Лабораторные работы. Сборник лабораторных работ. Сборник лабораторных работ Издание второе, исправленное и дополненное Хабаровск Издательство двгупс 2003

• Название: Сборник лабораторных работ Издание второе, исправленное и дополненное Хабаровск Издательство двгупс 2003
• Анкор: Лабораторные работы
• Дата: 02.09.2021
• Размер: 0.99 Mb.
• Имя файла: Сборник лабораторных работ.doc
• Тип: Сборник; #228955
• страница: 3 из 8

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК,
НАИМЕНОВАНИЯ И РАСЧЕТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
ГЛИНИСТОГО ГРУНТА

2.1. Основные положения

Согласно ГОСТ 25100-95 к глинистым относятся грунты, для которых число пластичности J_p 1. Глинистые грунты подразделяются на типы по числу пластичности; на виды по наличию включений, по относительному содержанию органических веществ; на разновидности – по консистенции, по относительному набуханию и ряду других признаков.

2.2. Определение плотности частиц грунта

Плотностью частиц грунта _s называется отношение массы твердых частиц грунта к их объему без пор и пустот.

Плотность частиц грунта характеризуется его минералогическим составом и является для конкретного грунта величиной постоянной, не зависящей от плотности сложения и влажности грунта. Плотность частиц составляет у супесей 2,63  2,73 г/см³, у суглинков 2,66  2,76 г/см³, у глин 2,70  2,80 г/см³. Плотность частиц грунта определяется пикнометрическим методом с помощью специальных мерных колб (пикнометров) емкостью не менее 100 см³. Для определения плотности частиц незасоленных грунтов следует применять дистиллированную воду.

Необходимое оборудование: пикнометр, весы лабораторные с разновесами, стаканчики стеклянные или алюминиевые, ступка фарфоровая с пестиком, сито с отверстиями 2 мм, шкаф сушильный, эксикатор с хлористым двуводным кальцием, баня песчаная, пипетка, термометр, воронка, вода дистиллированная, бумага фильтровальная.

• Подготовка к испытанию

1. Образец грунта в воздушно-сухом состоянии надлежит размельчить в фарфоровой ступке фарфоровым пестиком; отобрать из размельченного грунта методом квадратов среднюю пробу массой около 100–200 г; просеять эту пробу через сито; перенести остаток пробы на сите после просева в фарфоровую ступку, раздробить и просеять через то же сито.

2. Из перемешанной средней пробы следует взять навеску грунта массой примерно 15 г.

3. Навеску необходимо высушить в сушильном шкафу до постоянной массы.

4. Дистиллированную воду следует предварительно прокипятить в течение 1 часа и хранить в закупоренной бутыли.

При выполнении лабораторной работы выдается готовая проба сухого грунта.

• Порядок выполнения работы

1. В пикнометр наливают дистиллированную воду (примерно 0,33 его емкости) и взвешивают его (m).

2. Подготовленный грунт высыпают в пикнометр при помощи воронки и снова его взвешивают (m₁). Масса сухого грунта в пикнометре m₂ определяется по разности весовых значений m₂ = m₁ – m.

3. Суспензию в пикнометре взбалтывают и кипятят на песчаной бане, не допуская разбрызгивания. Кипячение следует производить в течение 30 минут (считая с момента закипания) для песков и супесей, в течение 1 часа – для суглинков и глин. В лабораторной работе с учебной целью время кипячения разрешается сократить до 30 мин.

4. Пикнометр после кипячения охлаждают до комнатной температуры в ванне с водой. Температуру суспензии в пикнометре следует замерять с точностью 0,5 С.

5. Доливают в пикнометр дистиллированную воду до мерной черты. Положение мениска исправляют добавлением в пикнометр по каплям дистиллированной воды такой же температуры, как и температура суспензии в пикнометре. Протирают шейку пикнометра внутри до мерной черты при помощи фильтровальной бумаги, свернутой в трубку, тщательно обтирают пикнометр снаружи и взвешивают (m₃).

6. Выливают из пикнометра суспензию, ополаскивают его, наливают в него прокипяченую дистиллированную воду комнатной температуры до мерной черты. При этом необходимо выполнить все операции, указанные в п. 5. Пикнометр с водой взвешивают (m₄).

