4893
.pdfРис.4.1. Испытание пасты глинистого грунта балансирным конусом.
Последовательность определения
1.Отберите из заранее подготовленной для исследований грунтовой пасты10 пробу массой около 50 г (объем пасты должен быть несколько больше объема стаканчика для испытаний). Поместите её в фарфоровую чашку.
2.Грунтовую пасту тщательно перемешайте шпателем, немного увлажните (при помощи спринцовки), вновь перемешайте и небольшими порциями уложите в стаканчик, предназначенный для испытаний грунта балансирным конусом. При заполнении стаканчика пастой не допускайте
10 Подготовка грунтовой пасты по ГОСТ 5180-2015:
1)предназначенный для исследований образец грунта природной влажности размять шпателем в фарфоровой чашке, одновременно удаляя крупные включения, в том числе и растительные остатки,
2)отобрать из размятого грунта пробу массой около 300 г и протереть её сквозь сито с отверстиями диаметром 1 мм;
3)если грунт имеет незначительную влажность увлажнить его дистиллированной водой и тщательно
размешать до образования однородной, сравнительно густой пасты, которую необходимо выдержать в закрытом стеклянном сосуде не менее 2 часов.
Студенты работают с заранее подготовленной для исследований пастой.
21
образования воздушных полостей. Поверхность уложенной в стаканчик пасты следует загладить вровень с его краями.
3. Установите стаканчик на подставку. Поднесите балансирный конус к поверхности уложенной в стаканчик насты так, чтобы остриё конуса касалось её. Плавно отпустите конус.
Если конус под действием собственного веса за 5 секунд погрузится в пасту на 10 мм (до риски на конусе), считается, что влажность пасты соответствует влажности на границе текучести грунта.
Если конус за 5 секунд погружается в пасту меньше чем на 10 мм,
влажность её меньше влажности на границе текучести. В этом случае пасту из стаканчика переложите обратно в фарфоровую чашку, добавьте немного воды и, тщательно перемешав, повторите опыт.
Погружение конуса в пасту более чем на 10 мм за 5 секунд указывает на её избыточную влажность. В этом случае переложите пасту в фарфоровую чашку и подсушите, непрерывно перемешивая грунт на воздухе, при необходимости добавляя в чашку грунт с меньшей влажностью. После подсушивания испытание пасты конусом следует повторить.
4. По достижении требуемого состояния пасты, из стаканчика отберите пробу массой 15...20 г и поместите её в заранее взвешенный бюкс.
Определить массу бюкса с влажным грунтом, взвесив его на технических весах.
5. Высушите пробу грунта в сушильном шкафу по вышеизложенной методике.
4.3Определение влажности на границе раскатывания
Влажностью на границе раскатывания (WP) называется влажность,
соответствующая переходу грунта из твёрдого состояния в пластичное.
Измеряется в процентах или в долях единицы.
Определение выполняется в соответствии с требованиями ГОСТ 51802015 [2] методом раскатывания. В этом случае подготовленная по
22
вышеизложенной методике паста раскатывается в жгут и доводится до такого состояния, когда жгут при диаметре в 3 мм начинает растрескиваться и самопроизвольно распадаться на кусочки длиной 3...10 мм. (рис. 4.2)
Рис. 4.2. Раскатывание жгута.
Последовательность определения
1. Небольшую порцию грунтовой паcты раскатайте с лёгким нажимом ладонью на стеклянной или пластмассовой пластинке (или на гладкой доске)
в жгут до диаметра в 3 мм. Длина жгута при этом не должна превышать ширины ладони.
Если при диаметре в 3-5 мм жгут сохраняет связность и пластичность,
следует собрать его в комок и вновь раскатать. Раскатывание продолжайте до тех пор, пока жгут при диаметре 3-5 мм не начнёт распадаться на кусочки так, как это было описано выше.
Если жгут начинает крошиться при диаметре большем 5 мм, нужно увлажнить пасту, добавив немного воды, перемять и продолжить раскатывание.
2. Набрать в заранее взвешенный бюкс 10...15 г кусочков грунта и высушить взятую пробу в сушильном шкафу по вышеизложенной методике.
23
4.4Обработка результатов
После высушивания образцов необходимо определить их влажность.
В общем случае, весовая влажность определяется по формуле:
|
|
W = |
m1 − m0 |
, д. ед.; |
(4.1) |
|
|
|
|||
|
|
|
m0 − m |
|
|
где: m – |
|
масса пустого бюкса, г; |
|
||
m1 |
– |
масса бюкса с влажным грунтом, г; |
|
||
m0 |
– |
масса бюкса с высушенным грунтом, г. |
|
1.Имея соответствующие значения масс бюксов с сухим грунтом,
влажным грунтом и масс пустых бюксов, по формуле 4.1 определяем соответствующие значения влажностей W, Wl и Wp.
