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: 7 из 8

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ

6.1. Основные положения

Мерзлыми грунтами называются грунты, имеющие отрицательную или нулевую температуру, у которых хотя бы часть воды замерзла.

Вечномерзлые грунты находятся в мерзлом состоянии в течение многих лет (более 3). Они занимают свыше 60 % территории РФ.

Поверхностный слой грунта, замерзающий зимой и оттаивающий летом, именуется слоем сезонного промерзания или сезонного оттаивания.

При оттаивании вечномерзлых и формировании сезонномерзлых грунтов происходит существенное изменение их физических свойств, что предопределяет изменение несущей способности оснований, сложенных такими грунтами.

В соответствии со СНиП 2.02.04-88 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах» в зависимости от конструктивно-технологических особенностей сооружений, геологического строения и геокриологических условий строительной площадки и возможности изменения свойств грунтов в нужном направлении применяется один из двух принципов использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований зданий и сооружений.

Принцип I – вечномерзлые грунты основания используются в мерзлом состоянии, сохраняемом в процессе строительства и в течение всего периода эксплуатации сооружения.

Принцип II – вечномерзлые грунты основания используются в оттаявшем или оттаивающем состоянии (с их предварительным оттаиванием на расчетную глубину до начала возведения сооружения или с допущением их оттаивания в период эксплуатации сооружения).

При использовании вечномерзлых грунтов по принципу I расчет производится: по несущей способности – для твердо-мерзлых грунтов; по несущей способности и деформациям – для пластично-мерзлых и сильнольдистых грунтов и подземных льдов.

При использовании вечномерзлых грунтов по принципу II расчет производится по деформациям во всех случаях.

Для оценки физического состояния грунтов, производства указанных расчетов и возможности прогноза изменения свойств при оттаивании и замерзании опытным путем определяют следующие их физические характеристики:

• 
  наименование мерзлого грунта;
  
• 
  криогенную текстуру мерзлого грунта;
  
• 
  плотность мерзлого грунта;
  
• 
  суммарную влажность мерзлого грунта;
  
• 
  влажность за счет незамерзшей воды;
  
• 
  суммарную льдистость мерзлого грунта;
  
• 
  относительную льдистость.
  

6.2. Определение наименования мерзлых грунтов

Наименование мерзлых грунтов должно определяться по показателям, установленным ГОСТ 25100-82, в соответствии с характеристиками, которые грунты приобретают после оттаивания.

Для песчаных грунтов классификационным показателем является их гранулометрический состав.

Глинистые грунты классифицируются по числу пластичности и показателю текучести.

6.3. Описание криогенной текстуры мерзлого грунта

Криогенная текстура характеризует строение мерзлого грунта, расположение, форму и величину ледяных включений, входящих в грунт. Основные виды текстуры мерзлых грунтов даны на рис. 6.1.
а б в


Рис. 6.1. Виды текстуры мерзлых грунтов: а – массивная; б – слоистая;
в – сетчатая
Массивная криогенная текстура характеризуется наличием только порового льда, который часто невидим невооруженным глазом.

Слоистая и сетчатая криогенные текстуры характеризуются содержанием в грунте льда в виде включений различных форм и размеров (прожилки, линзы).

Для уточнения текстуры допускается вводить дополнительные определяющие термины, например, параллельно-слоистая.

В лабораторной работе производится описание криогенной текстуры исследуемого грунта.

6.4. Определение плотности мерзлого грунта
методом взвешивания в нейтральной жидкости

Плотность мерзлых грунтов определяется методом взвешивания в нейтральной жидкости.

Необходимое оборудование: весы лабораторные, разновесы, керосин или лигроин, линейка, нитки, ареометр, сосуд.

• Подготовка к испытаниям

Образец грунта должен иметь округлую форму. Масса образца должна быть не менее 100–150 г, а для мерзлых грунтов с сетчатой или слоистой криогенной текстурой масса образца может быть увеличена.

Образец обвязывается нитью для возможности взвешивания в жидкости.

Определяют плотность нейтральной жидкости ареометром при температуре испытания.

Образец грунта и нейтральная жидкость должны иметь отрицательную температуру.

В учебных целях образцы грунта можно приготовить путем замораживания их в компрессионных кольцах с известным объемом, и тогда отпадает необходимость взвешивания в нейтральной жидкости, а плотность определится методом режущего кольца.

• Порядок выполнения работы

1. Обвязанный нитью образец грунта взвешивают на воздухе.

2. Образец погружают в нейтральную жидкость и снова взвешивают.

• Обработка результатов

Плотность грунта _f, г/см³, определяют по формуле
_f = , (6.1)
где m – масса образца на воздухе, г; m₁ – масса образца в нейтральной жидкости, г; _n – плотность нейтральной жидкости при температуре испытания (плотность керосина _n = 0,81 г/см³, лигроина _n = 0,78 г/см³).

Результаты испытания записывают в журнал.

6.5. Определение суммарной влажности мерзлого грунта

Вода в мерзлом грунте находится в трех агрегатных состояниях: жидком, твердом (лед), и газообразном (пары). Суммарная влажность мерзлого грунтаW_tot, %, характеризуется отношением массы всех видов воды, содержащейся в грунте, к массе сухого грунта.

