Кафедра инженерной геологии, оснований и фундаментов

Кафедра инженерной геологии, оснований и фундаментов

Физико-механические характеристики

нескальных грунтов

Методические указания к выполнению лабораторных работ

По курсу «Механика грунтов»

Утверждены редакционно

-издательским советом академии

10 января 2001 г.

Самара 2002

Составители:

Дружинин Геннадий Алексеевич

Казанков Александр Петрович

Игнатьев Павел Валерьевич

УДК 624.131.5

Физико-механические характеристики нескальных грунтов: Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Механика грунтов» / Сост.: Г.А. Дружинин, А.П. Казанков, П.В.Игнатьев; Самарск. гос. арх. строит. акад. Самара, 2002. 37 с.

Методические указания составлены для определения и расчета физико-механических показателей песчаных и пылевато-глинистых грунтов, не обладающих особыми свойствами, в соответствии с действующими нормативными документами и рабочими программами курса.

Предназначены для студентов специальностей 290300, 290500, 290600, 2907 00, 290800 и 291000 всех форм обучения.

Настоящие методические указания не могут быть полностью или частично воспроизведены, тиражированы (в том числе ксерокопированы) без разрешения Самарской государственной архитектурно-строительной академии.

Номер лицензии на издательскую деятельность ЛР N020726 от 25 февраля 1998 г.

Ó Самарская государственная архи-тектурно-строительная академия, 2002

Для выполнения расчетов при исследовании и проектирования оснований и фундаментов необходимо знать величины физико-механических ха­рактеристик грунтов. Их определяют в основном с помощью лабо­раторных анализов грунтовых проб, отобранных при инженерно-геоло­гических изысканиях. От точности полученных значений физического состояния, а также показателей их прочностных и деформативных свойств зависяткачество расчетов, надежность и технико-экономические показатели возводимых сооружений.

Цель настоящих указаний - ознакомить студентов с основными приемами работы и методикой проведения лабораторных исследований грун­товых проб. В работе излагается материал, который необходим сту­дентам для выполнения цикла лабораторных определений по механике грун­тов.

Предварительно студент должен ознакомиться с предстоящей работой по настоящим методическим указаниям и проработать соот­ветствующий теоретический материал дисциплины, затем проделать ее в учебной лаборатории с соответствующими записями исходных данных и получен­ных результатов (под контролем преподавателя). Вконце занятия студент обязан оформить лабораторный журнал по выполненной работе и предоставить отчет преподавателю. В журнале следует привести необходимые формулы, цифровые и графические результаты опыта, а также дать принципиальные схемы приборов и требуемые пояснения.

По окончании занятия студент обязан привести в порядок свое рабочее место и сдать его лаборанту.

Выполнение каждой лабораторнойработы, кроме № I, 2, 6 и 7, рассчитано на 45 мин, выполняются они попарно. Для проведения лабораторных занятий академическая груп­па студентов делится на две самостоятельные подгруппы. За каждой подгруппой закрепляются свои рабочие места и преподаватели.

По завершению всех лабораторных исследований следует отчитываться перед преподавателем о проделанной работе.

ОТБОР ОБРАЗЦОВ ГРУНТА

ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОВ

По определению [ 4 ], грунт – это любая горная порода или почва (а также твердые отходы производственной и хозяйственной деятельности человека), которая представляет собой многокомпонентную систему, изменяющуюся во времени и используемую как основание, средаили материал для возведения зданий и инженерных сооружений.

С помощью физических характеристик, прежде всего, определяют тип, вид и состояние грунта, слагающего основание. Кроме того, их использует в различных расчетах по оценке несущей способности, прочнос­ти и осадки оснований, устойчивости откосов и насыпей, при опре­делении давления грунта на ограждающие конструкции и др.

Лабораторная работа № 1

Лабораторная работа № 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТИПА И ВИДА ПЕСЧАНОГО ГРУНТА

Грунты состоят из отдельных частиц различной формы, круп­ности и вещественного состава. Группа частиц с приблизительно одинаковыми диаметрами определенного диапазона называется фрак­цией. Наиболее распространенная классификация, определяющая наименование грунтовых частиц в зависимости от фракций, приведена в табл. 5.

Процентное содержание фракций грунта по массе называется гранулометрическим (механическим) составом грунта. Это один из важнейших факторов, определяющих физико-механические свойства грунта, от которого в значительной мере

Таблица 5

Классификация грунтовых частиц по крупности

зависит сжимаемость грунтов и их сопротивление сдвигу (деформативные и прочностные показа­тели), пористость и водопроницаемость, пластичность, усадка и разбухание (для связных грунтов) и др.

