Механика грунтов. Лабораторный практикум

1.Технические весы с разновесами.

2.Сушильный шкаф.

3.Эксикатор.

4.Бюксы.

5.Фарфоровая ступка с резиновым пестиком.

6.Шпатель.

7.Ровная гладкая доска.

8.Сито с отверстиями 0,5 мм.

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ

1.Пробу около 50 см3 размять шпателем или размельчить резиновым пес-

тиком, а затем просеять сквозь сито с отверстиями 1 мм.

2.Поместить грунт в фарфоровую чашку и увлажнить дистиллированной водой до состояния густого теста при одновременном перемешивании.

Затем сосуд закрыть крышкой и оставить не менее чем на 2ч.

3.Увлажненное тесто тщательно перемешать, взять небольшой кусочек и раскатать руками на гладкой деревянной пластинке до образования жгута диаметром около 3 мм. Если при такой толщине жгут не крошит-

ся, смять его, перемешать и вновь раскатать до указанной толщины.

Если жгут толщиной около 3 мм начнет крошиться по всей длине, оп-

ределение считать законченным. Если при любой влажности невоз-

можно раскатать жгут толщиной около 3 мм, считать, что данный грунт не имеет нижнего предела пластичности.

4.Собрать кусочки жгута в заранее взвешенный бюкс и определить влаж-

ность в соответствии с подразд. 1.2.1.

5.Определение производить не менее двух раз, за результат принять среднее арифметическое значение, расхождение в результатах должно быть не более 2%.

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

12

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

Необходимое оборудование:

1.Технические весы с разновесами.

2.Сушильный шкаф.

3.Эксикатор.

4.Стандартный балансировочный конус.

5.Фарфоровая чашка.

6.Стаканчик не менее 4 см и высотой не менее 2 см.

7.Шпатель.

8.Бюксы.

9.Сито с отверстиями 0,5 мм.

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ

1.Пробу объемом около 50 см3 размять шпателем или размельчить рези-

новым пестиком, а затем просеять сквозь сито с отверстиями 0,5 мм.

2.Перенести грунт в стеклянный сосуд и увлажнить до состояния густого теста при одновременном перемешивании, закрыть сосуд крышкой и оставить в таком состоянии не менее чем на 24ч.

3.Увлажненным грунтовым тестом заполнить стаканчик, поверхность за-

ровнять шпателем. Поднести к поверхности теста острие конуса и,

опустив его, дать ему в течение 5 с свободно погружаться. Если за 5 с

конус не погрузится на глубину 10 мм, это показывает, что влажность теста не достигла искомого предела. В этом случае тесто необходимо

извлечь, добавить немного воды, тщательно перемешать и повторить определение.

В случае погружения конуса на глубину более 10 мм, тесто необходимо вынуть из стаканчика, положить на стекло и дать немного подсохнуть, затем перемешать и повторить определение.

4.При достижении верхнего предела пластичности взять из стаканчи-

ка пробу массой не менее 10 г и определить ее влажность в соответ-

ствии с подразд. 1.2.1, которая и будет верхним пределом пластичности.

13

5.Определение производить не менее двух раз, расхождение в резуль-

татах должно быть не более 2%.

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

1.3. Определение гранулометрического состава грунта ситовым методом

Необходимое оборудование:

1.Набор стандартных сит (с диаметром отверстий 10; 5; 2 ; 1 ; 0,5 ;

0,25 ; 0,1 мм ) последние два сита применяют с промывкой водой.

2.Технические весы с разновесами.

3.Фарфоровая ступка и пестик с резиновым наконечником.

4.Фарфоровые чашечки или бюксы.

5.Ложка или совок.

6.Лист бумаги.

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ

1.Пробу грунта довести до воздушно-сухого состояния, для чего грунт рассыпать тонким слоем и просушить 1-2 суток на воздухе;

при наличии комков растереть в фарфоровой ступке.

