2172

Плотность частиц грунта s, г/см3, вычисляют по формуле

сухого грунта, г;

m1 – масса пикнометра с водой и грунтом после кипячения при температуре испытания, г;

m2 – масса пикнометра с водой при той же температуре, г;w – плотность воды при той же температуре, г/см3

(табл.13, п.2.1.3).

В случае использования грунта в воздушно-сухом состоянии т0 вычисляют по формуле

где т – масса пробы воздушно-сухого грунта, г; wг – гигроскопическая влажность грунта, %.

2.4. Определение влажности грунта методом высушивания до постоянной массы

Влажность грунта следует определять как отношение массы воды, удаленной из грунта высушиванием до постоянной массы, к массе

высушенного грунта

где m2 – масса воды; m1 – масса твердых частиц в пробе грунта. Влажность измеряется в долях единицы или процентах.

В последнем случае она вычисляется как

2.4.1. Необходимое оборудование

Технические весы с точностью взвешивания до 0,01 г; сушильный шкаф; бюксы с крышками; эксикатор.

2.4.2. Выполнение работы

На технических весах взвешивается бюкс с крышкой. Погрешность измерения массы (взвешивания) не должна превы-

шать при массе от 10 до 1000 г – 0,02 г.

30

40

Пробу грунта для определения влажности отбирают массой 15 – 50 г, помещают в заранее высушенный, взвешенный и пронумерован-

ный бюкс и плотно закрывают крышкой.

Бюкс с пробой взвешивается и с открытой крышкой (крышка переносится вниз и на нее ставится бюкс) помещается в сушильный шкаф (термостат), где грунт высушивается при температуре (105 2)

°С до постоянной массы 3 .

Песчаные грунты высушивают в течение 3 ч, а остальные – в течение 5 ч.

Последующие высушивания песчаных грунтов производят в течение 1 ч, остальных – в течение 2 ч.

После каждого высушивания грунт в стаканчике охлаждают в эксикаторе с хлористым кальцием, поглощающем пары воды, до

температуры помещения и взвешивают. Высушивание производят до получения разности масс грунта со

стаканчиком при двух последующих взвешиваниях не более 0,02 г. Если при повторном взвешивании грунта, содержащего органи-

ческие вещества, наблюдается увеличение массы, то за результат взвешивания принимают наименьшую массу 3 .

2.4.3. Запись результатов и определение влажности

Результаты взвешиваний и вычислений заносят в журнал (табл.18). При обработке результатов испытаний влажность до 30 % вычисляют с точностью до 0,1%, влажность 30 % и выше – с точностью до 1 % [3].

Таблица 18

ЖУРНАЛ определения влажности грунта

пустого бюкса с крышкой, г;

m1 – масса влажного грунта с бюксом и крышкой, г;

31

40

m0 – масса высушенного грунта с бюксом и крышкой, г.

Допускается выражать влажность грунта в долях единицы.

2.5. Вычисление коэффициента пористости

Коэффициентом пористости е называется отношение объема пор к объему твердых частиц в образце грунта.

где V3 – объем пор; V1 – объем твердых частиц. Коэффициент пористости измеряется в долях единицы. Для вы-

числения е используются значения основных характеристик , s и W, определенные в предыдущих работах.

Коэффициент пористости вычисляют по формуле

где s – плотность частиц грунта, г/см3 (п. 2.3);– плотность грунта, г/см3 (п. 2.1, 2.2);

W – влажность грунта (п. 2.4) в долях единицы.

В зависимости от коэффициента пористости е разновидность песков по степени плотности устанавливается согласно табл. 19.

Таблица 19

Классификация песков по коэффициенту пористости е (извлечение из ГОСТ 25100-95 [2])

2.6. Вычисление коэффициента водонасыщения

Коэффициентом водонасыщения Sr называется отношение объема воды, находящейся в порах, к объему пор 1 :

где V2 – объем воды в порах; V3 – объем пор.

32

40

По коэффициенту водонасыщения Sr крупнообломочные грунты и пески классифицируют согласно табл. 20.

Таблица 20

Классификация песков по коэффициенту водонасыщения Sr (извлечение из ГОСТ 25100-95 [2])

Определяется коэффициент водонасыщения Sr по формуле

где W – природная влажность грунта, д. е. (п.2.4); е – коэффициент пористости (п.2.5);

s – плотность частиц грунта, г/см3;(п.2.3);w – плотность воды, принимаемая равной 1 г/см3.

2.7. Вычисление плотности сухого грунта

Плотностью сухого грунта называется отношение массы твердых частиц к объему образца грунта:

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

Плотность сухого грунта измеряется в г/см3 или т/м3 и определяется по формуле

где – плотность грунта, г/см3 (п.2.1,2.2); W – влажность грунта, д. е.(п.2.4).

