2560

11

метод с использованием стеклянной трубки Г. Н. Каменского для определения коэффициента фильтрации песчаных и супесчаных грунтов;

метод определения набухания по приросту объема грунта в процессе насыщения его водой с помощью прибора конструкции Знаменского (ПНЗ) и др.

1.5. Физико-механические свойства грунтов

Основными физическими свойствами грунтов являются: удельная и объемная массы, влажность, пористость, пластичность, липкость, набухание, усадка, водопроницаемость, коэффициент фильтрации, модуль деформации.

Удельной массой грунта называется отношение массы твердой фазы грунта к его объему или к массе воды равного объема при температуре 4 ºС Она служит показателем минералогического состава грунта. Для большинства грунтов, лишенных органических веществ, удельная масса колеблется от 2,6 г/см3 до 2,8 г/см3.

Объемная масса грунта представляет собой массу грунта в естественном состоянии, отнесенную к его объему. Различают объемную массу влажного грунта, равную отношению массы образца грунта, высушенного при 100…105 ºC до постоянной массы, к его первоначальному объему (до высушивания). В зависимости от зернового состава объемная масса грунтов изменяется в пределах от 1,5 г/см3 до 1,8 г/см3.

Влажностью грунта называют количество (в %) содержащейся в нем воды по отношению к его абсолютно сухой массе. Влажность грунта – величина переменная и может колебаться в широких пределах.

Влажность грунта определяют по формуле

Пористость грунта выражает отношение объема пор в грунте к общему объему, занимаемому грунтом, и может быть определена по формуле

12

где n – пористость грунта, %;

ск – объемная масса скелета грунта, г/см3;

y – удельная масса грунта, г/см3.

Пластичностью грунта называют способность его деформироваться под действием внешнего давления без разрыва сплошности массы и сохранять приданную форму после прекращения действия деформирующего усилия

Число пластичности представляет собой интервал влажности, в пределах которого грунт находится в пластичном состоянии. Оно определяется как разность между границей текучести и границей раскатывания грунта. Число пластичности является важной классификационной характеристикой для глинистых грунтов и по нему определяют виды и разновидности глинистых грунтов.

Липкость – способность связных грунтов прилипать к различным предме-

там.

Набухание грунта – увеличение объема при насыщении водой. Этим свойством так же, как и липкостью, обладают только связные грунты вследствие наличия в их составе глинисто-коллоидных частиц, способных гидратировать.

Усадка грунтов – свойство, противоположное набуханию. Водопроницаемостью грунтов называют способность их пропускать через

свою толщу воду, находящуюся под влиянием силы тяжести или под действием гидростатического напора. Скорость просачивания воды через толщу грунта в основном зависит от гранулометрического состава и степени уплотнения грунта, т.е. от величины пор в последнем.

Коэффициент фильтрации измеряется отношением расхода воды в единицу времени через единицу площади поперечного сечения грунта при гидравлическом градиенте 1.

Плотность – свойство грунта оказывать сопротивление при его расчленении. Плотность образца грунта ( , кг/м3) равна отношению массы частиц образца грунта, высушенного при 100…105 °С до постоянной массы к их объему.

Разрыхляемость – увеличение объема грунта при нарушении (разработке) его естественного сложения. Коэффициент разрыхления характеризует отно-

13

шение объема разрыхленного грунта к объему, который он занимал в естественном залегании.

Модуль деформации грунта характеризует сжимаемость его и представляет коэффициент пропорциональности между приращением давления на штамп и приращением осадки штампа, отнесенный к его диаметру. Модуль деформации является обобщающей характеристикой, отражающей как упругие, так и пластические деформации грунта.

Модуль упругости грунтов характеризует сопротивление деформированию под действием нагрузок в стадии обратимых (упругих) деформаций.

Модуль упругости грунта E (МПа) определяют по формуле

где P – действующая нагрузка, МПа; D – диаметр штампа, м;

l– величина упругого прогиба, м;

– коэффициент Пуассона ( 0,27 для крупнообломочных грунтов,

0,30 для песков и супесей, 0,42 для глин).

14

2. Лабораторные работы

Лабораторная работа № 1

Определение зернового состава несвязного грунта ситовым способом

Цель работы: изучить методику определения зернового состава грунтов в лабораторных условиях и научиться определять зерновой состав несвязного грунта ситовым способом.

Оборудование: технические весы с разновесами, набор стандартных сит с диаметром отверстий 5; 2; 1; 0,5; 0,25 мм; фарфоровая ступка и пестик с резиновым наконечником, совок, фарфоровые (алюминиевые) чашечки для фракций грунта (или листы бумаги), кисточки для сметания фракций грунта с сит.

Перед определением зернового состава в полевых условиях грунты предварительно подготавливают. Подготовка грунтов имеет цель – разрушить агрегаты и микроагрегаты, содержащиеся в них. Она может быть осуществлена механическим, химическим и физико-механическим методами воздействия на грунт.

Наиболее часто применяемым методом воздействия является механический, к которому относятся методы растирания в сухом или во влажном состоянии, взбалтывания или кипячения приготовленной суспензии.

Определение зернового состава грунта заключается в разделении его на фракции, т.е. группы зерен (твердых минеральных частиц), близких по крупности, и установлении их процентного содержания.

Порядок выполнения работы

1.Методом квартования отобрать пробу воздушно-сухого грунта массой 100 г для мелко- и среднезернистых песков или 500 г для крупнозернистых песков.

