Определение физико-механических свойств грунтов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФIЩЕРАЦИИ

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСfВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА им. И.М. ГУБКИНА

Кафедра сооружения и ремонта газонефтепраttодов и хранилищ

В.Е. Шутов, В.Г. Пирожков, С.И. Сенцов, О.Ю. Во.лодченкова

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВ.ОЙСfВ ГРУНТОВ

Допущено Учебно-методическнм объединением вузов

Российской Федерации по нефrеrазовому образованию в качестве учебного пособия для подrоrовки бакалавров и магистров по направлению 130500 «Нефrеrаэовое дел0о0, а также дИIШомированных сnециалистов по специальности

130501

•Проектирование, сооружение и эксплуатация

rазонефrепроводов и rазонефrехранилищ•

Москва

2004

УДК624.l31 Ш-97''

Шутоа В.Е., Iltlpwпoa В.Г., Сенцоа С.И., Володченкоаа О.Ю.

Ш-97

Определение физшсо-механических свойств грунтов: Учебное пособие ДJDI вузов. -М.: ФГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефги и газа им. И. М. Губкина, 2004.-82с.

ISBN 5-7246-0297-0 Рассматриваютса вопросы измерения параметров, характеризующих

различные свойства грунтов, и их обработки, основные физические характеристики

грунтов,

гранулометрический

состав

песчаных и

пластичность глинистых грунтов, а также различные виды испытания грунтов.

Для студентов, бакалавров и магистров, обучающихся по направлению «Нефтегазовое дело».

ISBN 5-7246-0297-0

С ШутовВ.Е. Пирожков В.Г. ·сенцов С.И.

.

Володченкова О.Ю.~

2004

С Федеральное государственное унитарное предприятие Изда­

тельство «Нефть и газ» РГУ неф­ ти и газа им. И.М. Губкина,

2004

Введение

Успешное усвоение учащимися теоретических основ дисциплины «Ме­

ханика грунтов>) возможно лишь на основе использования результатов экспе­ риментальных исследований состава, физико-механИческих и ВОдtiЫХ свойств

грунтов в лабораторных условиях. Ведь надежность грунтового основания, на которое опираются сооружения, в определяющей степени зависят как от со­

стояния грунтов, так и их несущей способности. Так, например, в условиях

природного залегания свойства одного и того же генетического вида и типа грунта (в соответствии со строительной классификацией) могут существенно

различаться в зависимости от места и времени взятия проб (образцов) для Об­ следования.

Множественность причин изменения свойств грунта одного н того же вида в природных условиях делает задачу по определению его инженерно­

строительных свойств не только сложной, но и в значительной мере одно­

значно неопределенной. В практических условиях работы грунтов в основа­ ниях

сооружений

эта

неопределенность

усиливается

неопределенностью·

внешних воздействий на них. Все это осложняет решение вопросов прогно-: зиро~ия поведения оснований в условиях эксплуатации сооружений. В

связи

с

этим

экспериментальные

исследования состава,

физико­

механических и водt~ых свойств грунтов в лабораторных условиях, что яВJIJi­ ется необходимой предпосылкой для правильного прогнозированИJI их nове­

дения, как в строительнЬiй, так и в эксплуатационный периоды. Рассмотрим

ТеХНОЛОГИЮ проведеНИЯ ЭТИХ ИССЛедоваНИЙ.

3

1.

Измерения параметров, характеризующие различные свойства грунтов и их обработка

Исключительно большое разнообразие состава и струКl)'рЫ грунтов как природных образований, влияние на них антропогенных процессов, их дис­

кретность, полидисперсность, многокомпонентность, многофазноетЪ и поли­ минералыюсть (от

5- 10 до 50- 80

минералов), а также особый характер лег­

ко разрушаемых внутренних межчастичных связей являются причиной их яр­

~о выраженной неоднородности. Неоднородность грунтов находит свое вы­ ражение в следующем:

а) в неравномерности распределения отдельных компонентов в грунто­ вой массе;

б) в наличии дефектов струКl)'рЫ, обусловливающих неравномерность распределения в массе грунта межчастичных и межагрегатных связей по их

деформативиости и прочности; в) в значительном различии результатов воздействий внешних силовых и

других факторов на однотипные образцы грунта; г) в существенном разбросе по велИ'Uiне значений физических, прочно­ стиых и деформативных характеристик испытываем.ых образцов, взятых из одного и того же генетического слоя.

