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
tg φ φ tg φ φ tg φ φ tg φ
φ
0,087
5
0,286
16
0,509
27
0,781
38
0,105
6
0,306
17
0,531
28
0,809
39
0,123
7
0,324
18
0,554
29
0,839
40
0,140
8
0,344
19
0,577
30
0,869
41
0,158
9
0,363
20
0,600
31
0,900
42
0,176
10
0,383
21
0,624
32
0,932
43
0,194
11
0,404
22
0,649
33
0,965
44
0,212
12
0,424
23
0,674
34
1,000
45
0,230
13
0,445
24
0,700
35
0,249
14
0,466
25
0,726
36
0,267
15
0,487
26
0,753
37
а) б)
Рис.6. Общий вид лотка для определения угла естественного откоса песков:
а – при закрытой выдвижной створке; б – при выдвинутой створке
3. Угол между плоскостью свободного откоса и горизонталь-
ной плоскостью и есть угол естественного откоса. По делениям
на днище и боковой стенке отсчитывают высоту и заложение откоса и вычисляют тангенс угла естественного откоса, отсчеты
берут с точностью до 1 мм. Значение тангенса угла естественного
откоса определяют как среднее арифметическое результатов трех
замеров.
Таблица 17
Таблица значений tg φ и угла φ
41
45
40
35
30
25
20
15
10
5
Определение угла естественного откоса песка в подводном
состоянии отличается от предыдущего тем, что после того как в
малое отделение прибора насыпан грунт, в большое отделение
наливают доверху воду. Выдвижную створку поднимают в малое
отверстие, когда весь грунт пропитывается водой, поднимают
створку выше, и испытание продолжают так же, как и при испытании песка в воздушно-сухом состоянии.
Б. Определение угла естественного откоса
песчаного грунта с помощью прибора УВТ
Необходимые оборудование и материалы: сыпучий грунт
(песок), сосуд с водой, ложка, воронка, резиновый молоточек,
прибор УВТ.
Прибор УВТ (рис. 7) состоит из круглой подставки со стойкой
в центре, на которой нанесена шкала в градусах, и пологого корпуса в виде усеченного конуса.
Рис. 7. Прибор УВТ
(прибор для определения угла естественного откоса)
Угол откоса определяется для воздушно-сухого и водонасы-
щенного песка (под водой). Для повышения точности определений оба опыта выполняются трижды, их результаты заносятся в
табл. 18.
42
Таблица 18
Сухой песок
Водонасыщенный песок
номер
опыта
угол α,
град.
среднее
значение
угла αср
номер
опыта
угол
α,град.
среднее
значение
угла αср
1
2
3
1
2
3
Результаты определения угла естественного откоса песка
Последовательность выполнения работы
Опыт 1. Сухой песок
1. Прибор УВТ устанавливается в чашку и через воронку по-
степенно заполняется песком.
2. Коническая часть прибора плавно на 1–2 мм приподнима-
ется над подставкой так, чтобы песок очень медленно высыпался
из прибора в чашку. После того как песок перестанет осыпаться,
конус приподнимается вверх и снимается с прибора.
3. Оставшийся на подставке песок образует конус с мини-
мальным углом естественного откоса для данного песка, так как
песок отсыпан рыхло. Значение угла естественного откоса определяется в градусах по шкале на стойке прибора.
4. Опыт повторяется не менее трех раз; расхождение между
повторными определениями не должно превышать 2°.
5. За угол естественного откоса принимается среднее арифме-
тическое значение результатов отдельных определений.
Опыт 2. Водонасыщенный песок
1. Прибор УВТ устанавливается в чашку и через воронку по-
степенно заполняется песком.
2. Заполненный прибор УВТ переносится в сосуд с водой.
Вода в сосуд доливается так, чтобы не доходила на 2-3 мм до
верха прибора. После насыщения песка водой (через отверстия в
подставке), что видно по изменению цвета песка, опыт продолжается так же, как указано в опыте 1 (см. п. 2–5).
43
Таблица 19
Сухой песок
Водонасыщенный песок
номер опре-
деления
угол,
град.
среднее значе-
ние угла αср,
град.
номер опре-
деления
угол,
град.
среднее зна-
чение угла αср,
град.
1
2
3
1
2
3
Результат определения угла естественного откоса песчаного грунта
Результаты опытов заносятся в табл. 19.
Контрольные вопросы
1. Что называется углом естественного откоса?
2. Каково соотношение между углом естественного откоса и углом
внутреннего трения рыхлых песков?
3. Где используется угол естественного откоса?
4. Какие существуют методы определения угла естественного отко-
са?
