Механика грунтов. 4

Лабораторная работа №1

ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОВ

Для использования грунтов в инженерно-строительных целях необходимо знать следующие характеристики, определяющие их состояние и возможное его изменение под влиянием различных факторов. Физическое состояние грунтов устанавливается по основным физическим характеристикам (плотность грунта, плотность частиц грунта, природная влажность, границы пластичности – для глинистых грунтов).

Задание 1. Определение плотности грунта (естественной ненарушенной структуры) ρ и удельного веса грунта γ.

Плотностью грунта называется отношение массы грунта к занимаемому им объему [т/м3, г/см3].

Удельным весом грунта называется вес единицы объема грунта в его естественном состоянии [кН/м3].

Для определения плотности грунта необходимо измерить массу образца и определить его объем, сохранив естественное состояние грунта. Для связных грунтов используем метод режущего кольца, который состоит в задавливании  в грунт цилиндрической обоймы известного объема, масса образца грунта находится по разности массы кольца с грунтом и собственной массой кольца, взвешенной заранее. Для определения массы грунта используют технические весы с точностью взвешивания до 0,01 г. Для определения размеров режущего кольца используется штангенциркуль.

Результаты измерений и вычислений заносят в таблицу. Проводится не менее 3 опытов. В качестве расчетного значения плотности грунта принимается среднеарифметическое значение.

Таблица 1. Определение плотности

Плотность грунта г/см3.

Удельный вес грунта γ = g *ρ = 9.81* ρ=____________________

Задание 2. Определение природной влажности грунта  W.

Влажностью грунта называется отношение массы воды, содержащейся в порах грунта, к массе частиц грунта исследуемого образца.

Влажность определяется высушиванием образца грунта естественной влажности в сушильном шкафу - термостате при температуре 105°С до его постоянной массы.

Результаты испытаний заносятся в таблицу. Проводится не менее 3 опытов. В качестве расчетного значения влажности фута принимается среднеарифметическое значение.

Таблица 2.  Определение влажности образцов

Влажность грунта  W= % ,

в относительных единицах  .

Задание 3. Определение влажности глинистого грунта на границе текучести WL.

Влажность грунта на границе текучести соответствует влажности, при которой грунт переходит из пластичного состояния в текучее. Эта влажность соответствует такой влажности грунтовой пасты, при которой стандартный балансирный конус (массой 76 г с углом при вершине 30) погружается в грунт от собственного веса на глубину 10 мм.

После приготовления однородной массы грунта влажность на границе текучести определяется в той же последовательности, что и природная влажность грунта.

Таблица 3. Определение влажности грунта

Влажность на границе текучести = %

в относительных единицах              ______________.

Задание 4. Определение влажности глинистого грунта на границе раскатывания Wр.

Влажность на границе раскатывания соответствует влажности, при которой грунт теряет пластичность и переходит в твердое состояние.

Влажность на границе раскатывания определяется раскатыванием грунта в шнур. Качественно WР соответствует такому состоянию, когда шнур, сделанный из влажного грунта, при раскатывании до диаметра 3 мм (подсыхая при раскатывании) начинает крошиться на отдельные кусочки по 1 см длиной. Кусочки грунта, потерявшие пластичность, собирают и помешают в подготовленные к опытам бюксы.

Таблица 4. Определение влажности на границе раската.

Влажность на границе текучести = %

в относительных единицах              ______________.

Задание 5. Определение наименования и консистенции глинистого грунта.

Число пластичности грунта характеризует величину интервала влажности, в пределах которого грунт сохраняет пластичное состояние. Величина числа пластичности грунта отражает «глинистость» грунта, т.е. содержание в нем глинистых и коллоидных частиц.

  По ГОСТ 25100-82 глинистые  грунты в зависимости от числа  пластичности подразделяются на:

1. Супеси Iр < 0.07
2. Суглинки IР = 0.07-0.17
3. Глины Iр>0.17

Число пластичности грунта Ip=WL-Wp  =______________

По ГОСТ 25100-82 определяем наименование глинистого грунта.

Исследуемый грунт:_________________

Показателем консистенции называют числовую характеристику, показывающую в каком состоянии находится грунт в условиях естественного залегания.

Таблица 5. Классификация глинистых грунтов по консистенции.

Показателем консистенции или индексом текучести служит выражение  IL=(W-Wp) / Iр = (__________)/__________ =____________

По ГОСТ 25100-82 определяем, что исследуемый грунт имеет консистенцию

Полная классификационная характеристика исследуемого грунта: 
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Задание 6. Определение плотности частиц грунта ρs  и удельного веса частиц грунта γѕ.