На принципиальную важность учета изменчивости свойств грунтов в

инженерно-строительной практике впервые было указано 11 работе Г. И. По­ кровского

[4).

Им же был поставлен вопрос о целесообразности использова­

ния методов математической статистики для количественной о·ценки этой из­ менчивости. В настоящее время обработка результатов измерения различных nараметров грунтов ведется методами математической статистики согЛасно

ГОСТ

20522-96

(Грунты. Методы статистической обработки результатов оn­

ределений характеристик. М.

1975.)

с соблюдением- необходимых условий

корректности и nравомерности их применения (генетическая однородность

4 образцов, случайное изменение характеристик, отброс резких отскоков в ре­ зультатюс определений).

В качестве критерия изменчивости свойств грунтов принят коэффициент вариации

v,

представляющий,

как

известно,

отношение

статистического

среднеквадратичного отклонения о- исследуемой характеристики х к ее среднему

статистическому

значению

х,

наЙденным

в

результате

обработки

nредставленных выборок. В результате nроведеиных

680

статистических расчетов на ЭВМ сотру д-.

инками НИИОСП им. Н.М. Герсеванова

(1-3, 5]

и обработки nолученных ма­

териалов б!>JЛо доказано, что статистический коэффициент вариации nоказа­ телей свойств грунтов

v

некоторым образом зависит от числа исnытанных

образцов и находится в пределах, указанных в таблице

1.1. Таблица

1.1

,---· Характеристики грунтов

Численные значения коэффициента вариации

v,% nески

суnеси

Влажность

30-50

Ко?~ффициент пористости

3-13

Объёмный вес

2-7,5

суглинки

глины

10-30

8-28

4-25

6-12

6-25

3-22

2-4,5

2,5-7,5

2-6

Число пластичности

25-50

5-35

7-30

Предел раскатывания

6-17

5-25

7-27

Предел текучести

5-16

5-20

5-20

Сопротивление сдвигу

9-27

6-29

Модуль общих деформаций

Рассмотрение данных таблиuы

13-35

1.1

показывает, что все виды грунтов ос­

нований характеризуются значительной изменчивостью как физических (за

исключением объемного веса), так и прочиостных и деформативных характе-

5 ристик: коэффициент вариации

v

иревосходит зачастую

как правило, имеет место тенденция снижения

20 - 30%.

При этом,

v с ростом числа обследован-

ных образцов груша. Вот почему для получения достоверных результатов измерения искомых характеристик грунта необходимо брать несколько проб из исследованного

массива грунтового основания и для каждой пробы производить нескоЛько измерений. Тогда среднее арифметическое показание измеряемого параметра можно определить по формуле: tl

"L,m;x, ~ = ..!.::!______ j , где: х,

-

частное значение измеряемого параметра грунта;

т,

-

j-

общее число измерений.

число частных значений данного параметра;

Величины, выражаемые в процентах, вычисляются с точностью до десятичных дробях

-

с точностью до второго знака, а в целых числах

-

1%,

в

с точ-

ностъю до единиц.

Среднее квадратичное отклонение и коэффициент вариации при

n < 30

рассчитываются по формулам:

[~m,(~-x;}2 ] (J -1)

а

V==. х

Если нельзя сразу получить значения х и а на переональном компьюте­

ре, то удобно проводит вычисления с помощью таблиц. Пример вычисления статистических характеристик для значений влажности на пределе раскаты­ ваНИ11 приведен в таблице

1.2.

