Инженерная геология и механика грунтов

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Кафедра строительства автомобильных дорог и мостов

ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ И МЕХАНИКА ГРУНТОВ

Методические указания к выполнению лабораторных работ

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета

2015

1

Составители: канд. техн. наук Б.С. Юшков, А.С. Сергеев

УДК 624.131.137 О-62

Рецензент канд. техн. наук, доцент А.М. Бургонутдинов

(Пермский национальный исследовательский политехнический университет)

О-62 Инженерная геология и механика грунтов: метод. указания к выполнению лабораторных работ / сост. Б.С. Юшков, А.С. Сергеев. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2015. – 44 с.

Даютсярекомендациипоисследованиюфизико-механических свойств песчаных и пылевато-глинистых грунтов, по обработке результатов исследований, по определению параметров свойств грунтовиихклассификация.

Предназначено для студентов, магистров, аспирантов, преподавателей строительных специальностей «Строительство автомобильных дорог», «Мосты и транспортные тоннели».

УДК 624.131.137

© ПНИПУ, 2015

2

3

ВВЕДЕНИЕ

Инженерная геология и инженерно-геологические изыскания– это ряд исследований, обеспечивающих изучение инженер- но-геологических условий района (площадки, участки, трассы) предполагаемого места строительства, включая рельеф местности, сейсмотектонические, геоморфологические и гидрогеологические процессы, геологическое строение и составление прогноза возможных изменений инженерно-геологических условий при взаимодействии данных объектов с геологической средой. Инженерногеологические изыскания необходимы также для получения материаловдляобоснованияпроектнойподготовкистроительства.

В состав инженерно-геологических изысканий входят:

–сбор и обработка материалов изысканий прошлых лет;

–маршрутные наблюдения (рекогносцировочное обследование);

–проходка горных выработок;

–геофизические исследования;

–полевые исследования грунтов;

–стационарные наблюдения;

–лабораторные исследования грунтов и подземных вод;

–обследование грунтов оснований существующих зданий

исооружений;

–камеральная обработка материалов;

–составление прогноза изменений инженерно-геологических условий;

–оценка опасности и риска от геологических и инженерногеологических процессов;

–составление технического отчета.

Главная цель инженерной геологии – изучение природной геологической обстановки местности до начала строительства, а также прогноз тех изменений, которые произойдут в геологи-

4

ческой среде, и в первую очередь в породах, в процессе строительства и при эксплуатации сооружений. В современных условиях ни одно здание или сооружение не может быть спроектировано, построено и надежно эксплуатироваться (а впоследствии ликвидировано или реконструировано) без достоверных и полных инженерно-геологических материалов.

Всё это определяет основные задачи, которые стоят перед инженерами-геологами в процессе изыскательских работ еще до начала проектирования объекта (при принятии решения

остроительстве, об инвестировании проекта и т.п.), а именно:

–выбор оптимального (благоприятного) в геологическом отношении района (площадки) строительства данного объекта;

–выявление инженерно-геологических условий в целях определения наиболее рациональных конструкций фундаментов и объекта в целом, а также технологии производства строительных работ;

–выработка рекомендаций по необходимым мероприятиям и сооружениям инженерной защиты территорий и охране геологической среды при строительстве и эксплуатации сооружений.

ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

1.Студенты допускаются к выполнению лабораторных работ после инструктажа по технике безопасности.

2.Инструктаж производится по имеющимся в лаборатории инструкциям по безопасному проведению лабораторных работ.

3.До выполнения работ на установке, приборе необходимо внимательно ознакомиться с основными правилами их эксплуатации.

4.Нельзя загромождать рабочее место предметами, ненужными для выполнения данной работы.

5.Во время выполнения лабораторных работ нельзя ходить без дела по лаборатории, отвлекать внимание товарищей, опираться на установки и приборы.

5

6.При работе в лаборатории необходимо выполнять только ту работу, которую выбрал руководитель. Категорически запрещается выполнять другие виды работ.

7.Нельзя оставлять без наблюдения свою работу, так как это может привести к несчастному случаю.

8.Запрещается для выполнения работ оставаться в лаборатории одному. Обязательное присутствие второго лица необходимо для оказания первой помощи выполняющему работы при несчастном случае.

9.Если с кем-то из студентов произошел несчастный случай, необходимо немедленно сообщить об этом руководителю работ.

10.О неполадках в лабораторном оборудовании следует немедленно сообщить руководителю работ.

11.После окончания работ нужно привести в порядок рабочее место и доложить об окончании работ преподавателю.

