Механика грунтов. Лабораторный практикум

Владимир Петрович Ментюков

Механика грунтов

Лабораторный практикум

Редактор М.П. Малахов

Компьютерная верстка Т.В. Дементьевой

Подписано в печать ……… 2007 г. Формат 60 90/16. Объем 2,5 п.л.

Заказ № …..… Тираж 100 экз.

Московская государственная академия водного транспорта 117105, г. Москва, Новоданиловская набережная, д. 2, корп. 1

3

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

В.П. Ментюков

МЕХАНИКА ГРУНТОВ

Лабораторный практикум

Альтаир-МГАВТ Москва

2007

4

Ментюков В.П.

Механика грунтов. Лабораторный практикум. М.: МГАВТ, 2007 г., 39 с.

Лабораторный практикум включает задания, содержание и методические рекомендации по выполнению лабораторных работ по курсу «Механика грунтов» для студентов специальности 270104 «Гидротехническое строительство».

Рецензент – профессор, д.т.н. Костюков В.Д.

Издается по решению Учебно-методического совета МГАВТ

Рассмотрены и рекомендованы к изданию на заседании кафедры ВПП (протокол № 26 от 30 августа 2006 г.)

Ответственность за оформление и содержание передаваемых в печать материалов несут авторы и кафедры академии, выпускающие учебнометодические материалы.

МГАВТ, 2007

5

Ментюков В.П., 2007

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ …………………………………………………………………… 7

1. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И КЛАССИФИКАЦИОННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ГРУНТА …………………………………………………………………………….. 7

1.1 ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОВ .. ……………………… 7

1.2.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ГРУНТА ..…………………………………………...

10

1.2.1.Весовой способ ...…………………………………………………………

10

1.2.2.Определение влажности на границе раскатывания нижнего предела пластичности ...………………………………………………………………….

11

1.2.3.Определение влажности на границе текучести верхнего предела пластичности методом балансировочного конуса .... …………………………

12

1.3.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ГРУНТА СИТОВЫМ

МЕТОДОМ ………………………………………………………………………… 14

1.3.1.Пример вычисления результатов гранулометрического анализа … 15

1.4.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ВЛАЖНОГО ГРУНТА МЕТОДОМ РЕЖУЩИХ

1.5.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ПЕСКОВ В РЫХЛОМ И ПЛОТНОМ СЛОЖЕНИИ ……. 18

1.6.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ЧАСТИЦ ГРУНТА ………………………………… 19

2.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПРОЧНОСТНЫХ И ДЕФОРМАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ ………………………………………………….. 21

2.1.МЕТОД ЛАБОРАТОРНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СЖИМАЕМОСТИ ……………………. 21

2.1.1.Обработка результатов испытаний ………………………………….. 24 2.1.2.Методы лабораторного определения сопротивления грунтов срезу ………………………………………………………………………….. 26

Приложение 1 ……………………………………………………………………... 30 Приложение 2 ……………………………………………………………………... 30 Приложение 3 ……………………………………………………………………... 31 Приложение 4 ……………………………………………………………………... 31 Приложение 5 ……………………………………………………………………... 32 Приложение 6 ……………………………………………………………………... 32 Приложение 7 ……………………………………………………………………... 33 Приложение 8 ……………………………………………………………………... 34 Приложение 9 ……………………………………………………………………... 34 Приложение 10 ……………………………………………………………………. 35 Приложение 11 ……………………………………………………………………. 36 Приложение 12 ……………………………………………………………………. 37 Приложение 13 ……………………………………………………………………. 37

6

Приложение 14 ……………………………………………………………………. 38 Приложение 15 ……………………………………………………………………. 39

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящие методические рекомендации составлены в соответствии с программой курса «Механика грунтов для специальности 270104 «Гидротехни-

ческое строительство».

Методические рекомендации предусматривают самостоятельное выпол-

нение студентами лабораторных работ. Приступая к их выполнению, студенты,

прежде всего, должны изучить основные физико-механические свойства грун-

тов, содержание и порядок их выполнения. Полученные результаты студенты заносят в таблицы и другие формы журнала лабораторных работ, делают зари-

совки схем приборов оборудования, образцов.

