Лабораторные методы исследования физико-механических свойств грунтов

Определение гранулометрического состава, плотности частицгрунта, плотности грунта, влажности.

Понятие и методика определения гранулометрического состава грунта

Краткие сведения из теории

Гранулометрическим составом грунта называется содержание в нем фракций, выраженное в процентах к обшей массе пробы грунта.

Гранулометрический состав грунта является одним из важнейших факторов, определяющих физико-механические свойства грунта (со­противление сдвигу, сжатию, водопроницаемость н др.).

С целью определения гранулометрического состава выполняют гра­нулометрический или механический анализ, который заключается в разделении пробы грунта на фракции, т.е. группы с близкими по вели­чине частицами.

Гранулометрический анализ крупнообломочных и песчаных грунтов в первую очередь необходим для их классификации в соответствии с действующими нормами.

Наиболее распространены два метода гранулометрического ана­лиза: ситовой метод - для разделения фракций диаметром до 0.1 мм и ареометрический метод - для разделения фракций диаметром час­тиц менее 0.1 мм.

Ситовой метод. Этот метод является основным при определении гранулометрического состава песчаных грунтов. Для разделения грунта на фракции применяют набор сит с поддоном и крышкой. В набор вхо­дят штампованные сита диаметром отверстий 10; 5; 3; 2; 1 мм и прово­лочные сита с квадратными отверстиями 0.5; 0.25 и 0,1 мм. Последние два сита применяют при анализе с промывкой водой, что необходимо при анализе глинистых песков.

Среднюю пробу грунта для анализа отбирают либо методом квадра­тов, либо квартованием. В первом случае грунт рассыпают тонким сло­ем на листе чистой бумаги, затем продольными и поперечными бороз­дами делят грунт на одинаковые квадраты и отбирают из квадратов пробу грунта массой около 50-100 г.

Во втором случае рассыпанный тонким слоем грунт делят взаимно перпендикулярными линиями на четыре равные части (квадранты); две противоположные части (по диагонали) оставляют, другие - удаляют. В дальнейшем этот прием сокращения пробы повторяют до тех пор, пока не останется необходимое количество грунта. Масса средней про­бы должна составлять для грунтов:

не содержащих частиц крупнее 2 мм, - 100 г;

содержащих не более 10 % частиц крупнее 2 мм, - 500 г;

содержащих от 10 до 30 % частиц крупнее 2 мм, - 1000 г.

Порядок выполнения работы

Анализ грунта с разделением на фракции без промывки водой

Подготавливают грунт к анализу. Для этого грунт в воздушно­сухом состоянии помешают в фарфоровую ступку и резиновым пести­ком разрушают агрегаты, удаляют из грунта растительные остатки, от­бирают среднюю пробу грунта и взвешивают ее с точностью до 0.01 г.

Взвешенную воздушно-сухую пробу грунта просеивают через на­бор сит с поддоном. Содержимое каждого сита, начиная с крупного, переносят в фарфоровую ступку и дополнительно обрабатывают рези­новым пестиком, после чего вновь просеивают через то же сито над листом чистой бумаги. Мелкие частицы, прошедшие через сито, пере­носят на следующее сито. Просеивание продолжают до тех пор. пока на бумагу не перестанут выпадать мелкие частицы.

Взвешивают остатки на ситах и поддоне с точностью до 0.01 г. Складывают массы остатков. Если разница между суммой масс остат­ков и массой взятой пробы превышает 1 %. анализ необходимо повто­рить.

Потери грунта при просеивании разносят по всем фракциям пропор­ционально их массе.

Содержание каждой фракции А, %, вычисляют по формуле

 

A=m_ф/m*100%

где m_ф - масса данной фракции, г; т - масса взятой для анализа пробы, г.

Результаты вычислений, выраженные с точностью до 0,1 %. заносят в журнал лабораторных работ.

