Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Механика грунтов. Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов строительных специальностей и направлений очной и заочной формы.pdf
60 %). Аналогично определяют диаметр частиц (d10), содержание
3
10
60
d
d
к
н
3
10
60
d
d
к
н
которых в данном грунте составляет 10 %.
Грунты с коэффициентом неоднородности
счита-
ются однородными; грунты, у которых
ными.
Контрольные вопросы
1. Что называется гранулометрическим составом грунта?
2. Как определяется гранулометрический состав песка?
3. Как устанавливается однородность песка?
4. Как устанавливается наименование песка по крупности?
, – неоднород-
11
Наименования частиц
Диаметр частиц, мм
Песчаные
2 - 0,05
Пылеватые
0,05-0,005
Глинистые
<0,005
Наименование грунта
Содержание глинистых частиц, % по
Песок
3
Супесь
3-10
Суглинок
10-30
Глина
>30
Лабораторная работа № 2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА
СВЯЗНОГО ГРУНТА
(ПОЛЕВОЙ МЕТОД РУТКОВСКОГО)
Цель лабораторной работы – ознакомление студентов с методикой и выработкой навыков определения гранулометрического состава связного грунта седиментационным методом.
Определение гранулометрического состава состоит в разделении составляющих грунт частиц на отдельные фракции. Принято выделять следующие основные фракции:
Таблица 3
Фракции грунта
Для гранулометрического анализа используется грунт нарушенной структуры.
По содержанию глинистых частиц грунты классифицируются
на основании ГОСТ 25100-95 «Классификация грунтов» следующим образом:
Классификация грунтов
Таблица 4
12
В настоящей работе требуется разделить грунт на три указанные выше фракции и установить его наименование.
Необходимые оборудование и материалы: градуированные
цилиндры – 2, палочки с резиновыми наконечниками – 2, раствор
хлористого кальция (5 % СаСl2), колба с водой, чашка, грунт
(воздушно-сухой, нарушенной структуры).
Подготовительные работы. Из отобранного монолита грун-
та была взята средняя проба весом около 50 г. Грунт был высушен и растерт в фарфоровой ступке пестиком, чтобы избежать
раздробления частиц.
А. Определение содержания песчаных частиц
Способ основан на разной скорости падения частиц грунта в
воде в зависимости от их крупности (закон Стокса) и состоит в
отмучивании глинистых и пылеватых частиц от песчаных.
Последовательность выполнения работы
1. Сухой грунт насыпается ложкой в цилиндр и по мере за-
полнения уплотняется постукиванием цилиндра по ладони. После
уплотнения грунт должен иметь объем 10 см3.
2. Наклоном цилиндра и легким встряхиванием грунт раз-
рыхляется, и в цилиндр наливается вода до деления 50-60 см3.
3. Грунт растирается палочкой с резиновым наконечником и
перемешивается с водой до исчезновения мазков глины на стенках цилиндра, цилиндр доливается водой до 100 см3.
4. Полученная суспензия хорошо взмучивается палочкой с
резиновой кисточкой, кисть вынимается, фиксируется время, и
суспензия отстаивается 90 с. За это время все песчаные частицы
успевают осесть на дно. Через 90 секунд 2/3 объема суспензии с
пылеватыми и глинистыми частицами сливают (до деления
30-35 см3).
13
5. Цилиндр вновь доливается до 100 см3, суспензия взмучи-
Начальный объем
грунта, см
3
Объем оставшегося
грунта, см
3
Содержание песчаной
фракции, %
вается, отстаивается 90 с и снова сливается 2/3 ее объема. Этот
процесс следует повторить почти до полного осветления жидкости.
6. После этого можно перейти к сливанию тех же фракций
(диаметром 0,05 мм), но через более короткие промежутки времени. Для этого оставшуюся суспензию в объеме 30-35 см3 следует взмутить и через 30 с осторожно слить почти всю жидкость.
7. Налить воды до 100 см3, дать отстояться песку и опреде-
лить его объем. Так как 1 см3 составляет 10 % от взятого объема
грунта, то количество песка в грунте определяется умножением
числа кубических сантиметров осадка на 10.
Таблица 5
Результаты определения содержания песчаной фракции
Результаты опыта записываются в табл. 5.
Б. Определение содержания глинистой фракции
Последовательность выполнения работы
Способ основан на свойстве глинистых фракций увеличиваться в объеме при их увлажнении.