В методических рекомендациях материал изложен в такой последова-

тельности: общие сведения (краткие) об изучаемых свойствах грунтов, техни-

ческие условия и ГОСТы на их определение, методика выполнения работы,

форма записей и выводы. В той же последовательности рекомендуется вы-

полнять и лабораторные работы.

Студенты оформляют и защищают лабораторные работы индивидуально.

Лабораторные работы проводятся с подгруппой студентов численностью 12-15

человек, которую считают лабораторной группой.

1. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И КЛАССИФИКАЦИОННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ГРУНТА

1.1 Основные физические характеристики грунтов

Основными физическими характеристиками грунта являются грануло-

метрический состав, плотность, влажность.

Плотность различают следующим образом: плотность грунта ρ - отноше-

ние массы грунта (включая массу воды в порах) к занимаемому этим грунтом объему;

7

плотность твердых частиц грунта ρs – отношение массы сухого грунта

(исключая массу ВОДЫ в его порах) к занимаемому объему твердой части это-

го грунта;

плотность сухого грунта (скелета грунта) ρd- отношение массы сухого грунта (исключая массу воды в его порах) к занимаемому этим грунтом объему включая имеющиеся в этом грунте поры).

Плотность грунта используется как прямой показатель в следующих расчетах:

вычисление давления грунта на подпорную стенку;

расчет устойчивости откосов;

расчет осадки сооружений;

расчет распределения напряжений в грунтах основания под фундаментом;

определение объема земляных работ и др.

Как косвенный показатель он используется для вычисления других харак-

теристик грунтов (плотности сухого грунта, пористости).

Плотность частиц грунта зависит в основном от минералогического со-

става грунта. Плотность частиц грунта колеблется в небольших пределах, так,

например, для ориентировочных расчетов можно принимать: пески – 26,6 кН/м3, су-

песи – 27,0 кН/м3, суглинки – 27,1 кН/м3, глины – 27,4 кН/м3, размерность.

Плотность частиц используется для расчета пористости грунта. Плот-

ность грунта зависит от минералогического состава, пористости и влажности грунта. Чем больше влажность грунта, тем больше его плотность, максималь-

ного значения при данной пористости плотность грунта достигается при пол-

ном заполнении пор водой.

Влажность грунтов характеризует содержание в их порах жидкой фазы.

Различают весовую и объемную влажность.

Весовой влажностью грунта W называют отношение массы воды содер-

жащейся в грунте, к массе твердых (минеральных частиц). Именно эта влаж-

ность и используется в строительной практике.

Объемной влажностью грунта W называется отношение объема воды, за-

8

ключенной в породе, к ее полному объему.

Естественной влажностью грунта называют количество свободной и по-

верхностно связной воды, содержащейся в порах грунта в естественных условиях залегания.

Гигроскопическая влажность – отношение массы воды, удаляемой из об-

разца воздушно-сухого грунта, к массе высушенного грунта при t=100-105°С.

Влажность выражается в процентах или в долях единицы.

Величина естественной влажности является важной характеристикой фи-

зического состояния грунта, определяющей его прочность и поведение под со-

оружением. Влажность песчаных грунтов (за исключением пылеватых) изменя-

ется в небольших пределах и практически не влияет на прочностные и дефор-

мационные свойства этих грунтов. Особенно существенную роль играет изме-

нение влажностного режима в глинистых грунтах: резко изменяет их свойства,

приводит к развитию различного рода объемных изменений (набухание, усадка,

просадка, пучение). Естественная влажность важный косвенный показатель,

необходимый для вычислений объемной массы грунта, прочности, степени влажности и др.

При изменении влажности глинистых грунтов изменяется их состояние и свойства, в частности, их консистенция. Под консистенцией понимается сте-

пень подвижности слагающих грунт частиц при механическом воздействии.

