536

ОЦЕНКА СТЕПЕНИ УПЛОТНЕНИЯ ЗЕМЛЯНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Методические указания к лабораторной работе

по дисциплине «Механика грунтов»

Омск - 2013

Издательство СибАДИ

Министерство образования и науки РФ ФБГОУ ВПО «Сибирская государственная автомобильно-дорожная

академия (СибАДИ)» Кафедра «Инженерная геология, основания и фундаменты»

ОЦЕНКА СТЕПЕНИ УПЛОТНЕНИЯ ЗЕМЛЯНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Методические указания к лабораторной работе по дисциплине «Механика грунтов»

Составители: А.С. Ловинецкий, В.Н. Шестаков, И.В. Шестаков

Омск Издательство СибАДИ

2013

УДК 624.131 ББК 38.581

Рецензент доктор техн. наук, проф. В.В. Сиротюк

Работа одобрена научно-методическим советов направления 270800 «Строительство» факультета «Автомобильные дороги и мосты» в качестве методических указаний.

Оценка степени уплотнения земляных сооружений: Методические ука-

зания к лабораторной работе по дисциплине «Механика грунтов» / сост.: А.С. Ловинецкий, В.Н. Шестаков, И.В. Шестаков. – Омск: СибАДИ, 2013. – 20 с.

Приведены методические указания по определению максимальной плотности сухого грунта и оптимальной влажности грунта методом стандартного уплотнения, плотности сухого грунта с помощью плотномера - влагомера системы инж. Н.П. Ковалева и методом замещения объема. Рассмотрена методика оценки степени уплотнения земляных сооружений.

Методические указания предназначены для выполнения лабораторной работы по дисциплине «Механика грунтов» студентами, обучающимися по специальностям и направлениям «Строительство» для всех форм обучения.

Табл. 2 . Ил. 4. Библиогр.: 7 назв.

ФГБОУ ВПО СибАДИ, 2013

Содержание

Введение………….………………………………………...………...……4

1.Определение максимальной плотности сухого грунта

иего оптимальной влажности ..…………………………………………….6

1.1.Необходимое оборудование и инструменты.........………………6

1.2.Проведение испытаний...............………………………………….6

2.Определение плотности сухого грунта различными способами……………………………………………………………...9

a. . Определение плотности сухого грунта с помощью плотномера - влагомера системы инж. Н.П. Ковалёва…………..……..10

2.1.1.Необходимое оборудование и инструменты…....10

2.1.2.Проведение испытаний……………….…………..10

2.1.2.1.Определение плотности грунта……….….10

2.1.2.2.Определение плотности сухого грунта…..12

2.2. Определение плотности сухого грунта способом заме-

дорог…..……………………………………………………………………….17

Приложение 2. Значения Kcom для земляных сооружений…………...17 Приложение 3. Варианты параметров, определяющих Kcom

(для АДМ)……………………………………………………………………..18

Приложение 4. Варианты параметров, определяющих Kcom

(для ИСИ)………………………………...……………………………………19

Приложение 5. Влажность Wi и плотность сухого грунта di

для построения “линии нулевых пор содержания воздуха”……………….20

Введение

Цель – закрепление теоретических положений с получением практических навыков оценки степени уплотнения земляных сооружений: определение максимальной плотности сухого грунта и его оптимальной влажности, определение плотности сухого грунта различными способами, составление заключения по результатам оценки степени уплотнения земляного сооружения.

Уплотнение грунтов является эффективным способом повышения прочности и устойчивости земляных сооружений.

Степень уплотнения земляного сооружения оценивается величиной коэффициента уплотнения и должна обеспечивать условие

где Ks – коэффициент уплотнения грунта земляного сооружения; Kcom – наименьший коэффициент уплотнения грунта, регламен-

тируемый СНиП 2.05.02-85 [1] (прил. 1) для земляного полотна автомобильных дорог и СНиП 3.02.01-87 [2] (прил.2) для земляных сооружений промышленного и гражданского строительства.

Коэффициент уплотнения грунта Ks – отношение плотности сухого грунта земляного сооружения d к максимальной плотности того же сухого грунта d max при стандартном уплотнении по

ГОСТ 22733-02 [3]:

Плотность грунта – отношение массы грунта, включая массу воды в его порах, к занимаемому этим грунтом объему.

Плотность сухого грунта d – отношение массы сухого грунта, исключая массу воды в его порах, к занимаемому грунтом объему, включая имеющиеся в этом грунте поры.

Плотность сухого глинистого грунта земляного сооружения в талом состоянии определяется с помощью плотномера - влагомера Ковалёва [6], а в мерзлом – способом замещения объема [7].

Влажность, при которой достигается максимальная плотность сухого грунта d max , уплотненного стандартной нагрузкой, является его оптимальной влажностью Wopt . Оптимальную влажность Wopt

определяют при стандартном уплотнении по ГОСТ 22733-02 [4].

Теоретическое определение значений максимальной плотностиd max и оптимальной влажности Wopt выполняется по формулам:

в которых обозначено (табл.1):

s – плотность твердых частиц определенной разновидности грунта, г/см3;– объем защемленного воздуха в порах грунта при его оп-

тимальной влажности (в долях единицы);– коэффициент пропорциональности, зависящий от разновидности грунта;

WL – граница текучести грунта, %.

