Определение характеристик набухания грунтов

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 Определение характеристик набухания грунтов : метод. указания к выполнению лабораторных работ / сост. Б.С. Юшков, А.С. Сергеев. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн.

ун-та, 2015. – 11 с.

Даются рекомендации по определению характеристик набухания грунтов в условиях, исключающих возможность бокового расширения при насыщении грунта водой или химическим раствором.

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

УДК 624.131.137

© ПНИПУ, 2015

3

ВВЕДЕНИЕ

Свойство глинистых грунтов увеличиваться в объеме при взаимодействии с водой называется набуханием. Набухание сопровождается увеличением пористости и влажности грунта; при этом консистенция его становится более мягкой (грунт переходит из твердого состояния в полутвердое, тугопластичное, пластичное).

Набухание обусловлено наличием в грунте гидрофильных минералов, значительным содержанием глинистой фракции, высокой удельной поверхностью. Способностью набухать обладают многие глины, тяжелые суглинки, однако склонность к набуханию проявляется и в более легких грунтах, например в некоторых лессовидных суглинках.

Набухание – процесс, обратный усадке; он приводит к ослаблению внутренних связей в грунте, уменьшению его прочности, увеличению сжимаемости, уменьшению водопроницаемости.

При переменном увлажнении, которое имеет место, например, на откосах или насыпях автомобильных дорог, явления усадки и набухания сменяют друг друга, в результате чего грунт теряет свою прочность: внутренние связи ослабляются, грунт частично отслаивается, частично оползает, что приводит к потере формы и деформациям поперечного сечения насыпи автомобильных дорог.

Набухание характеризуется двумя показателями: свободным набуханием и давлением набухания.

Свободное набухание обусловлено приращением объема набухшего грунта по отношению к первоначальному объему. Косвенно этот показатель дает представление о содержании глинистой и коллоидной фракций. Свободное набухание определяется лабораторным путем.

Давление набухания развивается в глинистом грунте как реакция на внешнюю нагрузку, передаваемую на грунт от инженерных сооружения или веса вышележащей толщи грунта. Это давление

4

может достигать величины 0,6–0,8 МПа и возникает в основании инженерных сооружений.

Характеристики набухания грунта следует определять по относительной деформации: набуханию в условиях, исключающих возможность бокового расширения при насыщении грунта водой или химическим раствором. Испытание для определения характеристик набухания следует производить до прекращения поглощения образцом грунта воды.

За показатели, характеризующие набухание грунта, принимаются свободное набухание σ0, набухание под нагрузкой σн, давление набухания рн, влажность грунта после набухания Wн; за показатели, характеризующие усадку грунта, принимаются величины усадки по высоте σh, диаметру σd, объему σV и влажность на пределе

усадки Wу.

Образцы грунта природного сложения для испытаний свободного набухания следует вырезать из одного монолита грунта; образцы грунта нарушенного сложения следует приготовлять с заданными величинами плотности и влажности.

Свободное набухание определяется испытанием одиночного образца грунта.

Набухание под нагрузкой и давление набухания определяются испытанием серии образцов-близнецов, вырезаемых из одного монолита грунта, путем обжатия их давления и последующего водонасыщения.

Величины ступеней давления и их количество должны быть определены заданием и программой исследований.

Образцы грунта при испытании на набухание следует заливать грунтовой водой, взятой с места отбора грунта, водной вытяжкой или водой питьевого качества. В случаях, определяемых программой исследований, допускается применение дистиллированной воды и искусственно приготовленныхрастворов заданного химическогосостава.

Монолиты грунтов для определения показателей набухания следует отбирать из открытых горных выработок: шурфов, котлованов, расчисток и пр., а их отбор, транспортирование и хранение надлежит производить по ГОСТ 12071–84.

5

1. 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.

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.

6

2. ОБОРУДОВАНИЕ

Приборы для определения свободного набухания грунтов (ПНГ) должны включать следующие основные узлы и детали:

–рабочее кольцо внутренним диаметром не менее 50 мм, высотой не менее 20 мм;

–вкладыш, обеспечивающий высоту образца в кольце не менее

10 мм;

–перфорированный верхний штамп;

–перфорированный поддон;

–ванночки для жидкости;

–основания прибора и держателя индикатора;

–индикатор часового типа с ценой деления шкалы 0,01 мм для измерения вертикальных деформаций образца грунта (рисунок).

