- •Кафедра сооружения и ремонта газонефтепроводов и хранилищ
- •К проведению лабораторных работ по дисциплине «Механика грунтов»
- •09.07.00 «Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газохранилищ»
- •Введение
- •Методика обработки результатов измерения параметров, характеризующих различные свойства грунтов
- •2. Основные физические характеристики грунтов
- •3. Гранулометрический состав песчаных и пластичность глинистых грунтов
- •4. Степень плотности песчаного грунта
- •5. Определение процентного содержания растительных остатков в грунте
- •6. Максимальная молекулярная влагоемкость песчаных и глинистых грунтов
- •7. Коэффициент фильтрации
- •8. Компрессионные испытания грунтов
- •9. Относительная просадочность грунтов при замачивании
- •Образец естественной влажности
- •Образец, насыщенный водой
- •10. Испытания грунтов на консолидацию
- •11. Испытания грунтов на сдвиг путем среза по заданной плоскости
- •12. Испытание грунтов на трехосное сжатие
- •13.Определение угла внутреннего трения песков по углам обрушения и углу естественного откоса
- •Литература
- •Содержание
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА им. И.М. ГУБКИНА
Кафедра сооружения и ремонта газонефтепроводов и хранилищ
В.Е. Шутов, С.И. Сенцов
Р У К О В О Д С Т В О
К проведению лабораторных работ по дисциплине «Механика грунтов»
Специальность
09.07.00 «Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газохранилищ»
Москва 2002 г.
Введение
Успешное усвоение учащимися теоретических основ дисциплины «Механика грунтов» возможно лишь на основе использования результатов экспериментальных исследований состава, физико-механических и водных свойств грунтов в лабораторных условиях. Ведь надежность грунтового основания, на которое опираются сооружения, в определяющей степени зависят как от состояния грунтов, так и их несущей способности. Так, например, в условиях природного залегания свойства одного и того же генетического вида и типа грунта (в соответствии со строительной классификацией) могут существенно различаться в зависимости от места и времени взятия проб (образцов) для обследования.
Множественность причин изменения свойств грунта одного и того же вида в природных условиях делает задачу по определению его инженерно- строительных свойств не только сложной, но и в значительной мере однозначно неопределенной. В практических условиях работы грунтов в основаниях сооружений эта неопределенность усиливается неопределенностью внешних воздействий на них. Все это осложняет решение вопросов прогнозирования поведения оснований в условиях эксплуатации сооружений.
В связи с этим экспериментальные исследования состава, физико- механических и водных свойств грунтов в лабораторных условиях является необходимой предпосылкой для правильного прогнозирования их поведения как в строительный, так и в эксплуатационный периоды. Рассмотрим технологию проведения этих исследований.
Методика обработки результатов измерения параметров, характеризующих различные свойства грунтов
Исключительно большое разнообразие состава и структуры грунтов как природных образований, влияние на них антропогенных процессов, их дискретность, полидисперсность, многокомпонентность, многофазность и полиминеральность (от 5 - 10 до 50 - 80 минералов), а также особый характер легко разрушаемых внутренних межчастичных связей являются причиной их ярко выраженной неоднородности. Неоднородность грунтов находит свое выражение в следующем:
а) в неравномерности распределения отдельных компонентов в грунтовой массе;
б) в наличии дефектов структуры, обусловливающих неравномерность распределения в массе грунта межчастичных и межагрегатных связей по их деформативности и прочности;
в) в значительном различии результатов воздействий внешних силовых и других факторов на однотипные образцы грунта;
г) в существенном разбросе по величине значений физических, прочностных и деформативных характеристик испытываемых образцов, взятых из одного и того же генетического слоя.