Результаты испытания заносят в журнал.

• Обработка результатов

Плотность частиц грунта _s, г/см³, определяют по формуле
_s = _w , (2.1)
где m₂ – масса сухого грунта, г m₃ – масса пикнометра с водой и грунтом после кипячения, г; m₄ – масса пикнометра с водой до мерной черты, г;
_w – плотность воды, г/см³.

Результаты вычислений заносят в журнал.

2.3. Определение плотности грунта
методом режущего кольца

Необходимое оборудование и материалы: кольцо с заточенной кромкой, нож с прямым лезвием, весы лабораторные с разновесами, штангенциркуль, вазелин, монолит грунта.

• Порядок выполнения работы

1. С помощью штангенциркуля измеряют высоту и внутренний диаметр режущего кольца с точностью до 0,1 мм. Вычисляют внутренний объем кольца. Результаты записывают в журнал.

2. Кольцо взвешивают с точностью до 0,01 г.

3. Смазывают кольцо с внутренней стороны тонким слоем вазелина и ставят заостренной стороной на зачищенную поверхность монолита грунта.

4. Легким надавливанием на кольцо погружают его в грунт на 2–3 мм.

5. Затем, обрезая грунт ножом с внешней стороны кольца, осаживают его на грунтовый столбик диаметром на 0,51мм больше наружного диаметра кольца до полного его заполнения.

6. Грунт ниже кольца подрезается на конус. Кольцо извлекают из монолита.

7. Излишки грунта, выступающего из кольца, осторожно срезают от центра к краям вровень с кольцом.

8. Кольцо с грунтом протирают снаружи и взвешивают.

• Обработка результатов

Плотность грунта , г/см³, определяют по формуле
= , (2.2)
где m – масса кольца, г; m₁ – масса кольца с грунтом, г; V – объем грунта, в кольце, см³.

Результаты вычислений записывают в журнал.

2.4. Определение плотности грунта методом гидростатического
взвешивания с парафинированием

Этот метод применяется для глинистых грунтов, не поддающихся взятию в кольцо из-за крошения.

Необходимое оборудование и материалы: весы лабораторные с разновесами, стеклянный стакан, нож, электроплитка, игла, нитки, бумага фильтровальная, парафин, монолит грунта.

• Порядок выполнения работы

1. Расплавляют парафин на электроплитке и нагревают его до температуры 50–60 С.

2. Вырезают из монолита образец грунта объемом не менее 30 см³ в форме, близкой к кубу или шару.

3. Образец грунта взвешивают с точностью до 0,01 г.

4. Тонкой прочной ниткой длиной 25–30 см обвязывают образец и погружают в нагретый парафин на 2–3 с. Обнаруженные пузырьки воздуха в застывшей парафиновой оболочке прокалывают нагретой иглой, и снова образец погружают в парафин. Так повторяют 2–3 раза, пока не образуется на нем плотная парафиновая оболочка.

5. Запарафинированный образец взвешивают на воздухе.

6. Затем этот же образец взвешивают в воде в установленном на подставку стакане с водой. При этом образец грунта подвешивают на нитке к левой серьге коромысла технических весов и следят за тем, чтобы он был полностью погружен в воду и не касался стенок и дна стакана.

7. После извлечения образца грунта из воды, его обтирают фильтровальной бумагой и снова взвешивают на воздухе с целью проверки, не проникла ли вода внутрь парафиновой оболочки. Если обнаружится приращение массы запарафинированного образца после извлечения из воды более чем на 0,02 г по сравнению с массой его до погружения в воду, следует испытание повторить с другим образцом грунта.

• Обработка результатов

Плотность грунта , г/см³, определяют по формуле
 = , (2.3)
где m – масса образца грунта без парафина, г; m₁ – масса образца грунта, покрытого парафином, на воздухе, г; m₂ – масса запарафинированного грунта в воде, г; _n – плотность парафина, равная 0,9 г/см³; _w – плотность воды, равная 1 г/см³.

Результаты вычислений записывают в журнал.

