Определение характеристик физических свойств грунта, получаемых расчетом

 

На основании полученных из опытов результатов плотности ρ и влажности W требуется рассчитать по формулам следующие характеристики физических свойств грунта.

1. Плотность сухого грунта (скелета грунта) ρ_d, представляющую собой массу минеральных частиц в единице объема грунта нарушенной или ненарушенной структуры и определяемую по формуле:

, г/см³; т/м³,

где W – влажность в долях единицы.

 

2. Удельный вес грунта γ – вес единицы объема грунта. Определяется по формуле

, кН/м³,

где g ≈ 10 м/с² – ускорение свободного падения.

 

3. Удельный вес твердых частиц грунта – вес единицы объема минеральных частиц

, кН/м³,

где ρ_s – плотность твердых частиц грунта.

 

Плотностью твердых частиц грунта называется масса единицы объема минеральных частиц в плотном теле, т.е. ρ_s представляет собой отношение массы минеральных частиц грунта только к их объему. Определяется опытным путем.

Для большинства грунтов ρ_s меняется в незначительных пределах – от 2,20 до 2,95 г/см³ и в среднем может быть принята равным для песчаных грунтов – 2,65, для глинистых – 2,70 г/см³.

 

4. Удельный вес сухого грунта (скелета грунта) γ_d – вес минеральных частиц в единице объема грунта

, кН/м³.

5. Коэффициент пористости е – отношение объема пор к объему минеральных частиц в грунте, выраженное в долях единицы.

Определяется по одной из следующих формул:

 

6. Пористость грунта n – отношение объема пор к объему всего грунта, выраженное в % или долях единиц

или .

7. Степень влажности S_r (коэффициент водонасыщенности) – отношение природной влажности грунта к его полной влагоемкости, соответствующей полному заполнению пор грунта водой, т.е.

или

где ρ_w=1 г/см³, т/м³ – плотность воды, γ_w=10 кН/м³ – удельный вес воды.

 

По ГОСТ 25100-96 крупнообломочные и песчаные грунты по степени влажности подразделяются на:

· маловлажные при 0< S_r ≤0,5;

· влажные – 0,5< S_r ≤0,8;

· насыщенные водой – 0,8< S_r ≤1.

 

При неполном водонасыщении (S_r<1) грунт представляет трехфазную систему: твердые минеральные частицы, вода и газы.

 

При полном водонасыщении (S_r=1) неуплотненные грунты, в большинстве случаев залегающие ниже уровня грунтовых вод (пески, супеси, слабые суглинки и глины, илы при наличии в порах свободной, гидравлически непрерывной воды), представляют двухфазную систему, называемую грунтовой массой.

 

8. Удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды

или , кН/м³.

 

Примечание. Точность вычислений: n – 0,1; ρ_d, S_r, γ_sb – 0,01; е – 0,001.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7

Определение зернового (гранулометрического) состава песчаного грунта и степени неоднородности зернового состава (ситовый метод)

Зерновым (гранулометрическим) составом грунта называется содержание по массе групп частиц (фракций) различной крупности, выраженное в процентах по отношению к общей массе сухой навески, взятой для анализа.

Гранулометрический состав является одним из важных показателей, определяющих физико-механические свойства грунта. От него зависят такие свойства, как пластичность, пористость, сопротивление сдвигу, сжимаемость, водопроницаемость и др.

Для крупнообломочных и песчаных грунтов зерновой состав является основным классификационным показателем, по которому последним присваивается строительное наименование или тип (таблица 2 ГОСТ 25100-82).

Определение зернового состава заключается в разделении грунта на фракции (группы частиц), близкие по крупности, и установлении их процентного содержания.

Зерновой (гранулометрический) состав песчаных грунтов определяется ситовым методом, т.е. путем просеивания их через набор калиброванных сит. Размер фракций определяется размерами отверстий двух смежных сит, а масса этих фракций – взвешиванием остатков на каждом сите.