44
V
m
Номер
кольца
Объем
кольца V,
см3
Масса
кольца
m1, г
Масса
кольца с
грунтом
m2, г
Масса
грунта
m2 – m1, г
Плотность грунта
V
mm12
, г/см3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ И УДЕЛЬНОГО
ВЕСА ГРУНТА
Лабораторная работа № 9
Цель лабораторной работы – ознакомление студентов с ме-
тодикой и выработка навыков; определяется по массе грунта в
известном объеме кольца.
А. Метод режущего кольца
Плотностью грунта называется отношение массы грунта
природного сложения, включая массу воды в его порах, к занимаемому этим грунтом объему (кг/м3, г/см3):
.
Эта характеристика используется при вычислении физических характеристик грунта (удельного веса γ, удельного веса сухого грунта γd, коэффициента пористости e, коэффициента водонасыщения Sr), при динамических расчетах оснований.
Необходимые оборудование и материалы: кольцо, нож и
стекло, правило, весы, монолит грунта.
Последовательность выполнения работы
1. Замерить размеры кольца, рассчитать его внутренний объ-
ем, определить взвешиванием массу кольца и занести данные в
таблицу:
Результаты определения плотности грунта
Таблица 20
вскрывают путем удаления парафиновой заливки с торца цилиндра и зачищают ножом.
2. Монолит грунта, находящийся в металлическом цилиндре,
45
3. На зачищенную поверхность монолита устанавливают
2
1
кольцо с ножом. Надавливанием на кольцо (без перекосов) нож
погружают на 2-3 мм в грунт.
4. Для уменьшения сил трения с внешней стороны кольца
грунт удаляют (рис. 8). Новым вдавливанием кольцо снова погружают в монолит на 2-3 мм и удаляют снаружи грунт и т. д.
Когда грунт заполнит кольцо и будет выступать выше кольца на
1-2 мм, погружение прекращают.
5. Грунт ниже кольца подрезают на конус (рис. 8). Образец
извлекают из монолита и ставят на стекло конусом вверх.
6. Поверхность грунта зачищают вровень с краем кольца.
Сначала зачистка производится ножом, затем правилом. При
этом режущие кромки ножа и правила следует держать перпендикулярно плоскости кольца и периодически очищать от грунта.
Мелкие раковины шпаклюют (без нажима) грунтом.
7. Кольцо с грунтом помещают зачищенной стороной на
стекло и производят зачистку грунта с другой стороны. Наружную поверхность кольца тщательно очищают от грунта и кольцо
взвешивают (с точностью до 0,01 г).
8. Вычисляют плотность грунта с точностью до 0,01 г/см3.
Рис. 8. Погружение кольца в грунт: 1 – кольцо; 2 – нож
Удельным весом грунта называется отношение веса грунта,
включая вес воды в его порах, к занимаемому этим грунтом объему, включая поры, при сохранении структуры грунта. Зная
плотность грунта, можно найти его удельный вес по формуле
γ=ρ∙q,
где q – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2 .
46
Удельный вес используется при оценке расчетного сопротив-
)()(
121
mmmm
m
вn
вn
ления грунтов основания, природного напряженного состояния
грунтов, устойчивости откосов, давления грунта на ограждающие
конструкции, устойчивости фундаментов.
Б. Метод гидростатического взвешивания с применением
парафина
Необходимые оборудование и материалы: технические весы с
подставкой к ним для взвешивания образца в воде, лабораторный
стакан, нож, иголка, нитка, ванна с парафином, грунт
Последовательность выполнения работы
1. Ножом вырезают образец грунта объемом не менее 30 см3
(масса m).
2. После взвешивания образец грунта покрывают парафино-
вой оболочкой, погружая его в расплавленный парафин (с температурой 57...60°С) на 1-2 с.
3. Запарафинированный образец взвешивают на технических
весах на воздухе (масса m1),
4. Определяют массу запарафинированного образца грунта в
воде (масса m2).
Плотность грунта ρ вычисляют по формуле
, г/см3,
где ρn – удельная плотность парафина, принимаемая обычно равной 0,9 г/см
ρ
в
3
.
– удельная плотность воды, равная 1 г/см3.
Контрольные вопросы
1. Что называется плотностью грунта и где используется эта харак-
теристика?
2. Какие методы определения плотности грунта Вы знаете?
3. Что называется удельным весом грунта?
4. Где используется данный показатель?
47
1
2
3 4 Q1
Q2
Лабораторная работа № 10
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СОПРОТИВЛЕНИЯ
ГРУНТА СДВИГУ МЕТОДОМ ПРЯМОГО СРЕЗА
ОБРАЗЦА
Цель лабораторной работы – ознакомление студентов с методикой и выработка навыков определения параметров сдвига с и
φ и влияния влажности W на сопротивление грунта сдвигу.