2.Определяем число пластичности.
Числом пластичности (Iр) глинистого грунта называется разность между влажностью, соответствующей границе текучести, и влажностью,
соответствующей границе раскатывания. Число пластичности измеряется в процентах или в долях единицы.
I p = WL − WP , д. ед.; |
(4.2) |
Согласно классификации, приведённой в ГОСТ 25100-2011 [5], по числу пластичности определяется тип глинистого грунта (см. табл. 1
Приложения).
3.Определяем показатель текучести.
По показателю текучести (Il) оценивается состояние, в котором находится глинистый грунт в зависимости от количества содержащейся в
нём воды. Показатель текучести измеряется в долях единицы. |
|
|||
Показатель текучести вычисляется по формуле: |
|
|||
I L |
= |
W −WP |
, д. ед.; |
(4.3) |
|
||||
|
WL −WP |
|
||
Согласно классификации, |
приведённой в ГОСТ 25100-11 |
[5], по |
показателю текучести определяются разновидности глинистого грунта (см.
табл. 2 Приложения).
24
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5
Определение коэффициента фильтрации песка методом Г.Н. Каменского
Цель работы: определить коэффициент фильтрации несвязного грунта (песка).
Коэффициентом фильтрации называют скорость фильтрации воды в грунте при градиенте напора i= 1 и температуре воды t= 10° С.
Для определения коэффициента фильтрации песков в лабораторных условиях, в соответствии с требованиями ГОСТ 25584-90 [6], используется прибор СПЕЦГЕО. Кроме того, для исследования фильтрационных свойств песков могут быть использованы приборы (трубки) Г. Н. Каменского и Д. И.
Знаменского.
Для определения коэффициента фильтрации песков нарушенного сложения, используются образцы, высушенные до воздушно-сухого состояния и просеянные сквозь сито с отверстиями диаметром 5 мм для песков гравелистых и крупных, и диаметром 2 мм для песков средней крупности, мелких и пылеватых. (Студенты исследуют фильтрационные свойства заранее подготовленного грунта).
Для насыщения образцов грунтов водой и фильтрации применяют грунтовую воду с места отбора грунта или воду питьевого качества.
Допускается применять дистиллированную воду и искусственно приготовленные растворы заданного химического состава.
Устройство прибора (трубки) Г. Н. Каменского
Прибор Г.Н. Каменского (рис. 5.1) состоит из фильтрационной трубки
(2),снабжённой поддоном в виде кольца с латунной сеткой (6) и пьезометром
(7).
Фильтрационная трубка (с внутренним диаметром 50 мм, длиной 250
мм изготовленная из нержавеющего металла) снизу имеет скошенные заострённые края, что облегчает её врезку в грунт. На наружной боковой поверхности трубки нанесена мерная шкала длиной 20 см с ценой деления 1
25
см. Шкала используется для измерения высоты исследуемого образца песчаного грунта (l) и измерения величины напора воды (h).
Стеклянный пьезометр (7), выведенный из металлической трубки,
предназначен для наблюдения за падением гидравлического напора в трубке при фильтрации воды через образец грунта.
Подготовка прибора к работе
1.Перед началом работы исследуемый песок следует уплотнить металлической трамбовкой. Таким образом, готовится модель монолита грунта, обладающего плотностью, приближенной к плотности грунта природного сложения.
2.Зачистить на поверхности грунтового монолита (массива)
горизонтальную площадку и аккуратно, не допуская перекосов, врезать
трубку на глубину I- 10 см (рис. 5.1).
Рис.5.1. Схема фильтрационного прибора (трубка Г.М.Каменского). Обозначения
приведены в тексте
26
3.Осторожно подрезав грунт снаружи трубки и подкопав её с помощью ножа, наклонить трубку горизонтально и извлечь из грунта.
4.Удерживая трубку в горизонтальном положении, срезать излишек грунта с торца трубки вровень с её краями, обтереть трубку снаружи от песка тряпочкой и надеть на конец трубки донышко с сеткой (6).
5.Выполнить промачивание образца грунта, медленно опустив трубку в сосуд с водой. Для этого трубка выдерживается в сосуде до тех пор, пока на поверхности образца грунта не появится вода. В результате промачивания из пор грунта будет вытеснен воздух и грунт станет водонасыщенным.
6.Поверхность грунта в трубке покрыть слоем мелкого гравия (4).
Толщина слоя 0,5 - 1 см. Это позволит исключить размывание образца грунта
при заливке воды в трубку Каменского.
7.Закрепить собранную трубку в штативе (1) и установить под ней сосуд
(8) для сбора отфильтровавшейся воды. Прибор готов к работе.
Методика проведения опыта
Для получения более точного значения коэффициента фильтрации необходимо выполнить не менее трёх опытов при трёх различных величинах падения напора.
Рекомендуется принять:
–величину первоначального напора h = 20 см;
–величину падения напора (s) в трёх опытах соответственно равной 1, 2 и 3 см.
Последовательность проведения опытов:
1.Измерить температуру воды, используемой в опыте с помощью термометра. Результаты измерения записать в лабораторный журнал (При отсутствии термометра температура воды принимается равной 18° С).
2.Залить в закреплённую в штативе трубку Каменского воду несколько выше верхней риски на трубке, соответствующей первоначальному напору
h= 20 см. За уровнем воды в трубке следить но пьезометру.
27
3.По достижении верхним краем мениска в пьезометре риски,
соответствующей h=20 см, включить секундомер и замерить время падения напоpa (s) на величину 1, 2 и 3 см соответственно в 1-ом, 2-ом и в 3-м
опытах. Полученные результаты записать в лабораторный журнал.
4. По результатам каждого опыта по формуле 5.1 рассчитать величину коэффициента фильтрации:
|
|
|
|
k f = |
l |
f (s / h)m , м/сут; |
(5.1) |
||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
t |
|
|
||
где: l= 10 см – |
высота образца грунта (длина пути фильтрации); |
||||||||
|
s – |
величина падения напора, см; |
|
|
|||||
|
t – |
время падения напора на заданную величину s, c; |
|
||||||
|
h = 20 см – |
первоначальный напор; |
|
|
|||||
|
f(s/h) – |
функция, учитывающая изменение гидравлического градиента |
|||||||
|
при падении напора воды, определяемая по таблице 3, приведенной в |
||||||||
|
Приложении; |
|
|
||||||
|
m=864 |
– |
коэффициент для пересчёта величины |
коэффициента |
|||||
|
фильтрации из см/сек в м/сут. |
|
|
||||||
5. |
По результатам расчётов определяется средняя величина коэффициента |
||||||||
фильтрации: |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
k f = |
∑k f ,i |
|
|
|
|
|
|
|
|
i=1 |
, м/сут; |
(5.2) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
3 |
|
|
6. В среднюю величину коэффициента фильтрации вводится
температурная поправка (τ):
τ = 0,7 + 0,03 ×T ; |
(5.3) |
||||
k f ,10 |
= |
k f |
, м/сут; |
(5.4) |
|
τ |
|||||
|
|
|
|
где: Т – температура воды, использовавшейся в опытах (° С).
28
ЛИТЕРАТУРА
1.ГОСТ 12071-2014 Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов
2.ГОСТ 5180-2015 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик
3.ГОСТ 12536-2014 Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава
4.ГОСТ 25100-82. Грунты. Классификация.
5.ГОСТ 25100-2011. Грунты. Классификация.
6.ГОСТ 25584-90 Грунты. Методы лабораторного определения коэффициента фильтрации.
7.ГОСТ 20522-2012 Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний.
8.СП 22.13330.2011 Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*
9.Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования)/НИИОСП им. Герсеванова.-М.: Стройиздат, 1986.- 415 с.
10.Ухов, С.Б. Механика грунтов, основания и фундаменты [Текст] / С.Б.Ухов, В.В.Семенов, В.В.Знаменский, З.Г.Тер-Мартиросян, С.Н.Чернышов. – М.: Высшая школа, 2007.
11.Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты.-Л.: Недра, 1990. С.318.
12.Ломтадзе В.Д. Физико-механические свойства горных пород. Методы лабораторных исследований: Учебное пособие для ВУЗов. Л.: Недра, 1990. с.318.
29
ПРИЛОЖЕНИЯ
Таблица 1. Классификация пылевато-глинистых грунтов по числу
пластичности
Тип глинистого грунта |
Число пластичности, |
|
% |
|
|
Супесь |
1≤IP ≤7 |
|
|
Суглинок |
7 < IP ≤17 |
|
|
Глина |
IP > 17 |
|
|
Таблица 2. Классификация пылевато-глинистых грунтов по показателю
текучести
Разновидность |
Показатель текучести, |
глинистого грунта |
% |
|
|
Супеси: |
|
|
|
Твердые |
IL <0 |
|
|
Пластичные |
0 <IL ≤ 1 |
|
|
Текучие |
IL > 1 |
|
|
Суглинки и глины: |
|
|
|
Твердые |
IL < 0 |
|
|
Полутвердые |
0 < IL ≤ 0,25 |
|
|
Тугопластичные |
0,25 < IL ≤ 0,50 |
|
|
Мягкопластичные |
0,25 < IL ≤ 0,50 |
|
|
Текучепластичные |
0,75 < IL < 1 |
|
|
Текучие |
IL >1 |
|
|
30