Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Механика грунтов. Учебно-методическое пособие к лабораторным работам
.pdf
Работа № 6
Определение оптимальной влажности и
максимальной плотности грунта методом стандартного
уплотнения (ГОСТ 22733 - 2016)
Цель работы
Определение методом стандартного уплотнения
оптимальной влажности, при которой можно максимально
уплотнить грунт и получить его оптимальную плотность
(максимальный объемный вес грунта).
Общие сведения
При отсыпке земляного полотна автомобильных и
железных дорог грунт подлежит обязательному
уплотнению катками или другими машинами.
Искусственное уплотнение грунта — это процесс,
при котором грунтовые частицы, укладываясь более тесно,
уменьшают объем пор, ранее заполненных воздухом.
При этом повышается прочность и жесткость грунта,
понижается водопроницаемость и капиллярность,
ускоряется консолидация глинистых грунтов.
Максимальная степень уплотнения необходима в верхних
слоях насыпи, в которых возникают наибольшие
напряжения от временных подвижных нагрузок. Эффект
уплотнения оценивается величиной достигнутого
объемного веса «скелета» грунта. Затрачивая одну и ту же
работу на уплотнение грунтов с разной влажностью,
51
получают меньшие или большие значения величины
ρ
max
d
opt
W
opt
W
ρ
max
d
объемного веса «скелета» грунта или его плотности.
Влажность, при которой достигается наибольшая
плотность грунта (
) при
одинаковой (стандартной)
затрате работы на
уплотнение, называется
оптимальной (
).
В лабораторных
условиях
и
определяют, используя
метод и прибор стандартного
уплотнения СоюздорНИИ
(рисунок 14). Метод
заключается в
последовательном
уплотнении в одинаковых
условиях проб одного и того
же грунта при увеличении
его влажности.
Грунт насыпают в
стакан 3 прибора (слоями,
равными примерно 1/3
высоты емкости) и
уплотняют ударами груза
массой 2,5 кг, падающего с
высоты 30 см. При укладке
каждого слоя число ударов
равно 1/3 от общего их
52
количества, которое принято для всех грунтов 120.
1
0 02W,
1
0 02
ii
W W ,
i
W
ρ
di
ρ
d
f (W)
ρ
max
d
opt
W
0W
Проводят не менее 5 опытов с разной влажностью грунтов
(начиная с
и т.д.
). После
уплотнения в каждом опыте определяют
зависимость
при
.
(рисунок 15), из которой находят
и
, и строят
Рисунок 15.
Порядок выполнения работы
Исходя из емкости стакана (1000 см3) прибора
стандартного уплотнения грунта берут навеску воздушносухого грунта Рг =2,5 кг, просеянного через сито с
отверстиями диаметром 5 мм. Влажность грунта
Записываются в журнал вес и объем стакана 3 прибора,
значения которых выбиты на металле.
Навеску грунта высыпают в чашку и добавляют воду
в количестве Рв=50 г. Масса тщательно перемешивается и
1/3 ее укладывается в стакан 3 прибора. Устанавливается
.
53
направляющая 4 с грузом 5 и производится уплотнение
21
1
1
m
Q (W W )
W
грунта падающим грузом числом ударов, равным 40 для
всех видов грунтов. Затем насыпается еще 1/3 массы
увлажненного грунта и производится аналогичное его
уплотнение. Далее укладывается последняя часть грунта с
таким расчетом, чтобы после последней серии ударов
падающего груза поверхность грунта была выше разъема
подстаканника 1 и верхнего съемного кольца 7.
Отвинчиваются верхние винты, и снимается кольцо 7.
Шпателем удаляется слой грунта, расположенный выше
плоскости разъема. Стакан с грунтом взвешивается и
определяется объемный вес грунта. Результаты
записываются в таблицу 19.
При проведении учебных лабораторных работ
разрешается влажность грунта определять как отношение
суммарного веса добавляемой воды к весу навески
воздушно-сухого грунта.
Количество воды, необходимое для увлажнения
грунта до требуемой влажности:
где m - масса грунта в воздушно-сухом состоянии, г;
W1, W2 - влажности грунта (в долях единицы) в
воздушно-сухом состоянии, начальная и необходимая для
очередного испытания.
54
Наименование грунта:
Масса стакана
грунта,
Плотн.
г/см
3
Кол-во
воды
Q, г
Влажность
W
i
=Q/2500
Плотность
сухого грунта
ρ
d
= ρ /(1+
W
i
),
г/см
3
пустого
m
1
, г
с грунтом
3
Таблица 19
грунта
м стакана V = 1000 см
объе
- 2,5 кг,
грунта
ρ=m/V,
m, г
Масса
-сухом состоянии
, г
2
m
№
Масса грунта в воздушно
55
Добавляют в чашку очередную порцию воды (50 г),
ρ
d
f (W)
opt
W
ρ
max
d
тщательно перемешивают и проводят второй опыт
стандартного уплотнения. Все операции повторяются.
Проводят не менее 5 опытов до тех пор, пока не выявится,
что вес стакана с уплотненным грунтом, полученный в
последнем опыте, не будет меньше показателей
предыдущего опыта.
