ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ СВЯЗНЫХ И НЕСВЯЗНЫХ ГРУНТОВ, СТЕПЕНИ ПЛОТНОСТИ ПЕСКОВ И КОЭФФИЦИЕНТА ПОРИСТОСТИ.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ГРУНТА

Влажностью грунта называют отношение массы воды в объеме грунта к массе этого грунта, высушенного до постоянной массы, и определяется по формуле:

Естественной влажностью грунта называют количество свободной воды, содержащейся в порах грунта в естественных условиях его залегания. Величина естественной влажности является важной характеристикой физического состояния породы, определяющей прочность породы и поведение ее под сооружением. Особое значение влажность имеет для глинистых грунтов, резко изменяющих свои свойства в зависимости от степени увлажнения. Естественная влажность является важным косвенным показателем, необходимым для определения плотности грунта, пористости, степени влажности и др.

В настоящее время разработано несколько методов определения влажности. Из них наибольшее распространение получил весовой метод. Определение влажности грунта выполняется на всех стадиях изысканий для различных видов строительства по ГОСТ 5180-84 «Грунты. Методы определения физических характеристик».

Ход работы.

1. Взвесить пустой сушильный стаканчик вместе с крышкой (масса q₁) на технических весах.

2. Поместить в стаканчик не менее 10 г испытуемого грунта и взвесить вместе с крышкой (масса q₂).

3. Поместить стаканчик с грунтом (без крышки) на 6 часов в сушильный шкаф для высушивания при температуре 105⁰С до постоянного веса.

4. Стаканчик с высушенным грунтом поместить в эксикатор с хлористым кальцием, охладить и взвесить вместе с крышкой (масса q₃).

6) Определить влажность w по формуле:

Влажность определяется для двух образцов. Расхождение не должно превышать 2%. Результаты измерений оформляются в табличной форме (см. табл. 1).

Таблица 1.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛАСТИЧНОСТИ, КОНСИСТЕНЦИИ И

ВИДА ГЛИНИСТОГО ГРУНТА.

        В зависимости от влажности глинистого грунта изменяется его консистенция. С увеличением влажности различают три основных состояния глинистого грунта:

· Текучее

· Пластичное

· Твердое

Влажность на границе текучести (w_L) – влажность грунта, при которой грунт находится на границе между пластичным и текучим состояниями.

Влажность на границе раскатывания(w_P) -влажность грунта, при которой грунт находится на границе между твердым и пластичным состояниями.

Определение границ w_Lи w_P  глинистого грунта выполняется по ГОСТ 5180-84 изаключается в постепенном подборе таких замесов грунта с водой, при которых их влажность соответствует границам текучести и раскатывания.

Ход работы.

А. Определение влажности на границе текучести.

1. Сухой грунт растереть в ступке резиновым пестиком, просеять через сито с отверстиями 2 мм, смешать с дистиллированной водой до состояния густой пасты, тщательно перемешать шпателем и выдержать не менее 2 часов в закрытом стеклянном сосуде.

2. Подготовленный грунт уложить шпателем в стакан 1 (рис.1) диаметром 40 мм и высотой 20мм, заполняя его без пустот. Поверхность грунта сгладить шпателем в уровень с краями стаканчика.

3. Установить стаканчик на специальную подставку-скамеечку 2. На поверхность грунта осторожно установить острие стандартного конуса 3, смазанного тонким слоем вазелина.

Конусу дается возможность свободного погружения в течение 5 сек. под влиянием собственного веса в грунтовый замес.

Если за 5 сек. конус погрузился до отметки 10 мм, то граница текучести w_L считается достигнутой. При погружении конуса менее чем на 10мм конус снимают, в грунт добавляют несколько капель воды, тщательно его перемешивают и испытания повторяют. Если конус погружается на глубину более 10 мм, значит, в грунте есть излишек воды. В этом случае грунт в стаканчике подсушивают на воздухе, перемешивая шпателем. Затем опыт повторяется.

Рис.1 Схема определения влажности глинистого грунта на границе текучести с помощью стандартного конуса.

4. Отобрать из зоны погружения конуса (при достижении требуемой консистенции), в заранее взвешенный стаканчик, пробу грунта весом не менее 10 г и определить его влажность (см. работу №1), которая и будет соответствовать границе текучести.

Полученные значения занести в таблицу 2.

Б. Определение влажности на границе раскатывания.

1. Подготовить к анализу грунт также как и при определении влажности на границе текучести, только с меньшим количеством воды.

2. Из полученного грунтового замеса взять небольшой кусочек и раскатать ладонью на листе бумаги до образования грунтовой проволоки диаметром 3 мм. Если при толщине 3 мм проволока сохраняет связность и пластичность ее следует собрать в комок и вновь раскатать до указанного диаметра. Раскатывание продолжать до тех пор, пока проволока диаметром 3 мм не начнет делиться поперечными трещинами на кусочки 3-10 мм.

