Idea Transcript
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