Лабораторная работа № 1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ И УДЕЛЬНОГО ВЕСА ГРУНТА

Плотностью грунта ρ называется отношение массы грунта, включая массу воды в его порах, к занимаемому этим грунтом объему. Единицы измерения – т/м3, г/см3. Удельным весом грунта γ называется вес единицы объема грунта в его естественном состоянии. Он равен плотности грунта ρ, умноженной на ускорение силы тяжести g, равное 9,81, т.е. 10 м/с2. Единицы измерения – Н/м3, кН/м3.

Для определения плотности грунтов применяют способ режущего кольца и способ парафинирования (ГОСТ 5180–84). По первому способу металлическое кольцо известного объема осторожно врезают в грунт, затем путем взвешивания определяют его массу как разность массы кольца с грунтом и собственной массы кольца.

6

По способу парафинирования находят объем образца известной массы. Для этого образец грунта, сохраняющего свою форму, покрывают расплавленным парафином и взвешивают. Зная объем парафина (по его массе и плотности), согласно закону Архимеда вычисляют объем образца.

Метод режущего кольца

Необходимое оборудование: режущее кольцо, электронные весы, два плоских стекла, нож.

Порядок выполнения работы:

1.Взвесить пустое режущее кольцо m1 (г). При определении ρ песчаных грунтов найти и массу стекол m3 (г).

2.Определить размеры кольца и его внутренний объем:

3.Заполнить режущее кольцо грунтом путем вдавливания его в монолит грунта

4.Наружную поверхность кольца очистить от грунта. Если испытывается песчаный грунт, то торцевые поверхности кольца покрыть стеклами.

5.Взвесить кольцо с грунтом и стеклами m2 (г).

6.Занести данные в табл. 1 и определить плотность грунта по формуле

7.Произвести параллельно не менее двух определений ρ.

Расхождение в конечных результатах для однородных грунтов более 0,03 г/см3 не допускается. За величину ρ принять среднее арифметическое значение.

8.Определить удельный вес грунта по формуле

7

9. Сравнить средние значения плотности песчаных и глинистых грунтов в естественном залегании с данными табл. 2.

Таблица 2

Средние значения плотности песчаных и глинистых грунтов в естественном залегании (по данным В.Д. Ломтазе)

Метод парафинирования

Необходимое оборудование: электронные весы, емкость с парафином, образец грунта естественной структуры и влажности объемом около 30 см3, мерный сосуд с водой, нитки.

8

Порядок выполнения работы:

1.Приготовленный лаборантами образец грунта обвязать нитками для удобства парафинирования и взвесить.

2.Нагреть парафин до 60 °С и покрыть образец парафиновой оболочкой толщиной 0,5–1,0 мм, погружая образец на 3 с в парафин.

3.Запарафинированный образец взвесить.

4.Определить объем запарафинированного образца грунта, погружая его в наклонный градуированный цилиндр с водой, замеряя объем вытесненной воды.

5.Все измерения записать в табл. 3 и провести вычисления.

6.Сравнить средние значения плотности песчаных и глинистых грунтов в естественном залегании с данными табл. 2.

Таблица 3

Результаты измерений

Контрольные вопросы:

1.Что называют плотностью грунта?

2.Назовите методы определения плотности.

3.Существует ли взаимосвязь между плотностью грунта и его влажностью? Какая взаимосвязь?

9

Лабораторная работа № 2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ И УДЕЛЬНОГО ВЕСА ЧАСТИЦ ГРУНТА

Плотностью частиц грунта ρs называется отношение массы сухого грунта (исключая массу воды в его порах) к объему твердой части грунта. Численно плотность частиц грунта равна отношению массы твердых частиц к занимаемому ими объему:

где ms – масса частиц грунта; Vs – объем частиц грунта. Плотность частиц грунта зависит от минералогического со-

става грунта и увеличивается с увеличением содержания в грунте тяжелых металлов. Единицы измерения – т/м3, г/см3. Осредненные значения ρs для различных грунтов могут приниматься равными: для песка 2,64–2,66; для супесей 2,68–2,70; для суг-

линков 2,70–2,72; для глин 2,74–2,76 г/см3.

Удельный вес частиц грунта γs определяют как отношение весатвердыхчастицкихобъему. Единицыизмерения– Н/м3, кН/м3.

Плотность частиц грунта определяют пикнометрическим методом (ГОСТ 5180–84). В основу способа положено определение объема частиц грунта по массе вытесненной ими воды. Для этого определяют массу сосуда известного объема (пикнометра) с водой и с водой и грунтом.

Необходимое оборудование: пикнометры вместимостью не менее 100 см3, электронные весы, воронка, капельница, дистиллированная вода, песчаная или водяная баня.

Порядок выполнения работы:

1.Навеску грунта массой 15–20 г через воронку насыпать

впикнометр и определить массу пикнометра с грунтом m2 (г).

10