2.Взять среднюю пробу. Для этого грунт необходимо тщательно пе-

ремещать и рассыпать на листе бумаги тонким ровным слоем тол-

щиной несколько миллиметров. Затем двумя взаимно перпендику-

лярными линиями разделить на четыре равные части, две противо-

положные по диагонали части оставить, остальные удалить Такое деление пробы продолжать до тех пор, пока на листе бумаги не ос-

танется необходимый объем грунта:

примерно 100 г – для грунтов, не содержащих частиц крупнее 2 мм;

примерно 500 г для грунтов, содержащих до 10 % частиц крупнее 2 мм;

0,01 г и пропустить через набор стандартных сит, сита собрать в ко-

лонну так, чтобы отверстия их уменьшались сверху вниз, на верх-

нее сито надеть крышку, на нижнее - поддон. Просеивать с помо-

щью легких боковых ударов ладонями рук до полной сортировки частиц грунта.

4.Содержание каждого сита и поддона высыпать в предварительно взвешенные фарфоровые чашечки и взвесить. В результате рассеи-

вания грунта на ситах получаются следующие фракции:

10 мм – то, что осталось на сите с отверстиями в 10 мм;

10-5 мм – то, что осталось на сите с отверстиями в 5 мм;

5-2 мм – то, что осталось на сите с отверстиями в 2 мм ;

2-1 мм – то, что осталось на сите с отверстиями в I мм;

1-0,5 мм – то, что осталось на сите с отверстиями в 0,5 мм,

0,5-0,25 мм – то, что осталось на сите с отверстиями в 0,25мм;

0,25-0,1 мм – то, что осталось на сите с отверстиями в 0,1 мм; 0,1 мм – то, что просеялось через сито с отверстиями 0,1 мм и осталось в поддоне.

5.Сумма массы отдельных фракций с общей массой взятой для анали-

за пробы не должна расходиться больше чем на 0,5 %, если больше анализ должен быть повторен.

6.Результаты анализа выразить в процентах (с точностью до едини-

цы) по отношению к массе воздушно-сухой пробы по фракциям.

Процентное содержание каждой фракции определяется по формуле:

Б

где Х – содержание фракции в грунте %;

А – масса фракции, г (Н);

Б– общая масса пробы, взятой для анализа, г(Н).

7.Данные анализа занести в журнал (приложение 4).

1.3.1. Пример вычисления результатов гранулометрического анализа

Для анализа взята навеска грунта в 500 г. При просеивании на ситах по-

15

лучено:

фракции 10 мм - 5,5 г, что составляет 5,5 100 1% ;

500

фракции 10-5 мм – 15 г, что составляет 15100 3% ; 500

фракции 5-2 мм – 20,1 г, что составляет 20,1 100 4% ; 500

фракции 2-1 мм - 45 г, что составляет 45100 9% ; 500

фракции 1-0,5 мм – 50,4 г, что составляет 50,4 100 10% ; 500

фракции 0,5-0,25 мм – 84 г, что составляет 84 100 17% ; 500

фракции 0,25-0,1 мм – 225 г, что составляет 225100 51% ; 500

фракции 0,1 мм-25 г, что составляет 25100 5% ; 500

_______________

100 %

1.4. Определение плотности влажного грунта методом режущих колец

Этот метод применяют для грунтов: глин, суглинков, супесей и песков.

Существуют и другие методы определений, метод непосредственных измере-

ний, метод парафинирования.

Необходимое оборудование:

1.Режущие кольца фвн 50 70 мм с заостренным снаружи наружным краем для глинистых грунтов не менее 50 мм, для песчаных – не менее 70 мм,

для однородных глинистых грунтов – 40 мм с прямым лезвием.

2.Технические весы.

3.Сосуд для воды.

4.Нож.

5.Подставка.

16

6.Два плоских стекла.

7.Стеклянный стаканчик для взвешивания.

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ

1.Взять соответствующее пронумерованное кольцо с заранее определен-

ным весом и объемом.