6 Таблица

Wp,%

mi

Wр·щ

26 27 30 32 33 34 35 36 37 38 39 40 43 46 47

1

26 54 30 96 99 68 210 288 222 76 195 120 43 46 47 1620

2

2

1 3 3 2

6 8 6 2 5

3 1

1 1 45

_

1620 45

Wr =-=36%;

Wp- Wp 10 6 4 3

(wp -wpY 100 81 36 16 9

2

4

9

(wP -wPY ~mi 100 162 36. 48 27 8 6

1

1

о

о

о

1 2 3 4 7 10 11

1 4

6 8 45 48 49 100 121 764

О"=

9

16 49 100

121

PN64 4,12 - =4,12%; v=-·100=11,44%. 45 36

1.2.

7 2. Осповпwг физические характеристики грунтов

2.1 .Удельный

вес грунта

Удельным весом грунта ry. г-·см

3

называется отношение веса тверДых

частиц грунта только к их объёму.

Примечание: здесь и в 1/оследующем UЗJ/u.ж·emш 1 г/с"/. · 9,81 Н см 1. Необходимые приборы:

•

мерная колба (пнкнометр) емкостью не менее 100 см 3 ;

•

сито с отверстиями

•

ступка с фарфоровым пестик{)м;

•

технические весы с разновесом;

•

сушильный шкаф с термометром;

•

электроплита.

2 мм;

Проведение опыта. Образец воздушно-сухого грунта размельчают в

фарфоровой ступке и из него отбирают среднюю пробу весом торую просеивают через сито с отверстиями

100 - 200 г,

ко­

2 мм.

Среднюю пробу отбирают методом «квадратов». Для этого размельчен­ ный грунт насыпают тонким слоем на лист бумаги и шпателем разделяют на квадратики со сторонами около

4

см. Из каждого квадратика берут часть

грунта.

Из средней пробы берут навеску так, чтобы

15

г грунта приходились на

3

10() см мерной колбы. Колбу взвешивают, после чего в нее nомещают грунт и вновь взвешива­ ют. Вычитая из второго веса первый, определяют вес введенного в колбу

грунта. В этот вес вносят попраm 0,8.

15 3. Грануло.метричесiШй состав песчаных и пластичносiпь глинистых грунтов

З.J.Гранvлометрическим составом грунта называется содержание в нем минеральных частиц различной крупности (фракций), выраженное в процен­ тах.

То есть гранулометрический состав грунта численно характеризуется от­ ношением массы групп частиц различных размеров (фракций) к общей массе

nробы грунта, выраженным в лроцентах. Во фракции объединяют частицы,

которые под влиянием внешнего воз-действия ведут себя одинаково. Грану­ лометрический состав

-

один из признаков грунтов, на основании которого

проводится их классификация. Он позволяет ориентировочно оценить сопро­ тивление сдвигу, уплотняемость и водопроницаемость грунтов, в значитель­

ной степени определяет пригодность грунта в качестве заполнителя .для бето­ на, для укладки или его намыва в тело сооружения, а также для установления

возможности суффозии, расчета фильтров и пр. Гранулометрический состав зависит от прочности материала, послужив­ шего источником формирования данного грунта, и условий этого формиро­ вания (интенсивность и характер разрушения исходного грунта, условия пе­

реноса и отложения частиц и их последующих изменений). Необходимые приборы:

•

наборсите отверстиями

0,1; 0,25; 0,5 и 2 мм;

•

весы технические с разновесом;

•

фарфоровые или алюминиевые чашечки диаметром

•

резиновый пестик;

•

ступка.

8 - 1О

см:

Проведение опыта. Пробу воздушно-сухого грунта помещают на бумагу и резиновым пестиком растирают комки и структурные агрегаты. Затем

грунта, взвешенного с точностью до

0,01

100

г

г, отбирают методом квадратов и

16 помещают на верхнее сито набора с отверстиями

2 мм.

Грунт просеивают пу­

-тем горизонтального ВС'Iряхивания в течение 3 - 4 мин. Рекомендуется произ­ водить дополнительно раздельное досеивание по фракциям.

Содержимое каждого сита взвешивают и полученный результаг выра­ жают в ПJ~оцентах к общей навеске. Веса отдельных фракций складывают и

сравнивают с навеской. Расхождение в 1 % допустимо. Невязку разносят пропорционально весу, фракций. Результаты опыта заносят в таблицу

3.1.

