Необходимое оборудование и материалы:

• сыпучий грунт (песок);

• прибор УВТ-3 для определения угла естественного откоса песка (рис.7);

• совок, воронка, резиновый молоточек.

Ход работы

Прибор УВТ-3 для определения угла естественного откоса песка состоит из круглого столика со стойкой в центре, на которую нанесена шкала в градусах, и полой обоймы в виде усеченного конуса.

Угол откоса определяется для воздушно-сухого и водонасыщенного песка. Для большей достоверности оба опыта выполняются с трехкратной повторяемостью.

Рис. 7. Схема прибора УВТ-3:

1 – столик со стойкой; 2 – обоймы; 3 – подставка.

Сухой песок

1. Столик (1) с обоймой (2) устанавливается на подставку (3) на горизонтальной поверхности стола (наклон поверхности не должен превышать 1°). Песок с помощью совка и воронки засыпается в обойму с легким постукиванием по ней резиновым молоточком.

2. Обойма плавно приподнимается на несколько мм в вертикальном направлении и после медленного осыпания песка снимается с прибора.

3. Оставшийся на столике песок образует конус с минимальным углом естественного откоса для данного песка. Значение угла естественного откоса определяется по шкале на стойке прибора с точностью до одного градуса.

4. Опыт повторяется не менее трех раз. Расхождение между повторными определениями не должно превышать 2°. За угол естественного откоса принимается среднее арифметическое значение показаний.

Все данные заносятся в таблицу.

Водонасыщенный песок

1. Столик с обоймой устанавливается в резервуар. Обойма заполняется песком (как указано в п.1 для сухого песка).

2. Резервуар заполняется водой через резиновую трубку, опущенную на дно, так, чтобы она 2-3 мм не доходила до верха обоймы. После насыщения песка водой (через отверстия в столике), о чем свидетельствует изменение цвета песка, опыт продолжается так же, как указано в пп.2-4 для сухого песка.

Результаты заносятся в таблицу.

Форма записи результатов определения угла естественного откоса песка

Сухой песок			Водонасыщенный песок
№ определения	Угол в градусах	Среднее значение угла	№ определения	Угол в градусах	Среднее значение угла
1 2 3		α=	1 2 3		α=

Результат: угол естественного откоса песка:

в воздушно-сухом состоянии α=_____;

в водонасыщенном состоянии α=____;

Лабораторная работа №4 определение компрессионной зависимости водонасыщенного грунта нарушенной структуры

Общей закономерностью, характеризующей сжимаемость грунтов при действии постоянной внешней нагрузки, является экспериментально определяемая зависимость между уплотняющим напряжением и коэффициентом пористости грунта. Эта зависимость в механике грунтов носит название компрессионной зависимости, а график – компрессионной кривой.

Основным процессом, обуславливающим сжимаемость грунтов, является их уплотнение, которое происходит за счет уменьшения объема пор между частицами грунта. Скелет и воду считают практически несжимаемыми. Так как в водонасыщенном грунте все поры заполнены водой, то при его уплотнении пористость и влажность уменьшаются по одной и той же закономерности. При этом между коэффициентом пористости и влажностью грунта существует следующая зависимость

,

где W_sаt – влажность грунта (в долях единицы) при полном заполнении водой пор.

Определение показателей сжимаемости грунта производится испытаниями на уплотнение под нагрузкой в условиях одномерной задачи, когда деформация грунта могут происходить только в одном направлении и никакие другие силы, кроме внешней, не действуют. Эти испытания проводятся в приборах с жесткими стенками – одометрах, обеспечивающих сжатие грунта только в направлении действия нагрузки без возможности его бокового расширения. Подобные условия соответствуют в натуре сжатию слоя грунта под действием сплошной равномерно распределенной нагрузки (рис. 8).

а - в одометре; б - при сплошной нагрузке.

Рис. 8. Схема сжатия слоя грунта без возможности его бокового расширения:

Компрессионная зависимость е=f(σ), полученная опытным путем, характеризует способность данного грунта уплотняться под действием внешней нагрузки.

При небольших изменениях напряжений, порядка 100-300 кПа, редко 400-500 кПа, обычно наблюдаемых в основаниях фундаментов естественного заложения, отрезок компрессионной кривой можно принять за прямую (отрезок bс на рис. 9). Тангенс угла наклона спрямленного участка компрессионной кривой к оси давлений tgα является величиной постоянной для рассматриваемого отрезка. Его численная величина m₀ называется коэффициентом сжимаемости, который характеризует сжимаемость грунта в рассматриваемом диапазоне напряжений. Из треугольника bсd

или ,(кПа^-1),

где е₁ и е₂ – коэффициенты пористости, соответствующие напряжениям σ₁ и σ₂.

Чем больше угол α, тем больше будет и изменение коэффициента пористости, т.е. грунт будет обладать большей сжимаемостью. Сильносжимаемые грунты имеют крутую компрессионную кривую, малосжимаемые – наоборот, пологую.

Обозначив σ₁ – σ₂= σ (где σ – действующее напряжение) будем иметь

, (кПа^-1),

т.е. коэффициент сжимаемости равен отношению изменения коэффициента пористости к величине действующего напряжения.

Рис. 9. Компрессионная кривая

Коэффициент сжимаемости является важнейшей расчетной характеристикой грунтов при определении осадок сооружений. Кроме того, он дает возможность произвести и общую качественную оценку грунта как основания сооружений. Так, для m₀ имеет величину порядка 0,00001 кПа^-1, то грунты можно характеризовать как малосжимаемые; если m₀ около 0,0001 кПа^-1, то грунты будут среднесжимаемые; при величине m₀ около 0,001 кПа^-1 – сильносжимаемые.