2172

ОПРЕДЕЛЕНИЕСОСТАВА, ПОКАЗАТЕЛЕЙФИЗИЧЕСКИХСВОЙСТВ ИСОСТОЯНИЯГРУНТОВ

Омск 2010

Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Сибирская государственная автомобильно-дорожная

академия (СибАДИ)»

Кафедра инженерной геологии, оснований и фундаментов

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВА,

ПОКАЗАТЕЛЕЙ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

И СОСТОЯНИЯ ГРУНТОВ

Методические указания к лабораторной работе по инженерной геологии

Составители: В.А. Гриценко, А.К.Туякова, А.В. Гриценко

Омск

СибАДИ

2010

40

УДК 624.131 ББК 38.581

Рецензент канд. техн. наук, доц. Г. И. Надыкто

Работа одобрена научно-методическим советом специальностей 270205 «Автомобильные дороги и аэродромы» в качестве методических указаний.

Определение состава, показателей физических свойств и состояния грунтов: методические указания к лабораторной работе по инженерной геологии /сост.: В.А. Гриценко, А.К. Туякова, А.В. Гриценко. – Омск:СибАДИ, 2010. –

48 с.

Рассматриваются методы лабораторного определения гранулометрического состава грунтов и их физических характеристик.

Предназначены для использования студентами при выполнении лабораторной работы по инженерной геологии. Составлены в соответствии с действую-

щими стандартами, нормами проектирования и учебными программами. При описании лабораторных методов указано оборудование, которым ос-

нащена лаборатория кафедры «Инженерная геология, основания и фундаменты».

Табл. 24. Ил. 11. Библиогр.: 5 назв.

© ГОУ «СибАДИ», 2010

40

Введение

Целью выполнения лабораторной работы является получение студентами практических навыков по определению гранулометрического состава грунта и его физических свойств, включая обработку

опытных данных.

Порядок проведения и правила оформления лабораторной работы указаны в тексте методических указаний с приведением примеров расчетов и оформления результатов.

Выполнив лабораторную работу, студент должен её оформить и защитить, ответив на вопросы преподавателя по теме работы.

Перед выполнением лабораторной работы студенты обязаны пройти у ведущего занятия преподавателя инструктаж по технике безопасности.

Комплект оборудования указан для одной бригады (3 – 5 чел.).

403

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ГРУНТОВ

Гранулометрический (зерновой) состав грунта определяют по суммарному содержанию в нем частиц различной крупности, выраженных в процентах по отношению к массе сухой пробы грунта, взя-

той для анализа.

Определение гранулометрического состава грунта заключается в его разделении на фракции и установлении их процентного содержа-

ния.

В данных методических указаниях рассматриваются два способа определения гранулометрического состава: прямой – ситовой метод определения гранулометрического состава песчаных грунтов и косвенные – ареометрический метод, основанный на учете разных скоростей падения частиц различного диаметра в жидкой среде (закон Стокса) и полевой метод определения зернового состава глинистых

грунтов (метод Рутковского).

1.1. Определение гранулометрического (зернового) состава песчаных грунтов ситовым методом

Для песчаных грунтов в настоящее время основным методом является ситовой. Этот метод позволяет определять содержание в грунте фракций диаметром > 0,1 мм, не требует применения сложной аппаратуры, прост для использования и дает достаточно точные резуль-

таты.

Ситовой метод может быть использован для анализа чистых песков, песков с примесью гравия и гальки (гравелистых песков), а также

гравийно-песчаных грунтов [5]. Гранулометрический состав песчаных грунтов следует опреде-

лять методами, предусмотренными табл. 1.

Таблица 1

Методы определения гранулометрического состава песчаных грунтов (Извлечение из ГОСТ 12536-79 [2])

Целью лабораторной работы является определение разновидности песчаного грунта по его зерновому составу.

В учебной лабораторной работе гранулометрический состав определяется ситовым методом без промывки водой с использованием

набора сит диаметром отверстий от 10 до 0,1 мм.

По гранулометрическому составу крупнообломочные грунты и пески подразделяют согласно табл. 2 [1].

Таблица 2

Классификация несвязных грунтов (Извлечение из ГОСТ 25100-95, табл. Б.10)

Примечание. При наличии в крупнообломочных грунтах песчаного заполнителя более 40 % или глинистого заполнителя более 30 % от общей массы воз- душно-сухого грунта в наименовании крупнообломочного грунта добавляется наименование вида заполнителя и указывается характеристика его состояния. Вид заполнителя устанавливается после удаления из крупнообломочного грунта

частиц крупнее 2 мм.

Степень неоднородности гранулометрического состава Cu характеризуется показателем неоднородности гранулометрического состава и определяется по формуле Cu=d60/d10 , где d60, d10 – диаметры частиц, мм, меньше которых в грун-

те содержится соответственно 60 и 10 % (по массе) частиц.

По степени неоднородности гранулометрического состава Сu крупнообломочные грунты и пески подразделяют на: однородный грунт (Сu 3) и неодно-

родный грунт (Сu 3).

1.1.1.Необходимое оборудование (рис.1)

Набор стандартных сит (размеры отверстий 10; 5; 2; 1; 0,5;0,25;0,1, мм) с поддоном и крышкой (1); лоток для анализируемого грунта (2); чашка фарфоровая для взвешивания фракций (3); лабораторные весы с точностью взвешивания до 0,01 г (4); фарфоровая ступка и пестик с резиновым наконечником (5); кисточка для сметания частиц с сит; грунтовый нож с прямым лезвием; лист белой плот-

ной бумаги размером 25х25 см; сушильный шкаф.