3. Собрать кусочки проволоки в заранее взвешенный алюминиевый или стеклянный стаканчик. Вес должен быть не менее 10 г.

Закрыть плотно крышкой для предохранения грунта от высыхания.

4. Определить влажность грунта (см. работу №1).

Если из приготовленного грунтового теста не возможно раскатать проволоку диаметром 3 мм, то считают, что данный грунт не имеет границы раскатывания.

Данные опыта занести в таблицу 2.

Таблица 2.

В. Определение вида грунта.

Пластичные свойства глинистых грунтов характеризуются числом пластичности. Число пластичности I_P - разность влажностей соответствующих двум состояниям грунта: на границе текучести w_L   и границе раскатывания w_P.

Определить число пластичности по формуле:

I_р = w_L - w_P

По величине I_р  глинистые грунты разделяются на следующие виды:

Супеси                                       I_р  £ 7

Суглинки                                   7 < I_р  £ 17

Глины                                        I_р  > 17

Полученные значения занести в таблицу 4.

Г. Определение консистенции грунта.

Показатель текучести грунта I_L – отношение разности влажностей соответствующих двум состояниям грунта: в естественном состоянии и на границе текучести w, к числу пластичности I_P определяют по формуле:

I_L = (w-w_L)/(w_L-w_P),

где w -влажность грунта задает преподаватель или принимают значение, полученное в работе №1.

По величине I_L дается заключение о консистенции грунта. По консистенции различают следующие состояния грунтов:

Таблица 3.

Полученные значения заносят в таблицу 4.

Таблица 4.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ СВЯЗНЫХ И НЕСВЯЗНЫХ ГРУНТОВ, СТЕПЕНИ ПЛОТНОСТИ ПЕСКОВ И КОЭФФИЦИЕНТА ПОРИСТОСТИ.

Плотность частиц грунта (r_s) – масса единицы объема твердых (скелетных) частиц грунта и составляет:

для песка                 2,66 г/см³ (2,66·10³ кг/м³);

для супесей                       2,70 г/см³ (2,70·10³ кг/м³);

для суглинков         2,71 г/см³ (2,71·10³ кг/м³);

для глины                2,74 г/см³ (2,74·10³ кг/м³);

для торфяных грунтов    0,6¸1 г/см³ ((0,6¸1)·10³ кг/м³).

Плотностью грунта (r) называют массу единицы объема грунта.

    Плотность сухого грунта (r_d) – отношение массы грунта, за вычетом массы воды и льда в его порах, к первоначальному объему. Плотность сухого грунта определяют по формуле:

В зависимости от r_dгрунты подразделяют по ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация»:

                                                                                                           Таблица 5.

Пористость грунта (n) – отношение объема пор к объему образца.

n = V_п/V

где    V_п – объем пор в данном образце грунта;

         V – объем образца грунта.

Коэффициент пористости грунта (ε) равен отношению объема пор (V_п) к объему твердой составляющей грунта (V_т) и определяется по формуле:

Для оценки плотности несвязных грунтов вводится величина относительной плотности или степень плотности I_D

где    e, e_max,  e_min и r, r_max, r_min - коэффициенты пористости и плотности грунта в естественном, предельно-плотном и предельно-рыхлом сложениях.  

По ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация» по степени плотности I_Dпески подразделяют согласно таблице 6:

Таблица 6

А. Определение плотности связных грунтов.

Плотность связных грунтов в естественном состоянии определяется методом режущего кольца или методом парафинирования.

Метод режущего кольца.

Метод режущего кольца применяется для определения плотности грунтов, легко поддающихся вырезке или не сохраняющих свою форму без кольца, сыпучемерзлых и с массивной криогенной структурой.

Определение плотности грунта производится взвешиванием на технических весах определенного объема грунта, отобранного из монолита с помощью режущего кольца (цилиндрического кольца с заостренным нижним краем).

Ход работы.

1. Режущее кольцо перед употреблением должно быть проверено: при помещении кольца торцами на гладкую пластинку не должно быть видимых зазоров между краем кольца и пластинкой.

2. Вычислить внутренний объем режущего кольца V.

3. Определить массу режущего кольца q₁ и покрывающих его пластин q₂, q₃ взвешиванием на технических весах.

4. Образец грунта изготовить в следующем порядке:

· Режущее кольцо смазать с внутренней стороны тонким слоем вазелина или консистентной смазки;

· На выровненную и зачищенную горизонтальную поверхность исследуемого монолита грунта поставить кольцо режущим краем вниз и винтовым прессом или вручную через насадку слегка вдавить в грунт;

· Сформировать столбик на 1-2 мм больше наружного края кольца. Периодически, по мере срезания грунта легким нажимом надвигают кольцо на столбик грунта, не допуская перекоса, до полного заполнения кольца. Образование зазоров между грунтом и рабочим кольцом не допускается.

· верхний торец образца зачистить ножом вровень с краем кольца и накрыть пластинкой;

· подрезать столбик грунта на 10 мм ниже режущего края кольца и отделить его, при вдавливании кольца подхватывая его снизу плоской лопаткой;

· перевернуть кольцо, зачистить другой торец образца вровень с краем кольца и также накрыть пластинкой.

5. Взвесить кольцо с грунтом и покрывающими пластинами q₄.

7) Вычислить плотностьгрунта по формуле:

7. Окончательный результат принимается как среднее значение двух определений плотности грунта. Вычислить среднее значение плотности.

8. Заполнить таблицу 7.

Таблица 7.

2. Метод парафинирования.

Метод парафинирования рекомендован ГОСТ 5180-84 «Грунты. Методы определения физических характеристик» и используется для определения плотности глинистых не мерзлых грунтов, склонных к крошению или трудно поддающихся вырезке путем взвешивания образца грунта определенного объема в воздухе и в погруженном в воду состоянии.

Ход работы.

1. Из монолита грунта вырезать кубик с ребрами 3,0 ¸ 3,5 см, грани кубика срезать, острые углы зачистить. Определить массу образца q₁ с помощью технических весов.

2. Погрузить подготовленный образец грунта на 2 ¸ 3 сек. в расплавленный парафин. Пузырьки воздуха, образовавшиеся в застывшей парафиновой оболочке проколоть нагретой иглой и загладить.

Затем таким же образом покрыть образец вторым слоем парафина.

Взвесить образец вторично (q₂).

3. Определить вес парафина, покрывающего грунт – q₃.

q₃= q₂ – q₁

4. Определить объем парафина, покрывающего грунт – V₁.

V₁= q₃/0,9

где 0,9 г/см³ – плотность парафина.

5. Определить массу запарафинированного грунта в дистиллированной воде – q₄. Для этого обвязывают ниткой подготовленный грунта, подвешивают на крюк весов и взвешивают в воде. Высушить образец фильтровальной бумагой, нитку удалить и взвесить образец на воздухе – получить значение q_4.

6. Вычислить объем грунта по формуле:

где q₂ – масса образца после парафинирования, г;

    q₄ – масса образца с парафином в воде, г;

r_w =1,0 г/см³– плотность дистиллированной воды.         

8) Вычислить объем образца без парафина V₃ по формуле:

8. Вычислить плотность грунта по формуле:

Окончательный результат принимается как среднее значение двух определений при условии, что r₁- r₂=±0.02 г/см³.

           Результаты расчетов занести в таблицу 8.

Таблица 8.

Б. Определение плотности несвязных грунтов.

Определение плотности несвязных грунтов производится путем определения массы известного объема исследуемого грунта привзвешивании на технических весах.

Ход работы

1. Взвесить на технических весах металлический стакан без насадки (q₁).

2. Установить на столе металлический стакан с насадкой и тон­кой струёй засыпать сухой песок в стакан так, чтобы поверхность песка была выше края насадки (рис.2 а).

3. Не встряхивая стакан, аккуратно снять насадку и металлической линейкой срезать лишний песок на уровне края стакана (рис.2 б).

5) Взвесить песок (q₂), и подсчитать плотность сухого песка в рыхлом состоянии по формуле:     

где q_p –минимальная масса грунта предельно-рыхлого сложения

q_p= q₂- q₁

q₁- масса стакана без насадки;

    q₂- масса стакана с рыхлым грунтом без насадки;

\/₁ – объем стакана без насадки.

С целью уменьшения погрешности в определении r_min опыт повторяют три раза и за расчетное значение принимаютq_min.

5. Закрыть стакан насадкой, и постукивая по стенкам молоточком уплотнить сухой песок. По мере уплотнения добавлять песок из во­ронки (рис.2 в). После уплотнения снять насадку и срезать лишний песок линейкой. Провести взвешивание стакана с уплотненным песком (q₃).

Рис.2. Отсыпка рыхлого грунта и его уплотнение.

Повторить опыт. Если повторное взвешивание дает такой же вес, то достигнуто предельно-плотное состояние. При увеличении веса необходимо продолжать уплотнение и добавление веска до тех пор, пока не будет наблюдаться уменьшение веса.

7) Подсчитать плотность сухого песка в плотном состоянии до формуле:

где q_n – масса грунта предельно-плотного сложения

q_n= q₃- q₁

Результаты опытов заносят в таблицу 9.

7. Вычисляют значение относительной плотности грунта I_D для заданной преподавателем плотности грунта в естественном состоянии r. По полученному значению I_D дается заключение о плотности песка в естественном состоянии.

Таблица 9.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4.