43

.

Федеральное агентство по образованию

Тверской государственный технический университет

Кафедра «Автомобильные дороги, основания и фундаменты»

ИЗУЧЕНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ СВОЙСТВ

ГРУНТОВ ЛАБОРАТОРНЫМИ МЕТОДАМИ

Методические указания к лабораторным работам

для студентов специальностей

АДА, ПГС, ГСХ, ПСК, ПОТ

Тверь 2005

УДК 624.131 (076.5)

ББК 38.58

Методические указания по курсам «Грунтоведение», «Механика грунтов» соответствуют программам по специальностям 290300 «Промышленное и гражданское строительство», 290600 «Производство строительных материалов и изделий», 291000 «Автомобильные дороги и аэродромы», 290500 «Городское строительство и хозяйство», 320800 «Природоохранное обустройство территорий» очной и заочной форм обучения.

Представлены приборы и методы оценки физических, прочностных и деформационных характеристик грунтов, их фильтрационных свойств и развития осадки во времени (консолидация грунта). Даны методы определения гранулометрического состава грунта и его наименования.

Предназначены для студентов, изучающих цикл дисциплин «Грунтоведение и механика грунтов», «Механика грунтов», «Механика грунтов, основания и фундаменты», и для специалистов, занимающихся изучением строительных свойств грунтов.

Обсуждены на заседании кафедры «Автомобильные дороги, основания и фундаменты» и рекомендованы к печати (протокол №1 от 23.09.05).

Составители : В.А. Миронов, Н.Н. Галкин

Изучение строительных свойств грунтов лабораторными методами

Методические указания к лабораторным работам для студентов

специальностей АДА, ПГС, ГСХ, ПСК, ПОТ

Редактор Е.В. Маняшина

Технический редактор Г.В. Комарова

Подписано в печать 20.12.05

Формат 60 х 84 / 16 Бумага писчая

Физ. печ. л. 2,5 Усл. печ. л. 2,33 Уч.-изд. л. 2,18

Тираж 100 экз. Заказ № 228 Цена 18 руб. 30 коп.

Издательство ТГТУ

© Тверской государственный

технический университет, 2005

Предисловие

Знание физико-механических характеристик грунтов необходимо для разработки проектных решений оснований зданий и сооружений.

Лабораторный практикум рассчитан на студентов III-IV курсов, выполняющих лабораторные работы в соответствии с рабочими программами по курсу «Грунтоведение и механика грунтов».

Дано подробное описание каждой лабораторной работы с указанием методик определения необходимых параметров грунтов для использования их в строительной практике.

Основной целью определения физических, деформационных и прочностных показателей грунтов является изучение студентами основных взаимосвязей между напряжениями и деформациями для выполнения в дальнейшем расчетов деформаций и устойчивости оснований сооружений, давления грунта на подпорные стенки, осадки во времени.

При составлении методических указаний учтены основные требования СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений», ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация», СП 11-105-97 “Инженерные изыскания для строительства”, СНиП 11-02-96 “Инженерные изыскания для строительства. Основные положения”.Использовались нормативные документы: ГОСТ 30416-96 ”Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения” , ГОСТ 23001-90 “Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости”, ГОСТ 5180-84 “Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик” , ГОСТ 25584-90 “Грунты. Методы лабораторного определения коэффициента фильтрации” , ГОСТ 12536-79 “Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава.”

Лабораторная работа № 1 Определение физических характеристик грунтов

Грунт представляет собой многокомпонентную среду: минеральные час­тицы, химические и органические соединения, жидкость, лед и газ. При по­ложительной температуре модель минерального грунта - трехфазная сис­тема, при отрицательной - четырехфазная.

Образцы грунта для лабораторной практики отбирают с помощью спе­циальных пробоотборников (грунтоносов) из шурфов или скважин. Грану­лометрический состав, влажность, консистенцию, удельный вес допускается определять на образцах нарушенной структуры. Удельный вес грунта, проч­ностные и деформационные показатели определяют на образцах ненарушен­ной структуры.

1. Характеристики грунта: плотность, влажность и пористость

Физические характеристики грунтов позволяют количественно оценить свойства грунта вне зависимости от методов расчета грунтовых сред. В выделенном объеме (пробе) грунта рассматривают объем, занимаемый твердыми части­цами V_s и объем пор V_п.

Полный объем запишется как

где V_п= V_г + V_w; V_г и V_w - соответственно объемы газа и воды.

Масса грунта m_гр определяется массой твердых частиц m_s и массой воды m_w в порах, т.е.

1) Плотность грунта (г/см³) - это отношение массы грунта к его объему (рис.1.2):

О

V_г

V_п

V_w

V_s

Рис.1.2

пределение плотности грунта согласно ГОСТ 5180-84 производят двумя методами: а) способом режущего кольца, б) способом парафинирования. В первом способе с помощью тонкого режущего кольца известного объ­ема V_гр отбирают монолит из массива грунта. Путем взвешивания опреде­ляют его массу m_гр.

Способом парафинирования определяют плотность связных (глинистых) грунтов. При этом образец определенной формы покрывают расплавленным парафином и взвешивают на воздухе и в воде. Зная объем парафина (по его и ), согласно закону Архимеда, вычисляют объем образца.

Для расчетов оснований фундаментов сооружений необходимо знание удельного веса грунта (кН/м³), который определяют по формуле

где g = 9,81 - ускорение свободного падения, м/с².

Значения удельного веса минеральных грунтов находятся в пределах 13...22 кН/м.

2) Плотность частиц грунта ρ_s (г/см³) определяют как отношение массы твердых частиц (сухого грунта) к объему твердых частиц V_s :

(1.5)

Плотность частиц грунта зависит только от их минерального состава и в большинстве случаев изменяется от 2,4 до 2,8 г/ см³, в данной лабораторной работе ее не определяют. Согласно ГОСТ 25100-95 “Грунты. Классификация” плотность принимают в зависимости от вида грунта: песок – 2,66 г/см³; супесь – 2,70 г/см³; суглинок – 2,71 г/см³; глина – 2,74 г/см³.

Удельный вес частиц γ_s связан с плотностью частиц ρ_s зависимостью

(1.6)

3) Влажность грунта w - отношение массы воды m_в к массе твердых частиц :

, или (1.7)

Для определения влажности по ГОСТ 5180-84 образец грунта после взвешивания высушивают до постоянной массы при температуре 100-105°С. Как правило, влажность большинства минеральных грунтов изменяется в пределах от 0,01 до 1,4. Исключение составляют илы, торфы и заторфованные грунты, у которых влажность достигает значительно больших значений.

Эти три основные физические характеристики определяются опытным путем и служат для расчета приводимых ниже параметров.

4) Плотность сухого грунта ρ_d рассчитывают как отношение массы су­хого грунта m_s к объему всего грунта :

, (1.8)

откуда (1.9)

Удельный вес сухого грунта

(1.10)

5) Пористость грунта n представляет собой отношение объема пор ко всему объему грунта :

(1.11)

6) Объем твердой фазы в 1 см³ грунта (объем твердой фазы в единичном объеме)

7) Коэффициент пористости е равен отношению объема пор к объему твер­дых частиц грунта :

= (1.13)

(1.14)

8) Полная влагоемкость w_sat - влажность, теоретически соответствую­щая полному заполнению пор грунта водой :

(1.15)

где ρ_w= 1 г/см³ и γ_w= 10 кН/м - соответственно плотность и удельный вес воды.

9) Степень влажности S_r - отношение влажности к полной влагоемкости: (1.16)

Степень влажности изменяется от 0 до 1.

10) Плотность грунта во взвешенном состоянии ρ_sb определяется для грунтов, находящихся ниже уровня подземных вод. С учетом взвешивающего действия воды ρ_sb определяется по формуле

г/см³. (1.17)