 

Необходимое оборудование и материалы:

o песчаный грунт в воздушно-сухом состоянии;

o набор сит с размерами отверстий 2; 0,5; 0,25; 0,1 мм, поддон и крышка;

o технические весы с разновесами;

o нож, кисточка для сметания частиц с сит.

Подготовительные работы

Грунт со строительной площадки доведен до воздушно-сухого состояния; отдельные комки осторожно растерты в фарфоровой ступке резиновым пестиком во избежание разрушения отдельных зерен.

 

Ход работы:

1. Предварительно проверив чистоту каждого сита, собрать набор сит в колонку, размещая их от поддона в порядке увеличения размера отверстий.

2. Отобрать по методу квадратов среднюю пробу песчаного грунта для анализа. Для этого рассыпать грунт тонким слоем на листе плотной бумаги или картоне, провести ножом в продольном и поперечном направлениях борозды, разделяя поверхность грунта на квадраты, и отобрать понемногу грунта из каждого квадрата. Масса средней пробы должна составлять около 100 г (взвесить с точностью до 0,1 г).

3. Взвешенная проба грунта высыпается на верхнее сито, закрывается крышкой и просеивается через весь набор сит в течение 5 минут.

4. Остатки грунта на ситах и в поддоне взвешиваются с точностью до 0,1 г и результаты записываются в таблицу 3. Сумма масс всех фракций (остатков на ситах) сравнивается с массой, взятой на анализ пробы. При расхождении массы более чем на 0,5% анализ повторяют.

5. Вычисляется процентное содержание каждой фракции с точностью до 1%, как отношение остатка на сите к суммарной массе всех остатков, а также содержание частиц в %% нарастающим итогом, начиная с меньшего диаметра частиц. Все данные заносятся в таблицу.

 

Таблица 3. Форма записи результатов определения зернового гранулометрического состава песчаного грунта (с примером)

 

Диаметр фракций, мм	Остатки на ситах	Диаметр частиц, мм	Содержание частиц, %	Примечание
г	%
>2   2-0,5   0,5-0,25   0,25-0,1   <0,1	12,2   14,2   30,5   40,6   4,1		―   <2   <0,5   <0,25   <0,1	―	Масса пробы m=102 г   Сумма остатков на ситах m1=101,6 г   Проверка:

 

6. По полученным данным в соответствии с ГОСТ 25100-82 устанавливается тип песчаного грунта: песок гравелистый, крупный, средней крупности, мелкий, пылеватый.

Результат определения зернового (гранулометрического) состава: т.к. содержание частиц крупнее …….. мм составляет (по массе) более ……. %, песок _(название).

Наименования крупнообломочных и песчаных грунтов, установленные по ГОСТ, должны дополняться указанием о степени неоднородности их зернового состава.

Для определения степени неоднородности крупнообломочных и песчаных грунтов строят кривую распределения зернового состава (рис. 2).

На оси абсцисс откладывают диаметры частиц в мм (для сокращения размеров графика по горизонтали рекомендуется логарифмический масштаб), а по оси ординат – процентное содержание частиц нарастающим итогом, начиная с меньшей фракции.

Степень неоднородности гранулометрического состава песчаного грунта определяется по формуле:

 

где d₆₀ – диаметр частиц, меньше которого в данном грунте содержится (по массе) 60% частиц; d₁₀ – диаметр частиц, меньше которого в данном грунте содержится (по массе) 10% частиц.

При С_u≥3 к наименованию крупнообломочных и песчаных грунтов добавляют слово «неоднородный», С_u<3 – «однородный».

 

 

Рисунок 2 - Кривая распределения зернового (гранулометрического)

состава песчаного грунта

 

По кривой распределения зернового состава песчаного грунта определяются d₁₀, d₆₀ и вычисляется степень неоднородности.

 

Результат:

 

 

песок ___________________(тип песчаного грунта с указанием степени неоднородности)

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №8