лабораторные работы по геологии. лр 2016 070612324184700000657300. Методические указания к выполнению лабораторных работ по геологии для студентов всех
 Скачать 0.87 Mb.
|
Определение пористости песков методом насыщенияПод пористостью грунтов понимают наличие в них мелких пустот (пор). Количественно пористость обычно выражают процентным от- ношением объема пор VПк общему объему грунта V. Эту величину называют пористостью и обозначают через n. Кроме того, пористость грунта характеризуется отношением объема пор VПк объему твердых частиц VS. Эта величина называется коэффициентом пористости e.Для песков величина n может быть определена опытным путем, а для глинистых - только расчетом. Материалы и оборудование: сухой чистый стаканчик; вода; мер- ный сосуд; песок; линейка. Порядок выполнения работыСухой чистый стаканчик объемом около 50 см3 наполняют ис- следуемым песком. Наполнение производить небольшими порциями с утрамбовкой. После наполнения подравнивают поверхность песка ли- нейкой вровень с краями стаканчика. При помощи мерного сосуда воду наливают в стаканчик с пес- ком до появления тонкого слоя воды на поверхности песка. Количест- во воды, израсходованной на насыщение песка, будет соответствовать объему его пор VП. Песок удаляют из стаканчика, и при помощи того же мерного со- суда измеряют объем пустого стаканчика, что будет соответствовать объему песка V. Рассчитывают пористость по формуле n VП100% . V Данные определения заносят в журнал (табл. 6). Рассчитывают коэффициент пористости e: e n 1 n 0,31 1 0,31 0,45 . Пористость и коэффициент пористости характеризуют структуру грунта. Пористость не является расчетной величиной, но ее использу- ют как важную вспомогательную характеристику в механике грунтов. Таблица 6 Журнал определений пористости песков
Лабораторнаяработа№5 Определение производных и классификационных физических характеристик грунтовПроизводные и классификационные характеристики грунтов опре- деляются аналитическим путем через основные и дополнительные фи- зические характеристики. К производным характеристикам относятся: удельный вес грунта , плотность сухого грунта ρd, коэффициент по- ристости e, удельный вес грунта, взвешенного в воде γsb. К классифи- кационным характеристикам относятся: число пластичности IР, пока- затель текучести IL, коэффициент водонасыщения Sr. Порядок выполнения работыКаждый студент получает таблицу с основными и дополнитель- ными физическими характеристиками и гранулометрическим составом 4–5 грунтов. Определение производных и классификационных характеристик производят по следующим формулам: ρ g; d ρ ; 1 W e ρSρd ; ρd γsb gρSρW; 1 e IР WL WР; I WWР; L IР S WρS , W r eρ где ρS– плотность твердых частиц, т/м3; ρW– плотность воды (1,0 т/м3); g– ускорение свободного падения (9,8 м/с2). Результаты расчета сводят в табл. 7 и определяют разновидности грунта по ГОСТ 25100–2011. Таблица 7 Сводная таблица физических характеристик грунтов
Примечание: ГПЛП – глина полутвердая, легкая пылеватая. Лабораторнаяработа№6 Построение геологического разрезаГеологический разрез строится для более четкого представления об условиях залегания грунтов в выбранном районе строительства. Линия пересечения земной поверхности с плоскостью геологического разреза называется линией разреза. Для построения геологического разреза выбирается базисная линия, от которой и строится разрез. За базисную линию принимают топографический профиль, линию с абсолютной отметкой ± 0,000 , или нижнюю горизонтальную линию, выбираемую с таким расчетом, чтобы разрез располагался выше этой линии. Материалы и оборудование: план расположения геологических скважин, геологические колонки скважин, масштабная линейка или циркуль, миллиметровая бумага. Порядок выполнения работыНа плане через геологические скважины проводят линию разре- за, концы которой обозначают цифрами I–I. Вдоль выбранной линии разреза строят топографический про- филь. На профиль наносят устья скважин, отмечают номера скважин и абсолютные отметки их устьев. Тонкими вертикальными линиями от- мечают направление осей скважин. На основе линии геологических скважин наносят данные о прой- денных породах (интервал залегания, наименование породы, ее возрас- тной индекс). Все построения выполняют от базисной линии. Приступают к объединению аналогичных пород, встреченных соседними скважинами, в пласты, массивы. Такое объединение воз- можно лишь для пород, одинаковых по составу, возрасту и происхож- дению (генезису), а иногда одинаковых только по возрасту и генезису. Нижняя