Под сопротивлением грунтов сдвигу понимают способность
грунта сопротивляться смещению одной части относительно другой, обусловленную силами сцепления и трения между частицами грунта. Зависимость между сопротивлением τ и нормальным давлением σ соответствует закону Кулона и устанавливается
экспериментально:
для песчаных грунтов
τ= σ tg φ,
для глинистых грунтов
τ= σ tg φ+с,
где φ – угол внутреннего трения, град., с – удельное сцепление,
кПа.
Сопротивление связных грунтов сдвигу зависит от влажности и условий воздействия на них нагрузки, а несвязных грунтов
(песков) – от их грансостава, плотности и влажности. Определяют сопротивление грунта сдвигу на сдвиговом приборе по ГОСТ
12248-96.
Конструкция прибора показана на рис. 9.
Рис. 9. Прибор для определения сопротивления грунта сдвигу:
1 – кольцо с грунтом; 2 – индикатор; 3 – загрузочное устройство; 4 – подвеска
48
По величине горизонтального усилия Т и площади сечения
F
Т
образца F рассчитывают касательное напряжение по формуле
.
По графику зависимости τ от σ находят прочностные характеристики грунта φ и с, которые используют при определении расчетного сопротивления, расчете устойчивости фундаментов и
земляных откосов, определении давления грунта на подпорные
стенки и при решении некоторых других задач.
Необходимые оборудование и материалы: сдвиговой прибор, кольца с глинистым грунтом различной влажности, кольца с
песчаным грунтом различной плотности.
Опыт производится по схеме консолидированно-недренированного сдвига. Образцы уплотнены одинаковой начальной
нагрузкой, соответствующей действующему на них природному
давлению.
До опыта в сдвиговые кольца (рис. 9) помещают три образца
глинистого грунта одинаковой влажности W1. Эти образцы в течение 24 часов уплотняются давлением: σ1=1 кг/см2 (0,1 МПа) в
кольце 1; σ2 = 2 кг/см2 (0,2 МПа) в кольце 2; σ3 = 3 кг/см
(0,3 МПа) в кольце 3.
Последовательность выполнения работы
1. Кольцо 1 с грунтом, обложенное с двух сторон фильтро-
вальной бумагой, заряжают в прибор.
2. С помощью загрузочного устройства 3 на образец переда-
ется нормальное давление σ1 = 1 кгс/см2 (0,1 МПа).
3. Вращая за корпус, индикатор 2 устанавливают на 0. Инди-
катор, цена деления которого 0,01 мм, показывает величину горизонтальных деформаций грунта под действием горизонтальных
напряжений τ.
4. Прикладывают первую ступень нагрузки на подвеску 4.
Величину ступени нагрузки принимают 0,2 кгс/см2 (0,02 МПа).
Через одну минуту по индикатору определяют величину горизон-
2
49
тального смещения, которую записывают в табл. 21. Вычисляют
Номер об-
разца и σ,
кгс/см2
Напряже-
ние от сту-
пеней
нагрузки τ,
кгс/см2
Время
условной
стабили-
зации, мин
Отсчеты по
индикато-
ру, мм
Деформа-
ция за
1 минуту
∆, мм
(∆≤0,01 мм)
Общая дефор-
мация от сту-
пеней нагрузки
δ, мм
1
σ
0 0 0,000 0 0
0,2
1
2
0,125
0,130
0,005<0,01
0,130
0,4
1
2
3
0,330
0,350
0,360
0,020
0,010<0,01
0,360
0,6
величину деформации за минуту.
5. Через каждую минуту отсчет по индикатору записывают в
табл. 21. Каждую ступень горизонтальной нагрузки выдерживают
до условной стабилизации сдвига, за которую принимают 0,01 мм
в мин.
Таблица 21
Пример результатов при выполнении работы
6. Общая деформация δ при данной ступени нагрузки равна
разности отсчетов по индикатору при данной ступени и при τ = 0.
При достижении общей деформации δ = 1,00 мм (один полный
оборот большой стрелки индикатора) ступени касательных
напряжений τ уменьшают и принимают равной 0,1 кг/см2.
7. За сдвиговую нагрузку τ предельное принимают нагрузку,
при которой показания индикатора отмечают резкое нарастание
нестабилизирующейся деформации сдвига или когда общая деформация составит более 3 мм (три оборота стрелки индикатора).
8. Аналогично выполняют испытания образцов № 2 при нормальном давлении σ2= 2 кгс/см2 (0,2 МПа) и № 3 при нормальном
давлении σ3= 3 кгс/см2 (0,3 МПа).
9. На основе проведенных испытаний строят графики τ = f (δ)
(рис. 10). Для τ и δ масштаб графиков 1:50.
50