1. Как и в предыдущем опыте, сухой грунт насыпается в ци-
линдр и постукиванием по ладони уплотняется до 10 см3. В цилиндр наливается вода до деления 50-60 см, и грунт растирается
до исчезновения мазков глины на стенках цилиндра.
2. Для коагуляции и ускорения оседания глинистой фракции к
полученной суспензии прибавляется 1 см3 раствора СаСl2
(5-процентный).
3. Цилиндр доливается водой до 100 см3, суспензия взмучи-
вается один раз и отстаивается в течение 1-2 суток или до следу-
14
ющего занятия. В цилиндр вставляется этикетка с указанием
Начальный
объем
грунта, см
3
Объем
набухшего
грунта,см
3
Приращение
объема, см
3
Относительное
приращение
объема
Содержание
глинистых
фракций, %
группы и фамилии студента.
4. После отстаивания определяется объем набухшего грунта.
Содержание глинистых частиц в процентах определяется умножением относительного приращения объема грунта на эмпирический коэффициент (к = 22,7).
Таблица 6
Результаты определения содержания глинистой фракции
Результаты опыта оформляются в табл. 6.
В. Определение содержания пылеватой фракции
Последовательность выполнения работы
Содержание пылеватых частиц определяется вычитанием из
100 % суммы процентов глинистой и песчаной фракций.
Наименование грунта уточняется по табл. 4.
Для графического изображения гранулометрического состава
при разделении грунта на три основные фракции (песчаную, пылеватую и глинистую), в сумме составляющие 100 %, используется равносторонний треугольник Фере (рис. 2 в лабораторной
работе № 3).
Этот способ основан на свойстве равностороннего треуголь-
ника: сумма перпендикуляров из какой-либо точки внутри треугольника на три его стороны есть величина постоянная, равная
высоте треугольника. Поэтому, если разделить высоты треугольника на 100 равных частей и откладывать процентное содержание
каждой фракции на соответствующей высоте, а затем проводить
линии, параллельные соответствующим сторонам, то на пересечении этих линий можно получить точку, изображающую заданный гранулометрический состав грунта. По расположению этой
15
точки можно сразу определить наименование грунта, используя
Наименование фракций
Содержание, %
Глинистая
Пылеватая
Песчаная
классификацию грунтов по Охотину.
Таблица 7
Результаты определения гранулометрического состава связного грунта
Результаты лабораторной работы заносятся в табл. 7.
Контрольные вопросы
1. Что такое гранулометрический состав грунта?
2. Каким образом устанавливается наименование грунта?
3. Как определяется содержание песчаной фракции?
4. Как определяется содержание глинистой фракции?
5. Как определяется содержание пылеватой фракции?
6. Как графическим способом изображается гранулометрический
состав грунта?
16
Размер
фракций, мм
Содержание фракций, %
зона нормального
и недостаточного увлажнения
зона избыточного увлажнения
Тип А1
Тип А2
Тип Б1
Тип Б2
2,00-0,25
45-60
20-45
45-70
25-45
0,25-0,05
10-20
20-40
15-30
25 - 55
0,05-0,005
15-35
15-35
15-25
15-25
Менее 0,005
6-12
8-14
3-8
3-10
Лабораторная работа № 3
ПОДБОР ОПТИМАЛЬНОЙ СМЕСИ ГРУНТА
Цель лабораторной работы – ознакомление студентов с методикой и выработка навыков определения грунта с оптимальным гранулометрическим составом.
Грунт с оптимальным гранулометрическим составом представляет собой такую смесь глинистых, пылеватых и песчаных
фракций, которая обеспечивает необходимое сопротивление
внешним нагрузкам в условиях переменного увлажнения.
Оптимальным гранулометрическим составом могут обладать
супеси и легкие суглинки, в которых песчаных частиц, представляющих собой скелет грунта, содержится более 50 %; глинистых
частиц, обуславливающих связность скелета, – менее 12 %, а пылеватых частиц, обеспечивающих необходимую плотность смеси,
– 15-35 %. Грунты оптимального состава должны иметь число
пластичности менее 6, а предел текучести – от 18 до 28 %.
Такие грунты в природном состоянии встречаются редко, поэтому их приходится подбирать путем смешивания двух и более
грунтов. В результате опыта эксплуатации дорог установлены
оптимальные составы грунтов для разных климатических зон;
наиболее предпочтительны составы типа А1 и Б1 (табл. 8), которые являются более крупнозернистыми и поэтому более устойчивыми.