Таблица

3.1.

Форма записи данных гранулометрического анализа на ситах Наименование показателей

ДJо!_аметр отверстий сита в мм.

2

!

!

05

о

!

25

о

Подцон

1

Размер фракций в мм Вестары в г

Вес тары с ф/)акциями в ? Вес фракций в г

Содержание фракций в

%

>2 12,85 23,35 10,50 10,50

2-0,5 12 72 35 32 22,60 2260

о

5-0,25 12,20 45 00 32,80 32 80

Наименование песчаного грунта согласно ГОСТ

0,25-0 1 12 85 43,75 3090 3090

251 00-95

3

к наименованию песчаных грунтов, кроме мелких и пыле­

!О

11атых, добавляют- слово «неоднородный». В nесчаном грунте, гранулометрический состав которого nредставлен в

табл.

3.2, содержится

больше

50%.

частиц, круnнее

0,25 мм, 10,5 + 22,6 + 32,8 = 65,9%, что

Таким образом, согласно табл.

3.2, nеред нами·

nесчаный Грунт

средней круnности.

Для этого же грунта по кривой неоднократности (см. рис. ~.l) оnределяем:

т. е. в данном случае грунт

-

nесок средней круnности, неоднородцый.

3.2. Чис:rю пластичности глинистого грунта Пластичностью называется способность грунта деформироваться без нарушения сплошности nод действием внешних нагрузок и сохра.нять свою форму после их снятия.

Пластичность характеризуется числом пластичности Wп, определение которого сводится к определению границ текучести и раскатывания.

Необходимые приборы:

• сито с отверстиями 0,5 мм; •

конус весом

76 г со

стаканчиком и nодставкой;

•

алюминиевые бюксы;

•

зксикатор;

• лист плотной бумаги; •

технические весы с разновесом;

•

резиновый nестик.

.

19 Проведение опыта. Определение границы текучести. Граница те~учести Wт выражается влажностью

грунта в

момент перехода его

из пластичного состояния

в те­

кучее.

Пробу воздушно-сухого грунта размельчают резиновым nестиком, nро­ пускают через сито с отверстиями

1,0 мм

и разводят дистиллированной водой

до получения густой пасты.

Если nроба представлена влажным грунтом, то его разминают, иногда с

добавлением воды, и протирают сквозь сито с отверстиями ную пасту выдерживают не менее

2

1,0 .мм.

Получен­

ч в эксикаторе, а затем помещают в ста­

канчик прибора. На поверхность грунта в стаканчике спокойно опускают конус. Если в

течение

5

сек конус погрузится на глубину

1,О

см, (до метки), значит влаж­

ность грунта соответствует границе текучести. Если конус за то же время по­ грузится на глубину менее

1,О

см или более

1,О

см, то в грунт добавляют со­

ответственно воды или сухого грунта и после щателъного персмешивания повторяют опыт.

Для определения влажности из стаканчика отбирают не менее i О та. Влажность определяют по методике, описанной в разделе

?

грун­

2.3.

Влажность выражают в целых лроцентах. Проводят два параллельных определения и за границу текучести принимают среднее арифметическое

значение влажности. Результаты записывают в таблицу

параллельных определениях должно быть не более

2.4.

Расхождение в

2%.

Определение r:раницы раскатывания. Гран~ца раскатывания ется влажностьЮ грунта 8 момент перехода

ero

Wp

выража­

из Пластичного состояния 8

твердое.

В грунтовую пасту, оставшуюся nосле определения границы текучести, добавляют немного сухого грунта и персмешивают ее.

20 Кусочек подготовленного таким образом грунта ладонью раскатывают на листе плотной бумаги в жгутик диаметром около

3 мм.

Раскатывание ве-

.

дут так, чтобы жгутик не выступал из-под ладони. Если грунт nри диаметре жгутика

3 мм

распадается на отдельные кусочки, значит его влажность соот­

ветствует границе раскатывания. Если в жгутике диаметром

3

мм грунт со­

храняет пластичность, то его лереминают, а затем вновь раскатывают.

