С.М. Простов Определение физических свойств грунтов

10

нарушенной и ненарушенной структурой при переменных напорных градиентах от 0 до 1 применяется прибор КФ-ООМ СПЕЦГЕО. Прибор состоит из фильтрационной трубки и специального винтового телескопического приспособления, позволяющего насыщать грунт и регулировать напор воды, и корпуса 10 с крышкой 9 (рис. 8).

3
9	4
	7

8

1

6

5

2

Рис. 7. Компрессионный прибор Рис. 8. Прибор КФ-ООМ СПЕЦГЕО

Фильтрационная трубка состоит из основного металлического цилиндра 5 с заостренным краем, дна 6, которое надевается на нижнюю часть цилиндра, и латунной сетки 7, вставляемой в дно. На верхней части цилиндра устанавливается муфта 2 с латунной сеткой 3 и со стеклянным баллоном 1 (мариотовым сосудом), на одной стороне которого нанесена шкала. Телескопическое соединение состоит из подставки 11, винта 8 и планки 4. На планке 4 нанесены деления напорного градиента от 0 до 1 с ценой деления 0,02.

Прибор для определения угла естественного откоса УВТ-3 состоит из следующих составных частей (рис. 9): резервуар 1, крышка 2, обойма 3, столик 4. Столик 4 состоит из диска 5, стержня 6 и трех ножек 7.

11

Стержень 6 укреплен в диске 5 на резьбе, а ножки 7 приклепаны. Для работы с прибором дополнительно требуются совок – для насыпания песка в обойму, резиновая трубка с воронкой – для заполнения резервуара водой.

Действие прибора основано на способности сыпучих тел образовывать конические поверхности при свободном осыпании.

1

2

3

6

4

5

7

Рис. 9. Прибор УВТ-3

5. Отбор проб и определение физических свойств грунтов

Для определения объемного веса грунта, весовой или объемной влажности, а также фильтрационных свойств отбирают образцы (монолиты) грунта природного сложения и природной влажности. Образцы грунта природного сложения отбирают в грунтоотборные гильзы с помощью специального нажимного стакана следующим образом.

На расчищенной площадке устанавливают грунтоотборную гильзу, сверху нее – соответствующий стакан и, нажимая на грибообразную поверхность стакана, погружают гильзу в грунт. После погружения всех грунтоотборных гильз осторожно подрезают ножом грунт вокруг гильзы и затем вынимают гильзы вместе с грунтом. Излишки грунта, выступающие с обоих торцов гильзы, тщательно срезают (постепенно сострагивают) ножом. После этого на верхний (тупой) конец гильзы надевают алюминиевую банку, упирающуюся своим торцом в кромку гильзы, и образец грунта перемещают из гильзы в банку при помощи толкателя.

12

Лабораторная работа № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛА ЕСТЕСТВЕННОГО ОТКОСА

1. При определении угла естественного откоса прибор УВТ-3 установливают на ровную горизонтальную поверхность, наклон которой не превышает 1°.

2.Определение угла естественного откоса песков в сухом состоянии (с влажностью, соответствующей влажности окружающего воздуха) выполняют в такой последовательности:

-снимают крышку и кладут ее дном книзу;

-устанавливают столик в кольцевой паз крышки;

-устанавливают на столик обойму;

-насыпают песок в обойму, слегка постукивая по ней, до горловины большого усеченного конуса обоймы;

-снимают осторожно обойму;

-по вершине образовавшегося конуса производят отсчет по шкале.

3.Определение угла естественного откоса песков под водой выполняют в такой последовательности:

-устанавливают столик в кольцевой паз на дне резервуара;

-устанавливают обойму на столик;

-насыпают песок в обойму, слегка постукивая по ней, до горловины большого усеченного конуса обоймы;

-заполняют резервуар водой с помощью резиновой трубки, опущенной на дно резервуара;

-снимают осторожно обойму;

-по вершине образовавшегося конуса производят отсчет по шкале.

4.Для большей достоверности оценки угла естественного откоса песков выполняют определение несколько раз и берут среднее арифметическое значение показаний.

5.Полученные результаты заносят в табл. 5.