2.5. Определение влажности грунта

Влажностью называется отношение массы воды, находящейся в грунте, к массе абсолютно сухого грунта в данном объеме. Количество воды, содержащейся в порах грунта в естественных условиях залегания, называется естественной (природной) влажностью. Влажность грунта определяют весовым методом.

Необходимое оборудование: лабораторные весы с разновесами, шкаф сушильный с термометром, эксикатор с хлористым двуводным кальцием, алюминиевые стаканчики с крышками (бюксы), нож.

• Порядок выполнения работы

1. Взвешивают две пустые бюксы с крышками с точностью до 0,01 г.

2. Помещают в бюксы пробы влажного грунта массой по 15–20 г, закрывают крышками и взвешивают.

3. Пробы грунта высушивают в бюксах с открытыми крышками в сушильном шкафу до постоянной массы. Влажность глинистых грунтов, содержащих органические вещества в количестве не более 5 % (к массе сухого образца), допускается определять однократным высушиванием пробы грунта при температуре 105  0,2 С в течение 8 часов для глинистых и 4 часов для песчаных грунтов.

4. Охлаждают бюксы с грунтом в эксикаторе с хлористым кальцием, закрыв их крышками, после чего взвешивают.

5. Результаты взвешиваний записывают в журнал.

• Обработка результатов

Влажность грунта определяют по формуле
w = или w = 100 %, (2.4)
где m – масса пустой бюксы, г; m₁ – масса бюксы с влажным грунтом, г;
m₂ – масса бюксы с сухим грунтом, г.

Для каждого образца грунта необходимо произвести не менее двух определений влажности и найти ее среднеарифметическое значение. При расхождении результатов двух параллельных определений более чем на 2 % количество определений необходимо увеличить до трех и более.

Результаты вычислений записывают в журнал.

2.6. Определение характерных влажностей глинистого грунта

Свойства глинистого грунта в первую очередь зависят от его минералогического, гранулометрического состава и от влажности. С изменением влажности меняется и его состояние (консистенция). Глинистый грунт может находиться в твердом, пластичном или текучем состоянии.

Границами между состояниями грунта, именуемыми пределами консистенции, являются характерные значения влажности: нижний предел – граница раскатывания и верхний предел – граница текучести. Граница раскатывания – это влажность, при увеличении которой грунт переходит из твердого состояния в пластичное, а граница текучести – это влажность, при увеличении которой грунт переходит из пластичного состояния в текучее.

Согласно стандартной методике за границу раскатывания принимается влажность грунта, при которой он при раскатывании в шнур диаметром 3 мм распадается на кусочки длиной до 10 мм; за границу текучести принимается влажность грунта, при которой стандартный конус погружается в него на глубину 10 мм под действием собственной массы за время 5 с. По характерным влажностям определяется число пластичности глинистого грунта и показатель текучести, по которым устанавливают наименование и состояние грунта.

2.7. Определение границы текучести

Необходимое оборудование и материалы: балансирный конус, чашка фарфоровая, шпатель, металлический стаканчик диаметром не менее 40 мм и высотой не менее 20 мм, подставка, бюксы алюминиевые, весы лабораторные с разновесами, эксикатор с хлористым кальцием, вазелин, сухой грунт и грунтовое тесто.

• Порядок выполнения работы

1. Увлажняют грунтовое тесто дистиллированной водой и тщательно перемешивают до состояния грунтовой пасты.

2 . Подготовленную грунтовую пасту укладывают небольшими порциями в металлический стаканчик, не допуская образования в тесте пузырьков воздуха. Поверхность грунтовой пасты заглаживают шпателем вровень с краями стаканчика.

3. Балансирный конус, смазанный тонким слоем вазелина, подносят к поверхности грунтовой пасты так, чтобы его острие касалось поверхности пасты, и отпускают, позволяя ему погружаться в пасту под действием собственного веса (рис. 2.1).

4. При погружении конуса на глубину менее 10 мм грунтовую пасту следует вынуть из стаканчика, присоединить к оставшейся пасте, добавить немного дистиллированной воды, тщательно перемешать и повторить операции, указанные в пп. 2 и 3.

