2172

Вычисление содержания масс фракций в грунте(0,05; 0,01; 0,005)

мм

Вычисления ведут в табличной форме (табл.10).

Таблица 10

Журнал определения масс фракций грунта > (0,05; 0,01;0,005) мм

Содержание фракции 0,1–0,05 мм

q10 100 qс q4 q5 q6 q7 =________% (11)

Содержание фракции 0,05–0,01 мм q11 q7 q8 =______________________% (12)

Содержание фракции 0,01–0,005 мм q12 q8 q9=______________________% (13)

Результаты определения гранулометрического состава грунта вносятся в табл. 11.

Результаты определения содержания фракций крупнее 1,0 мм в табл. 11 переносятся из табл. 6.

Таблица 11

Результаты гранулометрического анализа

20

40

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГРУНТОВ

Физические свойства дисперсных грунтов оцениваются целым рядом показателей, которые называются физическими характеристиками грунта. Некоторые (основные характеристики) являются независимыми. Их значения устанавливаются только в лаборатории или в полевых условиях. Другие (производные характеристики) вычисля-

ются по формулам через значения, полученные опытным путем. Число основных характеристик соответствует фазности грунта. Так, для грунтов трехфазных (состоящих из минеральных частиц, воды в жидком состоянии и воздуха) число независимых (основных) характеристик равно трем. К ним относятся: плотность грунта, плотность частиц грунта и его влажность в естественном состоянии. У грунтов двухфазных (насыщенных водой) независимых характери-

стик две: плотность частиц грунта и влажность.

К производным показателям физических свойств грунтов, определяемым через основные, относятся: коэффициент пористости, коэффициент водонасыщения, плотность сухого грунта, удельный вес грунта, удельный вес частиц грунта, удельный вес во взвешенном со-

стоянии и некоторые другие показатели. Физические характеристики грунтов используются на практике

при проектировании и строительстве фундаментов зданий и инженерных сооружений.

Так, знание удельного веса грунта необходимо для определения напряжений от собственного веса грунта (природного давления) при расчетах осадок оснований, для определения давления грунтов на ограждающие конструкции. Он используется также в расчетах устойчивости оснований и грунтовых откосов, в определении прочности

оснований по теоретическим и эмпирическим формулам и т.п. Естественная влажность грунта непосредственно используется

при оценке способности грунтов к уплотнению в насыпях, при оценке состояния глинистых грунтов, от которой зависят их прочностные свойства грунта.

Значения коэффициента пористости применяются при оценке плотности сложения песчаных грунтов, при определении расчетных сопротивлений грунтов сжатию по таблицам норм проектирования искусственных сооружений на автомобильных дорогах, при оценке просадочных свойств грунтов и в других случаях. Эта характеристика

входит во многие расчетные выражения механики грунтов.

21

40

Коэффициент водонасыщения служит для оценки степени заполнения пор водой и определения его фазности. Он используется при выборе методов искусственного уплотнения грунтов, оценке их

просадочности и т.п.

Плотность сухого грунта является основным показателем, по значению которого оценивается качество возведения различных сооружений из грунта (насыпи, дамбы, искусственные основания и т.п.).

Существует определенная связь между перечисленными выше физическими характеристиками и механическими характеристиками грунта, такими как: модуль деформации, угол внутреннего трения и сцепления. Определив значения физических показателей грунта, можно по таблицам норм установить приближенные значения его меха-

нических характеристик.

2.1. Определение плотности грунта методом парафинирования

Плотностью грунта называется отношение массы образца грунта к его полному объему:

где m1 – масса твердых частиц (скелета) грунта; m2 – масса воды; V – объем образца грунта.

Плотность измеряется в г/см3 или т/м3.

Значение этой характеристики грунтов естественного сложения, не содержащих органических примесей, колеблется в больших преде-

лах от 1,4 до 2,2 г/см3.

Для определения плотности грунта лабораторным путем используется два основных метода: метод режущего кольца и метод парафи-

нирования.

Первый метод применяется для любых, второй – только для глинистых грунтов. Определение плотности включает две операции: оп-

ределение массы образца и определение его объема.

2.1.1. Необходимое оборудование и материалы (рис.5)

Технические весы с точностью взвешивания до 0,01 г (1); петля из тонкой прочной нити (2);сосуд с водой (3); ёмкость для разогрева-

ния парафина (4); нож (5); парафин.

