Учебное пособие 548
.pdfМинистерство образования и науки РФ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Воронежский государственный архитектурно-строительный университет
Кафедра строительных конструкций, оснований и фундаментов
МЕХАНИКА ГРУНТОВ
Методические указания для выполнения лабораторных работ по теме
«Физические свойства глинистых и песчаных грунтов» для студентов специальности
270102 - «Промышленное и гражданское строительство»
Воронеж 2010
1
УДК 624.131 ( 07) ББК 38.58 я7
Составитель О.И. Янина
Механика грунтов: метод. указания к выполнению лабораторных работ по теме «Физические свойства глинистых и песчаных грунтов» для студ. спец. 270102 /Воронеж. гос. арх.-строит. ун-т; сост.: О.И. Янина. - Воронеж, 2010. - 26 с.
Приведены краткие теоретические сведения и порядок выполнения лабораторных работ по дисциплине «Механика грунтов»
Предназначены для студентов специальности 270102 « Промышленное и гражданское строительство » всех форм обучения.
Ил. 8. Табл. 20. Библиогр.: 7 назв.
УДК 624.131 ( 07) ББК 38.58 я7
Печатается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного архитектурно-строительного университета
Рецензент – М.С. Ким, к.т.н., доц. кафедры строительных конструкций, оснований и фундаментов ВГАСУ
2
ВВЕДЕНИЕ
Настоящие методические указания предназначены для подготовки и выполнения лабораторных работ по дисциплине «Механика грунтов» в соответствии с государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования Министерства образования и науки РФ №12 от 07 марта 2000 г. и учебным планом ВГАСУ по специальности 270102 «Промышленное и гражданское строительство».
В работе приведены краткие теоретические сведения о физических свойствах глинистых и песчаных грунтов, необходимые для получения представления об исследуемых показателях.
Методики лабораторного определения показателей физических свойств глинистых и песчаных грунтов, изложенные в данной работе, соответствуют ГОСТ 5180-84 «Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик» [1]. В приложениях представлены классификации, определяющие разновидности глинистых и песчаных грунтов по ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация» [2].
Лабораторные работы оформляются в журналах: делаются записи о процессе выполнения лабораторных работ, о результатах обработки и анализируются полученные значения показателей свойств грунтов.
ТЕМА 1. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ
Основными характеристиками физических свойств глинистых грунтов являются плотность, влажность и пластичность.
Влажность грунта W - отношение массы воды, содержащейся в грунте, к массе твердых частиц грунта. Единица измерения влажности W - проценты (%) или доли единицы.
Пластичность грунта - способность грунта изменять свою форму без разрыва сплошности или образования трещин под влиянием внешнего воздействия и сохранять эту форму после прекращения этого воздействия. В зависимости от изменения влажности грунт может находиться в трех различных состояниях (консистенциях) - твердом, пластичном и текучем.
Количественно пластичность грунта характеризуется значениями влажностей на границах текучести WL и раскатывания WP . Граница текучести WL - влажность, при которой грунт находится на границе между пластичным состоянием и текучим. Граница раскатывания WР - влажность, при которой грунт находится на границе между пластичным состоянием и твердым.
Единица измерения влажностей WL и WP - проценты (%).
Плотность грунта ρ - это отношение массы грунта при естественной влажности и сложения к объему, занимаемому этим грунтом.
3
Плотность частиц грунта ρS - масса единицы объема твердых (скелетных) частиц грунта.
Единица измерения плотностей ρ и ρS - г/см3.
Показатели физических свойств глинистых грунтов W, WL , WP , ρ и ρS определяются при лабораторных исследованиях [1]. Эти показатели называют
лабораторными.
Производные (расчетные) показатели физических свойств глинистых грун-
тов: число пластичности IP , показатель текучести IL , плотность скелета грунта ρd , коэффициент пористости е и коэффициент водонасыщения Sr -
рассчитываются по формулам [2, 3] по нормативным значениям W, WL , WP и ρ. Число пластичности IP - разность влажностей на границе текучести WL и границе раскатывания WP. Оно определяет диапазон влажностей, в котором
грунт находится в пластичном состоянии. Единица измерения IP - проценты (%). Показатель текучести IL - отношение разности влажностей, соответствующих состояниям грунта при естественной влажности и влажности на границе раскатывания к числу пластичности. Этот показатель характеризует пластическое
состояние (консистенцию) грунта.