Кусочки грунта, полученные при раскатывании, помещают в бюксу для

определения влажности. Вес грунта должен быть не менее

1О г.

Влажность определяют по методике, описанной выще, и выражают в це­

лых процентах. Проводят два параллельных определения и за гр,аницу раска­

тывания принимают среднее арифметическое значение влажности. Расхож-. дение в параллельных определениях должно быть не более

2%.

Определение числа пластичности и показателя консистенции. Число пластичности Wп оnределяется по формуле Wп ~ Wт-

Wp,

где Wт- влажность грунта на границе текучести в

%;

влажность грунта на границе раскатывания в

%.

Wp -

Наименование глинистого грунта, согласно ГОСТ вается по классификационной таблице

25100-95,

устанавли­

3.3. Таблица3.3

Виды глинистых грунтов Наименование

Число пластичности

Супесь

1 .s"Wn < 7

Суглинок

7<

Если Wт = нок, так как

7<

38%

и

Wp = 24%

Wп.$"17

Wп

Глина

то Wп =

> 17

38- 24 = 14, значит грукr- сугли­

Wп ~ .5" 17.

.Показате.;tь консистенции В определяется по формуле:

21 B=W-Wp Wп

где:

W-

Wp -

влажность грунта на границе раскатывания в

Wп

естественная Влажность грунта в

, %;

%;

- число rшастичности.

Наименование глинистого грунта по консистенций, согласно ГОСТ

25100-95,

принимается по классификационной таблице

3.4. Таблица

3.4.

Наименование глинистых (непросадочных) грунтов по консистенции Наименование

Показатель

Наименование

Суnеси Твердые

Пластичные

1 1

ТеКУЧИе

j

Показатель консистенции

консистенции

В

1

22

4.

Степень плотности песчаного грунта

Работа проводится для установления наименощшия nесчаиого грунта по nлотности.

Необходимые приборы:

• мерныj:i цилиндр емкостью 500 см 3 с металлическим разрыхлите­ лем;

•

металлический стакан диаметром около насадкой высотой

7

см и емкостью

250

см 3 с

3 - 3,5 с1-1;

•

деревянная 1рамбовка;

•

технические весы с разновесом;

•

металлическая линейка;

•

воронка с длинным носиком.

Проведение опыта. В мерный цилиндр, имеющий градуировку, поме-.

щают металлический разрыхлитель и через воронку насыпают

250·- 300

см 3

воздушно-сухого песка. Затем из мерного цилиндра медленно вынимаю:r раз­ рыхлитель, одновременно поворачивая его, и замеряют объем разрыхлен!fОГо песка.

М.Срный цилиндр вместе с песком взвешивают и, зная вес мерного ци­

линдра, определяют вес песка. После этого в металлический ст8кан с насад­ кой насыпают воздушно-сухой песок небольшими порциями и уплотняют его

деревянной 1рамбовкой. Насадку снимают, избыток песка удаляют металлической линейкой и

замеряют объем уплотненного песка. Металлический стакан с уплотненным песком взвешивают и, зная вес металлического стакана, определяют вес nес­ ка.

Объемный вес грунтового скелета песка рыхлого сложения ОfiР.Сделяют по формуле:

•

23 Ус.мин

где

g, - вес рыхлого грунта в г;

YJ-

объем рыхлого грунта в см •

gJ г . ==-,--3' У1

см

3

Коэффициент пористости в этом случае определяют по формуле

8.макс

Yv

= .

-rс

.....н

Ус ..wн

Объемный вес грунтового скелета "песка плотного сложения равен

r где:

g2 -

- -,--3, g2 г .

смих-

у2

см

вес плотного грунта в г;

У - объем плотного грунта в с,.,З

.