граница геологического разреза определяется наиболее глубокой скважиной. Нельзя разрез снизу ограничивать линией, со- единяющей забои геологических скважин. На разрез наносят данные о подземных водах. При безнапорном характере подземных вод депрессионная поверхность подземного по- тока показывается на разрезе I – I пунктирной линией, соединяющей отметки воды в скважинах. При напорном характере величина напора обозначается стрелкой, направленной вверх, от отметки появления воды до отметки ее установления. Стрелку проводят слева от скважи- ны. Справа от скважины условными знаками показывают места от- бора монолитов и проб горных пород, а также проб воды. При окончательном оформлении чертежа линии скважин от устья до забоя четко выделяют. Забой скважины необходимо подчерк- нуть короткой горизонтальной линией. По каждой скважине проставляют отметки забоя, кровли и по- дошвы пластов. Пласты пород на разрезе имитируют в соответствии с принятыми условными обозначениями, контуры пластов выделяют жирными линиями. В пределах контуров пластов и массивов простав- ляют генетические и возрастные индексы. Разрез сопровождают условными обозначениями. Условные обозначения пород располагают в строгой возрастной последователь- ности, от более молодых к более древним породам, сверху вниз или слева направо. Общее оформление геологического разреза приведено на рис. 3. Рекомендуемый масштаб геологического разреза: горизонтальный 1:500, вертикальный 1:100.  Рис. 3. Геологический разрез по линии I–I Лабораторнаяработа№7 Определение коэффициента фильтрации песчаного грунтаФильтрация – движение воды в грунтах при условии полного за- полнения пор водой и наличия разности напоров. Коэффициентфильтрации представляет собой скорость фильтрации при напорном градиенте, равном единице. Он выражается в м/сут и используется при определении притока воды в строительные котлованы, проектирова- нии дренажных сооружений и т.д. Материалы и оборудование: прибор КФ–00М (рис. 4); песок; ем- кость с водой; термометр; секундомер.  Рис. 4. Схема прибора КФ–00М: 1– фильтрационная трубка с образцом грунта; 2– планка со шкалой; 3– корпус; 4– подъемный винт; 5– мерный стеклянный баллон с водой Порядок выполнения работыНаливают в корпус воду и вращением подъемного винта подни- мают подставку с планкой до градиента равного единице. Фильтрационную трубку заполняют грунтом и ставят ее на под- ставку. Вращением винта фильтрационную трубку с грунтом медленно погружают в воду до градиента 0,8. В таком положении прибор остав- ляют до появления в верхнем торце цилиндра влаги, о чем судят по изменившемуся цвету грунта (капиллярное поднятие воды). Сверху на грунт помещают латунную сетку и надевают на фильтрационную трубку муфту, вращением подъемного винта опус- кают фильтрационную трубку в крайнее нижнее положение. Устанавливают планку на градиент 0,6 и доливают воду в корпус до верхнего края. Заполняют мерный баллон водой, предварительно измерив ее температуру, зажимают его отверстие большим пальцем и, быстро оп- рокинув, вставляют в муфту фильтрационной трубки так, чтобы гор- лышко баллона соприкасалось с латунной сеткой. Прорыв в мерный баллон крупных пузырьков воздуха свидетель- ствует о том, что его горлышко находится на значительном расстоянии от поверхности грунта. В этом случае баллон опускают на 1...2 мм и добиваются того, чтобы в него равномерно поднимались мелкие пу- зырьки воздуха. Отмечают по шкале уровень воды в мерном баллоне, пускают секундомер и по истечении определенного времени (60…120 с) заме- чают второй уровень воды в мерном баллоне, что дает возможность определить расход воды, профильтровавшейся через грунт за время. Для получения средней величины коэффициента фильтрации замеры повторяют при различных положениях уровня воды в мерном баллоне. Снимают мерный баллон и опускают цилиндр с грунтом в крайнее положение. Устанавливают планку на гидравлический градиент 0,8, запол- няют мерный баллон водой и вновь вставляют его в муфту. Далее по- ступают согласно рекомендациям п. 8. Все данные замеров заносят в табл. 8. По данным опыта рассчи- тывают коэффициент фильтрации K10 при t=10 °C, м/сут: К Q864 , 10 TFir где Q – расход воды, см3; 864 – переводной коэффициент из см/с в м/cут; T – время фильтрации, с; F – площадь поперечного сечения ци- линдра, см2; i– напорный градиент; r– температурная поправка (0,7+0,03t); t– температура фильтрующейся воды. Таблица 8 Журнал испытаний