Необходимое оборудование: тара, полиэтиленовые пакеты, весы, разновесы, шпатель и дистиллированная вода.

• Подготовка к испытаниям

Отбирается образец мерзлого грунта со слоистой или сетчатой текстурой массой 1–3 кг, имеющий не менее трех ледяных и минеральных прослоек каждого направления.

Отобранный образец помещают в предварительно высушенную, взвешенную и пронумерованную тару.

Допускается оттаивание грунта в плотно завязанных полиэтиленовых пакетах во время транспортировки и хранения.

• Порядок выполнения работы

1. Образец мерзлого грунта взвешивают в таре (m₃), г.

2. Дают образцу оттаять и доводят его до однородного состояния, близкого к границе текучести для пылевато-глинистых грунтов или полного насыщения для песчаных грунтов путем перемешивания его металлическим шпателем с добавлением дистиллированной воды. Осторожно сливают избыток воды после ее осветления.

3. Грунт в таре взвешивают (m₄), и отбирают из него пробы для определения влажности перемешанного грунта.

4. Определяют влажность перемешанного грунта W, %, по методике, описанной в лабораторной работе № 2.

• Обработка результатов

Суммарная влажность мерзлого грунта в долях единицы вычисляется по формуле
W_tot = (100+W) – 100, (6.2)
где m₂ – масса тары, г; m₃ – масса образца мерзлого грунта (с тарой), г;
m₄ – масса перемешанного талого грунта (с тарой), г.

Результаты опытов записывают в журнал.

6.6. Вычисляемые физические характеристики мерзлых грунтов

1. Влажность за счет незамерзшей воды W_w – отношение массы воды в незамерзшем состоянии при данной отрицательной температуре к массе сухого грунта.

Приближенное количество незамерзшей воды принимается в зависимости от максимальной молекулярной влагоемкости или близкой к ней влажности на границе раскатывания W_p. Эта влажность включает в себя прочносвязанную и рыхлосвязанную воду. Последняя замерзает лишь частично.

Приближенно
W_w = W_p К_w , (6.3)
где W_p – влажность на границе раскатывания, доли единицы; K_w – по­правочный коэффициент, принимаемый по табл. 6.1.

2. Суммарная льдистость i_tot – отношение объема содержащегося в грунте льда к объему мерзлого грунта, определяемая по формуле
i_tot = i_i + i_ic = , (6.4)

где i_i – льдистость грунта за счет ледяных включений, доли единицы;
i_ic – льдистость грунта за счет порового льда, доли единицы; W_tot – суммарная влажность мерзлого грунта; W_w – влажность за счет незамерзшей воды; _f – плотность грунта, г/см ³; _л = 0,9 г/см³ – плотность льда.
Таблица 6.1

Значения поправочного коэффициента

Грунты	Число пластичности	Коэффициент Кw при Т,0С
		-0,3	-0,5	-1	-2	-3	-4	-6	-8	-10
Пески и супеси	Ip  1	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Супеси	1  Ip  7	0,60	0,50	0,40	0,35	0,33	0,30	0,28	0,26	0,25
Суглинки	7 < Ip  13	0,70	0,65	0,60	0,50	0,48	0,45	0,43	0,41	0,40
То же	13 < Ip  17	*	0,75	0,65	0,55	0,53	0,50	0,43	0,46	0,45
Глины	Ip > 17	*	0,95	0,90	0,65	0,63	0,60	0,58	0,56	0,55

_* Вся вода в порах грунта незамерзшая.

3. Относительная льдистостьi₀ – отношение массы льда в мерзлом грунте к массе всей воды, содержащейся в нем, определяемая по формуле

i₀= 1 – , (6.5)
где W_w, W_tot – значения те же, что и в формулах (6.3), (6.4).

4. Плотность мерзлого грунта в сухом состоянии_df – отношение массы сухого грунта к объему мерзлого грунта, определяемая по формуле

_df = , (6.6)
где _f – плотность мерзлого грунта, г/см³; W_tot – суммарная влажность мерзлого грунта, доли единицы.

5. Степень влажности мерзлого грунта S_r – степень заполнения объема пор льдом и незамерзшей водой, определяемая по формуле
S_r = , (6.7)
где W_ic – влажность мерзлого грунта за счет порового льда, доли единицы; _s – плотность частиц грунта, г/см³; e_f – коэффициент пористости мерзлого грунта; _w – плотность воды, принимаемая равной 1 г/см³.

Вопросы для самоконтроля

1. Когда грунт считается мерзлым и вечномерзлым?

2. Какова площадь распространения вечномерзлых грунтов в нашей стране и какова их мощность?

3. Классификация вечномерзлых грунтов по строительным нормам и правилам.

4. Как определяется наименование вечномерзлых грунтов?

5. Что называется деятельным слоем в районах вечной мерзлоты?

6. Какие физические характеристики дополнительно определяются для мерзлых грунтов?

7. Что называется суммарной влажностью мерзлых грунтов и как она определяется?

8. Что называется суммарной и относительной льдистостью?

9. Как определяется степень влажности мерзлых грунтов?

10. Что такое криогенная текстура и какая она бывает у мерзлых грунтов?