Коэффициент пористости равен &.мrm

=

rу- Ус.ма~с Ус.макс

Опыт проводят дважды и вычисляют среднее арифметическое значение объемного веса грунтового скелета. Результаты ОПЫ'f9В заносят в таблицу

4.1

и4.2. Таблица

4.1

Форма записи данных для определения плотности песчаного грунта nыхлого сложения

~

Вес мер-

Вес мер-

Объём

Объёмный

Среднее значе-

Коэффициент

опы-

ноrо ци-

ноrо ци-

грунта

вес грунта-

ние объёмноrо

nористости

та

линдра,

линдрас

воrо скеле-

веса грунтового

Смаке

gз, г

грунтом,

та

скелета

Ус.-н,г!с~

Ус.мuн, гlсм3

2506 2506

7066 718 8

1 52 1 56

1,54

g4. 1 2

VJ,

СМ

г

300 300·

3

0,72

24 Таблица4.2

Форма записи данных ДIIЯ определения плотности nесчаного грунта мотиого сложения

N2

Вес ста-

Вес стака-

Объём

Объёмный

Среднее значе-

Коэффнциен~

опы-

ка на,

на с грун-

грунта

вес грунта-

ние объемного

пористости

вого скелета

веса rрукrово-

Ус.макс. г/смз

&....,.

го скелета

gs,

та

том,

г

g6. 362,7 362,7

1 2

11],

см

3

г

789,7 794,5

250 250

_ rc.Naкc, г/см

1,71 1,73

3

1,72

0,54

Степень плотности nесчаного грунта ненарушенной структуры и есте­ ственнGй влажности определяется по формуле

/) = &.,а,·с Б!tША'С

Со ,

-

-

с:_.цин

где: Со- коэффициент пористости грунта ненарушенной структуры и еетественной влажности;

&макс и &мин - коэффициенты nористости в рыхлом и мотном состоянии. Песчаные грунты в зависимости от плотности nодразделяются на рых­

лые-

D

0,70

Пески мелкие

& -". 0,60

Пески nылеватые

&' 0,60

0,60.5 &.50,75 0,60 .5 G .50,80

&> 0,80

мотные

Пески rравелистые, крупные и

с<

среднейкрупности

&:> 0,75

25 Для Вммн=

мелкого

песчаного грунта,

у

которого

en

0,60~ &м..:с = 0,72 И

0,54 D == 0,72- 0,60 0,72-0,54

О,66 _

Таким образом, данный грунт имеет среднюю плотность.

26 Определение процептпого содерЖШIШI растительнwх остатков 11

5.

грунте

Содержанием растительнЬLХ остатков Ср

называется аrношение веса

растительных остатков к весу минеральных частиц, выраженное в процеiП'ЗХ.

Необходимые·приборы:

•

сито с отверстиями

0,5 мм:

•

стуnка с фарфоровым пестиком;

•

сушильный шкаф с термометром;

•

муфельная печь с терморегулятором;

•

технические весы с разновесом;

•

фарфоровые тигельки;

•

эксикатор.

Проведение опыта. Пробу воздушно-сухого грунта размельчают в ступ­ ке, пропускают через сито с отверстиями шкафу при температуре

0.5 мм

и высушивают в сушильном

100- 105° С до постоянного

Навеску грунта (примерно

10

веса.

г) взвешивают с точностью до

0,01

г, по­

мещают в фарфоровый тигелек, вес которого известен, и ставят в муфельную

печь для прокаливания nри температуре 600°С. После прокаливания в течение

остыть до температуры

1,5 - 2,0

l 00 - l50°C,

часов печь выКJIЮчают и дают ей

после чего тигельки с грунтом

nepetto- '

сятся в эксикатор для охлаждения.

Затем тиr~лъки с грунтом взвешивают.

Содержание растительных остатков определяют по формуле:

Ср

=g, - g 2 • IOOo/o, g.-go

где:

go- вес тигелька в г;

g 1 - вес тигелька с высушенным при температуре 100 - 105°С грунтом в г;

g1 -

вес тигелька с прокаленным грунтом в г.

27 Делают два параллельных определения и вычисляют среднее арифмети­ ческое значение содержания растительных осг.nхов.

Результаты опыта заносят в таблицу

5 .1. Таблица

5.1

Форма записи данных дru1 определения процентнога содержания расти­ тельuых остатков в грунте

.N'!