2.Отобранную среднюю пробу грунта поместить в фарфоровую ступку и пестиком с резиновым наконечником растереть имеющиеся слипшиеся комочки грунта. Взвесить отобранную пробу с точностью не менее 0,05 % от взвешиваемой массы.

15

3.Пробу грунта высыпать в верхнее сито колонки сит и просеять ручным или механизированным способом. Полноту просеивания фракций проверяют путем просеивания каждого сита над листом бумаги. Если при этом на лист бумаги выпадают частицы, то их высыпают на следующее сито; просев ведут до тех пор, пока на бумагу перестанут выпадать частицы грунта. Задержавшиеся зерна на каждом сите внимательно осматривают. Если среди них окажутся комочки или грунтовые агрегаты, то фракции высыпают в ступку, дополнительно растирают пестиком с резиновым наконечником и вновь просеивают.

4.Определить массу каждой фракции, задерживающейся на соответствующем сите и прошедшей в поддон. При этом необходимо, чтобы общая масса всех фракций была равна массе первоначальной пробы грунта, взятой на анализ. При расхождении масс более чем на 1 % анализ повторяют. Если потеря грунта при просеивании менее 1 %, то ее разносят по всем фракциям пропорционально их массе.

5.Вычислить процентное содержание каждой фракции X по отношению к общей массе грунта P , зная массу Pi каждой i -й фракции:

Результаты взвешивания и расчетов занести в табл. 1.

Таблица 1

Результаты определения зернового состава грунта

16

6.Изобразить состав грунта в виде суммарной кривой в прямоугольной системе координат. На суммарной кривой выделяют две характерные точки: точку, соответствующую диаметру частиц, меньше которого в грунте содержится 60 % частиц по массе ( d60 ) и точку, соответствующую диаметру частиц,

меньше которого в грунте содержится 10 % частиц ( d10 ).

7.Определить наименование грунта по таблицам приложения, для чего последовательно суммируют процентное содержание частиц исследуемого грунта, сначала крупнее 2 мм, затем крупнее 0,5 мм и, наконец, крупнее 0,25 мм. Наименование грунта занести в тетрадь по данной лабораторной работе. Определить коэффициент неоднородности грунта K

d10

Указать степень неоднородности грунта ( K 3 – песок разнозернистый или неоднородный; K 3 – однородный).

8. Оформить отчет и сделать выводы по полученным результатам.

Лабораторная работа № 2

Определение угла естественного откоса грунта

Цель работы: изучить методику определения угла естественного откоса грунта в лабораторных условиях и научиться пользоваться прибором для определения угла естественного откоса грунта.

Оборудование: прибор для определения угла естественного откоса грунта, сосуд с водой.

Углом естественного откоса грунта принято называть максимальный угол, образованный поверхностью свободного откоса с горизонтом, при котором грунт находится в состоянии предельного равновесия. Он характеризует устойчивость грунта земляного полотна, его величина позволяет судить о размерах насыпей выемок и водоотводных каналов. В лабораторных условиях величину угла естественного откоса определяют для сухого грунта и для подводного состояния его, используя ящичек прямоугольной формы из органического стекла с нанесенными делениями на его лицевой пласти (стенке).

18

7.Вычислить средние значения угла естественного откоса грунта и коэффициента заложения откоса.

8.Оформить отчет и сделать выводы по результатам исследований.

Лабораторная работа № 3

Определение удельной массы грунта

Цель работы: научиться определять удельную массу грунта пикнометрическим способом в лабораторных условиях.

Оборудование: пикнометр (100 мл), весы, сушильный шкаф, стеклянный бюкс, эксикатор, колбонагреватель или песчаная баня, сито с отверстиями 1 мм, термометр, фарфоровая ступка с пестиком, емкость с дистиллированной водой.

Удельной массой грунта называется отношение массы твердых минеральных частиц к их объему. Численно она равна отношению масс этих твердых минеральных частиц грунта к массе воды равного объема при 4 °С. Среднее значение удельной массы для песка 2,66 г/см3, супесей – 2,70 г/см3, для суглинка 2,71 г/см3 и для глины 2,74 г/см3. Удельная масса грунта является показателем минералогического состава грунта и определяется пикнометрическим способом.

Порядок выполнения работы

1.Подготовить пробы грунта: отобрать пробу заданного грунта массой до 20…30 г; растереть грунт в ступке; высушить.

2.Снова размять сухой грунт в ступке (если необходимо), просеять его через сито с отверстиями 1 мм.

3.Подготовить пикнометр и определить его массу m , г.

4.Перенести сухой просеянный грунт через воронку в пикнометр. Взвесить пикнометр с сухим грунтом и определить его массу с пробой m1 , г.

5.В пикнометр с грунтом налить дистиллированной воды так, чтобы пикнометр был заполнен на 0,5 своего объема.

6.Для удаления воздуха из пор грунта пикнометр с пробой грунта и водой нагреть до кипения и кипятить в течение 30…60 мин или подвергнуть вакуу-

19

мированию в течение 10…20 мин в зависимости от имеющегося оборудования.

7.После процесса кипячения пикнометр охладить и добавить в него дистиллированной воды до прежнего объема. Взвешиванием определить массу пикнометра с грунтом и водой g1 , г.

8.Вылить содержимое пикнометра, промыть его и заполнить дистиллированной водой до 0,5 объема. Взвешиванием установить массу пикнометра с во-

11. Для конкретной пробы данного грунта производится несколько опытов с выполнением требований пунктов 1–10, после чего определяется среднее значение удельной массы грунта уд (г/см3)

n