A₂=5/1200=0,5%

A₁=24/1200=2%

A_0,5=36/1200=3%

A_0,25=198/1200=16,5 %

A_0,1=760/1200=63,3%

A_<0,1=177/1200=14,7%

Полные остатки на ситах:

П_п=А_n+1+A_n

П_п2=0.5%, П_п1=0,5+2=2,5%, П_п0,5=2,5+3=5,5%, П_п0,25=5,5+16,5=22%, П_п0,1=22+63,3=85,3%, П_п<0.1=85,3+14,7=100%.

Полные просевы на ситах:

П_пр=100- П_п

П_пр2=100-0.5=99,5%, П_пр1=100-2,5=97,5%, П_пр0,5=100-5,5=94,5%, П_пр0,25=100-22=78%, П_п0,1=100-85,3=14,7%, П_п<0.1=100-100=0%.

Таб.1-Рассев грансостава грунта

Показатели	Размер отверстий сит, мм
2,0	1,0	0,5	0,25	0,1	<0,1
Частный остаток, г.
Частный остаток, %.	0,5			16,5	63,3	14,7
Полный остаток, %	0,5	2,5	5,5		85,3
Полный проход, %	99,5	97,5	94,5		14,7

 

Согласно СТБ 943-2007 «Грунты. Классификация», делаем вывод, что грунт относится к пескам мелким.

Плотность частиц грунта.

Плотность частил грунта является одной из основных фазовых ха­рактеристик грунта.

Плотность частиц грунта равна отношению массы частиц образца грунта, высушенного при 100-105 °С до постоянной массы, к нх объему:

где m_ck - масса частиц в образце грунта, г; V_ck - объем этих частиц, см³.

Определение плотности производится пикнометрическим способом.

Пикнометр - мерная колба, вмещающая определенный объем воды при 20 °С. Уровень, соответствующий этому объему, отмечен на горле колбы кольцевой риской.

Для определения плотности незасоленных грунтов применяют дис­тиллированную воду, в случае засоленных грунтов (солончаки, грунты с видимыми выцветами солей и т. п.) - керосин. Керосин должен быть обезвожен н профильтрован, а его плотность определена заранее с по­мощью ареометра.

Взвешивание должно производиться с точностью до 0.01 г. Для ка­ждого образца производятся два параллельных определения плотности частиц. Расхождение между результатами этих определений более чем на 0.02 г ем³ не допускается.

За плотность частиц грунта принимают среднее арифметическое ре­зультатов параллельных определений.

ρ_s=2.65 г/см³

Плотность грунта. Под плотностью образца грунта понимают мас­су единицы его объема. Плотность грунта с естественной влажностью где m_гр - масса образца грунта при естественной влажности, г; - объем образца грунта, см³.

Для определения плотности используют метод режущего кольца или метод парафинирования.

Метод режущего кольца применяют для связных грунтов, легко поддающихся вырезке, а также для сыпучих в тех случаях, когда объем и форма отбираемого образца могут быть сохранены только при помо­щи жесткой тары.

Метод парафинирования применяют для связных грунтов, трудно поддающихся вырезке или склонных к крошению.

Плотность песчаного грунта ненарушенного сложения и природной влажности определяют на месте отбора образца методом режущего кольца.

ρ= (m₂-m₁)/V

ρ=(146.24-39.85)/50=2.1 г/см³

Весовая влажность грунта. Влажностью образца грунта называет­ся содержание в нем воды, удаляемой высушиванием при температуре 100-105 °С до постоянной массы, отнесенное к этой массе и выражен­ное в процентах или в долях единицы. Взвешивание должно произво­диться с точностью до 0,01 г.

W= (m₃-m₂)/(m₂-m₁)

W= (70.28-63.22)/(63.22-22.67)=0.17=17%2

Определение основных расчётных характеристик грунта. Строительная классификация грунтов. Нормативные значения прочностных и деформационных свойств грунтов. Условное расчётное сопротивление песчаного и глинистого грунта