.N'!ти-

Вести-

Вес тигель-

Вес тигелька

МОНО

гелька

гелька

ка с ВЬ!су-

с высушен-

wенным

ным грунтом

грукrомg1 ,

gl,г

%

1927 18 57

27,8

.

g,.

лита

г

Содержание

Среднее со-

растительНЬ!Х

держание рас-

остатков Ср,

тительных ос-

татковСр,%

г

1

1 2

21,67 2105

1062 10 15

По ГОСТ

25100-95,

28,7

29,5

в завнеимости от содержания растительных остатков,

грунтам присванвают дополнительные наименования (табл.

5.2). Таблица

5.2

Наименование грунтов, содержащих растительные остатки Содержание растительных

Наименование

остатков Ср,% 60

Торфы

Сведения о наличии растительных остатков привоДfiТСЯ при содержании их в nесчаных грунтах более

3, а в глинистых - более 5 %.

Данные, nриведеиные в та?л. что перед нами

5.1

- заторфованный грунт.

(Ср

=28,7%),

свидетельствуют о том,

28

6.

Максимальная молекулярная fJЛагое.мкость песчаных и zлuнucmwx грунтов

Максимальная молекулярная влагаемкость Wм выражается влажнОстью

грунта, содержащего наибольшее количество молекулярно-евязанной ~оды. Необходимые приборы:

•

сито с отверстиями

•

стуnка с резиновым пестиком;

•

металлический шаблон толщиной

•

0,5 мм; 2 мм с отверстием 4 - 5 см;

·металлические диски или пластины;

• пакеты фильтровальной бумаги (20 листков бумаги в Пакете); •

рычажное устройст11о от компрессионного прибора;

•

нож с прямым лезвием.

Проведение опыта. Пробу воздушно-сухого грунта растирают резино­ вым пестиком и пропускают ее через сито с отверстиями

0,5

мм.

50 - 70

г

грунта замешивают с водой до получения груитовой пасты с консистенцией, соответствующей началу текучести.

Затем· на кусочек батиста (можно на листок фильтровальной бумаги),

помещенного на металлический диск, укладывают металлический шаблон с отверстием.

Оrверстие шаблона с помощью ножа заполняют грунтовой .пастой заподлицо с поверхностью шаблона. Шаблон снимают, на полученный образец грунта кладуr второй кусочек

батиста, после чего образец грунта вместе с кусочками батиста помещают между двумя пакетами фильтровальной бумаги и устанавливают под пресс компрессионного nрибора.

Давление на образец доводят до \0 кг/с.~/. Груз на подвеске опредедJПОТ с учетом площади образца и кратности рычага.

.

29 Время нахождения образца под давлением для песков и супесей равно

1О,

а для суглинков и глин

- 30 .иин.

После разгрузки образец освобождают от бумаги и, разломав его, поме­ щают в бюксу для определения влажности, т. е. максимальной моле·кулярной влагоемкости.

Проводят два параллельных опыта с последующим вычислением средне­ го арифметического значения влажности. Влажность определяется по методике, описанной выше, и выражается ,в

целых процентах. В зависимости от величины максимальной молекулярной

магоемкости Wм грунты можно классифицировать так: пески- менее 7; су­

песи - ОТ 7 ДО 15; суГЛИНКИ - ОТ 15 ДО 30 И ГЛИНЫ - более 30%. Максимальная молекулярная влагоемкость в глинистом грунте соответ­ ствует влажности на пределе раскатывания.

30 7.

Коэффициент фильтрации

Коэффициенr фильтрации КФ является одной из важнейших характери­

стик свойств грунта. Он характеризует водопроницаемость грунrов. Крэффи­ циенr фильтрации входит в расчетные формулы для определеНия притока во­

. ды к различным водозаборным сооружениям, а также в формулы по рщ: -О,1. +со

+ '

49

10.

НспытанUя грунтов на "онсолидацию

ИспыТШiие груlfГОв на консолидацию проводитс_я для изучения процесса сжатия грунта постоянным давлением в зависимости от времени.