2.8. Вычисление удельного веса грунта

Удельным весом грунта называется вес единицы объема грунта.

Удельный вес грунта вычисляется через его плотность:

33

40

где – плотность грунта (п. 2.1), т/м3;

g – ускорение свободного падения, принимаемое равным 9,81 м/с2. Удельный вес грунта измеряется в кН/м3.

2.9. Вычисление удельного веса частиц грунта

Удельный вес частиц грунта s вычисляется через плотность частиц

s g s (31)

где s – плотность частиц грунта (п. 2.3), т/м3;

g – ускорение свободного падения, принимаемое равным 9,81 м/с2.

2.10. Вычисление удельного веса грунта во взвешенном состоянии

Необходимость в этой характеристике возникает при определении давления водопроницаемых грунтов, расположенных ниже гори-

зонта грунтовых вод, с учетом взвешивающего действия воды. Удельный вес грунта во взвешенном состоянии в вычисляется по

формуле

где s – удельный вес частиц грунта (п.2.8); w – удельный вес воды, принимаемый равным 9,81 кН/м3; е – коэффициент пористости (п.

2.5).

2.11. Вычисление плотности двухфазных водонасыщенных грунтов

Для двухфазных грунтов, у которых коэффициент водонасыщения Sr=1, например, водопроницаемых грунтов, залегающих ниже уровня грунтовых вод, плотность, помимо ее непосредственного определения, рассмотренного в п. 2.1, 2.2, может быть вычислена через

плотность частиц s и его влажность W:

где W – влажность грунта, д. е.(п.2.4);s – плотность частиц грунта, г/см3 (п.2.3);

w – плотность воды, принимаемая равной 1 г/см3.

2.12. Вычисление коэффициента пористости двухфазных

34

40

водонасыщенных грунтов

Для таких грунтов коэффициент пористости е, помимо вычисления по общей формуле в п. 2.4, может быть вычислен с использованием только двух основных характеристик грунта – плотности частиц

грунта s и его влажности W:

e W s w , (34)

где W – влажность грунта, д. е.(п.2.4);s – плотность частиц грунта, г/см3 (п.2.3);

w – плотность воды, принимаемая равной 1 г/см3.

2.13. Вычисление влажности грунта, соответствующей его полному водонасыщению

В ряде случаев необходимо знать влажность грунта при полном заполнении его пор водой, например, при подъеме уровня грунтовых вод, а также для корректировки влажности образцов грунта, когда при извлечении их ниже уровня грунтовых вод из скважин возникают по-

тери влаги.

Влажность в долях единицы при полном заполнении пор грунта водой Wп вычисляется по выражению

Wп e w s , (35)

где е – коэффициент пористости (п.2.5);

w – плотность воды, принимаемая равной 1 г/см3.s – плотность частиц грунта, г/см3 (п.2.3).

3. ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ

Состояние глинистых грунтов характеризует их способность сопротивляться пластичному изменению формы и зависит от их влажности. В зависимости от влажности (по мере ее возрастания) глинистый грунт по состоянию может находиться в трех основных состоя-

ниях: твердом, пластичном и текучем.

Состояние глинистого грунта определяется по трем показателям: естественной влажности грунта W (п.2.4),влажности на границе текучести WL и влажности на границе раскатывания WP. От состояния глинистого грунта в значительной степени зависят его прочность и сжимаемость. Эта зависимость используется нормами проектирования оснований и фундаментов зданий и инженерных сооружений при

35

40

назначении прочностных характеристик грунтов (расчетных сопротивлений грунтов сжатию и сдвигу и др.) 4 .

По значению числа пластичности, определяемому по разности WL и WP, устанавливается разновидность глинистого грунта.

Для определения WL и WP берется тот же образец грунта, для которого определялся гранулометрический состав полевым методом (п.

1.2) и характеристики (п.п. 2.1,2.2), s (п. 2.3) и W (п. 2.4).

3.1. Определение границы текучести

Граница текучести WL – влажность грунта, при которой грунт находится на границе пластичного и текучего состояний.

Эта характеристика определяется с помощью балансирного конуса массой 76 г и углом при вершине /6 (300).

3.1.1. Необходимое оборудование и материалы (рис.9)

Рис. 9. Оборудование для определения влажности на границе текучести

Бюксы; сито № 1 (1); металлический тигель (2); технические весы c точностью взвешивания 0,01 г (3); шпатель (4); фарфоровая чаш-

ка (5); сушильный шкаф; балансирный конус (6); вазелин.

