Геология / Новая папка (3) / __9__ .......МУ ГРУНТОВЕДЕНИЕ

2.8 Лабораторная работа №7 Определение оптимальной влажности грунта

Оптимальной называется такая влажность грунта, при которой достигается его заданное уплотнение при минимальной затрате уплотняющей работы.

Маловлажные грунты плохо уплотняются из-за трения между частицами, препятствующего их взаимному перемещению. В насыщенных водой грунтах нагрузка при уплотнении воспринимается, главным образом, пóровой водой и тоже не приводит к желаемому результату. Наибольшего уплотнения можно достичь при оптимальной влажности, когда комочки разрушаются сравнительно легко, а частицы грунта, имея на контактах смазку в виде пленок воды, более компактно укладываются в объѐме грунта.

Оптимальная влажность зависит от состава грунта, характера уплотняющего воздействия, его интенсивности и количества работы, затраченной на уплотнение. Показателем степени уплотненности грунта служит величина объемного веса скелета.

Анализ проводится по дополнительному заданию для крупнообломочных, песчаных и глинистых грунтов в соответствии с требованием ГОСТ

22733-77.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: определить оптимальную влажность для грунта уплотняемого в приборе стандартного уплотнения.

ОБОРУДОВАНИЕ: прибор стандартного уплотнения (рисунок 9), фарфоровая ступка, пестик с резиновым наконечником, сито с отверстиями диаметром 5 мм, весы, ложка, лист плотной бумаги, восковка, солидол, оборудование для определения весовой влажности, колба с водой, противень.

ПОРЯДОК РАБОТЫ:

1. Взять навеску воздушно-сухого грунта, пропущенного через сито с таким расчѐтом, чтобы вес абсолютно сухого грунта составил 300 г.

где Pг - вес воздушно-сухого грунта, г; Pс - вес абсолютно сухого грунта, г;

Wг - гигроскопическая влажность грунта, %.

2. Определить количество воды, которое необходимо добавить к исходной навеске грунта для получения влажности 4; 6; 8; 12; 14%, используя формулу

где Wi - заданная влажность;

41

3. Грунт высыпать на противень, отмерить количество воды, необходимое для получения первого из заданных значений влажности (4%). Грунт тщательно

перемешать с водой и перетереть до получения однородной массы. 4. Собрать прибор стандартного уплотнения:

а) соединить половинки рабочего цилиндра; б) надеть на рабочий неразъемный цилиндр;

в) укрепить собранный цилиндр в поддоне сильной затяжкой винтов так, чтобы плоскость разъема была перпендикулярна оси зажимных винтов.

Рисунок 9 Прибор стандартного уплотнения

1 – основание прибора;

2 – винт;

3– рабочий (разъѐмный) цилиндр;

4– резервный объѐм цилиндра;

5– штамп;

6– шток;

7– трамбовка;

8– грунт.

42

5. В рабочий объѐм прибора заложить полоску восковой бумаги так, чтобы она плотно прилегла к боковой поверхности цилиндра. Поверхность неразъѐмного цилиндра смазать солидолом.

6. Цилиндры заполнить грунтом, укладывая его ложкой слоями толщиной 1 – 2 см, каждый слой уплотнять деревянным пестиком. Укладку грунта прекратить, когда до кромки верхнего цилиндра останется 4 – 5 мм. При этом останется избыток грунта.

7.В цилиндр вставить штамп (пуансон) со штоком и трамбовкой. Прибор в собранном виде разместить на подставке.

8.Произвести стандартное уплотнение: трамбовку сбрасывать с полной высоты штока 30 раз.

9.Произвести разборку прибора для извлечения образца грунта:

а) снять шток с трамбовкой; б) поворотом снять верхний цилиндр прибора (при этом грунт нужно придавливать штампом);

в) разъѐмный цилиндр с грунтом вынуть из поддона на противень; г) верхний торец образца тщательно выровнять правúлом, цилиндр снаружи очистить от частиц грунта.

10.Образец очень осторожно извлечь из разъѐмного цилиндра и взвесить.

11.Вычислить объѐмный вес образца и объѐмный вес скелета грунта.

12.Построить график зависимости объѐмного веса скелета грунта от влажности образца при уплотнении:

-по оси ординат 1 см = 0,02 г/см3 (объѐмный вес скелета грунта);

-по оси абсцисс 1 см = 2 % (влажность).

Результат опыта наносить на график в виде одной точки.

13. Операции п.п. 3 - 4 повторять при последующих значениях влажности, по результатам заполнять таблицу 13:

Таблица 13

Характеристика		Номер опыта
	1.	2.	3.
Влажность грунта, Wi , %
Количество воды в навеске, QWi, см3
Количество добавленной воды, ΔQWi см3
Вес образца после уплотнения, Pг, г
Объѐм цилиндра, V,см3
Объѐмный вес грунта после уплотнения, г/см3
Объѐмный вес скелета грунта, г/см3

43

14.	По графику определить оптимальную влажность грунта (ордината очки,
соответствующая перегибу кривой).
15.	Сравнить полученные результаты со средними значениями оптимальной

влажности:

супесь………………………………………………………….9-15%; суглинок……………………………………………………….15-22%.

2.9 Лабораторная работа №8 Определение усадки грунтов

Усадка грунта - это процесс уменьшения его объѐма в результате высыхания. При усадке грунта происходят удаление влаги, уплотнение частиц и перераспределение химических компонентов, что ведет к формированию определѐнных структурных связей.

Усадка зависит от количества глинисто-коллоидных фракций в грунте, их минерального и химического состава и от наличия в грунте более крупных фракций. Наибольшую величину усадки дают глинистые грунты и особенно глины, содержащие минералы монтмориллонитовой группы. Супесчаные, а в особенности песчаные грунты характеризуются крайне малой усадкой или не обладают этим свойством.

Способностью к усадке обладают только связные грунты и уменьшение объѐма до определенного предела равно количеству испарившейся воды. По достижении предела усадки (при определѐнной влажности) объѐм образца перестаѐт уменьшаться, но испарение воды продолжается и, следовательно, масса образца убывает. В результате усадки грунт становится плотнее, что увеличивает сопротивление деформациям. Однако, наличие трещин, обычно сопровождающих усадку, повышает впитываемость влаги. Это приводит к уменьшению устойчивости поверхностного слоя грунта в откосах насыпей и выемок и т. п.

Усадку можно характеризовать уменьшением линейных размеров (линейная усадка) или объѐма образца (объѐмная усадка).

Кроме указанных величин, усадка характеризуется пределом или влажностью усадки, при которой не происходит дальнейшего изменения размеров и объѐма образца.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: определить линейную и объемную усадку образца, а также влажность усадки образцов грунта.

ОБОРУДОВАНИЕ: штангенциркуль, металлическая форма размером 5×3×2 см, устройство для высушивания грунта, весы, приспособление для гидростатического взвешивания, сито.

44

ПОРЯДОК РАБОТЫ:

1.Для определения линейной усадки подготовить из испытуемого грунта параллелепипед размером 8×4×3 см, а для объѐмной усадки - кубик 3×3×3 сантиметра (рисунок 10):

Рисунок 10 Образцы для определения усадки грунта

1 – влажный образец;

2 – высохший образец.

2.Произвести обмер образцов штангенциркулем с точностью до 0,01 мм.

3.Для испытания образцов нарушенной структуры подготовка грунта

осуществляется аналогично определению границы текучести:

а) образец грунта с естественной влажностью размять шпателем или размельчить в ступке и протереть через сито; б) грунт увлажнять и непрерывно перемешивать, доводя до состояния густого теста;

в) грунтовую массу поместить в металлическую форму и сушить на воздухе до отвердения, после чего извлечь из формы.

4.Подготовленные образцы высушить до постоянной массы.

5.Методом гидростатического взвешивания определить объѐмы высохших образцов или их длину.

6. Вычислить необходимые параметры по формуле:

где ρ - плотность грунта, г/см3;

ρB - плотность воды, принимаемая равной 1 при 20°С, г/см3;

ρп - плотность парафина, обычно принимаемая равной 0,9 г/см3; m - масса образца до парафинирования, г;

m1 - масса образца с парафиновой оболочкой, г; m2 - масса запарафинированого образца в воде, г.

45

где Lу - линейная усадка, %

l1 - длина образца до усадки, см; l2 - длина образца после усадки, см.

где Vy - объѐмная усадка, %;

V1 - объѐм образца до усадки, см3;

V2 - объѐм образца после усадки, см3.

где Wу – влажность усадки;

W0 - начальная влажность образца, %;

g- масса образца после усадки, г.

7.Вычислить необходимые параметры (ГОСТ 24143-80).

8.Определение усадки глинистых грунтов при заданном давлении выполняют в компрессионных приборах:

а) после определения набухания под заданным давлением грунт сушить в течение 1 - 2 суток при комнатной температуре;

б) при помощи рефлекторов создать равномерную температуру порядка 30 - 50°С и сушить образец до постоянного объема;

в) все вычисления аналогичны приведенным выше. 9. Результаты определения занести в таблицу 14:

Таблица 14

	Наименование грунта			Номер образца
			1		2		3
Расстояние	начальное, l1
между		l’2
метками,	конечное	l’’2
мм
Коэффициент линейной усадки, %
Ly=(l1-l2/l1)100
Усадочность грунта

46

2.10 Лабораторная работа № 9 Определение набухания грунтов

Набухание - это способность глинистых грунтов при увлажнении увеличиваться в объѐме. При этом консистенция его становится более мягкой. Набухание сопровождается увеличением пористости и влажности грунта.

Набухание - процесс обратный усадке. Он приводит к ослаблению внутренних связей в грунте, уменьшению его прочности, увеличению сжимаемости, уменьшению водопроницаемости.

При переменном увлажнении и высыхании в откосах земляных каналов или гидротехнических насыпей, явления усадки и набухания сменяют друг друга, в результате чего грунт частично отслаивается, частично оползает, что приводит к потере формы и деформациям поперечного сечения каналов.

Показателями набухания являются: величина свободного набухания (выражается в процентах от первоначального объема), влажность набухания (влажность, соответствующая прекращению поглощения воды грунтом) и давление набухания. Величина свободного набухания и влажность набухания определяется в компрессионных приборах или в специальных приборах типа ПНЗ и др. Давление набухания можно определять в стандартных компрессионных приборах или в специально изготовленных целевых приборах.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: определить набухание грунтов на образцах естественного сложения и нарушенной структуры в приборе типа ПНЗ.

ОБОРУДОВАНИЕ: прибор ПНЗ (рисунок 11), фильтровальная бумага, гидратор, оборудование для определения влажности грунта.

ПОРЯДОК РАБОТЫ:

Для монолитных образцов:

1. На очищенную поверхность монолита установить кольцо с насадкой, предварительно взвешенное с точностью до 0,1 г и плавно вдавить в грунт до полного заполнения.

2.Отделить кольцо от монолита, срезать излишки грунта и кольцо с грунтом снова взвесить.

3.Покрыть кольцо с двух сторон фильтровальной бумагой и поместить его в

прибор. Индикатор установить в нулевое положение.

4.Наполнив ванну водой, снимать показания индикатора через 5, 30, 60 мин после подачи воды, далее каждый час в течение 6 часов, на следующие сутки через 12 часов и далее через каждые 24 часа до окончания опыта.

5.Опыт считается законченным, если показание индикатора в течение суток изменилось не более чем на 0,05 мм.

47

При определении набухания в компрессионных приборах опыт считается законченным, если показание индикатора изменится за 24 часа не более чем на

0,1 мм.

Рисунок 11 Прибор ПНЗ

1– индикатор;

2– винт;

3– обойма;

4– поршень;

5– режущее кольцо;

6– перфорированный поддон;

7– ванночка;

8– грунт.

48

Для грунтов с нарушенной структурой:

1.Грунт воздушно-сухого состояния пропустить через сито с отверстиями диаметром 1 мм.

2.Определить влажность воздушно-сухого грунта.

3.Довести влажность до проектируемой и оставить грунт в гидраторе на одни сутки.

4.Приготовленное грунтовое тесто поместить в кольцо прибора и провести опыт описанным выше способом.

5.Произвести расчѐт величины свободного набухания по формуле:

где h - первоначальная высота образца, см; h1 - высота образца в конце опыта, см.

6.Согласно ГОСТ 24143-80, свободное набухание определяется не менее чем на шести образцах, отобранных из одного инженерно-геологического элемента.

7.Между величиной свободного набухания, определенной в приборах типа ПНГ и др. и в компрессионных приборах существует соотношение:

8.В некоторых случаях по данным испытания образцов с нарушенной структурой возможно рассчитать свободное набухание образцов естественного сложения по формуле:

9.По величине свободного набухания грунты подразделяются (таблица 15):

Таблица 15

	Величина свободного относительного набухания
Вид грунтов
	в компрессионном	в приборах ПНЗ
	приборе
Ненабухающие	менее 0.04	менее 0.07
Слабонабухающие	0.04 - 0.08	0.07 - 0.13
Средненабухающие	0.08 - 0.12	0.13 - 0.20
Сильнонабухающие	0.12 и более	0.20 и более

10. Влажность максимального набухания определяется обычным весовым способом (лаб. работа №4).

49

2.11 Лабораторная работа № 10 Определение размокаемости грунтов

Размокаемость - это способность грунтов при погружении в спокойную воду терять связность и превращаться в рыхлую массу с частичной или полной потерей несущей способности.

Инженерно-геологическое значение это явление приобретает в каналах, гидротехнических насыпях и других подобных сооружениях. Конечным результатом размокания является потеря грунтом прочности, отслаивание и о п- лывание его в откосах.

Как и другие водно-физические свойства, размокание зависит от минерального состава грунта, состава поглощѐнного комплекса, характера внутренних связей и начальной влажности грунта.

Косвенно размокание характеризует невысокую уплотнѐнность, склонность к просадочности или низкую прочность внутренних связей. Выражается скоростью (временем) размокания, влажностью размокшего образца и характером распада образца в воде.

К грунтам, подверженным быстрому размоканию, относят лѐссы и лѐссовидные суглинки, солонцы, пылеватые грунты.

Многие грунты перед размоканием предварительно набухают, после чего теряют сплóшность, превращаясь в бесструктурную массу. Некоторые грунты при размокании растрескиваются, расслаиваются на отдельные чешуйки.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: определить размокание образцов грунта с помощью прибора ПРГ 1.

ОБОРУДОВАНИЕ: прибор ПРГ-1 (рисунок 12), нож, штангенциркуль, оборудование для определения влажности грунта (лаб. работа №4), часы.

ПОРЯДОК РАБОТЫ:

1.Из монолита вырезать кубик размером 30×30×30 мм или цилиндр диаметром

30мм и высотой 30 мм.

2.Одновременно отобрать пробу для определения естественной влажности.

3.Заполнить корпус прибора дистиллированной водой на 10 см ниже его верх-

них краѐв. Стрелка прибора в это время должна занимать центральное нулевое положение.

4. Два отобранных образца положить на сетку прибора и плавно погрузить в воду. Записать первоначальный отсчѐт.

5. Наблюдения за скоростью размокания ведут через 1, 5, 10, 30, 60 минут и далее через 6, 24 и 48 часов.

6. Опыт прекратить после указанного промежутка времени или когда грунт полностью пройдет через сетку.

50