Определяют коэффициент фильтрации K, м/сут, по эмпириче- ской формуле Н.Н. Маслова: 10 K 1000 d2 , где d10 – действующий диаметр, мм, значение которого определено в работе № 3. Определение Kпо эмпирической формуле является приближенным. Лабораторнаяработа№8 Определение набухания грунтовПод набуханием глинистых грунтов понимают их способность при насыщении водой увеличивать свой объем. Показателем набухания является относительная величина вертикальной деформации. Грунт является набухающим, если величина относительной деформации пре- вышает значение более 0,04. Величина набухаемости используется при оценке грунта в основа- нии фундаментов, т. к. набухаемый грунт может вызывать негативные деформации зданий и сооружений. Материалы и оборудование: прибор ПНГ-1 (рис. 5), кольцевой грунтонос, секундомер (часы), грунт индикатор часового типа. Порядок выполнения работыОбразец грунта (1) при испытании на набухание вырезают коль- цевым грунтоносом (2) и помещают в прибор на круглую перфориро- ванную подставку (3). Накрывают грунт легкой перфорированной крышкой (4) и над ней устанавливают опорную дужку (5), которую закрепляют винтами (6). Сверху дужки в держателе (7) устанавливают индикатор часово- го типа (8), шток которого упирают в крышку (4) и устанавливают вращением подвижной шкалы «ноль» напротив стрелки индикатора. Подставку помещают в пластмассовый поддон (9) на опорный диск (10) и в поддон наливают воду (11) до половины кольцевого грунтоноса (рис. 5). Включают секундомер и регистрируют деформации набухания через 5, 10, 20, 30, 60 мин (условная стабилизация деформации), за- полняя журнал испытаний (табл. 9).  Рис. 5. Схема прибора ПНГ-1: 1 – грунт из монолита; 2 – кольцевой грунтонос; 3 – перфорированная подставка; 4 – перфорированная крышка; 5 – опорная дужка; 6 – винты крепления дужки; 7 – держатель; 8 – индикатор часового типа; 9 – пластмассовый поддон; 10 – опорный диск; 11 – вода Таблица9  Журнал определений деформаций набухания
∆= hк - hн. Величину относительной деформации набухания образца, кото- рая является отношением увеличения высоты образца после свободно- го набухания в условиях невозможности бокового расширения к на- чальной высоте природной влажности, вычисляют по формуле:  sw = .В соответствии с ГОСТ 25100-2011 по относительной деформа- ции набухания без нагрузки sw ( ГОСТ 12248) глинистые грунты под- разделяют согласно табл. 10: Таблица10 Разновидность грунтов по величине набухания
Делают вывод о разновидности грунта по величине набухания. Лабораторнаяработа№9 Определение скорости распространения упругих волн в грунтахМатериалы и оборудование: ультразвуковой прибор УК–10 ПМС (рис. 6); электрические весы; штангенциркуль; образцы горных пород различной плотности; технический вазелин. Порядок выполнения работыОпределяют размеры lи dи массу образцов. Результаты заносят в журнал наблюдений (табл. 11) (l– длина, см; d – диаметр, см). Вычисляют плотность грунтов ρ. Образцы грунтов со смазанными вазелином торцами помещают между измерителем и приемником, и несколько раз определяют время прохождения продольных волн tРкаждого образца. По усредненным значениям tРвычисляют скорости динамиче- ских волн VP: V l. Р tР Все расчеты заносят в табл. 11.  Рис. 6. Блок-схема импульсного ультразвукового прибора: 1– генератор импульсов; 2– приемник; 3– излучатель; 4– образец Таблица11 Журнал наблюдений и вычислений
Строят график зависимости ρ =f(VР)(рис. 7), который можно использовать при определении плотности грунтов в полевых условиях.   Рис. 7. График зависимости скорости продольных динамических волн от плотности грунтов Лабораторнаяработа№10 Определение размокаемости грунтаПод размокаемостью понимают способность глинистых грунтов при впитывании воды терять связность и превращаться в рыхлую мас- су с частичной или полной потерей несущей способности. Характер и интенсивность процесса размокания зависит от вида структурных свя- зей, состава и состояния пород. Величина размокаемости грунтов ис- пользуется при оценке явлений переработки берегов водохранилища, устойчивости откосов каналов, стенок котлованов и других земляных сооружений. Показателями размокания являются время, в течение ко- торого образец грунта, помещенный в воду, теряет связность и распа- дается, и характер распада (крупные или мелкие комочки, чешуйки, пыль и т.