Плотностью частиц грунта называется отношение массы частиц образца грунта, высушенного при температуре 1050С до постоянной массы к их объёму [т/м3, г/см3].

Масса частиц грунта определяется взвешиванием на технических весах. Для определения объема частиц грунта используется пикнометр – тонкостенная колба из термостойкого стекла строго определенного объема.

Результаты измерений     и вычислений заносят в таблицу. Проводится не менее 3 опытов. В качестве расчетного значения плотности частиц грунта принимается среднеарифметическое значение.

Плотность частиц грунта вычисляется по формуле:    

ρs = ρw*mo/(mo+ m3+ m4)=  _____________г/см3,

где ρw - плотность воды (1 г/см3)

Таблица 6. Определение плотности частиц грунта

Плотность частиц грунта ρs =_________________г/см3

Удельный вес частиц грунта γs = g* ρs  = 9.81* ρs =________кН/м

Плотность частиц грунта может быть определена по  среднему значению для данного вида грунта по таблице.

Таблица 7. Среднее значение плотности частиц грунта

Плотность частиц исследуемого грунта ρs =______________г/см3

Задание 7. Вычисление расчетных характеристик грунта.

1. Плотность сухого грунта ρd  (скелета грунта) - отношение массы образца грунта, высушенного при температуре 105°С до постоянной массы, к объему образца ненарушенной структуры до высушивания.

ρd = ρ/(1+W)=__________________ г/см3,

где W  - влажность грунта в относительных единицах.

2. Коэффициент пористости грунта е - отношение объема пор к объему твердых частиц грунта.

е= (ρs - ρd)/ ρd= ________________

3. Пористость грунта n - отношение объема пор к объему всего образца.

n=e*100%/(1+e) =_________________%

4. Степень влажности грунта Sr - отношение природной влажности грунта(W) к его полной влагоемкости (Wmах), соответствующей полному заполнению пор грунта водой.

Sr= W/ Wmах= W* ρs/e* ρw=________________.

5. Удельный вес грунта, ниже уровня грунтовых вод с учетом взвешивающего действия воды γsb

γsb=g(ρs –ρw)/(1+e)=_________________кН/м3

Типы крупнообломочных и песчаных грунтов в соответствии  с ГОСТ 25106-82 определяются в зависимости от гранулометрического состава этих грунтов (по процентному составу в фунте частиц различной крупности). Для выделения зерен крупностью от 10 до 0,1 мм применяется ситовой метод с промывкой водой (используются сита с размерами отверстий 10; 5; 2; I; 0.5; 0.25; 0.1 мм). Испытания проводятся по ГОСТ 12536-79.

Задание 8. Определение условного расчетного сопротивления

грунта Ro по таблицам СНиП 2.02.01-83.

Для пылевато-глинистых грунтов условное расчетное сопротивление грунта может быть определено по приложению 3 СНиП 2.02.01-83 в зависимости от наименования грунта, коэффициента пористости и показателя консистенции.

Условное расчетное сопротивление грунта используется для предварительного определения размеров подошвы фундамента и допускается его использование для окончательного выбора размеров фундаментов зданий и сооружений III класса.

Ранее определены: тип грунта _________________;

Коэффициент пористости е _________.

Консистенция IL= __________________________.

По табл. 3 приложения 3 СНиП 2.02.01-83 : Ro =____________кПа.

Значения Ro для пылевато-глинистых (непросадочных) грунтов

Таблица 8. Определение Ro

 Значения Ro (кНа) для песчаных грунтов средней плотности сложения (табл.2, прил.З СНиП 2.02.01-83):

Пески крупные - 500(600); пески средней крупности - 400(500); Пески мелкие маловлажные - 300(400), влажные и насыщенные водой - 200(300); Пески пылеватые маловлажные - 250(300), влажные - 130(200), насыщенные водой - 100(150).

Примечание: в скобках указано Ro для плотных песчаных грунтов.

Значение Ro соответствует расчетному сопротивлению грунта под подошвой фундамента, имеющего ширину 1 м и глубину заложения 2 м.

Уточнение расчетного сопротивления грунта производится по формуле 7 СНиП 2.02.01-83.

Работу выполнил___________________

Работу принял_______________________       

Дата «____»  ____________ 201_ г. 

Лабораторная работа № 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДЕФОРМИРУЕМОСТИ ГРУНТА СПОСОБОМ КОМПРЕССИИ В ОДОМЕТРЕ

Одним  из основных видов общей деформируемости грунтов является их сжимаемость в невозможности бокового расширения. При этом деформации уплотнения происходят вследствие уменьшении пористости грунта за счет более компактного размещения частиц при приложении сжимающих усилий. Уменьшение пористости груша происходят за счет возникновения  взаимных сдвигов частиц, а также уменьшении толщины водно-коллоидных пленок и сопровождается отжатием воды из пор грунта.

