673
.pdfудаляют и т.д. Погружение прекращается, когда грунт заполнит кольцо и выйдет выше его на 2–3 мм.
Грунт ниже кольца подрезают на конус, образец в кольце извлекают из монолита. Выступающий из кольца грунт осторожно срезают (от края к центру), поверхности зачищают заподлицо с кромками кольца.
Кольцо с грунтом взвешивают, находится масса m2. Плотность грунта вычисляют по формуле
m2 m1 . |
(8) |
V |
|
При расчетах, связанных с определением нагрузок и напряжений, применяется показатель «удельный вес грунта» γ. Удельным весом грунта (грунтовой массы) называют вес единицы его объема, вычисляемый по формуле
g , |
(9) |
где g – ускорение свободного падения.
При g = 9,81 м/с2 и , кг/м3, значение удельного веса получается в Н/м2.
Метод парафинирования
Плотность скальных и связных глинистых грунтов определяется методом гидростатического взвешивания (методом парафинирования) в следующем порядке.
Вырезают из монолита образец грунта объемом около 30 см3 в форме куба.
Взвешивают образец на технических весах, получают массу m; обвязывают образец ниткой.
Образец на нитке погружают в расплавленный парафин, чтобы покрыть водонепроницаемой пленкой.
Взвешивают запарафинированный образец в воде, получают значение m2, образец на нитке подвязывают под левой чашкой весов, погружают в стакан с водой так, чтобы он не касался стенок и дна.
Определяют объем запарафинированного образца по формуле
V |
m1 m2 |
, |
(10) |
|
|||
1 |
w |
|
|
|
|
|
|
где w = 1 г/см3 – плотность воды. |
|
|
|
|
|
|
41 |
Определяют объем образца без парафиновой оболочки:
V V |
V m1 m2 |
, |
(11) |
|
1 |
ï |
ï |
|
|
|
|
|
|
|
где Vп – объем парафиновой оболочки; п = 0,9 г/см3 – плотность парафина. Рассчитывают плотность грунта:
m . |
(12) |
V |
|
8.3. Определение вида консистенции глинистого грунта
Вид глинистого грунта (глина, суглинок, супесь) определяют по значению числа пластичности, а его разновидность по консистенции (твердая, текучая и т.д.) и склонности к набуханию
(рис. 13).
Рис. 13. Консистенции глинистых грунтов:
WL – влажность на границе текучести; Wр – влажность на границе пластичности (раскатывания)
Консистенцией называется состояние глинистого грунта, отражающее степень подвижности его частиц в зависимости от влажности. При увеличении влажности грунта от 0 происходит изменение его консистенции от твердой через пластичную к текучей: твердая консистенция – грунт имеет свойства, близкие к твердым телам; пластичная – грунт под давлением руки изменяет форму без потери сплошности; текучая – грунт легко деформируется даже под собственной массой.
Значения влажностей на границе консистенций называют пределом (границей) текучести WL и пределом (границей) пластичности (раскатывания) Wр. Значения влажности на границе текучести и границе пластичности для данного грунта являются постоянными величинами. Разность между ними, выраженная в процентах, называется числом пластичности:
lp (WL Wp ) 100. |
(13) |
42
По величине числа пластичности глинистые грунты подразделяются на виды согласно табл. 6.
|
Таблица 6 |
Виды глинистых грунтов |
|
|
|
Вид грунта |
Число пластичности |
|
|
Супесь |
1 ≤ Ip < 7 |
Суглинок |
7 ≤ Ip < 17 |
Глина |
Ip ≥ 17 |
8.3.1. Определение предела текучести (ГОСТ 5180–84)
Пределом текучести (верхним пределом пластичности) называется влажность, при которой грунт переходит из пластичного или текучепластичного в текучее
|
состояние. |
Предел |
текучести |
|
определяется |
методом |
балансир- |
|
ного конуса (конус Васильева) |
||
|
массой 76 г с углом заострения |
||
|
30°; на конусе на |
расстоянии |
|
|
10 мм от вершины нанесена риска |
||
|
(рис. 14). Работа выполняется в |
||
|
следующем порядке. |
|
|
Рис. 14. Балансирный конус |
Грунтовая паста из увлажнен- |
||
A.M. Васильева |
ного грунта |
приготавливается до |
|
|
опыта. Бюкс |
наполняется пастой |
|
до верха, и поверхность выравнивается. На поверхность опускается конус.