На принципиальную важность учета изменчивости свойств грунтов в инженерно-строительной практике впервые было указано в работе Г. И. Покровского [4]. Им же был поставлен вопрос о целесообразности использования методов математической статистики для количественной оценки этой изменчивости. В настоящее время обработка результатов измерения различных параметров грунтов ведется методами математической статистики согласно ГОСТ 20522-75 (Грунты. Методы статистической обработки результатов определений характеристик. М. 1975.) с соблюдением необходимых условий корректности и правомерности их применения (генетическая однородность образцов, случайное изменение характеристик, отброс резких отскоков в результатах определений).
В качестве критерия изменчивости свойств грунтов принят коэффициент вариации v, представляющий, как известно, отношение статистического среднеквадратичного отклонения исследуемой характеристики х к ее среднему статистическому значению , найденным в результате обработки представленных выборок.
В результате проведенных 680 статистических расчетов на ЭВМ сотрудниками НИИОСП им. Н.М. Герсеванова [1-3, 5] и обработки полученных материалов было доказано, что статистический коэффициент вариации показателей свойств грунтов v некоторым образом зависит от числа испытанных образцов и находится в пределах, указанных в таблице 1.1.
Таблица 1.1
Характеристики грунтов |
Численные значения коэффициента вариации v, % |
|||
пески |
супеси |
суглинки |
глины |
|
Влажность |
30-50 |
10-30 |
8-28 |
4-25 |
Коэффициент пористости |
3-13 |
6-12 |
6-25 |
3-22 |
Объёмный вес |
2-7,5 |
2-4,5 |
2,5-7,5 |
2-6 |
Число пластичности |
|
25-50 |
5-35 |
7-30 |
Предел раскатывания |
|
6-17 |
5-25 |
7-27 |
Предел текучести |
|
5-16 |
5-20 |
5-20 |
Сопротивление сдвигу |
|
9-27 |
6-29 |
|
Модуль общих деформаций |
|
|
13-35 |
|
Рассмотрение данных таблицы 1.1 показывает, что все виды грунтов оснований характеризуются значительной изменчивостью как физических (за исключением объемного веса), так и прочностных и деформативных характеристик: коэффициент вариации v превосходит зачастую 20 - 30%. При этом, как правило, имеет место тенденция снижения v с ростом числа обследованных образцов грунта.
Вот почему для получения достоверных результатов измерения искомых характеристик грунта необходимо брать несколько проб из исследованного массива грунтового основания и для каждой пробы производить несколько измерений. Тогда среднее арифметическое показание измеряемого параметра можно определить по формуле:
где: хi – частное значение измеряемого параметра грунта;
mi – число частных значений данного параметра;
j – общее число измерений.
Величины, выражаемые в процентах, вычисляются с точностью до 1%, в десятичных дробях – с точностью до второго знака, а в целых числах – с точностью до единиц.
Среднее квадратичное отклонение и коэффициент вариации при n < 30 рассчитываются по формулам:
Если нельзя сразу получить значения и на персональном компьютере, то удобно проводит вычисления с помощью таблиц. Пример вычисления статистических характеристик для значений влажности на пределе раскатывания приведен в таблице 1.2.
Таблица 1.2.
WP, % |
mi |
WP mi |
- WP |
|
|
26 |
1 |
26 |
10 |
100 |
100 |
27 |
2 |
54 |
9 |
81 |
162 |
30 |
1 |
30 |
6 |
36 |
36 |
32 |
3 |
96 |
4 |
16 |
48 |
33 |
3 |
99 |
3 |
9 |
27 |
34 |
2 |
68 |
2 |
4 |
8 |
35 |
6 |
210 |
1 |
1 |
6 |
36 |
8 |
288 |
0 |
0 |
0 |
37 |
6 |
222 |
1 |
1 |
6 |
38 |
2 |
76 |
2 |
4 |
8 |
39 |
5 |
195 |
3 |
9 |
45 |
40 |
3 |
120 |
4 |
16 |
48 |
43 |
1 |
43 |
7 |
49 |
49 |
46 |
1 |
46 |
10 |
100 |
100 |
47 |
1 |
47 |
11 |
121 |
121 |
|
45 |
1620 |
|
|
764 |