Гранулометрический состав определяется посредством механического анализа, заключающегося в разделении грунта на отдельные фракции. Этот анализ необходим для опре­деления:

наименования песчаных грунтов по крупности (пески гравелистые, крупные, средней крупности, мелкие, пылеватые);

приблизительного значения коэффициента фильтрации(по эмпи­рическим формулам);

пригодности грунтов для строительства инженерных (грунтовые фильтры, дренажные системы), земляных сооружений (дамбы, насыпи) и т.п.;

пригодности грунтов как сырья в производстве строительных материалов;

возможности суффозии грунтов;

для различных фильтрационных расчетов и т.д.

Существует много способов анализа гранулометрического состава. В лабораторных условиях наибольшее распространение получили следующие: сито­вый (просеивание грунта через набор сит), полевой метод Рутковского, способы двойного отмучивания, пипеточный, аресметрический. Последние четыре основаны на использовании закона Стокса - зави­симости между размерами частиц и скоростью падения их в спокой­ной жидкости. В качестве основного рекомендуются ситовый способ - для фракций размером до 0,1 мм и в аресметрический - для более мел­ких фракций (пылеватых и глинистых).

Гранулометрический состав песчаных грунтов определяется в соответствии с требованиями [ 5 ]. Поэтому студент знакомится с методикой выпол­нения ситового анализа.

А. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ГРУНТА

С ПОМОЩЬЮ СТАНДАРТНЫХ СИТ

Необходимое оборудование: технические весы с разновесами, шпатель, набор стандартных сит, чашечки Ø 8...10 см, резиновый пестик с фарфоровой ступкой.

Методика определения: I. Образец песчаного грунта довести до воздушно-сухого состояния и методом квартования отобрать пробу массой 150 г.

2. Из полученной пробы взять навеску грунта с точной мас­сой 100 г. Сита расположить вертикальной колонкой так, чтобы от­верстияих уменьшались сверху вниз: 10, 5, 2, 1, 0,5, 0,25, 0,1мм и поддон. На верхнее сито высыпать подготовленную навеску грунта.

3. Верхнее сито закрыть крышкой и легкими круговыми движе­ниями в течение 3 мин просеять грунт через набор сит. В результате просеивания проба грунта разделяется на фракции на верхнем сите – 10 мм, на следующем – 5…10 мм, ниже 2…5 мм, еще ниже – 1…2 мм, и т.д. На поддоне останется фракция менее 0,1 мм.

4. Содержимое каждого сита и поддона высыпать в заранее взвешенные чашачки и взвесить. Полученный результат (после вычитания массы чашечки) выразить в процентах к массе всей навески и занести в журнал (табл. 6). Расхождение между массой навески и суммой масс всех фракций более 1 % не допускается. Невязку распределить пропорционально массе фракций. При отсутствии специальных чашечек содержимое сит и поддона можно высыпать прямо на чашу весов, предварительно протерев ее. Результаты каждого взвешивания записывать в графу «Масса фракции».

Таблица 6

Результаты ситового анализа

По полученным значениям (табл. 6) делается вывод по данным гранулометрического состава.

5. Последовательным суммированием в процентах определить массу частиц крупнее 0,5, 0,25 и 0,1мм, т.е. сумму масс фракций, полученных на данном сите и выше (не прошедших через данное сито). Тип песка по крупности установить по его гранулометрическому составу согласно табл. 7:

Таблица 7

Определение типа песчаных грунтов по крупности частиц

ГЛИНИСТОГО ГРУНТА

Производится в соответствии с рекомендациями и требованиями Норм [ 3 ] в следующей последовательности.

1. По заданным преподавателем значениям плотности частиц грунта r_s, плотности r и природной влажности w определить коэффициент пористости грунта е и степень влажности S_r по формулам, приведенным в лабораторной работе №4.

2. Определить значения J_P и J_L. Тип грунта устанавливается согласно табл. 9, а консистенцию определить по показателю текучести J_L, в зависимости от величины которого установлена следующая классификация (табл. 11) в соответствии с [ 3 ]:

Таблица 11

Классификация пылевато-глинистых грунтов по консистенции

ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ

Угол естественного откоса – это максимальный угол, при котором неукрепленный откос сохраняет свое предельное равновесие, или угол, под которым располагается свободно осыпающийся песок.

Рыхлые сыпучие и водонасыщенные пески, кроме пылеватых, имеют угол естественного откоса a, практически равный углу внутреннего трения j. В основном a < j.

Величина угла естественного откоса a используется при производстве земляных работ для назначения безопасных откосов без крепления, в дорожном строительстве при устройстве грунтовых полотен, обваловок и песчано-гравийных насыпей.

В настоящее время в действующих нормативных документах имеется ряд способов определения величины a. Данная лабораторная работа выполняется с помощью прибора УВТ-2 (рис.5).