Плотность скелета грунта ρd - это плотность сухого грунта, определяемая отношением массы грунта за вычетом массы воды в его порах к его первоначальному объему. Единица измерения плотности ρd - г/см3
Коэффициент пористости е - отношение объема пор к объему твердых частиц грунта.
Коэффициент водонасыщения Sr - степень заполнения пор грунта водой.
Классификационными |
показателями |
глинистых грунтов |
согласно |
ГОСТ 25100-95 [3] являются число пластичности |
IP и показатель текучести IL: |
||
- по значению IP глинистые грунты разделяют на супеси, суглинки и глины; |
|||
- по значению IL определяют консистенцию глинистых грунтов: |
твер- |
||
дая, пластичная и текучая. |
|
|
|
Выполнение лабораторных работ и обработка полученных результатов производится в определенной последовательности, представленной на рис. 1.
Лабораторные определения показателей физических свойств глинистого грунта W, WL , WР , ρ - см. лаб. раб. № 1…5
Расчет производных показателей физического состояния глинистого грунта IP , IL , ρd , e , Sr - см. лаб. раб. № 6
Определение разновидностей глинистого грунта по IP и IL
по ГОСТ 25100-95 - см. табл. П.1.1…П.1.3
Рис.1. Алгоритм выполнения работ
4
Лабораторная работа № 1
Определение влажности грунта W методом высушивания до постоянной массы
1.1.Цель работы
Определение влажности грунта W.
1.2.Приборы, оборудование и материалы
Шкаф сушильный с термометром со шкалой от 0о до 200оС, эксикатор с хлористым кальцием CaCl2, бюксы, шпатель, нож, щипцы тигельные и весы лабораторные.
1.3.Порядок выполнения работы
1.Взвесить пустой бюкс с точностью до 0,01 г (m0) .
2.Поместить в бюкс пробу грунта массой 15…50 г, закрыть крышкой и
взвесить (m1).
3. Открыть бюкс и вместе с крышкой поставить в сушильный шкаф. Сушить бюкс в шкафу при температуре t равной 105оС+2оС в течение 5 ч.
4.Охладить бюкс после высушивания в эксикаторе с хлористым кальцием CaCl2 до комнатной температуры и взвесить (m2).
5.Провести повторное высушивание бюкса с грунтом в течение 2 ч и взвесить. Расхождение результатов двух последующих взвешиваний не должно превышать 0,02 г.
|
6. Результаты выполнения работы с расчетом влажности W оформляются |
|||||||||
в журнале - |
табл. 1. |
|
|
|
Таблица 1 |
|||||
|
|
|
|
Журнал определения влажности грунтаW |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
Влажность |
|
|
|
Но- |
|
Но- |
|
Масса |
Масса |
Масса |
|
|||
мер |
|
мер |
|
пустого |
влажного |
высушен- |
W =[(m1- m2)/(m2- m0 )]100% |
|
|
|
опы- |
|
бюк- |
|
бюкса |
грунта с |
ного |
отдельной |
нормативное |
|
|
та |
|
са |
|
с крышкой |
бюксом и |
грунта с |
пробы |
значение |
|
|
|
|
|
|
|
крышкой |
бюксом и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
крышкой |
|
|
|
|
|
|
|
|
mo , г |
m1 , г |
m2 , г |
Wi , % |
W, % |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5
Лабораторная работа №2
Определение влажности грунта на границе текучести WL методом балансирного конуса
2.1. Цель работы
Определение влажности грунта на границе текучести WL . 2.2. Приборы, оборудование и материалы
Балансирный конус (рис. 2), шкаф сушильный, два эксикатора, один из них с хлористым кальцием CaCl2, бюксы, шпатель, щипцы тигельные, весы лабораторные, ступка и чашка фарфоровые, вазелин технический, секундомер, пипетка, вода дистиллированная и сито №1.
