значения приняты ориентировочно
17
0
0,1
3
0,1
1
0,7
5
190
00
0,25
9,8
0,68
0,87
0,7
1
9,8
1,58
1,61
1,5
7
0,24
0,1
8
0,49
0,2
0
0,3
1
0,16
0,21
18,
9
6,2
18,4
5
19,5
4,6
2,65
4
Песок мелкий,
средней плотности, влажный
2,74
2,2
3
2,6
8
14,3
Суглинок полутвердый
4