Таблица 5

Угол естественного откоса ϕС

Угол естественного откоса ϕВ

№№

в сухом состоянии,

под водой,

град

град

пробы

Номер испытания

Среднее

Номер испытания

Среднее

1

2

3

1

2

3

13

Лабораторная работа № 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО (ЗЕРНОВОГО) СОСТАВА ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ СИТОВЫМ МЕТОДОМ

1.Отбирают пробу грунта массой примерно 100 г, грунт помещают на лист бумаги и высушивают до воздушно-сухого состояния.

2.При наличии крупных обломков их осторожно растирают в фарфоровой ступке рукояткой с резиновым наконечником.

3.Высушенную пробу взвешивают с точностью до 0,1 г.

4.Сита монтируют в колонку, размещая их от поддона в порядке увеличения размера отверстий. На верхнее сито надевают крышку

(рис. 5).

5.Взвешенную пробу грунта просеивают сквозь набор сит с поддоном. Полноту просеивания фракций грунта проверяют встряхиванием каждого сита над листом бумаги. Если при этом на лист выпадают частицы, то их высыпают на следующее сито; просев продолжают до тех пор, пока на бумагу перестанут выпадать частицы.

6.Фракции грунта, задержавшиеся после просеивания на каждом сите и прошедшие в поддон, следует перенести в заранее взвешенные стаканчики или фарфоровые чашечки и взвесить с точностью до 0,1 г.

7.Сложить массы всех фракций грунта. Если полученная сумма масс всех фракций грунта превышает более чем на 1 % массу взятой для анализа пробы, то анализ следует повторить. Потерю грунта при просеивании разносят по всем фракциям пропорционально их массе.

8.Содержание в грунте каждой фракции А в % вычисляют по формуле

А = (gФ/g1) 100,

(4)

где gФ – масса данной фракции грунта, Г; g1 – вес пробы грунта, взятой для анализа, Г.

9.Дальнейшее определение гранулометрического состава грунта проводят с промывкой водой. Частицы, прошедшие через сетку с отверстиями 0,25 мм, взвешивают, переносят на сетку с отверстиями 0,1 мм и промывают до полного осветления воды.

10.Оставшиеся на сетке частицы собирают, высушивают до воз- душно-сухого состояния и взвешивают. Вес частиц мельче 0,1 мм определяют по разности между весом частиц мельче 0,25 мм и весом остат-

14

ка на сетке 0,1 мм.

11.Содержание в грунте каждой фракции А вычисляют по форму-

ле (4).

12.Результаты сводят в табл. 6.

							Таблица 6
		Ситовый анализ					Ситовый анализ
							с промывкой
Показатели							водой
			Фракции грунта, мм
	>2	2-0,5		<0,5	0,5-0,25		0,25-0,1	<0,1
Масса пробы
грунта, г
Масса фракции
грунта, г
Содержание
фракции, %

13. Строят диаграмму гранулометрического состава (рис. 1, 2).

Лабораторная работа № 3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ГРУНТА

1.Пробу грунта для определения влажности отбирают массой 15-50 г, помещают в заранее высушенный, взвешенный и пронумерованный стаканчик и плотно закрывают крышкой.

2.Пробу грунта в закрытом стаканчике взвешивают.

3.Стаканчик открывают и вместе с крышкой помещают в нагретый сушильный шкаф. Грунт высушивают до постоянной массы при

температуре 105 ± 2°С. Грунт высушивают в течение 30-60 минут.

4.После высушивания грунт в стаканчике охлаждают до температуры помещения и взвешивают. Высушивание производят до получения разности масс грунта со стаканчиком при двух последующих взвешиваниях не более 0,02 г.

5.Влажность грунта W в % вычисляют по формуле

W = 100(m1 – m0)/(m0 – m),

(5)

15

где m – масса пустого стаканчика с крышкой, г; m1 – масса влажного грунта со стаканчиком и крышкой, г; m0 – масса высушенного грунта со стаканчиком и крышкой, г.

6. Полученные результаты заносят в табл. 7.

									Таблица 7
	Масса	Масса	Масса высушенного
Номер		влажного	грунта со стаканчиком						Влаж-
	стаканчика	грунтасо		и крышкой m0, г					ность W,
стаканчика	скрышкой	стаканчиком			Взвешивания
									%
	m, г	икрышкой
			1		2	3		4
		m1, г

Лабораторная работа № 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛА ТЕКУЧЕСТИ ГРУНТА

1. Образец грунта природной влажности разминают шпателем в фарфоровой (алюминиевой) чашке или нарезают ножом в виде тонкой стружки (с добавлением дистиллированной воды, если это требуется), удаляя из него растительные остатки крупнее 1 мм. Добавлять сухой грунт в грунтовую пасту не допускается.

2.Подготовленную грунтовую пасту тщательно перемешивают шпателем и небольшими порциями плотно (без воздушных полостей) укладывают в цилиндрическую чашку. Поверхность пасты заглаживают шпателем вровень с краями чашки.

3.Балансирный конус (рис. 6), смазанный тонким слоем вазелина, подводят к поверхности грунтовой пасты так, чтобы острие касалось пасты. Затем плавно опускают конус, позволяя ему погружаться в пасту под действием собственного веса.

4.Погружение конуса в пасту в течение 5 с на глубину 10 мм показывает, что грунт имеет влажность, соответствующую границе текучести.

5.При погружении конуса в течение 5 с на глубину менее 10 мм грунтовую пасту извлекают из чашки, присоединяют к оставшейся пасте, добавляют немного дистиллированной воды, тщательно перемеши-

16

вают ее и повторяют операции, указанные в пп. 2-4.

6.При погружении конуса за 5 с на глубину более 10 мм грунтовую пасту из чашки перекладывают в фарфоровую (алюминиевую) чашку, слегка подсушивают на воздухе, непрерывно перемешивая шпателем, и повторяют операции, указанные пп. 2-4.

7.По достижении границы текучести (п. 4) из пасты отбирают пробу массой 15-20 г и определяют ее влажность в соответствии с требованиями лабораторной работы № 3.

8.Полученные результаты заносят в табл. 8.

9.Расчет предела текучести WL производят по формуле (5).

									Таблица 8
		Масса	Масса высушенного
	Масса	влажного	грунта со стаканчиком						Предел
Номер	стаканчика	грунта со		и крышкой m0 , г
		стакан		Взвешивания					текучести
стаканчика	с крыш-
		чикоми							WL, %
	кой m, г
		крышкой	1		2	3		4
		m1, г

Лабораторная работа № 5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛА И ЧИСЛА ПЛАСТИЧНОСТИ ГРУНТА

1.Подготовку грунта производят аналогично подготовке грунта для определения границы текучести (лабораторная работа № 4) или используют часть грунта (40-50 г), подготовленного для определения границы текучести.

2.Подготовленную грунтовую пасту тщательно перемешивают, берут небольшой кусочек и раскатывают ладонью на стеклянной или пластмассовой пластинке до образования жгута диаметром 3 мм. Если при этой толщине жгут сохраняет связность и пластичность, его собирают в комок и вновь раскатывают до образования жгута диаметром 3 мм. Раскатывать следует, слегка нажимая на жгут, длина жгута не должна превышать ширины ладони. Раскатывание продолжают до тех

17

пор, пока жгут не начинает распадаться по поперечным трещинам на кусочки длиной 3-10 мм.

3.Кусочки распадающегося жгута собирают в стаканчики, накрываемые крышками. Когда масса грунта в стаканчиках достигнет 1015 г, определяют влажность в соответствии с требованиями, изложенными в лабораторной работе № 3

4.Полученные результаты заносят в табл. 9.

5.Расчет предела пластичности WP, числа пластичности IP и консистенции IL производят, соответственно, по формулам (5), (3) и (2), используя значения W и WL, полученные в лабораторных работах № 3 и

№4.

										Таблица 9
		Масса	Масса		Масса
			влажного	высушенного					Предел
	Номер	ста-	грунта	грунта со						Число	Консис-
		кан-	со ста-	стаканчиком и					пласти	пластич-
	стакан-	чика с							чности		тенция
			канчи-	крышкой m0				, Г		ности
	чика	крыш-							WР, %		IL
			ком и							IP
				Взвешивания
		койm,
			крышкой
		Г	m1, Г	1	2	3		4

Определяют тип глинистого грунта по параметрам IP (табл. 3) и IL

(табл. 2).

Лабораторная работа № 6

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ГРУНТА МЕТОДОМ РЕЖУЩЕГО КОЛЬЦА

1.Кольцо-пробоотборник смазывают с внутренней стороны тонким слоем вазелина или консистентной смазки.

2.Верхнюю зачищенную плоскость образца грунта выравнивают, срезая излишки грунта ножом, устанавливают на ней режущий край кольца и при помощи нажимного стакана вдавливают кольцо в грунт, фиксируя границу образца для испытаний. Затем грунт снаружи кольца

18

обрезают на глубину 5-10 мм ниже режущего края кольца, формируя столбик диаметром на 1-2 мм больше наружного диаметра кольца. Периодически, по мере срезания грунта, легким нажимом на стакан насаживают кольцо на столбик грунта, не допуская перекосов. После заполнения кольца грунт подрезают на 8-10 мм ниже режущего края кольца и отделяют его.

Грунт, выступающий за края кольца, срезают ножом, зачищают поверхность грунта вровень с краями кольца и закрывают торцы пластинками.

При пластичном или сыпучем грунте кольцо плавно без перекосов вдавливают в него и удаляют грунт вокруг кольца. Затем зачищают поверхность грунта, накрывают кольцо пластинкой и подхватывают его снизу плоской лопаткой.

3.Кольцо с грунтом и пластинками взвешивают.

4.Плотность грунта ρ (в Г/см3) вычисляют по формуле

ρ = ( m1 – m0 – m2)/V,

(6)

где m1 – масса грунта с кольцом и пластинками, г; m0 – масса кольца, г;

m2 – масса верхней и нижней пластинок, г; V – внутренний объем кольца, см3.

5. Для определения плотности сухого грунта определяют влажность грунта (лабораторная работа № 3).

Плотность сухого грунта (плотность скелета) ρd (в Г/см3) вычис-

ляют по формуле			ρd = ρ /(1 + 0,01W),
								(7)
где ρ – плотность грунта, г/см3; W – влажность грунта, %.
6. Результаты фиксируют в табл. 10.
							Таблица 10
		Масса		Внут-				Плот-
	Масса	грунта			Плот-
Номер	пласти-	с коль-	Масса	ренний	ность		Влаж-	ность
кольца	нокm2,	цоми	кольца	объем	грунта		ность	сухого
		плас-	m0, г	кольца		3	W, %	грунта
	г	тинками		V, см3	ρ, г/см			ρd, г/см3
		m1, г

19

Относят грунт к одному из типов грунтов по плотности скелета

ρd (табл. 1).

Лабораторная работа № 7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ

Коэффициент фильтрации связных грунтов можно определить для образцов как ненарушенной, так и нарушенной структуры. Коэффициент фильтрации связных грунтов определяют при заранее заданном давлении на грунт на компрессионном приборе (рис. 7).

1.Компрессионный прибор устанавливают на горизонтальной поверхности и прикрепляют к ней с помощью струбцины 2.

2.Воронку укрепляют на стойке струбцины и раздвигают настолько, чтобы расстояние от верхней черты на стеклянной трубке под воронкой до оси верхней выводной трубки из компрессионного прибора равнялось заданному заранее напору Н в диапазоне 30-60 см.

3.Испытываемый образец вместе с компрессионной гильзой 1 и бумажным фильтром по торцам устанавливают на нижнюю сетку. Сверху на образец устанавливают поршень с верхней сеткой, после чего прибор завинчивают. При этом должно быть обеспечено плотное соединение торцов гильзы с нижней и верхней частями прибора с помощью пластилина. Поршень ставят на образец грунта и закрепляют винтом 8, устанавливают рычажную систему 4, прикрепляя ее к верхней части струбцины 2 и опирая на призму штока поршня. Рычаг уравновешивают в нейтральном положении грузами на подвесе, затем закрепляют в траверсе прибора индикатор 9, упирая его ножку в поршень так, чтобы она поднялась вверх на 70-80 % свободного хода (на 7-8 мм), после чего устанавливают на "ноль" поворотную шкалу индикатора.

4.После установки образца из нижней части прибора удаляют воздух, пропуская через нее воду, заливаемую в воронку (при открытом выводном отверстии 5 в нижней части прибора). После этого выводную трубку закрывают зажимом, воронку доливают доверху и увлажняют испытуемый образец, пропуская воду снизу вверх до полного насыще-