Таблица 8
Состав оптимальных смесей
17
Улучшение свойств грунта гранулометрическими добавками
С
о
д
е
р
ж
а
н
и
е
п
е
с
ч
а
н
о
й
ф
р
а
к
ц
и
и
0
,
0
5
-
2
м
м
Н
у
л
е
в
а
я
л
и
н
и
я
п
ы
л
и
С
о
д
е
р
ж
а
н
и
е
г
л
и
н
и
с
т
о
й
ф
р
а
к
ц
и
и
,
м
м
Н
у
л
е
в
а
я
л
и
н
и
я
п
е
с
к
а
<
0
0
0
5
100%
10
20
30
40
50
60
70
80
90
10
100%
20
30
40
50
60
70
90
80
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100%
Нулевая линия глины
Содержание пылеватой фракции 0,005-0,05 мм
А Х Б
применяют как дополнительный метод укрепления грунтов вяжущими материалами, поэтому расход вяжущего может быть
значительно сокращен.
Для подбора оптимального состава грунта предварительно
определяют гранулометрические составы и пластичность грунтов, используемых для получения оптимальной смеси.
Для расчета количества грунта, необходимого для получения
оптимальной смеси, методом треугольных координат строят
равносторонний треугольник, с помощью которого изображают
гранулометрический состав грунта.
Рис. 2. Подбор оптимального состава грунта с помощью
метода треугольных координат
18
На треугольник (см. рис. 2) наносят границы оптимального
100%,
АБ
БХ
m
состава грунта для данной климатической зоны, взятые из табл. 8
(при этом фракции 2–0,25 и 0,25–0,05 мм объединяются в одну),
и получают многоугольник, в котором любая точка будет соответствовать оптимальной смеси. Если гранулометрический состав
улучшаемого грунта изображается на треугольнике точкой Б, а
производного – точкой А, то любая смесь из этих двух грунтов
будет находиться на прямой АБ. Для получения оптимальной
смеси эта прямая должна пересекать многоугольник. На прямой
АБ находят точку пересечения с многоугольником, при этом выбирают ту, которая дает при расчете наименьшее количество
добавки привозного грунта, то есть расположенную ближе
к точке Б.
Количество добавки привозного грунта рассчитывают из отношения отрезков БХ и АБ, измеренных на треугольнике в единицах длины:
Тогда улучшаемого грунта должно быть взято
n = 100 – m, %.
Пример. Необходимо подобрать состав оптимальной смеси
для устройства основания дорожной одежды в зоне нормального
увлажнения. Грунт земляного полотна – суглинок тяжелый пылеватый; привозной грунт применяемый для улучшения, – песок.
Характеристики грунтов приведены в табл. 9.
Для подбора оптимальной смеси из указанных грунтов на
треугольник (рис. 2) необходимо нанести границы оптимальной
смеси (для зоны с нормальным увлажнением) – тип А1 (табл. 8) и
гранулометрические составы обоих грунтов (точки А и Б) из
табл. 9.
19
Таблица 9
Наимено-
вание
грунта
Содержание фракций %
Показатели пластичности, %
глини-
стой
(более
0,002 мм)
пылева-
той
(0,002-
0,05 мм)
песчаной
(0,05-2
мм)
граница
текучести
Wm
граница
раскатывания Wp
число
пластич-
ности Ip
Суглинок
тяжелый,
пылеватый
15
55
30
37
22
15
Песок
3
5
92 - -
-
%100
58
23,5
%100
АБ
БХ
m
%.,
8
)100(
пгр
сгр
mm
mm
WW
WW
m
Подбор состава оптимальной смеси
Найденные точки надо соединить прямой линией и найти
точку X пересечения её с многоугольником оптимальной смеси,
измерить расстояния БХ и АБ (в масштабе построения треугольника) и подсчитать необходимую добавку привозного грунта
и количество улучшаемого грунта земляного полотна
n = 100 – m = 100 – 40 = 60 %.
По треугольнику можно определить гранулометрический состав полученной смеси: глинистая фракция – 10 %, пылеватая –
35 %, песчаная – 55 %.
Графический метод позволяет сразу же установить, можно ли
из смешиваемых грунтов получить оптимальную смесь.
При известных значениях влажностей границы текучести
грунтов оптимальной смеси Wmc земляного полотна W
и при-
mгр
возного грунта Wmn для подбора оптимальной смеси добавку привозного грунта можно найти аналитически по формуле:
В рассматриваемом примере, приняв Wmc = 23 %, получим добавку привозного грунта
20