5. При погружении конуса на глубину более 10 мм грунтовую пасту из стаканчика следует переложить в фарфоровую чашку, подсушить на воздухе, непрерывно помешивая шпателем, затем повторить операции, указанные в пп. 2 и 3.

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

7. По достижении границы текучести из грунтовой пасты отбирают две пробы массой не менее 15 г в заранее подготовленные и взвешенные бюксы и определяют их влажность w_L, %, весовым способом по формуле (2.4).

Результаты определений записывают в журнал.

2.8. Определение границы раскатывания

Необходимое оборудование: то же, что и для определения границы текучести, кроме балансирного конуса, металлического стаканчика, подставки и вазелина.

• Порядок выполнения работы

1. Подготовленное грунтовое тесто тщательно перемешивают, берут небольшой кусочек и раскатывают ладонью на пластмассовой пластинке до образования жгута диаметром около 3 мм. Если при этой толщине жгут сохраняет связность и пластичность, его собирают в ко­мок и вновь раскатывают до образования жгута диаметром около 3 мм. Раскатывать следует, слегка нажимая на жгут, длина жгута не должна превышать ширины ладони. Раскатывание продолжают до тех пор, пока жгут диаметром около 3 мм не начнет распадаться на кусочки длиной 3–10 мм.

2. По достижении границы раскатывания, кусочки распадающегося жгута собирают в заранее подготовленные и взвешенные бюксы (не менее 2 проб) и определяют их влажность w_ весовым способом по формуле (2.4).

Результаты определений записывают в журнал.

2.9. Определение вычисляемых характеристик глинистого грунта

К вычисляемым характеристикам глинистого грунта, кроме плотности сухого грунта _d, пористости n, коэффициента пористости е и степени влажности S_r, которые определяются аналогично песчаным грунтам, относятся число пластичности J_p и показатель текучести J_L. Число пластичности определяется по формуле
J_ = w_L – w_p, (2.5)
где w_L – влажность на границе текучести, %; w_p – влажность на границе раскатывания, %.

Эта характеристика косвенно отражает количество глинистых частиц в грунте и используется для определения наименования глинистого грунта по табл. 2.1.

Таблица 2.1

Типы глинистых грунтов

Типы грунтов	Число пластичности
Супесь Суглинок Глина	1  Jр  7 7  Jр  17 Jр 17

Показатель текучести J_L определяется по формуле
J_L = ­ , (2.6)
где w – природная влажность грунта в долях единицы.

Показатель текучести используется для определения состояния (консистенции) глинистого грунта по табл. 2.2.

Значения всех вычисляемых характеристик грунта записывают в журнал.

По окончании лабораторной работы определяют наименование и состояние глинистого грунта, а также его расчетное сопротивление по табл. 2.3 при проектировании оснований зданий и сооружений или условное сопротивление по табл. 2.4 при проектировании оснований мостов и труб.
Таблица 2.2

Разновидности глинистых грунтов. ГОСТ 25100-95

Разновидности глинистых грунтов по консистенции	Показатель текучести
Супеси:
твердые	JL  0
пластичные	0  JL  1
текучие	JL  1
Суглинки и глины:
твердые	JL  0
полутвердые	0  JL  0,25
тугопластичные	0,25  JL  0,50
мягкопластичные	0,50  JL  0,75
текучепластичные	0,75 JL  1,00
текучие	JL  1,00

Таблица 2.3

Расчетные сопротивления R₀ глинистых

(непросадочных) грунтов (ПГС, ВиВ)

Пылевато-глинистые грунты	Коэффициент пористости	Значения R 0, кПа, при показателе текучести
	е	JL =0	JL =1
Супеси	0,5 0,7	300 250	350 200
Суглинки	0,5 0,7 1,0	300 250 200	350 180 100
Глины	0,5 0,6 0,8 1,1	600 500 300 250	400 300 200 100

Таблица 2.4

Условное сопротивление глинистых грунтов (С, МТ)

Грунты	Коэффициент пористости е	Условное сопротивление R0, кПа, пылевато-глинистых (непросадочных) грунтов основания в зависимости от показателя текучести JL
		0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6
Супеси при JP  5 Суглинки при 10 JP  15 Глины при JP  20	0,5 0,7 0,5 0,7 1,0 0,5 0,6 0,8 1,1	343 294 392 343 294 588 490 392 294	294 245 343 294 245 441 343 264 245	245 196 294 245 196 343 294 245 196	196 147 245 196 147 294 245 196 147	147 98 196 147 98 245 196 147 98	98 – 147 98 – 196 147 98 –	– – 98 – – 147 98 – –

Примечания: 1. Для промежуточных значений J_P и е R₀ определяется по интерполяции.