д.). Материалы и оборудование: прибор ПРГ–1 (рис. 8); кольцевой грунтонос; секундомер; часы; нож; сушильный шкаф; бюкс; техниче- ские весы с разновесами; грунт. Порядок выполнения работыКорпус прибора заполняют водой на 10 мм ниже краев боковых стенок. При опыте применяют дистиллированную воду или близкую по составу к той, воздействию которой подвергается грунт в природ- ных условиях. Кольцевым грунтоносом из монолита грунта вырезают цилиндр диаметром 30 мм и высотой 30 мм. Из монолита в бюкс отбирают пробу грунта для определения влажности. Выводят стрелку прибора в нулевое положение. Приподнимают сетку, ставят ее на край правой стенки корпуса прибора и осторожно устанавливают образец. Плавно погружают сетку с образцом в воду, придерживая рычаг. Сразу же после погружения образца делают первую цифровую отметку. Цифровые отметки при распаде образца грунта фиксируют через 5, 10, 30, 60 мин и так далее до полного распада образца.  Рис. 8. Схема прибора ПРГ–1: 1– корпус прибора; 2– противовес; 3– гайка; 4– качающаяся ось; 5– опора; 6– скобообразный рычаг; 7– стрелка; 8– гибкая связь; 9– сетка Вычисляют процент распада П: П ГР100% , Г где Г– начальная отметка; Р– цифровая отметка в процессе размока- ния. Результаты эксперимента заносят в табл.12. Таблица12 Журнал наблюдений и вычислений
Опыт считают законченным, если грунт полностью провалился сквозь сетку на дно корпуса, а стрелка заняла нулевое положение. Строят график зависимости величины распада от времени. Для этого на графике по оси абсцисс откладывают время (t, мин), а по оси ординат – процент распада (рис. 9). В процессе опыта фиксируют характер распада: форму, размер и последовательность распада структурных единиц.   Рис. 9. График зависимости величины распада от времени Лабораторнаяработа№11 Определение угла естественного откоса песковЛабораторная работа предназначена для определения угла естест- венного откоса в лабораторных условиях. Угол наклона образующей конуса или наклона боковой поверхно- сти конуса песка к горизонту, называется углом естественного отко-са. Величина угла естественного откоса зависит от формы и крупности частиц песка, а также от влажности (табл. 13). Таблица13 Углы естественного откоса песка
Материалы и оборудование: приборе УВТ – 3М (рис. 10), песок. Порядок выполнения работыУгол естественного откоса песка определяется на приборе УВТ – 3М.  Рис. 10. Прибор УВТ-3М для определения угла естественного откоса песков Прибор УВТ-3М состоит из вкладыша (А) с ручкой прямоугольной банки (Б), изготовленных из прозрачного органического стекла. Внут- ренняя часть банки разделена перегородкой на две части. На задней стороне вкладыша - сетка (2). Вкладыш устанавливается внутри банки при помощи осей (3), входящих в пазы подшипника (4), прикреплен- ных к боковым стенкам банки. Вкладыш может поворачиваться внутри банки на угол 45º и фиксироваться в перевернутом положении упором (5) (рис. 10). Определениеуглаестественногооткосадлясухогопеска Из банки (Б) вынимают вкладыш и ставят на ровную поверх- ность. Насыпают песок в две части вкладыша. Придают песку ровную горизонтальную поверхность и удаляют избыток песка линейкой. Осторожно устанавливают вкладыш с песком в горизонтальном положении внутри банки, при этом ручка должна опираться на стенку банки (т. 5). Плавно, без толчков и сотрясений, вкладыш поворачивают руч- кой на угол 45º до упора (5). Поворот производят за 5 – 7 с. При поворачивании вкладыша, наполненный песок частично высы- пается в банку, а оставшаяся часть песка образует с нижней гранью вкладыша угол, который и является угломестественногооткоса. Данные измерений заносят в табл. 3. Вкладыш при наличии перегородки позволяет одновременно полу- чить результаты двух определений. В тоже время деления на боковых и задней стенке вкладыша позволяют, благодаря круговому автомати- ческому замеру, получить непосредственно результат в угловых граду- сах с точностью до одного градуса. 2.Определениеуглаестественногооткосапескаподводой После засыпки песка во вкладыш и установки его в банку, как описано для сухого песка, банку заливают водой, с помощью резино- вого шланга, конец которого опускают со стороны, где имеется сво- бодное пространство. По мере наполнения вкладыша водой, через отверстие при зама- чивании воздух из песка вытесняется до верхнего края вкладыша, на- полнение прекращают и дают песку полностью насытиться водой, примерно, в течение 10 минут. Угол естественного откоса песка под водой замеряют аналогич- но, как для сухого песка. Опыт повторяют, после чего берут среднее арифметическое зна- чение. Допустимое расхождение не должно превышать 1º. Данные заносят в журнал измерений (табл. 14). Таблица14 Журнализмерений
По окончании работы прибор промыть водой и просушить. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||