Рис 2. Балансирный конус:
1- металлический пенетрационный конус с углом при вершине 300; 2- кольцевая риска на высоте 10 мм от вершины конуса; 3- балансирная дуга с двумя противовесами; 4- чашка для грунтовой пасты; 5- подставка
2.3.Порядок выполнения работы
1.Подготовить грунт к исследованию:
-высушить на воздухе в течение суток;
-просеять через сито №1 для удаления растительных остатков более 1 мм;
-приготовить пасту из грунта, добавив дистиллированной воды. Приготовленную грунтовую пасту выдержать в эксикаторе в течение 2 ч.
2. Заполнить грунтовой пастой чашку для грунта (рис. 2). Грунт укладывать плотно, небольшими порциями. Поверхность грунта загладить шпателем вровень
6
с краями чашки. Балансирный конус смазать тонким слоем вазелина. Поднести конус к поверхности грунтовой пасты, плавно опустить в грунт и определить глубину погружения конуса через 5 с.
3.Выполнить требования к проведению испытаний:
-при погружении конуса на глубину 10 мм за 5 с грунт имеет влажность, соответствующую влажности на границе текучести WL ;
-при погружении конуса на глубину менее 10 мм необходимо грунтовую пасту извлечь из чашки, добавить пипеткой по каплям воду, тщательно перемешать, выдержать в эксикаторе 2 ч и повторить испытание;
-при погружении на глубину более 10 мм следует грунтовую пасту переложить в фарфоровую чашку, подсушить на воздухе, непрерывно перемешивая шпателем, и повторить испытание.
4.Отобрать из чашки пробу грунта массой 15…20 г для определения влаж-
ности на границе текучести WL методом высушивания до постоянной массы по методике лабораторной работы №1.
5.Результаты выполнения работы с расчетом влажности на границе текучести WL оформляются в журнале - табл. 2.
Таблица 2
Журнал определения влажности грунта на границе текучести WL
Но- |
Но- |
Масса |
Масса |
Масса |
Влажность |
|
мер |
мер |
пустого |
влажного |
высушен- |
WL =[(m1- m2)/(m2- m0)]100% |
|
опы- |
бюк- |
бюкса |
грунта с |
ного |
отдельной |
нормативное |
та |
са |
с крышкой |
бюксом и |
грунта с |
пробы |
значение |
|
|
|
кышкой |
бюксом и |
|
|
|
|
|
|
крышкой |
|
|
|
|
mo , г |
m1 , г |
m2 , г |
Wi , % |
W, % |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Лабораторная работа № 3
Определение влажности грунта на границе раскатывания Wр методом раскатывания грунта в жгут
3.1. Цель работы
Определение влажности грунта на границе раскатывания Wр .
3.2. Приборы, оборудование и материалы
Пластина стеклянная, шкаф сушильный, эксикатор с хлористым кальцием CaCl2, бюксы, шпатель, щипцы тигельные и весы лабораторные.
7
Рис. 3 Раскатывание грунта в жгут на стеклянной пластине: 1- пластина стеклянная; 2- жгут из грунтовой пасты (d=3 мм)
3.3.Порядок выполнения работы
1.Подготовка грунта: подсушить грунтовую пасту (40…50 г), оставшуюся
от определения влажности на границе текучести WL. Пасту сушить на воздухе, перемешивая шпателем или между ладонями.
2.Раскатать пасту на стеклянной пластине в жгуты d =3,0 мм (рис.3).
3.Выполнить требования к проведению испытаний:
-при сохранении сплошности и пластичности жгутов подсушить грунт и вновь раскатать в жгуты.
-при распадении жгутов по поперечным трещинам на отдельные кусочки длиной 3…10 мм грунт имеет влажность, соответствующую влажности на границе раскатывания Wр .
4.Собрать кусочки жгутов (10…15 г) в бюкс для определения влажности на границе раскатывания Wр по методике лабораторной работы №1.
5.Результаты выполнения работы с расчетом влажности на границе раскатывания Wр оформляются в журнале - табл. 3.