5

40

Рис. 1. Оборудование, необходимое для определения гранулометрического состава ситовым методом

1.1.2. Выполнение работы

Перед началом выполнения работы образец грунта доводят до воздушно-сухого состояния. Комки грунта растирают резиновым пес-

тиком в фарфоровой ступке.

Среднюю пробу для анализа отбирают методом квартования. Для этого распределяют грунт тонким слоем по листу плотной бумаги, проводят ножом в продольном и поперечном направлениях борозды, разделяя поверхность грунта на квадраты, и отбирают понемногу

грунт из каждого квадрата.

Масса средней пробы должна составлять: для грунтов, не содержащих частиц размером более 2 мм, –100 г; для грунтов, содержащих до 10 % (по массе) частиц размером более 2 мм, – не менее 500 г; для грунтов, содержащих от 10 до 30 % частиц размером более 2 мм, – 1000 г; для грунтов, содержащих свыше 30 % частиц размером более

2 мм, – не менее 2000 г.

Отобранная проба взвешивается на весах с точностью до 0,01 г

1 .

Сита монтируются в колонку от поддона в порядке увеличения отверстий. На верхнее сито надевается крышка.

Взвешенную пробу грунта следует просеять сквозь набор сит с поддоном ручным способом путем неоднократного встряхивания. Полноту просеивания фракций грунта проверяют встряхиванием каждого сита над листом белой бумаги. Если при этом на лист выпадают частицы, то их высыпают на следующее сито; просев продолжают до тех пор, пока на бумагу перестанут выпадать частицы.

6

40

Фракции грунта, задержавшиеся после просеивания на каждом сите и прошедшие в поддон, следует перенести в заранее взвешенные фарфоровые чашечки и взвесить. Каждая чашечка с грунтом взвешивается на весах с точностью до 0,01 г. Допустимо использование одной и той же фарфоровой чашечки при последовательном взвешива-

нии фракции.

1.1.3. Запись, обработка и оформление результатов испытаний

Результаты взвешивания каждой фракции mi ,г и их сумма mi ,г

где mci – масса i-й фракции с чашечкой, г; m0 – масса чашечки, г.

Для контроля качества проведенного анализа, путем сравнения суммы масс всех фракций mi , г, с массой, взятой для анализа m, не-

обходимо рассчитать процент потерь = 100 m mi /m. Если полученный результат >1 %, то анализ следует повторить.

Потерю грунта ( 1%) при просеивании m mi разносят по всем фракциям mi ,г, пропорционально их массе mi и записывают в табл.3

(строка 2):

Масса каждой фракции грунта qi ,г (строка 3, табл.3) с учетом добавки на потери mi ,г, вычисляют по формуле

Процентное содержание каждой фракций qi (%) (строка 4,табл.3) вычисляется по формуле

7

40

Таблица 3

Журнал лабораторного определения гранулометрического состава грунта (ситовой метод без промывки водой)

В заключение работы, используя данные, полученные в последней строке табл. 3, определяют разновидность грунта по табл. 2.

1.1.4. Графическое отображение результатов гранулометрического анализа

Кроме таблиц для наглядного отражения результатов гранулометрического анализа используют графическое представление. Наиболее употребительными способами графического отображения гранулометрического состава являются интегральные кривые гранулометрического состава, диаграммы – треугольники, цикло-

граммы и гистограммы.

Интегральные кривые строят в прямоугольной системе координат в простом или полулогарифмическом масштабе. По оси абсцисс откладывают диаметр частиц в миллиметрах или логарифм этих величин (точнее, размеры, пропорциональные логарифмам), по оси ор-

динат – процентное содержание фракций (рис. 2).

Для построения интегральной кривой результаты анализов пересчитывают по совокупности фракций. Начиная с самой мелкой фракции, проценты суммируют до 100. Каждая из промежуточных цифр полученного ряда будет показывать суммарное процентное содержа-

ние в породе фракций меньше определенного диаметра. Выполнив пересчет, приступают к построению кривой. Для этого

на оси абсцисс находят диаметры частиц, начиная с самых мелких, а на соответствующих ординатах точками отмечают процентное содержание фракций меньше определенного диаметра. Затем все точки соединяют плавной кривой, изображающей состав породы (см.рис. 2).

Кривые, построенные в полулогарифмическом масштабе, получаются менее растянутыми, чем кривые, построенные в простом масштабе, они более удобны и наглядны. Характер кривых показывает

8

40

степень однородности состава грунта. Если кривая крутая, то грунт однородный по составу, если пологая – то неоднородный.

Рис. 2. Пример интегральной кривой гранулометрического состава грунта в полулогарифмическом масштабе

1.2. Полевой метод гранулометрического анализа (метод Рутковского)

Полевой метод Рутковского позволяет выделить три основные группы фракций: песчаную (размер частиц 2 – 0,05 мм), пылеватую (размер частиц 0,05 – 0,005 мм) и глинистую (размер частиц < 0,005 мм), без тщательного определения размеров частиц внутри каждой

группы.

Данный метод является приближенным и наиболее прост в полевых исследованиях.

Определение содержания глинистых частиц d<0,005 мм в грунте основано на их способности набухать в воде. Содержание песчаных частиц диаметром от 0,5 до 0,05 мм определяется методом отмучивания, основанным на учете различной скорости падения частиц разной крупности в воде.

Песчаные частицы как более крупные (2–0,05 мм) выпадают в осадок раньше глинистых, что дает возможность выделить их. Определение процентного содержания песчаных частиц необходимо для установления полной разновидности глинистого грунта. Классификация грунта по содержанию глинистых и песчаных

частиц приведена в табл. 4.

9

40