Министерство образования и науки РФ

Южно-Российский государственный политехнический

университет (НПИ) имени М.И. Платова

Шахтинский институт (филиал) ЮРГПУ(НПИ)

им. М.И. Платова

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «механика грунтов»

для направления 270800.62 «Строительство»,

профиль «Промышленное и гражданское строительство»

Новочеркасск 2015

УДК 550(076.5)

Рецензент – канд. техн. наук, доцент. Ю.В. Турук

Составитель Романова М.И.

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Механика грунтов» / Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова. – Новочеркасск: ЮРГПУ(НПИ), 2015. – 32 с.

Методические указания содержат 7 лабораторных работ по дисциплине «Механика грунтов». Приведены рекомендации к выполнению лабораторных работ. Определены цели и задачи каждой работы, дан перечень необходимого оборудования и порядок выполнения.

Предназначены для студентов направления 270800.62 «Строительство», профиль «Промышленное и гражданское строительство».

© Южно-Российский государственный

политехнический университет (НПИ)

имени М.И. Платова, 2015

Содержание

Введение 4

Лабораторная работа №1

Определение гранулометрического состава песчаных грунтов 11

Лабораторная работа №2

Определение объемного веса естественной влажности методом режущего кольца 13

Лабораторная работа №3

Определение естественной влажности грунтов весовым методом 15

Лабораторная работа №4

Определение пределов пластичности глинистых грунтов 17

Лабораторная работа №5

Определение параметров усадки 20

Лабораторная работа №6

Определение показателей сжимаемости глинистых пород 21

Лабораторная работа №7

Определение внутреннего трения песка по углу естественного откоса 27

Литература, рекомендованная для изучения 30

Введение

Механика грунтов и горных пород – прикладной раздел механики, изучающий явления, происходящие в горных породах (грунтах) при различных силовых воздействиях.

Расчетные методы механики грунтов основаны на теоретических положениях механики твердого тела, теории упругости и других специальных науках. Поскольку свойства реальных грунтов сложны и многообразны, эти методы разработаны применительно к некоторым идеализированным механическим моделям, которые описываются с помощью математических уравнений (математических моделей). Показатели свойств пород играют в составляемых уравнениях роль числовых параметров и во многом определяют степень надежности и точности выполняемых расчетов. Отсюда высокие требования к достоверности проб, точности проведения испытаний по определению физических и физико-механических свойств грунтов. Инженерно-геологические свойства горных пород являются весьма ёмким понятием, охватывающим их физические, водно-физические, механические свойства и такую важную категорию оценки грунтов, как их состояние.

Выполнение лабораторных занятий помогает студентам приобрести навыки по определению физических свойств горных пород и грунтов, ознакомиться с методами их исследований, а также закрепить теоретические знания, полученные на лекциях.

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

• ПК- 1 - использует основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применяет методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования;

• ПК-2 - способен выявить естественную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлечь для их решения соответствующий физико-математический аппарат;

• ПК-4 - способен понимать сущность и значение информации в развитии современного информационного общества, сознавать опасности и угрозы, возникающие в этом процессе, соблюдать основные требования информационной безопасности, в том числе защиты государственной тайны.

В результате изучения дисциплины студент должен:

знать инженерно-геологическую классификацию горных пород, их основные физические и физико-механические свойства;

уметь:

- определять происхождение горных пород, оценивать генетические особенности грунтов;

- использовать основные приёмы обработки экспериментальных данных;

- анализировать природные условия по геологической документации;

- оценивать прочностные свойства горных пород по физическим и физико-механическим характеристикам

владеть методиками изучения важнейших характеристик грунтов и горных пород.

Перед выполнением работы студент должен ознакомиться с соответствующими разделами рекомендуемой литературы [1-6] и дать ответы на контрольные вопросы.

После выполнения работы студент представляет к защите отчёт, составленный в соответствии с общими требованиями и правилами оформления текстовых документов в учебном процессе. Эти требования, вместе с правилами техники безопасности при выполнении работ, студенты изучают на первом занятии. При оформлении отчёта делается вывод, в котором описывается практическое применение определяемой характеристики грунта

Отчёт по лабораторным занятиям должен включать в себя следующие разделы:

- цель и задачи работы;

- перечень используемого оборудования, приборов, оснастки и материалов;

- порядок выполнения работы;

- результаты исследований в виде таблицы;

- выводы по работе.

Защита отчета заключается проверке освоения компетенций при собеседовании с преподавателем в ходе занятия или во время консультаций.

Ниже приводятся наиболее важные характеристики горных пород, согласно ГОСТ 25100-95.

Плотность грунта – это отношение массы породы, включая массу воды в ее порах, к занимаемому этой породой объему. Плотность породы зависит от минералогического состава, влажности и характера сложения (пористости):

где ρ – плотность грунта [г/см³, кг/м³, т/м³];

m – масса породы с естественной влажностью и сложением [г];

V – объем, занимаемый породой [см³].

