Инженерная геология и механика грунтов

Лабораторная работа № 6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТИПА И ВИДА ПЕСЧАНОГО ГРУНТА

Гранулометрическим составом грунта называют относительное содержание по весу частиц грунта различной крупности (гранулометрической фракции), выраженное в процентах к общему весу сухого грунта. Гранулометрический состав – один из важнейших факторов, определяющих физико-механические свойства грунта.

Для определения гранулометрического состава песчаных грунтов используется ситовой метод без промывки с содержанием частиц от 10 до 0,1 мм, ситовой метод с промывкой водой с содержанием частиц от 10 до 0,1 мм. Для глинистых грунтов применяется ареометрический метод.

Классификация песчаных грунтов по гранулометрическому составу:

–гравелистые пески, dr ˃ 2 мм ˃ 25 %,

–крупные пески, dr ˃ 0,5 мм ˃ 50 %,

–средние пески, dr ˃ 0,25 мм ˃ 50 %,

–мелкие пески, dr ˃ 0,1 мм ˃ 75 %,

–пылеватые пеки, dr ˃ 0,1 мм ˃ 25 %.

Необходимое оборудование: набор стандартных сит, электронные весы, резиновый пестик с фарфоровой ступкой.

Порядок выполнения работы:

1.Образец песчаного грунта довести до воздушно-сухого состояния и отобрать пробу массой 100 г.

2.Пробу грунта пропустить через набор сит 10–0,1 мм. Сита собираются в колонну так, чтобы отверстия уменьшались сверху вниз. В результате просеивания проба грунта разделяется на фракции: на верхнем сите 10 мм, на следующем – 5–10 мм, ниже – 2–5 мм и т.д., на поддоне – 0,1 мм.

21

При наличии слипшихся комочков содержимое сита перенести в ступку и растереть резиновым пестиком, затем вновь просеять до полного разделения.

3.Содержимое каждого сита и поддона высыпать в предварительно протарированные чашечки и взвесить. Полученный результат (после вычитания массы чашечек) выразить в процентах к массе всей навески и занести в табл. 7.

4.Меру неоднородности гранулометрического состава песчаных грунтов определяют по формуле

u d10

где d60 и d10 – диаметры частиц.

Чем больше коэффициент неоднородности, тем более разнообразным по гранулометрическому составу является грунт, тем он устойчивее и плотнее.

Рассматриваемые грунты будут называться однородными, если Сu ≤ 3, и неоднородными, если Сu ≥ 3.

Марка фракций Процент от общей массы пробы Сумма процента менее данного диаметра

5.По полученным значениям е и Sγ определить влажность песка и его плотность сложения.

6.Виды песков по плотности сложения (коэффициенту пористости е) приведены в табл. 8.

22

Выводы:

1.Поскольку масса частиц диаметром более ________ мм составляет ______% от общей массы пробы, то согласно ГОСТ 251–95 тип исследуемого грунта – песок.

2.Поскольку Cu _______________, песок _______________.

3.Поскольку Sr _______________, песок_______________.

4.По плотности сложения согласно табл. 8 песок _____.

Контрольные вопросы:

1.Дать понятие «зерновой (гранулометрический) состав грунта».

2.Порядок определения наименования песчаного грунта.

3.Подразделение песчаного грунта по фракциям.

Лабораторная работа № 7 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ

ПЕСЧАНОГО ГРУНТА

Способность грунта пропускать воду называется водопроницаемостью. Вода движется по порам грунта главным образом под воздействием гравитационных сил и разности напоров. Ко-

23

личественно водопроницаемость характеризуется коэффициентом фильтрации грунта Kф, представляющим собой скорость фильтрации при гидравлическом градиенте i = 1.

По закону Дарси количество (расход) воды Q (см3), протекающей через поперечное сечение площадью F (см2) в течение времени Т (с), будет следующим:

Скорость фильтрации

т.е скорость фильтрации прямо пропорциональна гидравлическому градиенту. Величина Kф определяется в следующих единицах: см/с, м/сут, см/год и т.д., и при одинаковых условиях зависит главным образом от пористости, действующего давления, гранулометрического состава.

Ниже приведено среднее значение Kф (см/c) для грунтов при давлении 0,1–0,2 МПа:

–пески – Kф = 10–1...10–4 см/с,

–супеси – Kф = 10–3...10–5 см/с,

–суглинки – Kф = 10–5...10–8 см/с,

–глины – Kф = 10–7...10–10 см/с.

При Kф < 10–6 см/с грунт считается (по Ф. Саваренскому) практически водоупором.

Существуют следующие соотношения: 1 см/с = 864 м/сут; 1 см/с = 3·105 м/год. Величина коэффициента фильтрации зависит от пористости, давления, гранулометрического и минералогического составагрунта, температурыфильтрующейсяжидкости.

Коэффициент фильтрации используется в расчетах при определении притока грунтовой воды к строительным котлованам и буровым скважинам, утечек воды из водохранилищ, консолидации водонасыщенных грунтов (времени затухания осадки фундаментов) и т.д.

24

Лабораторная работа по определению коэффициента фильтрациидляпесковвыполняетсяспомощью прибораКФ-00 (рис. 1).

Рис. 1. Схема прибора КФ-00 для определения коэффициента фильтрации песчаных грунтов

Необходимое оборудование: прибор КФ-00, термометр, секундомер, глубокая тарелка.

Порядок выполнения работы:

1.Заполнить фильтрационную трубку 4 грунтом 8. Надеть на нее муфту 2 и упорное дно 5, предварительно положив на торцевые поверхности грунта латунные сетки 3 и 6 (см. рис. 1).