22

40

Рис. 5. Оборудование, необходимое для определения плотности грунта методом парафинирования

2.1.2. Выполнение работы

Вырезают образец грунта объемом не менее 50 см3 и придают ему округлую форму, срезая острые выступающие части.

Образец взвешивается на технических весах с точностью до 0,01 г и парафинируется погружением на 2–3 с в нагретый до температуры 57–60 °С парафин.

При этом пузырьки воздуха, обнаруженные в застывшей парафиновой оболочке, удаляют. Эту операцию повторяют до образования плотной парафиновой пленки толщиной 0,5–1,0 мм.

Охлажденный парафинированный образец взвешивают (рис.6).

Рис.6. Схема взвешивания парафинированного образца в воде:

1 – образец в парафиновой оболочке; 2 – вода; 3 – емкость; 4 – подвеска (прочная нить);

5 – стол с прорезью; 6 – подставка с прорезью; 7 – весы лабораторные; 8 – гири технические

Над одной из чашек технических весов устанавливается подставка, а на нее сосуд с водой так, чтобы исключить ее касание к чаше весов (или снимают подвес с чашей с «серьги», уравновесив весы дополнительным грузом).

23

40

На образец надевается петля из тонкой прочной нити со свободным концом длиной 15–20 см, конец которой надевается на «серьгу» коромысла весов. Нить должна обеспечить полное погружение образца в воду в процессе взвешивания, при этом образец не должен касаться дна и стенок сосуда.

Взвешенный образец вынимают из воды, промокают фильтровальной бумагой и взвешивают для проверки герметичности оболочки. Если масса образца увеличилась более чем на 0,02 г по сравнению с первоначальным значением, образец следует забраковать и повто-

рить испытание с другим образцом.

2.1.3. Обработка результатов и определение плотности

Результаты взвешиваний и вычислений заносят в журнал (табл.12). При обработке результатов испытаний плотность вычисляют с точностью до 0,01 г/см3.

Таблица 12

ЖУРНАЛ определения плотности грунта методом взвешивания в воде

парафинированных образцов

Плотность грунта , г/см3, вычисляют по формуле

где т – масса образца грунта до парафинирования, г (см. табл.12); m1 – масса парафинированного образца грунта, г (см. табл.12); m2 – масса парафинированного образца грунта в воде, г (см.

табл.12);

p – плотность парафина – 0,900 г/см3;

w – плотность воды, при температуре воды во время испытаний, г/см3, принимается в соответствии с табл. 13 3 .

Таблица 13

24

40

Плотность воды при различных температурах

2.2.Определение плотности грунта методом режущего кольца

2.2.1.Необходимое оборудование и материалы (рис.7)

Рис. 7. Оборудование для определения плотности грунта режущим кольцом

Монолит грунта (1); технические весы с точностью взвешивания до 0,01 г; кольцо-пробоотборник (2); пластинки; консистентная смаз-

ка (вазелин); нож (3); винтовой пресс (насадка); лопатка.

2.2.2. Выполнение работы

Согласно требованиям табл. 14 выбираем режущее кольцопробоотборник.

Таблица 14

Определение размера кольца-пробоотборника

Кольца нумеруют, измеряют внутренний диаметр d и высоту h с погрешностью не более 0,1 мм и взвешивают. По результатам изме-

рений вычисляют объем кольца с точностью до 0,1 см3:

25

40

Пластинки с гладкой поверхностью (из стекла, металла и т. д.) нумеруют и взвешивают.

Кольцо-пробоотборник смазывают с внутренней стороны тонким слоем вазелина или консистентной смазки.

Верхнюю зачищенную плоскость образца грунта выравнивают, срезая излишки грунта ножом, устанавливают на ней режущий край кольца и винтовым прессом или вручную через насадку слегка вдавливают кольцо в грунт, фиксируя границу образца для испытаний. Затем грунт снаружи кольца обрезают на глубину 5 – 10 мм ниже режущего края кольца, формируя столбик диаметром на 1 – 2 мм боль-

ше наружного диаметра кольца. Периодически, по мере срезания грунта, легким нажимом пресса или насадки насаживают кольцо на столбик грунта, не допуская перекосов. После заполнения кольца грунт подрезают на 8 – 10 мм ниже режущего края кольца и отделяют его.