В песчаных грунтах стабилизация деформаций nри сжатии наступает быстро, в глинистых же грунтах для зтого требуется значительное время. По­ этому такое исnыТШiие проводят для глинистых грунтов и, отчасти, пылева­ тых песков.

Для испыТШiия берут, как правило, образцы грунта ненарушенной струк­ туры и естественной влажности при полном и частичном заполнении водой.

В отдельных случаях испытывают и образцы грунта нарушенной структуры

оnределенной влажности. Испытания проводят в компрессЯонных приборах. По результатам испытания строят график консолидации, определяют стеnень консолидации

Uk

для любого знач~ния времени nосле nриложения

давления, козффицнент консолидации С, и коэффициент филырации КФ. Коэффициенты с. и КФ входят в формулы по расчету осадок оснований фундаментов во времени. Приборы те же, что и для комnрессионных испытаний, плюс секундомер.

Проведение опыта. Образец грунта ненарушенной структуры и естест­ венной влажности отбирают так, как при компрессионных испытаниях. Оn­

ределяют объемный вес

ro , влажность W.

сти ~и степень влажности

вычисляют коэффициент пористо­

G.

Испытание проводят в компр.ессионном nриборе при одной или несколь­ ких стуnенях давления.

После приложсиня к образцу давления, nри котором изучается процесс

tюнсолидацни (например р = 0,2 МПа или р =

0,1 МПа), отсчеты по индика­

тору, показывающие развитие деформации, снимают через следующие про-

50 межуrки времени: иногда и через

6, 15

и

30

сек;

1, 2, 4, 8, 15, 30 мин; 1, 2, 3, 6

и

12

час; а

24 час.

При исnытании нужно предохранять образец от высыханИ11. Обработку результатов исnытания проводят в следующем порядке.

Определяют деформацию образца грунта для указанных выше значений времени с учетом деформации прибора при данном давлении. Деформацию прибора получают по тарировочной кривой. Строят кривую консолидации в полулогарифмическом масштабе в сие-·

теме координат «деформация у- время

Bpeнfl

Ql

о

t»

(рис.

t

6

10.1).

нин

ю.о

100

юоо

~

>----~

~

~lo".

·~

Рис.

1О .l.

''

Кривая консолидации глинистого гр)'IПС! в

полулогарифмическом масштабе.

Выделяюr на кривой участки первичиой (фильтрационной) и вторИчной

(пластической) консолидации. На участке первичной конСол.ИдацИи деформа­ ЦИ11 образца нарастает за счет выжиманИ11 воды из пор груюа. а скорость нарастания деформации определяется водопроницаемостью грунта.

На участке вторичной консолидации деформации увеличи118ЮТСJ1 за счет

явления nолзучести грунтового скелета вследствие' сдвига свизаииой воды,

51 расположенной на поверхносm минеральных часmц. В ряде случаев, а имен­

но, когда rру!П содержит большое количество прочно связанной воды, боль­ шая часть процесса консолидации или даже весь процесс может протекать в

виде вторичной консолидации.

Для определения начала участка первичной консолидации откладывают на оси ординат значения деформации у, а на оси абсцисс

- корень

квадратный

из времени и строят начальный участок кривой консолид~и (рис.

Рис.

10.2.

10.2).

Нахождение точки, соответс'!;'вующей началу участка фильтра­ ционной консолидации.

Продолжение nрямолинейного участка полученной кривой до пересече­

ния с осью ординат даст точку, которую приближенно можно рассматривать как начало участка первичной консолидации.

Положение точки лидации (см. рис.

/,

характеризующей конец участка nервичиой консо­

10.1), оnределяют,

продолжая прямолинейные участки кри­

вой консолидации в полулогарифмическом мacnrraбe до их пересечения .. Полученные точки (к и дации Ик= О и Ик=

1)

соответствуют степеним nервичной консоли­

1,0.

Стеnень консолидации для значений деформаций, полученных в процес­ се исnытания, определяют

no формуле

.

Ик =YPtOO%, УР

где: УР- деформация образца за отрезок времени, для которого опреде­ ляяется консолидация в .мм;

52 j'p - К