2.На выровненную площадку монолита грунта поставить кольцо острым краем вниз. Ножом тонкими срезами вырезать столбик грунта диамет-

ром на 0,5-1,0 мм превышающим наружный диаметр кольца. Одновре-

менно понемногу нажимать на кольцо, чтобы грунт заходил в полость кольца. После заполнения всей полости кольца столбик подрезать сни-

зу и отделить кольцо с грунтом от монолита. Избыток грунта, высту-

пающий из кольца, срезать вровень с краями кольца. В песчаные грун-

ты кольцо вдавливается.

3.Наружную поверхность кольца тщательно очистить от прилипшего грунта и свободные поверхности покрыть заранее взвешенными пло-

скими стеклами; кольцо вместе с грунтом и стеклами взвесить. Взве-

шивать на технических весах с точностью до 0,01 г.

4.Взять из кольца грунт и определить его влажность.

5.Для каждого образца грунта количество параллельных определений должно быть не менее двух. Расхождение в результатах не более 0,03 г/см3.

За конечный результат принимается среднеарифметическое значение.

6.Определение плотности грунта производят по формуле:

где q – масса кольца с грунтом и покрывающими стеклами, г (Н); q1 – масса кольца, г (Н);

q2, q3 – массы первого и второго стекл, покрывающего грунт, соответст-

венно, г (Н);

V– объем грунта, равный внутреннему объему кольца,см3.

7.Данные определений занести в журнал (приложение 5).

17

1.5. Определение плотности песков в рыхлом и плотном сложениях

Плотность песков с нарушенной структурой определяют в двух состояни-

ях: рыхлом и плотном, соответственно плотность имеет минимальное и макси-

мальное значение.

Необходимое оборудование:

1.Металлический стакан вместимостью 250 см3 и диаметром 5 см.

2.Стеклянный или металлический стакан вместимостью 50 см3.

3.Технические весы с разновесами.

4.Воронка с резиновой трубкой.

5.Рыхлитель (спираль из тонкой проволоки 1,5-2 мм).

6.Деревянная трамбовка.

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ

В рыхлом состоянии:

1.Мерный сухой стеклянный стакан вместимостью 50 см3 диаметром 2-3

см взвешивают на технических весах (с точностью 0,01 г), получают его массу.

2.Грунт высушивают до воздушно-сухого состояния и просеивают через сито с диаметром отверстий 5 мм, включения крупнее 5 мм отбрасывают.

3.Отсеянный грунт высыпают на лист бумаги, бумагу сгибают в виде же-

лобка и осторожно небольшой струйкой ссыпают в мерный стакан ,

можно использовать для этих целей воронку с резиновой трубкой (под-

нимать носик воронки выше 1-2 см от поверхности песка в стакане не допускается). Рыхлое сложение песка путем засыпки через ворону не всегда дает сравнимые результаты. Для этих целей используют разные способы рыхления, один из них: в стаканчик опускают проволочную спираль, заполняют его грунтом и подергивая за спираль разрыхляют песок. Избыток песка удалить линейкой, поверхность песка должна быть ровной на одном уровне с краями стакана.

4.Стакан с грунтом взвесить, получим вес (q2).

18

5.Разность между массой стакана с грунтом q2 и массой стакана q1,определяет массу q взятого объема грунта V.

6.Частное от деления масса грунта на его объем и будет соответствовать плотности песка в рыхлом состоянии:

min q2 q1 . (4)

V

7.Определение выполнить не менее трех раз, вычисления производят с точностью 0,01 г и за рmin принять среднее значение из двух меньших величин.

Вплотном сложении

1.Взвесить сухой металлический стакан вместимостью (V) не менее 200

см3, диаметром не менее 5 см, получим вес (q1).

2.Заполнить стакан песком. Песок загружать небольшими порциями с постоянным уплотнением путем постукивания о боковые стенки и трамбова-

ния деревянной трамбовкой (можно уплотненять на вибрационной установке).

3.Заполненный стакан с грунтом взвесить, получим вес (q2).

4.Вычислить плотность уплотненного песка по формуле:

max q2 q1 . (5)

V

5.Определение выполнить не менее трех раз и за рmax принять среднее значение из двух больших величин.

6.Результаты определений свести в журнал (приложение 6).

1.6. Определение плотности частиц грунта

Необходимое оборудование:

1.Весы технические с разновесами.

2.Пикнометры емкостью не менее 100 см3.

3.Сушильный шкаф.

4.Фарфоровая ступка с фарфоровым пестиком.

5.Сито с отверстиями диаметрами 2 мм.

6.Песчаная баня.

7.Термометр.

8.Бюксы.

19

9.Вакуумный насос.

10.Ареометр (дексиметр).

Подготовка образца

1.Образец воздушно-сухого грунта растирают (без дробления зерен) в

фарфоровой ступке пестиком с резиновым наконечником. Растертый грунт распределяют слоем 0,5-1,0 см на листе фанеры или плотной бу-

маги, отбирают методом квадратов шпателем или ложечкой среднюю пробу массой примерно 100-200 г и просеивают ее через сито с отвер-

стиями диаметрами 2 мм.

2.Из той же средней пробы взять две навески не менее 15 г в заранее взвешенный и пронумерованный бюкс, для определения гигроскопиче-

ской влажности по ГОСТ 5180-84, или в соответствии с подразд. 1.2.1.

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ЧАСТИЦ

1.Во взвешенный и заранее пронумерованный сухой пикнометр (масса q)

через воронку переносят высушенную навеску грунта. Пикнометр с

грунтом взвешивают (масса q1). Вычитая q из q1 устанавливают массу воздушносухого грунта и массу абсолютно сухого грунта в пикномет-

ре (внеся поправку на гигроскопическую влажность) по формуле:

2. В пикнометр с грунтом наливают дистиллированную воду примерно на

0,5 его объема. Взбалтывают содержимое пикнометра и удаляют воздух из образовавшейся суспензии кипячением на песчаной бане, не допус-

кая разбрызгивания. Суглинки и глины - в течение 1ч, песчаные грунты

- 30 мин. В случае образования обильной пены при закипании суспен-

зии температуру песчаной бани снижают.

3.Пикнометр слегка остудить, долить дистиллированной водой, кипяче-

ной в течение 1ч, до мерной черты и окончательно охладить в ванне с водой до комнатной температуры. Температуру измерить термометром с точностью до 0,5°C.

20

4.Установить нижний край мениска суспензии строго на уровне мерной черты пикнометра, добавляя по каплям дистиллированную кипяченую воду. Тщательно протереть пикнометр снаружи фильтровальной бума-

гой и взвесить, получим массу (q2).

5.Содержимое пикнометра тщательно промыть, налить до черты кипяче-

ной дистиллированной водой, имеющей температуру суспензии, и

взвесить, получим вес (q3).

6.На основе полученных данных произвести расчет плотности по

формуле:

где w – плотность воды 10 кН/м3 [1 г/см3].

7.Определение проводить параллельно в двух пикнометрах. Расхождение между двумя параллельными определениями должно быть не более

0,02 г/см3. За окончательное значение плотности частиц принять сред-

неарифметическое из результатов параллельных определений, выра-

женное с точностью до 0,01.

8.Результаты определений занести в журнал (приложение 7).

2.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПРОЧНОСТНЫХ И ДЕФОРМАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ

Основными параметрами, определяющими несущую способность основа-

ний и их деформаций, являются прочностные и деформационные характери-

стики грунтов (угол внутреннего трения , удельное сцепление С, модуль де-

формации нескальных грунтов и др.)

Модуль деформации грунтов оснований и сооружений может быть опре-

делен в полевых условиях – загружением штампа статическими нагрузками, с

помощью прессиометра в скважине, методами статического и динамического зондирования. В лабораторных условиях – по ГОСТ 23908-79.

21