Таблица 1

Значение параметров грунтов для расчета максимальной плотности dmax иоптимальнойвлажностиWopt поформулам(3)и(4).

Вданной лабораторной работе необходимо определить:

максимальную плотность сухого глинистого грунта dmax с помощью устройства для стандартного уплотнения;

плотность сухого глинистого грунта земляного сооружения d с помощью плотномера - влагомера Ковалёва.

На основе этих данных студент определяет коэффициент уплотнения грунта земляного сооружения Ks и делает оценку его достаточности в зависимости от параметров, определяющих Kcom. Варианты параметров Kcom задаются преподавателем (по прил.3 для студентов АДМ и прил.4 для студентов ИСИ).

1.ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ СУХОГО ГРУНТА И ЕГО ОПТИМАЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ

Испытание производят с помощью устройства для стандартного уплотнения грунтов (рис.1) путем послойного трамбования грунта ударами грузом массой 2,5 кг, падающим с высоты 300 мм. При этом общее число ударов должно составить 120 (по 40 ударов на каждый слой).

1.1.Необходимое оборудование и инструменты

Устройство для стандартного уплотнения, емкость для перемешивания грунта, шпатель, грунтовый нож, штыковка, весы, мерный сосуд, бюксы, сушильный шкаф, керосин.

Рис.1. Принципиальная схема устройства для стандартного уплотнения грунта падающим с постоянной высотой грузом:

1 – поддон; 2 – разъемная форма; 3 – зажимное кольцо; 4 – насадка; 5 – нако-

вальня; 6 – груз массой 2,5 кг; 7 – направляющая штанга; 8 – ограничительное кольцо; 9 – зажимные винты; 10 – образец грунта.

1.2. Проведение испытаний

Грунт в воздушно-сухом состоянии измельчается в фарфоровой ступке и просеивается через сито с отверстиями 5 мм для получения пробы массой m 2500 г.

Определяется гигроскопическая влажность грунта Wг [4]. В лабораторной работе гигроскопическая влажность используемого суглинка принимается равной Wг = 2 %.

Образец увлажняется до получения начальной влажности Wн, принимаемой для суглинистого грунта равной 8 %. Количество воды

для увлажнения грунта определяется по формуле

После увлажнения грунт тщательно перемешивается до равномерного распределения влаги в образце.

Разъёмный цилиндр вместе с подставкой взвешивается.

Перед началом опыта цилиндр изнутри смазывается керосином. На цилиндр надевается направляющая цилиндрическая насадка, после чего грунт засыпается на всю высоту цилиндра и направляющей насадки и укладывается при помощи штыкования 20 раз. Затем грунт досыпается в направляющую насадку и уплотняется 40 ударами

грузом, сбрасываемым с высоты 300 мм.

После окончания уплотнения направляющая цилиндрическая насадка снимается и выступающий грунт срезается ножом заподлицо с верхней кромкой разъемного цилиндра.

Разъёмный цилиндр с подставкой и уплотнённым грунтом взвешивается с точностью до 0,1 г.

Плотность грунта в цилиндре вычисляется по формуле

где mгi– масса разъёмного цилиндра с подставкой и грунтом, определенная в i-м опыте, г; m0– масса пустого цилиндра с подставкой, г; V – объем цилиндра, см3.

Плотность сухого грунта рассчитывается по формуле

где Wi – влажность грунта в i-м опыте.

Результаты взвешивания и расчетов записываются в журнал испытаний (табл.2).

Разъёмный цилиндр разбирается. Согласно ГОСТ 22733-02 [3] из грунта в бюксы отбираются пробы для определения его влажности. В учебной лабораторной работе влажность грунта в каждом опыте разрешается определять расчетом по формуле где i– номер опыта;W – приращение влажности в каждом опыте, % ( W 2 %). Следует иметь в виду, что при этом не учитываются потери влаги при перемешивании и уплотнении грунта.

Таблица 2

Журнал испытаний

где Wi 1 – влажность, которую грунт имеет до увлажнения, %; Wi – влажность, которую необходимо получить после увлажнения, %.

Грунт тщательно перемешивается и опыт повторяется. При каждом повторном уплотнении грунт доувлажняется на 2 %.

Испытания проводят до тех пор, пока плотность сухого грунта при увеличении его влажности не станет уменьшаться. После этого проводится ещё одно испытание, чтобы убедиться, что снижение плотности сухого грунта действительно произошло, а не вызвано ошибкой в измерениях.

1.3. Обработка результатов

По полученным расчётом значений плотности сухого грунта di (последняя графа журнала испытаний) строится график зависимости

плотности сухого грунта от влажности, аналогичной изображенному на рис.2.

По рис.2 определяется плотность сухого грунта d max и его оптимальная влажность Wopt.

d,

Для контроля правильности построения графика строится расчетная линия нулевого содержания воздуха в грунте, соответствующая плотности грунта при полном насыщении его пор водой. Значения плотности сухого грунта di и влажности Wi для построения линии нулевого содержания воздуха принимаются по прил.5 в зависимости от разновидности грунта. При правильном определении зависимости плотности сухого грунта от его влажности линия нулевых пор должна располагаться справа от этой зависимости и примерно параллельно нисходящей части.

2.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ СУХОГО ГРУНТА РАЗЛИЧНЫМИ СПОСОБАМИ

Сущность метода определения плотности сухого грунта d состоит в определении отношения массы твердых частиц m к объему грунта V: