Лаб.работы. Методичка. Лабораторные исследования физических и механических свойств грунтов
 Скачать 0.6 Mb.
|
|
Влажность на границе пластичности (раскатывания w p (нижний предел пластичности) соответствует влажности, при незначительном уменьшении которой грунт перестает быть пластичным (влажность на границе пластичного и твердого состояний). Число пластичности I p показывает диапазон влажности, в пределах которого грунт сохраняет пластичное состояние = w L – Чем больше число пластичности, тем грунт пластичнее. По числу пластичности I p глинистые грунты подразделяют согласно ГОСТ 25100–2011 (табл. Таблица Классификация глинистых грунтов по числу пластичности Разновидности глинистых грунтов Число пластичности I p , Супесь ≤ I p < Суглинок ≤ I p < Глина ≥ Сопоставление пределов пластичности и естественной влажности грунтов позволяет ориентировочно судить, в каком состоянии они находятся в естественном залегании, те. определить их консистенцию. Консистенция характеризует степень подвижности частиц под воздействием внешних сил приданной влажности. Показатель текучести I L – показатель состояния (консистенции) глинистых грунтов: , p L p p p L w w w w I w w I где w – влажность грунта в естественном состоянии, определенная в лабораторной работе № Показатель текучести грунта I L используется при выборе глубины заложения фундаментов, определении расчетного сопротивления грунта, определении несущей способности свай и т. д. По показателю текучести I L глинистые грунты подразделяют согласно ГОСТ 25100–2011 (табл. 4.2). 16 Таблица Классификация глинистых грунтов по показателю текучести Разновидности глинистых грунтов Показатель текучести I L Супесь: твердая I L < пластичная ≤ I L ≤ текучая > Суглинки и глины: твердые I L < 0 полутвердые 0 ≤ I L ≤ 0,25 тугоплас тичные 0,25 < I L ≤ 0,50 мягкоплас тичные 0,50 < I L ≤ 0,75 текучеплас тичные 0,75 < I L ≤ текучие > По числу пластичности I p и гранулометрическому составу (лабораторная работа № 1) глинистые грунты подразделяют согласно ГОСТ 25100–2011 (табл. Таблица Классификация глинистых грунтов по числу пластичности и содержанию песчаных частиц Разновидности глинистых грунтов Число пластичности Содержание песчаных частиц (0,5 …2, 0 мм, % по массе Супесь: песчанистая 1 ≤ I p < 7 ≥ 50 пылеватая 1 ≤ I p < 7 < 50 Суглинок: легкий песчанистый ≤ I p < 12 ≥ легкий пылеватый 7 ≤ I p < 12 тяжелый песчанистый ≤ I p < 17 ≥ тяжелый пылеватый 12 ≤ I p < 17 < 40 Глина: легкая песчанистая ≤ I p < 27 ≥ легкая пылеватая 17 ≤ I p < 27 < тяжелая ≥ Не регламентируется Зная число пластичности I p , показатель текучести I L и коэффициент пористости е глинистого грунта, можно оценить его механические характеристики по табл. 2 и табл. 3 прил. 1 СНиП 2.02.01–83*. Определенные таким образом механические характеристики глинистого грунта допускается использовать для предварительных расчетов оснований, атак- же для окончательных расчетов оснований зданий и сооружений II и III классов (см. пи п. 2.16 СНиП Необходимое оборудование и материалы Грунт глинистый (сухой в порошке ив виде теста в чашке Фарфоровая чашка Шпатель Колбас водой Металлический стаканчики подставка Конус с балансирным устройством, технический вазелин Салфетка для конуса Бюксы – 2 шт Весы Секундомер. Подготовительные работы Среднюю пробу из природного грунта высушивают и измельчают в фарфоровой ступке деревянным пестиком. Часть этого грунта затворяют водой дополучения густого теста и выдерживают сутки в закрытом стеклянном сосуде для равномерного распределения влаги. Ход работы О пределен и е влажности наг рани ц е текучести Влажность на границе текучести соответствует весовой влажности грунта, при которой стандартный конус погружается в грунтовое тесто за 5 с под собственным весом на глубину 10 мм. Стандартным называется конус с углом при вершине 30°, масса которого вместе с балансирным устройством составляет 76 г (рис. 2). На расстоянии мм от вершины на конусе нанесена круговая черта 18 Определение границы текучести состоит в подборе соответствующей влажности испытываемого грунта. Опыт ведут следующим образом. Грунт в виде порошка насыпают в фарфоровую чашку, затворяют небольшим количеством воды и тщательно перемешивают. Металлический стаканчик полностью заполняют полученным грунтовым тестом. Излишки грунтового теста срезают правилом вровень с краями стаканчика. Острие конуса, смазанного тонким слоем вазелина, подносят к самой поверхности грунта и мгновенно отпускают, позволяя конусу погрузиться в грунт под влиянием собственного веса. Через 5 с отмечают положение круговой черты. Если погружение конуса менее 10 мм, грунт из стаканчика перекладывают в чашку и после добавления воды снова тщательно перемешивают. Затем опыт повторяют. Если конус погрузился более чем на 10 мм, следует добавить сухой грунт, перемешать его с влажными повторить опыт. Для определения влажности, соответствующей пределу текучести, из стаканчика отбирают пробу грунта (не менее 10 г) и помещают в бюкс. Определяют влажность w L , как описано в лабораторной работе № 3 (пп. 3–6). Результаты записывают в табл. Таблица Результаты определения характерных влажностей грунта Характерная влажность грунта Номер бюкса Масса бюкса, г Масса бюкса с влажным грунтом m 2 , г Масса бюкса с сухим грунтом, г Влажность грунта 3 3 доли ед. w L w p О пределен и е влажности наг рани цеп ласт и ч нос т и Влажность на границе пластичности соответствует весовой влажности, при которой грунт, раскатываемый в жгут диаметром 3 мм, начинает распадаться на кусочки (гранулы) длиной 3…8 мм. Определение границы раскатывания состоит в подборе (путем подсушивания) соответствующей влажности грунта. Для определения границы раскатывания используют предварительно подготовленное грунтовое тесто. Последовательность выполнения опыта представлена ниже. Небольшой комочек грунтового теста (диаметром 10 мм) раскатывают на ладони до образования жгута диаметром около 3 мм. Если жгут не распадается на куски, его скатывают в шарики снова раскатывают в жгут до указанного диаметра. Длина жгута не должна превышать ширины ладони. Раскатывание продолжают до тех пор, пока жгут при диаметре 3 мм не покроется сетью трещин и не начнет распадаться на отдельные кусочки (гранулы) длиной 3…8 мм. Полученные кусочки грунта помещают в бюкс. Вовремя работы бюкс держат закрытым для предохранения грунта от высыхания. Необходимо набрать не менее 10 г грунта. Определяют влажность w p , как описано в лабораторной работе № 3 (пп. 3–6). Результаты записывают в табл. Определение разновидности глинистого грунта Пользуясь найденными значениями w L и w p , вычисляют число пластичности, показатель текучести I L и устанавливают разновидность глинистого грунта по табл. Рис. 2. Конус с балансирным устройством для определения границы текучести конус 2 – балансирное устройство 3 – металлический стаканчик с грунтовым тестом 20 Лабораторная работа № ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОРИСТОСТИ ПЕСКА В ПРЕДЕЛЬНО РЫХЛОМ И ПРЕДЕЛЬНО ПЛОТНОМ СЛОЖЕНИИ Плотность песка в большой степени влияет на его строительные свойства, в том числе статическую и динамическую устойчивость песчаных оснований и земляных сооружений, деформируемость, водопроницаемость и т. д. Так, например, если песок находится в рыхлом состоянии, то он может быть использован в качестве основания только после его уплотнения или закрепления. Плотность песков природного сложения может быть определена по ГОСТ 25100–2011 через коэффициент пористости е (табл. 5.1). Зная крупность и коэффициент пористости е песка, можно оценить его механические характеристики по табл. 1 прил. 1 СНиП Таблица Классификация песков по коэффициенту пористости Разновидность песка Коэффициент пористости е песков гравелистых, крупных и средней крупности мелких пылеватых Плотный e ≤ 0,55 e ≤ 0,60 e ≤ Средней плотности < e ≤ 0,70 0,60 < e ≤ 0,75 0,60 < e ≤ Рыхлый > 0,70 e > 0,75 e > Когда не удается отобрать образцы песка, не нарушая его природной структуры, плотность сложения песка оценивают с помощью статического или динамического зондирования (ГОСТ 19912–2001), используя прил. И части 1 СП Плотность песков искусственного сложения (в теле земляных сооружений дамб, насыпей, засыпок и т. п) может быть оценена по ГОСТ 25100–2011 через степень плотности I D (табл. 5.2): , min max где e max – коэффициент пористости в предельно рыхлом сложении e – коэффициент пористости в искусственном сложении e min – коэффициент пористости в предельно плотном сложении. Таблица Классификация песков по степени плотности Разновидность песка Степень плотности I D Слабоуплотненный 0 < I D ≤ 0,33 Среднеуплотненный 0,33 < I D ≤ 0,66 Сильноуплотненный 0,66 < I D ≤ В данной работе опыт выполняют с песком средней крупности. Коэффициент пористости вычисляют по формуле , d d s e причем , 1 где ρ s – плотность частиц грунта, принимаемая в данной работе равной 2,65 г/см 3 ; ρ d – плотность сухого грунта, г/см 3 ; ρ – плотность грунта, г/см 3 ; w – влажность грунта, доли ед. Так как для опыта используют песок в воздушно-сухом состоянии, то, пренебрегая его гигроскопической влажностью, считают w = 0, а ρ d = Необходимое оборудование и материалы Песок Цилиндр с днищем и латунной сеткой Ложка Трамбовка или молоточек Правило Весы Металлический поддон 22 Ход работы. Заготавливают форму записи (табл. 5.3). 2. Взвешивают цилиндр с днищем. Результаты измерений записывают в табл. 5.3. 3. Цилиндр ставят на поддон и наполняют песком. Таблица Результаты определения коэффициентов пористости песка Сложение песка Масса цилиндра, г Масса цилиндра с грунтом m 2 , г Масса песка − m 1 ), г Объем цилиндра, см 3 Плотность , 1 2 V m m г/см 3 Коэф- фициент пористости Предельно рыхлое 250 Предельно плотное 250 Для получения предельно рыхлого сложения цилиндр заполняют песком, насыпая его тонкой струйкой с высоты 5…10 см без уплотнения. Все операции выполняют крайне осторожно, избегая малейших сотрясений, вызывающих уплотнение песка. Наполнив цилиндр, избыток песка срезают правилом. Нужно добиться, чтобы объем песка был строго равен объему цилиндра. После этого цилиндр с песком взвешивают. Учитывая возможные погрешности, опыт выполняют несколько раз три бригады по одному разу) и для дальнейшего расчета используют минимальное значение массы цилиндра с песком. Для получения предельно плотного сложения цилиндр заполняют песком, насыпая его слоями толщиной 1…2 см с уплотнением каждого слоя трамбованием или тщательным постукиванием молоточком по цилиндру. После наполнения цилиндра лишний песок срезают правилом и взвешивают цилиндр с песком. Опыт выполняют несколько раз (три бригады по одному разу) и для дальнейшего расчета используют максимальное значение массы цилиндра с песком. Вычисляют коэффициент пористости е. Результат записывают в табл. Лабораторная работа № ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ ПЕСКА (ГОСТ Водопроницаемость грунта – это его способность пропускать фильтровать через свои поры) воду, количественно оцениваемая по коэффициенту фильтрации ф, м/сут. Коэффициентом фильтрации ф называют скорость фильтрации воды ф через грунт при градиенте напора I, равном единице, и линейном законе фильтрации: V ф = ф Коэффициент фильтрации используется при определении притока воды к котлованам, дренажными водозаборным устройствам, при расчете скорости развития осадок сооружений во времени, при вычислении фильтрационных потерь воды через земляные сооружения и т. д. Если пропускать воду через образец грунта площадью сечения A и толщиной L при напоре H, то за время t профильтруется вода в объеме Q = ф I t, где I – гидравлический градиент Отсюда коэффициент фильтрации, см/с: t I A Q K ô Коэффициент фильтрации зависит от гранулометрического состава и плотности грунта, температуры воды и некоторых других факторов. В настоящей работе опыт проводится с песком, уложенным в стальной цилиндр (из лабораторной работы № Вода для фильтрации подается из мерного сосуда Мариотта (рис. 3), который самостоятельно поддерживает постоянный уровень воды, практически совпадающий с поверхностью песка. При опорожненном корпусе прибора напор H равен пути фильтрации, поэтому гидравлический градиент I = ф 24 Рис. 3. Прибор КФ-1 для определения коэффициента фильтрации песков 1 – цилиндр 2 – перфорированное дно 3 – крышка 4 – мерный сосуд Мариотта; 5 – корпус прибора батарейная банка 6 – подвижная площадка 7 – подъемный винт 8 – образец грунта 9 – вода Необходимое оборудование Цилиндр с песком (из лабораторной работы № 5). Корпус прибора с внутренней подвижной площадкой Пластмассовая крышка (муфта) и латунная сетка Мерный сосуд Мариотта. Колбас водой Секундомер. Ход работы. Корпус прибора 5 заполняют на ⅔ объема водой (см. рис. 3). Цилиндр 1 с песком 8 устанавливают на подвижную площадку 6, вращая гайку 7, опускают его вводу и выдерживают до полного водонасы- щения (потемнения поверхности) песка. Цилиндр вынимают из корпуса прибора, воду выливают, а подвижную площадку поднимают в верхнее положение. На поверхность песка кладут латунную сетку, на цилиндр надевают крышку 3 и цилиндр с песком устанавливают на площадку 6. 4. Мерный сосуд 4 заполняют водой, наливают воду на латунную сетку, зажимают отверстие сосуда пальцем, быстро поворачивают его вниз дном и вставляют в крышку прибора так, чтобы стекло касалось латунной сетки. После появления пузырьков воздуха в мерном сосуде берут отсчет по его шкале, замечают время по секундомерной стрелке часов и принимают егоза второй отсчет по часам берут, когда уровень воды совпадет с делением шкалы 90 см результаты записывают в табл. 6.1. 6. Не извлекая песок, выполняют опыт еще два раза (см. пп. Коэффициент фильтрации вычисляют с точностью до двух значащих цифр после запятой. Результаты заносят в табл. Таблица Результаты исследования водопроницаемости песка с коэффициентом пористости e = Номер опыта Отсчет по шкале мерного сосуда Объем профильтровав- шейся воды = Q 2 − Q 1 , м 3 Продолжи- тельность фильтрации, с Площадь сечения грунта A, см 2 Коэффи- циент фильтрации ф, см/с Средний коэффициент фильтрации ф, см/с начальный, см 3 конеч- ный Q 2 , см 1 90 25 2 90 25 3 90 25 26 Лабораторная работа № ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГЛИНИСТОГО ГРУНТА (ГОСТ Прочность грунта – это его способность сопротивляться разрушению при действии нагрузки. К прочностным характеристикам грунтов относятся угол внутреннего трения φ и удельное сцепление c. Эти характеристики используют при определении расчетного сопротивления грунта, оценке устойчивости оснований сооружений и земляных откосов, определении давления грунта на ограждающие конструкции и решении ряда других задач. В настоящей лабораторной работе прочностные характеристики φ и c определяют по результатам испытаний образцов грунта в однопло- скостных срезных приборах с фиксированной плоскостью среза путем сдвига одной части образца относительно другой его части горизонтальной нагрузкой F при предварительном нагружении образца нагрузкой, нормальной к плоскости среза. Сопротивление грунта сдвигу (срезу) τ u определяют как предельное касательное напряжение τ, при котором образец грунта разрушается (срезается по фиксированной плоскости) при заданном нормальном напряжении В несвязных (сыпучих) грунтах сопротивление сдвигу обусловлено силами внутреннего трения между частицами грунта. Сопротивление сдвигу связных грунтов складывается из двух составляющих сил внутреннего трения и сил сцепления. Только преодолев эти силы, можно вызвать сдвиг одной части грунта относительно другой. Предельное сопротивление грунта сдвигу есть функция первой степени от нормального напряжения (закон сопротивления сдвигу): для несвязных (сыпучих) грунтов = σ tg для связных грунтов = σ tg φ + с, где τ u – сопротивление сдвигу, кПа; σ – нормальное напряжение в плоскости сдвига, кПа; tg φ – коэффициент внутреннего трения φ – угол внутреннего трения, град с – удельное сцепление, кПа. Зависимость между сопротивлением сдвигу τ u и нормальным напряжением устанавливается экспериментально. Существуют различные схемы лабораторных испытаний на сдвиг ГОСТ 30416–96). Используемая схема должна наилучшим образом соответствовать условиям, в которых находится или будет находиться грунт в основании или теле земляного сооружения. В данной работе грунт испытывают по консолидированно-дрениро- ванной схеме, тес предварительным уплотнением образца и возможностью отжатия из него воды в процессе всего испытания. Для опыта используется срезной прибор конструкции Н. Н. Маслова и Ю. Ю. Лурье (рис. 4). Нормальное напряжение σ передается на цилиндрический образец грунта, находящийся в обойме прибора, через рычаг 11 посредством гирь 16, а горизонтальная (сдвигающая) сила F – через рычаг. Отношение плеч обоих рычагов 1:10. Это означает, что для создания нагрузки 10 Н на подвеску рычага следует приложить гири весом Н. До начала проведения опыта в срезные приборы были помещены три одинаковых образца глинистого грунта, где они уплотнялись в течение 24 ч (до полного затухания осадок). Образец № 1 уплотнялся при нормальном давлении σ 1 = 100 кПа, образец при σ 2 = 200 кПа и № 3 – при σ 3 = 300 кПа. В ходе эксперимента следует постепенно (ступенями) увеличивать сдвигающую силу до тех пор, пока ее величина не превзойдет прочность образца на сдвиг. Необходимо найти величины предельной сдвигающей силы F u при нормальных напряжениях 100, 200 и 300 кПа. Для этого учебная группа делится натри бригады, каждая из которых выполняет опытна сдвиг. В табл. 7.1 для каждой бригады указан вес гирь для различных ступеней сдвигающих нагрузок. Величины ступеней приняты в зависимости от вертикальной нагрузки на образец N: первая ступень Q 1 = 0,2 N; вторая ступень Q 2 = 0,1 N; третья ступень и все последующие Q 3 = … = = Q n = 0,05 Таблица Вес гирь для различных ступеней сдвигающих нагрузок Нормальные напряжения на поверхности сдвига, кПа Вес гирь на подвеске рычага сдвигающей нагрузки, Н (г) Первая ступень Вторая ступень Третья ступень и все последующие = 100 8 (800) 4 (400) 2 (200) σ 2 = 200 16 (1600) 8 (800) 4 (400) σ 3 = 300 24 (2400) 12 (1200) 6 (600) 28 29 1 2 3 5 4 9 10 8 14 12 3 11 7 15 19 17 17 20 21 22 23 16 18 13 6 Рис. 4. Конструкция одноплоскостного срезного прибора ГГП-30: 1 – винт, регулирующий положение штампа 2 – индикатор для измерения вертикальных деформаций 3 – кронштейн для индикатора индикатор для измерения горизонтальных деформаций 5 – плита стола 6 – поворотная панель 7 – штурвал поворотной панели 8 – кронштейн 9 – трубчатая тяга 10 – рама с двумя коромыслами 11 – рычаг вертикальной нагрузки 12 – ползун 13 и 14 – противовесы 15 – станина 16 – гири для создания вертикальной нагрузки 17 – установочные винты 18 – подвес для гирь горизонтальной нагрузки 19 – тормоз 20 – подвижный кронштейн 21 – рычаг горизонтальной нагрузки 22 – трос 23 – соединительная скоба срезывателя |