3.1.2. Выполнение работы

Образец грунта природной влажности разминают шпателем в фарфоровой чашке или нарезают ножом в виде тонкой стружки (с добавкой дистиллированной воды, если это требуется), удалив из него растительные остатки крупнее 1 мм, отбирают из размельченного грунта пробу массой около 300 г и протирают сквозь сито с сеткой

№ 1 3 .

Пробу выдерживают в закрытом стеклянном сосуде не менее 2 ч.

36

40

Образец грунта в воздушно-сухом состоянии растирают в фарфоровой ступке, не допуская дробления частиц грунта и одновременно

удаляя из него растительные остатки крупнее 1 мм, просеивают сквозь сито с сеткой № 1, увлажняют дистиллированной водой до состояния густой пасты, перемешивая шпателем, и выдерживают в закрытом стеклянном сосуде (эксикатор).

Добавлять сухой грунт в грунтовую пасту не допускается. Чашка с грунтом выдерживается не менее двух часов.

Подготовленную грунтовую пасту тщательно перемешивают шпателем и небольшими порциями плотно (без воздушных полостей) укладывают в металлический тигель. Поверхность пасты заглаживают

шпателем вровень с краями тигеля.

Балансирный конус, смазанный тонким слоем вазелина, подводят к поверхности грунтовой пасты так, чтобы его острие касалось пасты. Затем плавно отпускают конус, позволяя ему погружаться в пасту под

действием собственного веса.

Погружение конуса в пасту в течение 5 с на глубину 10 мм показывает, что грунт имеет влажность, соответствующую границе теку-

чести.

При погружении конуса в течение 5 с на глубину менее 10 мм грунтовую пасту извлекают из чашки, присоединяют к оставшейся пасте, добавляют немного дистиллированной воды, тщательно пере-

мешивают ее и повторяют операции.

При погружении конуса за 5 с на глубину более 10 мм грунтовую пасту из чашки перекладывают в фарфоровую чашку, слегка подсушивают на воздухе, непрерывно перемешивая шпателем, и повторяют

операции.

По достижении границы текучести из тигеля в бюкс берется проба массой 15–20 г. Бюкс ставится в термостат, где грунт высушивается до постоянной массы так же, как и при определении естественной

влажности грунта, рассмотренной выше в п.2.4.

3.1.3. Запись результатов и вычисление WL

Результаты взвешиваний и вычислений заносят в журнал (табл. 21).

Граница текучести выражается в процентах:

где mw – масса влажного грунта с бюксом и крышкой, г;

37

40

mc – масса высушенного грунта с бюксом и крышкой, г; m0 – масса бюкса с крышкой, г

Таблица 21

ЖУРНАЛ определения границы текучести глинистых грунтов

Граница текучести

3.2. Определение границы раскатывания

Граница раскатывания (пластичности) Wp – влажность грунта, при которой грунт находится на границе твердого и пластичного со-

стояний 3 .

3.2.1. Необходимое оборудование (рис.10)

Рис. 10. Оборудование для определения влажности на границе раскатывания

Сито №1(1); бюкса (2); фарфоровая чашка (3); шпатель (4); технические весы c точностью взвешивания 0,01 г (5); сушильный шкаф.

3.2.2. Выполнение работы

38

40

Образец грунта готовится таким же образом, как при определении WL (п. 3.1.2), до состояния густого теста, при котором паста, раскатываемая в жгут диаметром 3 мм, начинает распадаться на кусочки

длиной 3–10 мм (рис.11).

Рис. 11.Схема к определению влажности на границе раскатывания Wp

Подготовленную грунтовую пасту тщательно перемешивают, берут небольшой кусочек и раскатывают ладонью на стеклянной или пластмассовой пластинке до образования жгута диаметром 3 мм. Если при этой толщине жгут сохраняет связность и пластичность, его собирают в комок и вновь раскатывают до образования жгута диаметром 3 мм. Раскатывать следует, слегка нажимая на жгут, длина жгута не должна превышать ширины ладони. Раскатывание продолжают до тех пор, пока жгут не начнет распадаться по поперечным трещинам на кусочки длиной 3–10 мм. Попеременное переминание и раскаты-

вание уменьшают влажность грунта.

Кусочки грунта из распавшихся жгутов общей массой 10–15 г собираются в бюкс, а затем методом высушивания до постоянной массы определяется их влажность, которая и соответствует влажности на

границе раскатывания.

3.2.3. Запись результатов и вычисление Wр

Результаты взвешиваний и вычислений заносят в журнал

(табл. 22).

Граница раскатывания выражается в процентах:

где mw – масса влажного грунта с бюксом и крышкой, г; mc – масса высушенного грунта с бюксом и крышкой, г; m0 – масса бюкса с крышкой, г.

Таблица 22

39

40