По данным таблицы 19 строят график зависимости
, аналогичный тому, что представлен на рисунке
15, и по нему определяют величины оптимальной
влажности
и максимальной плотности грунта
.
Работа № 7
Определение коэффициента фильтрации песчаного
грунта (по ГОСТ 25584 - 2016)
Способность грунтов пропускать через себя воду под
действием гидростатического напора называется
фильтрацией.
Согласно закону Дарси, при ламинарном движении
воды в полностью водонасыщенном грунте количество
воды, фильтрующейся через него в единицу времени,
пропорционально площади А, разности напоров воды ΔН,
под действием которой происходит фильтрация, и обратно
пропорционально длине пути фильтрации L:
Q=К
АΔHL
ф
-1
(7.1)
где Кф - коэффициент фильтрации,
ΔHL
-1
= J - гидравлический градиент напора.
56
Скорость фильтрации иф определяется как расход
10
фр
K
10
фn
K
10
фi
K
воды, протекающей через единицу площади поперечного
сечения потока:
иф=QА-1=К
J, (7.2)
ф
т.е. скорость фильтрации зависит линейно от
гидравлического градиента. Из линейного закона
фильтрации (7.2) следует: коэффициент фильтрации Кф
представляет собой скорость фильтрации воды при
градиенте напора J=1. Измеряется Кф в м/сут.
Величина этого коэффициента для различных
грунтов изменяется в широких пределах (таблица 20),
является количественной характеристикой степени его
водопроницаемости.
Коэффициент фильтрации грунтов зависит от
физических свойств грунта и физико-химических свойств
воды.
Так как вязкость воды снижается с повышением ее
температуры, то полученное в испытаниях значение Кф
при фактической температуре воды Тф приводят к
температуре 10°С путем его деления на поправку:
Т=0,7+0,03t
ф
(7.3)
Расчетное значение коэффициента фильтрации
следует принимать равным нормативному
, которое
рассчитывается как среднеарифметическое из п частных
значений коэффициента фильтрации
:
57
10 10 10
1
1
n
фр фn фi
i
K K K
n
(7.4)
10
фр
K
Классификация грунтов по водопроницаемости
(ГОСТ 25100-2011)
Таблица 20
Разновидность грунтов
Коэффициент фильтрации
10
фр
K
м/сут
водонепроницаемый
10
фр
K
≤ 0,005
слабоводопроницаемый
0,005 <
10
фр
K
≤ 0,3
водопроницаемый
0,3 <
10
фр
K
≤ 3
сильноводопроницаемый
3 <
10
фр
K
≤30
очень
сильноводопроницаемый
10
фр
K
>30
По значению
определяется водопроницаемость
грунта (для перевода значений, найденных в лабораторных
условиях и выраженных в см/с, применяется коэффициент
864) (таблица 20).
58
Определение коэффициента фильтрации
песчаных грунтов в приборе ПКФ-3 Союздорнии
Метод распространяется на определение коэффициента фильтрации песчаных грунтов на образцах
ненарушенного (природного) или нарушенного сложения.
Для вычисления коэффициента фильтрации песчаных
грунтов ненарушенного сложения следует применять
образцы, высушенные до воздушно-сухого состояния.
Необходимое оборудование и приборы
Прибор ПКФ-3 (рисунок 17); уплотнитель (рисунок 16);
сито с отверстиями диаметром 5 мм по ГОСТ 6613-86;
емкость для воды вместимостью 8... 10 л; термометр с
погрешностью измерения не более 0,5°С по ГОСТ 2849890; секундомер; нож; лопатка; марлевая прокладка.
Подготовка к испытанию
Перед началом испытания прибор ПКФ-3
разбирается.
Для определения коэффициента фильтрации
песчаный грунт предварительно высушивают на воздухе
до воздушно-сухого состояния, а затем просеивают через
сито.
Просеянный песок перемешивают и распределяют
слоем 2...3 см на листе плотной бумаги или фанеры, делят
поверхность слоя на квадраты, проводя ножом в
продольном и поперечном направлениях полосы, и
отбирают из каждого квадрата равное количество песка
для средней пробы массой не менее 0,9 кг.
59
Отобранную среднюю пробу песка помещают в
чашку, увлажняют водой из расчета 8 % (по массе),
покрывают влажной тканью и
помещают в эксикатор с водой не
менее, чем на 2 часа (для
равномерного смачивания песка и
набухания пылеватых и
глинистых частиц). При
проведении лабораторной работы
2-часовое ожидание не
проводится.
Определение коэффициента
фильтрации песчаных грунтов
нарушенного сложения
производят после
предварительного их уплотнения
в цилиндре фильтрационной
трубки прибора до заданной
плотности.
Грунт уплотняется в 3 слоя.
Каждый слой уплотняется 40
ударами гири, падающей с
высоты 30 см (рисунок 16).
Рисунок 16. Схема уплотнителя
1 – поддон, 2 – сетка, 3 - цилиндр
фильтрационной трубки прибора,
4 - гиря ударная
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]