Грунт, выступающий за края кольца, срезают ножом, зачищают поверхность грунта вровень с краями кольца и закрывают торцы пла-

стинками.

При пластичном или сыпучем грунте кольцо плавно, без перекосов вдавливают в него и удаляют грунт вокруг кольца. Затем зачищают поверхность грунта, накрывают кольцо пластинкой и подхваты-

вают его снизу плоской лопаткой. Кольцо с грунтом и пластинками взвешивают.

2.2.3. Обработка результатов и определение плотности

Результаты взвешиваний и вычислений заносят в журнал

(табл.15).

При обработке результатов испытаний плотность вычисляют с точностью до 0,01 г/см3.

где m1 – масса грунта с кольцом и пластинками, г; т0 – масса кольца, г;

m2 – масса пластинок, г;

V – внутренний объем кольца, см3.

26

40

Таблица 15

ЖУРНАЛ определения плотности грунта методом режущего кольца

2.3. Определение плотности частиц грунта пикнометрическим методом

Плотностью твердых частиц грунта s называется отношение массы твердых частиц (скелета грунта) к объему этих частиц:

где m1 – масса твердых частиц в образце грунта; V1 – объем твердых частиц.

Плотность частиц измеряется в г/см3 или т/м3. Она является довольно постоянной характеристикой грунтов данного вида. Осред-

ненные значения s различных грунтов приведены в табл. 16.

27

40

2.3.1. Необходимое оборудование (рис.8)

Рис. 8. Оборудование для определения плотности частиц грунта пикнометрическим

методом

Пикнометр емкостью не менее 100 см3 (1); лабораторный стакан (2); фарфоровая ступка с резиновым пестиком (3); воронка (4); промывала (5); бюкс или фарфоровая чашечка (6); сито с отверстиями 2 мм (7); технические весы с точностью взвешивания до 0,01 г (8); пес-

чаная баня; термостат; термометр; фильтровальная бумага.

2.3.2. Выполнение работы

Подготовка к испытаниям

Образец грунта в воздушно-сухом состоянии размельчают в фарфоровой ступке, отбирают методом квартования среднюю пробу массой 100 – 200 г и просеивают сквозь сито с сеткой № 2, остаток на си-

те растирают в ступке и просеивают сквозь то же сито.

Из перемешанной средней пробы берут навеску грунта из расчета 15 г на каждые 100 мл емкости пикнометра и высушивают до постоянной массы. Допускается использовать грунт в воздушно-сухом со-

стоянии, определив его гигроскопическую влажность. Дистиллированную воду следует прокипятить в течение 1 ч и

хранить в закупоренной бутыли.

Проведение испытаний

Пикнометр, наполненный на 1/3 дистиллированной водой, взвешивают. Затем через воронку всыпают в него высушенную пробу

грунта и снова взвешивают.

Пикнометр с водой и грунтом взбалтывают и ставят кипятить на песчаную баню. Продолжительность спокойного кипячения (с момен-

28

40

та начала кипения) должна составлять: для песков и супесей – 0,5 ч, для суглинков и глин – 1 ч.

После кипячения пикнометр следует охладить и долить дистиллированной водой до мерной риски на горлышке.

Пикнометр охлаждают до комнатной температуры в ванне с водой. Температуру пикнометра определяют по температуре воды в

ванне, измеряемой с точностью до ± 0,5°С термометром. После охлаждения пикнометра следует поправить положение ме-

ниска воды в нем, добавляя из капельницы дистиллированную воду. В пикнометре с мерной риской низ мениска должен совпадать с

ней.

Возможные капли воды выше риски удаляют фильтровальной бумагой.

Пикнометр вытирают снаружи и взвешивают.

Далее выливают содержимое пикнометра, ополаскивают его, наливают в него дистиллированную воду и выдерживают в ванне с водой при той же температуре. Затем пикнометр с дистиллированной

водой взвешивают.

2.3.3. Обработка результатов и определение плотности

Результаты взвешиваний и вычислений заносят в журнал

(табл.17).

При обработке результатов испытаний плотность частиц грунта вычисляют с точностью до 0,01 г/см3.

Таблица 17

ЖУРНАЛ определения плотности частиц грунта пикнометрическим методом