Состояние грунтов характеризуется показателем текучести (ранее назы-

вался показатель консистенции). Подразделения пылевато-глинистых грунтов по показателю текучести представлены в приложении см. с. 24 табл.1

Определение наименования глинистых грунтов производится по числу пластичности.

Влажность, при которой грунт переходит из пластического состояния в текучее, называется верхним пределом пластичности, или границей текучести.

Влажность, при которой грунт переходит из пластичного состояния в твердое,

называется нижним пределом пластичности, или границей раскатывания. Раз-

ность между значениями влажности, отвечающими верхнему и нижнему преде-

лам пластичности, называется числом пластичности. Подразделения пылевато-

9

глинистых грунтов по числу пластичности представлены в приложении 1 табл.2.

Одним из основных показателей, характеризующим состав грунтов, явля-

ется гранулометрический состав. Под гранулометрическим составом грунта по-

нимается относительное содержание в нем (по массе) частиц различной вели-

чины. От него зависят такие важные свойства грунта, как пластичность, порис-

тость, сопротивление сдвигу, сжимаемость, водопроницаемость, усадка, разбухаемость и др.

В зависимости от гранулометрического состава грунтов существуют раз-

личные способы анализа грунта; так, для песчаных грунтов основным является ситовой анализ, для глинистых - аэрометрический анализ, основанный на изме-

рении плотности суспензии, изменяющейся по мере выпадения из нее более крупных частиц.

Классификация крупнообломочных и песчаных грунтов по грануло-

метрическому составу представлена в приложении 2 табл. 1.

Физические характеристики грунтов определяются преимущественно ла-

бораторными методами, ввиду чего отбор, упаковка, транспортирование и хра-

нение образцов должны производиться с учетом требований ГОСТа 12071-84.

Физические характеристики грунтов (естественная влажность, влажность гиг-

роскопическая, плотность частиц грунта, плотность грунта, границы текучести и раскатывания) определяются в соответствии с требованиями ГОСТа 5180-84,

гранулометрический состав-по ГОСТ 12536-79.

1.2. Определение влажности грунта

1.2.1. Весовой способ

Необходимое оборудование:

1.Шкаф сушильный.

2.Весы лабораторные с разновесами.

3.Эксикатор с кальцием хлористым двуводным.

4.Бюксы с хорошо притертыми крышками.

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ

1. Для определения влажности грунта следует отобрать пробы массой 15 г.

10

2.Пробу грунта надлежит поместить в заранее высушенный, взвешенный и пронумерованный бюкс, закрыть крышку и взвесить на лабораторных весах с точностью 0,01 г.

3.Пробу грунта следует поставить в сушильный шкаф, открыть крышку,

постепенно (в течение 1-2 ч ) поднять температуру до (105оС – 2оС) и

высушивать пробу в течение 5 ч для глинистых и 3 ч для песчаных грунтов.

4.Закрыть в сушильном шкафу бюкс крышкой, перенести в эксикатор и дать остыть в течение 30-40 мин.

5.Взвесить охлажденный бюкс с грунтом, а затем поставить в сушильный шкаф для дополнительного высушивания, которое проводиться в тече-

ние 2ч для глинистых и 1ч для песчаных грунтов. Высушивать образцы до постоянной массы следует до получения минимальной разности ме-

жду двумя последующими взвешиваниями, которая должна быть не более 0,02 г (0,2мН).

6.За результат взвешивания надлежит принимать наименьшую массу бюкса с грунтом.

7.Влажность грунта W в процентах вычисляют по формуле:

где т - масса бюкса с крышкой, г (Н);.

m0 - масса высушенного грунта с массой бюкса с крышкой, г(Н); m1 - масса влажного грунта с массой бюкса с крышкой, г (Н);

Погрешность вычислений влажности грунта должна быть около 0,1%.

8.Для каждого образца грунта определить не менее двух значений влаж-

ности и взять среднее арифметическое из этих результатов.

9.Данные анализа и вычислений занести в журнал (приложение 3.).

1.2.2. Определение влажности на границе раскатывания нижнего предела пластичности

Необходимое оборудование:

11