Определение гранулометрического состава песчаных грунтов ситовым методом в сочетании с методом отмучивания

Твердая компонента грунтов состоит из отдельных кристаллов, обломков кристаллов или обломков пород, получивших название структурных элементов. Размер структурных элементов может изменяться от долей микрометра до десятков сантиметра. Глинистые частицы объединяются во фракцию размером менее 0,005 мм; пылеватые – в группу фракций 0,005 – 0,05 мм; песчаные – 0,05 – 2 мм; гравийные (дресвяные) – 2 – 10 мм; галечниковые (щебенистые) – 10 – 200 мм; валунные (глыбовые) – более 200 мм.

Количественное содержание различных фракций в дисперсных грунтах характеризуется их гранулометрическим составом – это весовое содержание в нем зерен различной крупности, выраженное в процентах по отношению к массе сухой пробы, взятой для анализа. Это одна из основных характеристик физических свойств грунтов.

К количественной характеристике гранулометрического состава относят - степень (коэффициент) неоднородности гранулометрического состава C_u. Определяется по формуле:

,

где d₆₀,d₁₀ – эффективные диаметры частиц, мм, меньше которых в грунте содержится соответственно 60 и 10% (по массе) частиц.

Данные характеристики применяются обычно для песчаных, гравийно-песчаных и пылеватых грунтов. Чем больше С_u, тем более разнородным по гранулометрическому составу является грунт. При С_u3 грунт считается однородным, а при С_u>3 – неоднородным.

В зависимости от гранулометрического состава (содержания зерен, частиц, % по массе) пески подразделяются на следующие разновидности:

• песок гравелистый – при массе частиц крупнее 2,00 мм более 25%;

• песок крупный – при массе частиц крупнее 0,50 мм более 50%;

• песок средней крупности – при массе частиц крупнее 0,25 мм более 50%;

• песок мелкий – при массе частиц крупнее 0,10 мм более 75%;

• песок пылеватый – при массе частиц крупнее 0,10 мм 75% и менее.

Гранулометрический состав песчаного грунта определяют ситовым методом – набор стандартных сит, имеющих различные отверстия (10; 5; 2; 1; 0,5; 0,25; 0,1 мм) собранные в колонку. После рассева фракции взвешиваются, и устанавливается их процентное соотношение.

Ситовый метод определения гранулометрического состава песчаных грунтов может носить самостоятельный характер, если при анализе ограничиваются выделением фракций больше 0,1 мм, или является составной частью комбинированного анализа при выделении в грунте пылеватых и глинистых фракций. Метод ситового анализа может быть скомбинирован с методом отмучивания.

В общей схеме анализ методом отмучивания сводится к приготовлению суспензии, взмучиванию, отстаиванию и сливанию через время Т, прошедшее от конца взмучивания, слоя суспензии высотой h. При этом все частицы, скорость падения которых меньше h/T, будут сливаться, т.е. отделяться. Производя многократные взмучивание и сливание, можно, зная соотношение между диаметром частиц и скоростью их падения в воде, выделить фракцию частиц определенных размеров и определить их количественное содержание в анализируемом грунте.

По исследованиям А.Н. Сабанина скорость падения частиц размером 0,05 мм в воде составляет 0,2 см/с, т.е. частицы проходят 1 см за 5 с. Это позволяет выделить и количественно оценить содержание частиц < 0,05 мм (пылеватых и глинистых фракций), находящихся в песчаных и гравийно-галечниковых грунтах.

Материалы и оборудование: песчаный грунт; набор сит; весы электронные; листы бумаги, мензурки емкостью 250 и 100 см³, фарфоровые чашки, эл.плита с песочной баней или сушильный шкаф.

. Порядок выполнения работы

1. Студенты делятся на бригады по 2 человека.

2. Взять пробу воздушно-сухого песчаного грунта массой 50 г. и поместить ее в мензурку или стакан емкостью 200-250 см³.

3. Долить в мензурку воды до деления 200-250 см³, тщательно взмутить суспензию стеклянной палочкой и оставить отстаиваться на 90 с. Время отмечать секундомером.

4. Через 90 с. аккуратно слить верхнюю часть суспензии, следя за тем, чтобы уже осевшие на дно частицы не оказались слитыми. Указанную операцию необходимо производить до тех пор, пока верхний столб жидкости после отмучивания не станет почти прозрачным. После этого долить в мензурку воды до деления 100 см³, взмутить и вновь слить (но уже через 30с) всю жидкость над осадком грунта. Эту операцию повторять до полного осветления жидкости, что укажет на полный отмыв частиц меньше 0,05 мм.

5. Частицы >0,05 мм после отмучивания переносят в фарфоровую чашечку. Через 1-2 мин воду из чашечки аккуратно сливают и ставят песок выпариваться на песочную баню или в сушильный шкаф.

6. Высушенный песок взвесить. Разница между первоначальным и полученным весом пробы характеризует общее количество частиц диаметром менее 0,05 мм.

7. Высушенный и взвешенный грунт перенести на верхнее сито правильно собранной колонны сит и просеять.

8. Аккуратно высыпать на бумагу содержимое каждого сита и взвесить.

9. Рассчитать процентное содержание каждой фракции и результаты анализа занести в таблицу 1.

,

где a – масса фракций, г a₀ – полная навеска, г.

Таблица 1.