Рис. Прибор для определения свободного набухания грунтов

7

3. ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЯМ

Приборы для проведения испытаний должны устанавливаться на жестком основании, исключающем вибрацию. Горизонтальность установки приборов проверяют по уровню. В помещении во время испытаний должна поддерживаться положительная температура.

Для каждого прибора следует определять: высоту и диаметр рабочего кольца, толщину предметного стекла, покрытого тонким слоем парафина (с погрешностью ±0,05 мм), их массу (с погрешностью ±0,01 г) и удельное давление от штампа, расположенного на нем измерительного оборудования и неуравновешенных деталей

±0,0001 МПа (±0,001 кг/см2).

Образец грунта для испытания на набухание вырезают режущим кольцом в соответствии с требованиями ГОСТ 5180–84, при этом зазорымежду грунтоми стенкойрабочего кольцане допускаются.

Для испытываемых грунтов должны быть определены плотность (объемный вес), плотность минеральной части (удельный вес), влажность, границы текучести и раскатывания по ГОСТ 5180–84 и гранулометрический состав по ГОСТ 12536–79. Результаты записывают в журнал испытаний.

Характеристики набухания глинистого грунта нарушенного сложения следует определять на образцах с заданной величиной коэффициента пористости, вычисляемого по формуле

e s c ,c

где ρs – плотность минеральной части грунта, г/см;

ρc – плотность скелета грунта, г/см, определяемая по формуле

c 1 W0 з ,

где ρ0 – плотность грунта, г/см2;

Wз – заданная влажность грунта, доли ед.

8

4.ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

ВПНГ следует налить жидкость и наблюдать за развитием деформаций во времени, записывая показания индикаторов в журнал испытаний.

Как при свободном набухании, так и в компрессионных приборах после замачивания образцов следует регистрировать деформации через 5; 10; 30; 60 мин, далее через 2 ч в течение рабочего дня,

азатем в начале и конце рабочего дня до достижения условной стабилизации деформаций.

Вслучае отсутствия набухания замачивание производят в течение трех суток.

За начало набухания следует считать относительную деформацию δ, превышающую 0,001.

За критерий условной стабилизации деформаций свободного набухания глинистых грунтов или деформаций набухания под нагрузкой при данной ступени давления в компрессионных приборах следует принимать деформацию не более 0,01 мм за 16 ч.

После завершения набухания образца грунта необходимо слить воду из прибора; кольцо с влажным грунтом (без фильтров) взвесить и произвести контрольное измерение высоты образца грунта в коль-

це; грунт из кольца высушить в термостате при температуре (105 ± 2) °С. Все результаты измерений надлежит записать в соответствующий журнал испытаний.

5. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ

На основании записей в журналах испытаний грунта в ПНГ или компрессионных приборах следует определить:

а) величину абсолютной деформации грунта h (мм), вычисленную как разность среднеарифметических значений конечных ni и начальных n0 показаний индикаторов за вычетом поправки на деформацию приборов и фильтров при набухании;

9

б) величину относительной деформации образца σ с погрешностью 0,001 по формуле

hi ni n0 n . h h

По величинам относительной деформации следует построить график зависимости относительных деформаций от вертикального давления δ = f(p). Точки графика, соответствующие ступеням давления, следует соединить лекальной кривой.

Величина давления набухания pн соответствует точке пересечения кривой с осью давления р или точке предполагаемого пересечения продолжения кривой графика δ = f(p) с осью давления р.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ*

1.ГОСТ 12248–2010. Методы лабораторных характеристик прочности и деформируемости.

2.ГОСТ 24586–90. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости мерзлых грунтов.

3.ГОСТ 2488–79. Церезин. Технические условия.

4.ГОСТ 5180–84. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик.

5.ГОСТ 30416–96. Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения.

6.ГОСТ 12071–2000. Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов.

7.Бартоломей А.А. Механика грунтов: учебник для вузов. – М.:

АСВ, 2008. – 302 с.

* Доступ к ГОСТам: http://www.gost.ru, http://standartgost.ru.

10