Плотностью частиц грунта называют отношение массы сухого грунта, исключая массу воды в его порах, к объему твердой части этого грунта:

ρ_s = m- m_в / V_т,

где ρ_s – плотность грунта [г/см³, кг/м³, т/м³];

m_в – масса воды в порах грунта [г];

V_т – объем твердой части грунта [см³].

Плотность частиц грунта изменяется для всех горных пород в небольших пределах - от 2,61 до 2,75 г/см³ и для каждой генетической разности породы определяется только ее минералогическим составом.

Плотность сухого грунта – представляет собой отношение массы минеральных частиц породы (твердой части грунта) при естественной структуре, исключая массу воды в его порах, к занимаемому этой породой объему:

ρ_d = m- m_в / V,

где ρ_d – плотность сухого грунта [г/см³, кг/м³, т/м³];

m–m_в= m₁ – масса сухого грунта [г];

V – объем, занимаемый породой [см³].

Пористость пород – представляет собой характеристику пустот или свободных промежутков между минеральными частицами, составляющими породу.

Пористость обычно выражают в виде процентного отношения объема пустот к объему породы:

n = V_n /V,

где V_n – объем пустот породы [см³];

V – объем, занимаемый породой [см³].

Приведенной пористостью или коэффициентом пористости называют отношение объема пустот (пор) к объему твердых минеральных частиц породы. Коэффициент пористости выражается в долях единицы по формулам:

, или .

Объемной влажностью породы W называют отношение массы воды, содержащейся в порах породы, к объёму сухой породы (высушивание образца должно производиться в термошкафу при t=105-107 °С в течение 8 ч и более).

Влажность породы, кроме того что является физическим свойством породы, служит важнейшей характеристикой ее физического состояния, определяющей прочность и другие свойства при использовании в инженерных целях.

Под весовой (естественной) влажность породы W [%] понимается количество воды, содержащейся в породе в естественных условиях:

W = m_в / m₁,

где m_в – масса воды [г];

m₁ – масса высушенной породы [г].

Полная влагоемкость воды – максимально возможное содержание в грунте связанной, капиллярной, гравитационной воды при полном заполнении пор, она определяется по формуле:

или .

Степенью влажности или относительной влажностью называют степень заполнения пор грунта водой. Характеризуется она отношением объема воды к объему пор грунта.

Гранулометрический или механический состав характеризует осадочные породы в отношении их дисперсности – размеров слагающих частиц, т.е. дает количественную характеристику структуры пород. Он выражает процентное содержание в породе групп частиц – фракций различных размеров, абсолютно сухой породы (совокупность частиц грунта с приблизительно одинаковыми размерами называется фракцией). Размер фракций выражают в миллиметрах.

Частицы более 2 мм между собой различаются только по размеру (валуны, глыбы, гальки, гравий). Они состоят из обломков горных пород разного петрографического состава. Эти частицы характеризуются высокой водопроницаемостью и не обладают капиллярными свойствами.

Частицы песчаной фракции (2-0,05 мм) округлые и угловатые; они составляют скелет грунта и повышают внутреннее трение. Минеральный состав обломков полимиктовый (кварц, полевые шпаты, глауконит, кальцит, слюды и др.). Песчаные частицы не обладают связностью, в сухом состоянии – сыпучие. Не обладают липкостью, не пластичны, водопроницаемы.

Частицы пылеватой фракции (0,05- 0,005 мм) имеют пластичную и угловатую форму, не обладают связностью и являются заполнителем в крупной песчаной фракции. В воде не набухают, не пластичны. Обладают высокой капиллярностью.

Частицы глинистых фракций (0,05-0,001 мм) имеют форму чешуек, округлую или игольчатую. Это высокодисперсные системы, обладающие большой поверхностной энергией. Они выполняют роль вяжущего вещества в грунте, обеспечивают сцепление и придают грунту пластические свойства. Частицы менее 0,001 образуют коллоидную фракцию, наличие которой обеспечивает повышенную связность грунта.

Гранулометрический (зерновой) состав является классификационным показателем, т.к. по его результатам устанавливается наименования грунта (табл. 1, 2) и степень однородности грунта.

Таблица 1

Наименование крупнообломочных и песчаных пород

Щебень и галька	Сумма всех частиц крупнее 10мм составляет > 50%
Дресва и гравий	Сумма всех частиц крупнее 2 мм составляет > 50%
Гравелистый песок	Сумма всех частиц крупнее 2 мм составляет > 25%
Крупный песок	Сумма всех частиц крупнее 0,5 мм составляет > 50%
Песок средней крупности	Сумма всех частиц крупнее 0,25 мм составляет > 50%
Мелкий песок	Сумма всех частиц крупнее 0,1 мм составляет > 75%
Пылеватый песок	Сумма всех частиц крупнее 0,1 мм составляет < 75%

Таблица 2