2.Вставить трубку упорным дном во внешний стакан 7, кольцевая подставка которого соединена со шкалой напорного градиента 10. Необходимый напорный градиент установить винтом 9, совместив соответствующее деление шкалы 10 с верхом внешнего стакана. Заполнить внешний стакан водой и поставить на тарелку.

3.В течение 3–4 мин небольшими порциями осторожно наливать воду на верхнюю сетку, пока вода не начнет выливаться

25

из внешнего стакана. Это показывает, что грунт находится в состоянии полного водонасыщения, а вода в его порах гидравлически непрерывна.

4.Мерный баллон 1 заполнить водой и измерить ее температуру, опрокинуть баллон и укрепить в муфту 2 до соприкосновения с сеткой 3.

В таком виде мерный баллон автоматически поддерживает над образцом постоянный уровень воды. Вследствие фильтрации уровень воды в баллоне понижается. При этом необходимо добиться, чтобы в баллоне поднимались только мелкие пузырьки воздуха. Этим достигается постоянство напорного градиента.

5.После достижения указанного режима по шкале мерного баллона определить время Т, в течение которого профильтруется определенное количество воды Q. Определить производительность при двух различных положениях уровня воды в баллоне 6.

Данные завести в табл. 9.

Таблица 9 Результаты определения коэффициента фильтрации песка

Для сокращения времени расчета значения коэффициента фильтрации Kф приведены в табл. 10 для постоянного расхода воды Q = 10 мл и определенной площади поперечного сечения образца грунта F = 25 cм2 в интервале температур t = 10...30 °C.

6.Для нахождения K1 замерить температуру воды t в мерном баллоне, отметить время Т фильтрации 10 мл воды и по табл. 10 найти значение K1.

7.Определить коэффициент фильтрации (м/сут):

26

где Т – время фильтрации, с.

За величину Kф принять среднее арифметическое значение из полученных результатов.

Таблица 10 Величина K1 для определения коэффициента фильтрации песков

Контрольные вопросы:

1.Чем характеризуется водопроницаемость грунта?

2.В чем заключается принцип работы КФ-00?

3.Где используются значения коэффициента фильтрации

грунта?

4.По плотности сложения согласно табл. 8 песок____

27

Лабораторная работа № 8 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛА ЕСТЕСТВЕННОГО ОТКОСА

ДЛЯ ПЕСКОВ

Углом естественного откоса Ψ называется угол, при котором неукрепленный песчаный откос сохраняет предельное равновесие, или угол, под которым располагается свободно осыпавшийся песок.

Для рыхлых и водонасыщенных песков (кроме пылеватых) угол естественного откоса Ψ практически равен углу внутреннего трения φ. В общем случае Ψ < φ. Угол Ψ используется при производстве земляных работ для назначения безопасных откосов без крепления.

Данная лабораторная работа выполняется с помощью прибора УВТ-2 (рис. 2).

Рис. 2. Схема прибора УВТ-2 для определения угла естественного откоса песка

Необходимое оборудование: прибор УВТ-2, фарфоровая ступка с резиновым пестиком, образец грунта, доведенный до воздушно-сухого состояния.

28

Порядок выполнения работы:

1.Установить резервуар 2 на ровную поверхность. В центре его поместить мерительный столик 4 с центральной шкалой 1. Шкала имеет деление 5–45. Каждое деление соответствует 1°. На столик надеть обойму 3, заполнить ее грунтом (одновременно постукивая по обойме).

2.Осторожно, по возможности вертикально, снять обойму. Для этого указательный палец опереть о головку шкалы, а горловину обоймы взять большим и средним пальцами. Угол естественного откоса (при основании) определяют по шкале в градусах по вершине образовавшегося песчаного конуса.

3.Повторить опыт 2–3 раза. Расхождение между полученными результатами не должно превышать 1°. За величину Ψ принять среднее арифметическое значение и занести в журнал.

Примечание: аналогично определяется величина Ψ под водой. Для этого после заполнения обоймы песком резервуар наполняют водой. Для водонасыщенного песка Ψ обычно на 2–3° меньше, чем для сухого.

Контрольные вопросы:

1.Что называется углом естественного откоса?

2.Каково соотношение между углом естественного откоса Ψ

иугломвнутреннеготренияφдляпесчаныхиглинистыхгрунтов?

3.Каков прогноз безопасного откоса с помощью угла естественного откоса Ψ?

Лабораторная работа № 9 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СЖИМАЕМОСТИ ГРУНТОВ В КОМПРЕССИОННОМ ПРИБОРЕ

Основой расчетов деформаций грунтовых массивов являются характеристики деформируемости грунтов, получаемые при лабораторных и полевых испытаниях.

29

Одним из видов общей деформируемости грунтов является их сжимаемость.

Общим из основных факторов, обусловливающих сжимаемость грунтов, является их уплотнение, т.е. уменьшение их пористости за счет более компактной упаковки твердых частиц.

Уплотнение грунтов под действием сплошной постоянной нагрузки без возможности бокового расширения называют компрессией грунтов, а зависимость между уплотняющими давлениями р и коэффициентом пористости грунта е – компрессионной зависимостью, в общем виде ее можно записать так:

Компрессионные испытания грунтов проводятся в компрессионных приборах, называемых одометрами. Принципиальная схема одометра приведена на рис. 3. Данная работа выполняется с одометром конструкции института Гидропроект, типа КПр-1, нагрузка в котором прикладывается с помощью гирь через дисковые рычажные системы с общей кратностью,

Рис. 3. Схема одометра: 1 – образец грунта; 2, 3 – стенки прибора; 4 – фильтрационная бумага;

5 – штамп; 6 – индикаторы часового типа

30