Таблица 3
Журнал определения влажности грунта на границе текучести Wр
Но- |
Но- |
Масса |
Масса |
Масса |
Влажность |
|
мер |
мер |
пустого |
влажного |
высушен- |
Wр=[(m1- m2)/(m2- m0 )]100% |
|
опы- |
бюк- |
бюкса |
грунта с |
ного |
отдельной |
нормативное |
та |
са |
с крышкой |
бюксом и |
грунта с |
пробы |
значение |
|
|
|
крышкой |
бюксом и |
|
|
|
|
mo , г |
|
крышкой |
|
|
|
|
m1 , г |
m2 , г |
Wi , % |
W, % |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8
Лабораторная работа № 4 Определение плотности грунта ρ методом режущего кольца
4.1. Цель работы
Определение плотности грунта ρ.
4.2. Приборы, оборудование и материалы
Кольцо-пробоотборник (V=140см3), нож, линейка, пресс винтовой, пластины из тонкого стекла, вазелин технический и весы лабораторные.
Рис. 4. Заполнение кольца-пробоотборника грунтом: 1- кольцо; 2- грунт
4.3.Порядок выполнения работы
1.Взвесить пустое кольцо и стеклянные пластины (m1 , г).
2.Заполнить кольцо грунтом, установив его на поверхность грунта (рис. 4). Удалить грунт вокруг кольца ножом, зачистить поверхность грунта вровень с краями кольца и закрыть торцы стеклянными пластинами. Взвесить кольцо с грунтом и пластинами (m2 , г).
3. |
Результаты выполнения работы с расчетом плотности ρ оформляются |
|||||
в журнале - табл. 4. |
|
|
|
Таблица 4 |
||
|
|
Журнал определения плотности грунта ρ |
||||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
Но- |
Но- |
Масса |
Масса |
Объем |
Плотность |
|
мер |
мер |
кольца и |
кольца |
грунта |
ρ = (m2 – m1) /V , г/см3 |
|
опы- |
коль- |
пластин |
с грунтом |
|
|
|
|
отдельной |
нормативное |
||||
та |
ца |
|
и пласти- |
|
||
|
|
пробы |
значение |
|||
|
|
|
нами |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m1 , г |
m2 , г |
V, см3 |
ρi , г/см3 |
ρ , г/см3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9
Лабораторная работа № 5
Определение плотности грунта ρ методом взвешивания в воде парафинированного образца
5.1. Цель работы
Определение плотности грунта ρ.
5.2. Приборы, оборудование и материалы
Парафин, нож, нить, стакан с водой и весы лабораторные.
Рис. 5. Взвешивание в воде парафинированного образца:
1- образец на нити; 2 – стакан с водой; 3 – подставка; 4 – весы
5.3.Порядок выполнения работы
1.Вырезать из грунта образец овальной формы объемом около 30 см3, перевязать его нитью крест-накрест и взвесить (m0 , г).
2.Парафинировать грунт: образец грунта опустить на 1…2 с в парафин разогретый до температуры t = 57…600С; нарастить оболочку парафина толщиной до 0.5…1,0 мм; охладить на воздухе и взвесить парафинированный образец (m1, г).
3.Взвесить парафинированный образец в стакане с водой (рис. 4), подве-
сив его на нити к коромыслу весов (m2 , г).
4.Результаты выполнения работы с расчетом плотности ρ оформляются
вжурнале - табл. 5.
|
|
Журнал определения плотности грунта ρ |
Таблица 5 |
||||
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Но- |
Масса |
Масса |
Масса |
Плотность* |
|||
мер |
образца |
парафи- |
парафи- |
ρ=ρП m0 / [ρП (m1 – m2) - (m1 – m0)ρW], |
|
||
опы |
|
нирован- |
нирован- |
г/см3 |
|
|
|
-та |
|
ного |
ного об- |
плотность |
|
нормативное |
|
|
|
образца |
разца |
отдельной |
|
значение |
|
|
|
|
в воде |
пробы |
|
плотности |
|
|
m0 , г |
m1 , г |
m2 , г |
ρi , г/см3 |
|
ρ , г/см3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Примечание*: плотность парафина ρП |
=0,9 г/см3; плотность воды ρW =1,0 г/см3. |
||||||
|
|
|
|
10 |
|
|
|