Если в течение 5 с он погрузится до риски, то считается, что грунт имеет влажность, соответствующую пределу текучести. Когда требуемая консистенция грунта достигнута, берут 10–15 г грунтовой массы, помещают в бюкс, взвешивают на весах, ставят в сушильный шкаф, высушивают до постоянной массы и определяют ее влажность.
Влажность на пределе текучести вычисляется по формуле (7). Данные, полученные при определении влажности, записывают в журнал лабораторных работ.
43
8.3.2. Определение предела пластичности
Пределом пластичности (раскатывания) называется влажность, при которой грунт переходит из твердого в пластичное или полутвердое состояние.
Часть грунтовой массы, оставшейся после определения предела текучести, помещают на доску и добавляют сухой грунт. Полученную массу тщательно перемешивают, доводя до пластичного состояния.
Затем приготовленную массу раскатывают на доске до тех пор, пока полученный из нее грунтовый жгут диаметром 3 мм не будет крошиться на кусочки длиной 3–10 мм. Кусочки грунта собирают во взвешенный бюкс и помещают в сушильный шкаф для высушивания их до постоянной массы.
Определение предела пластичности сводится к определению по формуле (7).
По формуле (13) определяется число пластичности глинистого грунта, и по величине числа пластичности устанавливается вид грунта (табл. 7).
После определения типа грунта рассчитывается его консистенция.
Консистенция глинистого грунта характеризуется показателем текучести, который вычисляется по формуле
lL |
W Wp |
, |
(14) |
|
|||
|
WL Wp |
|
|
где W – естественная влажность грунта; WL, Wp – влажности на пределах текучести и пластичности.
По значению показателя текучести (см. табл. 7) определяется консистенция глинистого грунта, или его разновидность.
|
|
Таблица 7 |
|
Разновидность грунтов по консистенции |
|||
|
|
|
|
Вид грунта |
Разновидность грунтов |
Величина показателя |
|
текучести |
|||
|
|
||
|
|
|
|
Супесь |
Твердая |
IL < 0 |
|
|
Пластичная |
0 ≤ IL ≤ l |
|
|
Текучая |
IL > 1 |
|
44
|
|
Окончание табл. 7 |
|
|
|
|
|
Вид грунта |
Разновидность грунтов |
Величина показателя |
|
текучести |
|||
|
|
||
|
|
|
|
Суглинок и глина |
Твердая |
IL < 0 |
|
|
Полутвердая |
0 IL 0,25 |
|
|
Тугопластичная |
0,25 < IL 0,50 |
|
|
Мягкопластичная |
0,50 < IL 0,75 |
|
|
Текучепластичная |
0,75 < IL l,0 |
|
|
Текучая |
IL > 1,0 |
8.4. Определение свободного набухания глинистых грунтов (ГОСТ 24143–80)
Рис. 15. Прибор ПНГ для определения набухания грунтов:
1 – индикатор; 2 – винт для крепления индикатора; 3 – крышка; 4 – пластмассовый поршень;
5 – режущее кольцо;
6 – перфорированный поддон;
7 – ванночка
Определение свободного набухания глинистых грунтов производится на приборе конструкции Д.И. Знаменского – ПНГ – (рис. 15).
Для определения набухания грунта кольцом отбирается образец объемом 50 см3 (см. под-
разд. 8.2.2).
Приготовленный образец с обеих сторон покрывается фильтровальной бумагой и ставится на дно прибора; на поверхность образца ставится поршень и навинчивается крышка; устанавливается индикатор.
Собранный прибор ставится в ванну, берется отсчет по индикатору, затем в ванну заливают воду. Отмечают время заливки воды в ванну и следят за показаниями индикатора. Опыт считается законченным, если приращение показаний индикатора не превышает 0,01 мм за 16 ч. По
45
окончании опыта прибор разбирают, извлекают образец грунта, определяют его влажность и вычисляют величину относительного набухания по формуле
sw |
s |
, |
(15) |
|
|||
|
h0 |
|
|
где s – приращение высоты образца при набухании, мм; h0 – высота образца грунта до набухания, равная высоте кольца (20 мм).
По величине относительного набухания по табл. 8 определяют разновидность грунта.
|
Таблица 8 |
Разновидности грунта по набуханию |
|
|
|
Разновидность грунта |
Относительное набухание |
|
|
Ненабухающий |
εsw < 0,04 |
Слабонабухающий |
0,04 εsw 0,08 |
Средненабухающий |
0,08 < εsw 0,12 |
Сильнонабухающий |
εsw > 0,12 |
Результаты испытаний заносят в рабочий журнал.
8.5. Определение размокания глинистых грунтов
Определение размокания глинистых грунтов производится на приборе ПР конструкции Д.И. Знаменского (рис. 16).
Прибор состоит из полого металлического поплавка обтекаемой формы. В нижней части его укреплены два кронштейна, на которых подвешена сетка. В верхней части поплавка установлена трубка со шкалой, показывающей размокание грунта в граммах. Для отбора образца грунта имеется режущее кольцо. Опыт производится в специальной банке из небьющегося стекла.
Вырезанный образец грунта ставят на сетку прибора. Прибор с грунтом опускают в банку с водой. Записывают время начала опыта и начальное показание на шкале, показывающей размокание грунта. По мере размокания грунт проваливается через сетку, поплавок всплывает и показания на шкале меняются. В зависимости от скорости размокания показания по шкале можно брать в различные промежутки времени. Данные наблюдений заносятся в журнал. Размокание грунта, выраженное в граммах, пересчиты-
46
вается на проценты. По этим данным строят график зависимости размокания грунта от времени. Для этого по одной оси откладывают время, мин, а по другой – размокание грунта, %. Масштаб принимается в соответствии с данными опыта.
Опыт считается законченным, когда образец грунта полностью размокнет и провалится через сетку на дно банки. Отмечается характер размокания грунта (комковатое, пластинчатое, чешуйчатое и т.д.). Если образец грунта частично или полностью не размокнет, то необходимо дать описание его поведения в воде. Результаты анализа записываются в журнал.
8.6. Определение коэффициента фильтрации грунтов (ГОСТ 25584–90)
|
Движение |
воды |
в |
грунте |
||
Рис. 16. Прибор ПР |
называется фильтрацией. Ос- |
|||||
новной закон фильтрации впер- |
||||||
для определения размокания: |
вые получен |
экспериментально |
||||
1 – полый металлический |
||||||
в 1856 г. Дарси |
и |
выражается |
||||
поплавок; 2 – трубка с двумя |
||||||
формулой |
|
|
|
|
||
шкалами (в процентах и граммах); |
Q |
|
|
|
||
3 – регулировочная гайка; |
v |
ki , |
(16) |
|||
4 – кронштейны; 5 – винты |
F |
|||||
крепления ножек; 6 – ножки; |
где v – скорость фильтрации; |
|||||
7 – сетка с квадратными |
||||||
отверстиями 1 1 см; 8 – банка |
Q – расход воды, см3/с; F – пло- |
|||||
для воды; 9 – образец грунта |
щадь сечения потока, см2; k – |
|||||
|
коэффициент |
пропорциональ- |
||||
ности, зависящий от типа грунта и носящий название коэффициента фильтрации, см/с (м/с и т.д.); i – гидравлический градиент (уклон).
Если принять i = 1, то k = v. Следовательно, коэффициент фильтрации есть скорость движения воды через грунт при гидравлическом градиенте (уклоне), равном единице.
47
Коэффициент фильтрации песчаных грунтов определяется с помощью трубки СПЕЦГЕО (рис. 17) на образцах, подсушенных до воздушносухого состояния и просеянных через сито с отверстиями 5 мм – для гравелистых и крупнозернистых и 2 мм – для песков средней крупности, мелких и пылеватых.
Прибор состоит из гильзы со съемным донышком и крышкой, мерного цилиндра со шкалой объемом 150 см3 и высотой 120 мм, двух проволочных сеток с диаметром отверстий 1,0 мм и сосуда для насыщения образца водой.
Порядок работы. В гильзу слоями по 2 см насыпается песок и ставится в сосуд для замачивания.
Мерный цилиндр заполняется водой, вставляется в крышку на грунт и замечается время начала опыта.
По истечении некоторого времени (1–5 мин) по шкале цилиндра определяется расход воды.
Коэффициент фильтрации определяется по формуле
Рис. 17. Трубка СПЕЦГЕО для определения коэффициента фильтрации: 1 – трубка для грунта;
2 – стеклянный мерный цилиндр; 3 – верхняя крышка; 4 – грунт;
5 – нижняя крышка с сеткой
Q |
|
|
k TF(0,7 0,003t) |
, |
(17) |
где Т – время фильтрации, с; F – площадь поперечного сечения образца грунта, см2; 0,7 + 0,03t – поправка, учитывающая вязкость воды в зависимости от температуры t.