2. 
   При значениях числа пластичности J_P в пределах 5–10 и 15–20 следует принимать значения R₀, приведенные в таблице, соответственно для супесей, суглинков и глин.
   

Вопросы для самоконтроля

1. 
   Что такое плотность частиц грунта?
   
2. 
   Как определяется плотность глинистого грунта?
   
3. 
   Что такое влажность грунта и как она определяется?
   
4. 
   Как определяется влажность на границе текучести?
   
5. 
   Что такое граница раскатывания и как она определяется?
   
6. 
   Что такое число пластичности и для чего оно определяется?
   
7. 
   Для чего определяется показатель текучести?
   
8. 
   Как определяется наименование и состояние (консистенция) глинистого грунта?
   

9. 
   Как влияет влажность глинистого грунта на его расчетное (условное) сопротивление?
   

10. 
    Что необходимо знать для определения расчетного (условного) сопротивления глинистого грунта?
    

2.10. Задачи и решения

Задача 1. Определить плотность глинистого грунта методом режущего кольца, если известно: объем кольца V = 50 см³, масса влажного грунта в объеме кольца m = 90 г.
Решение

Определяем плотность грунта, г/см³, по формуле
 = = = 1,8 г/см³.
Задача 2. Определить влажность и пористость глинистого грунта, если масса образца во влажном состоянии m₁ = 30 г, а в сухом состоянии m₂ = 25 г.

При этом плотность грунта  = 1,8 г/см³, плотность частиц грунта
_S = 2,7 г/см³.

Решение

1. 
   Определяем влажность грунта по формуле
   

w = = = 0,2.

2. 
   Определяем плотность сухого грунта по формуле (1.4)
   

_d = = = 1,5 г/см³.
3. Определяем пористость грунта по формуле (1.5)
n = 100 = 100 = 45 %.
Задача 3. Определить наименование, консистенцию и условное сопротивление глинистого грунта плотностью  = 1,8 г/см³, с естественной влажностью w = 0,24, влажностью на границе раскатывания w_p = 20 %, на границе текучести w_l = 30 % при плотности частиц _S = 2,7 г/см³.

Решение

1. Определяем число пластичности грунта по формуле (2.5)
J_Р= w_L – w_P = 30 – 20 = 10.
2. Определяем наименование грунта по табл. 2.1. Это – суглинок.

3. Определяем показатель текучести грунта по формуле (2.6)
J_L = = = 0,4.
4. Определяем консистенцию грунта по табл. 2.2. Это – суглинок тугопластичный.

5. Определяем плотность сухого грунта по формуле (1.4)
_d = = = 1,45 г/см³.
6. Определяем коэффициент пористости грунта по формуле (1.6)
е = – 1 = – 1 = 0,86.
7. Определяем условное сопротивление этого грунта по табл. 2.4.

Для суглинка при показателе текучести J_L = 0,4 и коэффициенте пористости е = 0,86, R₀ = 121 кПа.
Задача 4. Суглинок в природном залегании имеет плотность ₁ = 1,8 т/м³ при влажности w₁ = 0,15. В насыпь суглинок должен укладываться с влажностью w₂ = 0,19. Какое количество воды потребуется добавить на 1м³ суглинка для увеличения его влажности?

Решение

1. Определяем плотность сухого суглинка по формуле (1.4)
_d = = = 1,57 г/см³.
2. Определяем плотность суглинка после добавления в него воды до влажности w₂ = 0,19 по формуле (1.4)
_ = _d (1 + w) = 1,57 (1 + 0,19) = 1,8 т/м³.
3. Определяем количество воды, добавленной на 1 м³ суглинка,
m_w = ₂ – ₁ = 1,87 – 1,8 = 0,07 т или 70 л.