Процесс сжимаемости грунта завершается  не сразу после приложения нагрузки, а длится иногда значительное время, называемое временем стабилизации деформации. Стабилизация деформации происходит тем медленнее, чем меньше размеры пор грунта. Изучение сжимаемости позволяет установить закономерности и количественные показатели, необходимые для прогноза осадок зданий и сооружении.

В механике грунтов сжимаемость грунта характеризуется компрессионной кривой - графиком зависимости коэффициента напряжений. Испытания грунтов проводится в приборах одноосногоо сжатия (одометры) и приборах трехосного сжатия (стабилометры).

Способом компрессии в одометре определяется коэффициент сжимаемости грунта,  вычисляются коэффициенты относительной сжимаемости mv и модуль общей деформации грунта Ео,  который учитывает упругую и остаточную части осадки.

Компрессией называют сжатие образца грунта вертикально приложенным давлением условиях исключающих возможность боковых деформаций.

Рис.1. Схема одометра.

1 - фильтрующее  кольцо, 2 - образец исследуемого  грунта в кольце, 3 - основание  прибора, 4 - шаровая опора, 5 - отверстие  для выхода воды, 6 - поршень, 7 - боковые  стенки одометра, 8 - фильтрующее днище. 9 - отверстие для выхода воды.

Для испытаний в кольцо одометра помещают образец грунта в виде цилиндра небольшой высоты (для уменьшения влияния сил трения грунта о стенки кольца). Сжатие происходит при свободном удалении выжимаемой из пор грунта воды через поддон и поршень прибора. Режим компрессионных испытаний (величина и количество ступеней давления, прикладываемого к грунту в процессе опыта) определяется данными проекта. Как правило, первая ступень равна давлению в условиях естественного залегания грунта, вторая ступень -100 кПа, третья - 200 кПа, четвертая - 300 кПа.

После приложения каждой ступени давления образец выдерживают до стабилизации осадки, записывая отсчеты деформаций через заданные промежутки времени. По окончании опыта строятся зависимости осадки штампа S от времени t и график зависимости коэффициента пористости е от давления р (компрессионную кривую).

Исходные данные до испытаний :

Внутренний диаметр кольца с грунтом

• Площадь поперечного сечения
• Высота образца грунта (кольца)
• Начальный коэффициент пористости
• Отношение плеч рычага 1:10

Таблица 9. Результаты испытаний грунта

Продолжение табл. 9

где t – время отсчета, считая от момента приложения очередной ступени нагрузки; S - осадка штампа (разность между текущим средним показанием по индикаторам и начальным его значением).

Время t, мин 

Осадка грунта S, мм

Рис. 2. График зависимости осадки штампа S от времени t при компрессионном испытании.

Таблица 10. Расчет коэффициента пористости грунта в испытаниях

Коэффициент пористости e

Вертикальное напряжение р, кПа

Рис 3. Компрессионная кривая.

Коэффициент сжимаемости грунта mo (в пределах диапазона напряжений 100-200 кПа):

mo= (е100-е200)/ (200-100) = (   - )/ 100 = кПа-1,

где е100 и е200 - коэффициенты пористости грунта при напряжениях 100 и 200 кПа, соответственно.

Коэффициент относительной сжимаемости грунта  mu:

mu = mo / (1+ е100) = / (1 +     ) =             кПа-1.

Компрессионный модуль деформации грунта Ек :

Ек=   β/ mu = / = _кПа,

где β - коэффициент, зависящий от коэффициента относительной поперечной деформации грунта и принимаемый равным 0.40 - для глин, 0.62 - для суглинков, 0.74 - для супесей и 0.80 - для песков.

Тогда:

Для наследуемого образца грунта коэффициент β =____________.

Степень сжимаемости грунта (модуль осадки) при напряжении 300 кПа (по Н. М Маслову):

L= 1000 (Но - Нзоо) /Нo) = (    - ) / = мм/м

Таблица 11. Классификация грунтов по степени сжимаемости

Исследуемый грунт по степени сжимаемости -__________________ .

Модуль общей деформации грунта (штамповый) Е0 :

Ео = mк Ек =__________=______кПа,

где mк -  поправочный коэффициент, введение которого вызвано расхождением модулей деформации, полученных по компрессионным и штамповым испытаниям.

Таблица 12. Значения поправочного коэффициента mк