8.7.Определение оптимальной влажности
имаксимальной плотности грунта (ГОСТ 22733–2002)
Оптимальная влажность и максимальная плотность грунта используются при формировании искусственных грунтов в процессе возведения земляных насыпей железных дорог, обратных
48
засыпок у береговых устоев мостов, около фундаментов промышленных гражданских сооружений и около водопропускных труб в теле насыпей дорог.
Оптимальной влажностью называется влажность грунта, при которой можно достичь максимальной плотности его в процессе искусственного уплотнения. Оптимальная влажность зависит от типа грунта.
Уплотнение грунтов при укладке их в тело земляных сооружений должно производиться при оптимальной влажности. Если естественная влажность ниже оптимальной, приходится прибегать к искусственному увлажнению грунта в карьере и, наоборот, если выше – подсушивать.
Пробы грунта различной влажности уплотняются в приборе стандартного уплотнения. Затем определяются плотность и влажность полученных образцов и вычисляется величина ρd (плотность сухого уплотненного грунта). По результатам опытов строится график зависимости ρd = f (W), по которому определяют максимальную плотность грунта и оптимальную влажность.
Устройство прибора стандартного уплотнения. Прибор со-
стоит из двух полых, соединенных друг с другом металлических цилиндров (рис. 18): рабочего разъемного и насадки. Разъемный цилиндр закреплен в поддоне зажимными винтами. Для уплотнения грунта, укладываемого в цилиндр, используется трамбовка массой 2,5 кг, которая сбрасывается по направляющей стойке с высоты 30 см и ударяется по штампу.
Характеристика стандартного рабочего цилиндра: диаметр 101 мм, высота 120 мм, внутренний объем 960 см3, масса 2,14 кг. Перед опытом следует определить диаметр цилиндра, замерить высоту, определить внутренний объем и массу цилиндра.
Порядок работы. Проба грунта массой 25 кг, естественная влажность которой известна (W1 = 0,02), разделяется на пять частей по 2,5 кг. Полученные пробы укладываются на отдельные листы плотной бумаги.
Определяется количество воды тwi, которое необходимо добавить к каждой пробе грунта для получения задаваемых влажно-
стей W1 (0,10; 0,15; 0,20; 0,25; 0,30).
49
В случае, если естественная влажность грунта равна влажности на пределе раскатывания, первая проба испытывается при естественной влажности, вторая и третья пробы подсушиваются соответственно в течение 6 и 2 ч; в четвертую и пятую пробы добавляется вода в количестве 120 и 250 см3. Или в соответствии с табл. 9.
После добавления воды каждая проба тщательно перемешивается. Полученная масса должна иметь однородную окраску и не должна содержать комков крупнее 2 мм.
Производится сборка прибора. На его дно укладывается фильтр, внутренняя поверхность насадки смазывается тонким слоем солидола. В прибор засыпают порцию подготовленного грунта слоем 6 см, разравнивают, устанавливают штамп и уплотняют грунт сорока ударами трамбовки. Операцию уплотнения повторяют со вторым и третьим слоями пробы. В процессе уплотнения стержень трамбовки необходимо удерживать в вертикальном положении.
Рис. 18. Прибор СоюздорНИИ для стандартного уплотнения грунтов:
1 – ограничительное кольцо; 2 – стойка со штампом; 3 – груз; 4 – зажимное кольцо;
5 – зажимные винты;
6 – поддон; 7 – разъемный цилиндр; 8 – верхний стакан-насадка
Таблица 9
Примерное количество воды, необходимое для доувлажнения грунта в процессе испытания
Тип |
Проба 1 |
Проба 2 |
Проба 3 |
Проба 4 |
Проба 5 |
||
грунта |
|
|
|
|
|
|
|
|
Первона- |
|
|
Заданная |
Кол-во |
Заданная |
Кол-во |
|
чальная |
|
|
влажность |
воды, |
влажность |
воды, |
|
влажность |
|
|
см3 |
см3 |
||
Суглинок |
0,20 |
Сушить |
Сушить |
0,25 |
125 |
0,30 |
250 |
|
|
6 ч |
2 ч |
|
|
|
|
Супесь |
0,15 |
То же |
То же |
0,20 |
125 |
0,25 |
250 |
50