Необходимое оборудование: прибор УВТ-2, совок, шпатель,фарфоровая ступка с резиновым пестиком. Методика определения: 1. Образец грунта довести до воздушно-сухого состояния и методом квартования отобрать пробу массой около 1 кг. 2. Установить стеклянный поддон 5 на ровную поверхность и в его центре поместить мерительный столик 2 с опорами 4 и центральной шкалой 1. На столик надеть коническую обойму 3, которую заполнить отобранным песком с одновременным постукиванием. 3. Взять большим и средними пальцами горловину конической обоймы3, а ука-

Рис. 5. Схематический разрез прибора УВТ-2 для определения угла естественного откоса песков: 1 – центральная шкала; 2 – мерительный столик; 3 – коническая обойма; 4 – опора; 5 – стеклянный поддон

зательным пальцем упереть головку шкалы 1. Осторожно по возможности по вертикали, поднять обойму 3 вверх и снять ее с прибора. По вершине образовавшегося песчаного конуса взять отсчет по шкале в градусах, который дает искомый угол естественного откоса a (при основании). Шкала 1 имеет деления 5…45, каждое из которых соответствует 1°.

4. Повторить операции, описанные в пп. 2 и 3 еще два раза. Расхождение между полученными результатами не должны превышать 1°. За величину a принять среднее арифметическое значение и занести в журнал. Освободить прибор от грунта и привести в порядок рабочее место.

Аналогичным способом определяется величина угла естественного откоса a песчаных грунтов в водонасышенном состоянии. Для этого стеклянный поддон наполняют водой чуть выше уровня поверхности грунта в конической обойме и выполняют действия, описанные в пп. 2 – 4. Пески в водонасыщенном состоянии имеют угол естественного откоса a обычно на 2…3° меньше, чем в сухом состоянии.

Лабораторная работа № 8

ФОРМУЛЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ОСНОВНЫХ ВИДОВ ГРУНТОВ

Наименование	Обозначение
Галька
Гипс
Глина
Гравий
Доломит
Дресва (дресвяный грунт)
Известняк
Ил
Камни, глыбы
Лесс (лессовидные суглинок, глина)
Мел
Мергель
Песок гравелистый
Песок крупный
Песок мелкий
Песок пылеватый
Песок средний
Слой почвенно-растительный
Суглинок
Суглинок моренный
Супесь
Супесь моренная
Торф
Щебень (щебенистый грунт)
Насыпные крупнообломочные, песчаные пылеватые и глинистые грунты, заторфованные грунты, торф; отходы производства (шлаки; золы и др.); строительные и твердые бытовые отходы
Намывные песчаные, пылеватые и глинистые грунты; отходы производства (хвосты обогатительных фабрик, шлаки, золы и пр.)
Пылеватые глинистые несцементирован­ные грунты, закрепленные разными спо­собами
Песчаные несцементированные грунты, закрепленные разными способами
Уплотненные в природном состоянии

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. ГОСТ 12071-84 (1994). Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов.

2. ГОСТ 30416-96. Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения.

3. ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация.

4. #P 3 256 1 20 871001039 871001089 871001090 871001091 871001092 871001093 901700284 901705554 901705981 901708410 901710696 1200000030 1200000056 1200000057 1200000063 1200000191 1200000316 1200000338 1200000433 1200000629 01000100000010100100000007000000E3F0F3EDF2FB00010000000000FEFF0100#G0ГОСТ 5180-84. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик.

5. ГОСТ 12536-79. Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава.

6. ГОСТ 22733-77. Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности.

7. ГОСТ 23278-78 (1986). Грунты. Методы полевых испытаний проницаемости.

8. ГОСТ 25584-90 (1999). Грунты. Методы лабораторного определения коэффициента фильтрации.

9. ГОСТ 12248-96. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости.

10. ГОСТ 23161-78. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик просадочности.

11. ГОСТ 21.302-96. СПДС. Условные графические обозначения в документации по инженерно0геологическим изысканиям.#P 3 256 1 1 1200000431 01000100000010100100000007000000E3F0F3EDF2FB00010000000000FEFF0100#G0

12. ГОСТ 20522-96. Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний.

13. СНиП 11-02-96. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения.

14. СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений.

15. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83*).

16. СП 11-105-97. Инженерно-геологические изыскания для строительства.

17. Справочник проектировщика: Основания, фундаменты и подземные сооружения. М.: Стройиздат, 1985.

#P 3 256 1 1 1200000299 01000100000010100100000007000000E3F0F3EDF2FB00010000000000FEFF0100#G0

СОДЕРЖАНИЕ

1. Отбор образцов грунта для лабораторных исследований..……………..……….... 3

2. Физические характеристики грунтов……………………….……..…...……….....…. 5

3. Механические характеристики грунтов……………..……………………...…….....19

4. Пути использования физико-механических характеристик

грунтов при проектировании оснований и земляных откосов сооружений………..... 32

Приложение 1. Определение расчетного давления на грунт……………….…...…….. 34

Приложение 2. Формулы для определения физических характеристик грунтов...….. 35

Приложение 3. Условные обозначения видов грунтов …………………………...…... 36

Библиографический список …………………………………………………………….. 37

Составители: Г.А.Дружинин

А.П.Казанков

П.В.Игнатьев

Кафедра инженерной геологии, оснований и фундаментов

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: