механика грунтов 2018 версия 2


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
70



феврал
ь 18






Составители:

Алоян

Роберт Мишаевич

Рязанский

Александр

Олегович




МЕХАНИКА ГРУНТОВ. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ


Учебное пособие












Печатается в авторской редакции







ФГБОУ ВО

«
Ивановский государственный политехнический

университет
»

Издательский центр ДИВТ

153002, г. Иваново, Шереметевский проспект, 21

69



феврал
ь 18


2
.
МЕХАН
ИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ
…………………………...

40

2.1. Показатели механических свойств грунтов
……………………………..

40

2.2. Сжимаемость грунтов…………………………………………………….

4
1

Лабораторная работа №
4

Компрессионные испытания

грунтов……………………………………..


4
2

2.3. Прочность грунтов………………………………………………………..

5
0

Лабораторная работа №
5

Определение сопротивления грунтов срезу……………………………….


5
3

Исходные данные для лабораторных работ
………………………………….

6
0

Библиографический список
……………………………………
……………...

6
6


68



феврал
ь 18


СОДЕРЖАНИЕ


ВВЕДЕНИЕ

…………………
…………………………………
………….….

3

1. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ

……
…….
…………………..

5

1.1.

Показатели физических свойств грунтов
………………………………
.

5

1.2. Строительная классификация грунтов
………………………………….

6

1.3. Строительная классификация песков
……………………………………

9

Лабораторная работа №1


Определение разновидности песка по гранулометрическому
составу…

……………………………………………………………………
.


9

1.3.1. Определение гранулометрического (зернового) состава песков
ситовым методом
………………………………………………………………


9

1.3.
2
. Определение гранулометрического (зернового) состава грунтов
ареометрическим методом
…………………………………………………….


13

1.3.3. Графическое изображение гранулометрического состава
……………

20

Лабораторная работа №2


Определение разновидности песков по коэффициенту пористости и
коэффициенту водонасыщения
……………………………………………..


2
3

1.3.4. Определение плотности грунта методом ре
жущего кольца
………….

24

1.3.5. Определение плотности частиц грунта пикнометрическим методом
.

27

1.3.6. Определение влажности грунта
………………………………………..

29

1.4. Строительная классификация глинистых грунтов
……………………...

33

1.4.1. Консистенция и характерные влаж
ности глинистых грунтов
……….

3
3

Лабораторная работа №3


Определение разновидности глинистых грунтов по числу
пластичности и показателю текучести
……………………………………


3
4

1.4.2. Определение влажности грунта на границе текучести
……………….

3
5

1.4.3. Определение влаж
ности грунта на границе раскатывания
…………..

3
7

67



феврал
ь 18


13.

РСН 51

84.
Инженерные изыскания для строительства. Производство
лабораторных исследований физико

механических свойств грунт
ов
.


М.:
Госстрой РСФСР
,
1985

14.

Механика грунтов. Основания и фундаменты (в вопросах и ответах)
[Текст]: учеб. пособие / Г.Г. Болдырев, М.В. Малышев. 4

е изд., перераб.
и доп.

Пенза: ПГУАС, 2009.
− 412
с.

15.

Механика грунтов, основания и фундаменты: Учеб. пос
обие для строит.
спец. вузов
/
С.Б.Ухов, В.В.Семенов, В.В.Знаменский и др.; Под ред.
С.Б.Ухова.


4

е изд., стер.


М.: Высш. шк., 2007.


556 с.: ил.

66



феврал
ь 18



БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.

ГОСТ 25100

2011. Грунты. Классификация.


М.: Стандартинформ, 2013

2.

ГОСТ 12071

20
14
. Грунты. Отбор, упаковка, транспортирован
ие и
хранение образцов
.



М.: Стандартинформ, 2015

3.

ГОСТ 30416

2012. Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения.


М.: Стандартинформ, 2013

4.

ГОСТ 8735

88
.
Песок для строительных работ. Методы испытаний
.


М.:
Стандартинформ, 2006

5.

ГОСТ 12536

2014
. Грунт
ы. Методы лабораторного определения
гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава
.


М.:
Стандартинформ, 2015

6.

ГОСТ 5180

2015
. Грунты. Методы лабораторного определения
физических характеристик
.


М.: Стандартинформ, 2016

7.

ГОСТ 12248

2010. Гру
нты. Методы лабораторного определения
характеристик прочности и деформируемости.



М.: Стандартинформ,
2012

8.

ГОСТ 20522

2012. Грунты. Методы статистической обработки
результатов испытаний.



М.: Стандартинформ, 2013

9.

ГОСТ 22733

2016. Грунты. Метод лаборатор
ного определения
максимальной плотности.


М.: Стандартинформ, 2016

10.

ГОСТ 25584

2016. Грунты. Методы лабораторного определения
коэффициента фильтрации.


М.: Стандартинформ, 2016

11.

СП 22.13330.2016 Основания зданий и сооружений. Актуализированная
редакция СНи
П 2.02.01

83*
.


М.:Госстрой, 2016

12.

СП 47.13330.2012. Инженерные изыскания для строительства. Основные
положения.


М.:Госстрой, 2013

65



феврал
ь 18


Лабораторная работа №
5

Диаметр образца


71,4 мм.



варианта

Нормальные напряжения
σ,

кПа

Горизонтальная срезающая
сила

Q
, кН

σ
1

σ
2

σ
3

Q
1

Q
2

Q
3

1

100

200

300

0,408

0,556

0,692

2

100

200

300

0,244

0,476

0,700

3

100

200

300

0,332

0,564

0,788

4

100

200

300

0,220

0,368

0,504

5

100

200

300

0,288

0,560

0,820

6

100

200

300

0,496

0,692

0,880

7

100

200

300

0,444

0,592

0,72
8

8

100

200

300

0,312

0,536

0,748

9

100

200

300

0,340

0,676

1,004

10

100

200

300

0,328

0,580

0,824



64



феврал
ь 18


К определению природной
влажности грунта



в
ариант
а

Масса, г

влажного грунта с
бюксом,
m
1

высушенного грунта с
бюксом,
m
0

1

45,99

42,57

2

50,50

46,51

3

49,98

46,48

4

54,95

50,85

5

49,40

45,83

6

48,41

44,
8
1

7

48,67

45,16

8

55,37

50,99

9

46,93

43,13

10

59,48

54,72


Лаб
ораторная работа №
4

Испытание проходит для песка.
Высота образца
h
25
мм.
Плотность грунта и
н
ачальный коэффициент пористости взять по результатам выполнения
лабораторной работы №2
.

Глубина отбора образцов


5 м. Давление под
подошвой фундамента
P
2
250
к
Па
.



варианта

Значения вертикальной деформации
S
i
, мм в зависимости от
вертикального давления
P
i
,
к
Па

12,5

25

50

100

200

300

400

500

1

0,104

0,169

0,26
0

0,403

0,637

0,78
5

0,884

0,923

2

0,064

0,104

0,160

0,248

0,392

0,48
0

0,544

0,568

3

0,08
2

0,13
3

0,2
0
4

0,31
1

0,49
0

0,6
0
2

0,68
1

0,71
5

4

0,072

0,117

0,18
2

0,279

0,441

0,54
2

0,612

0,639

5

0,088

0,143

0,22
3

0,341

0,539

0,66
2

0,748

0,781

6

0,056

0,091

0,14
4

0,217

0,343

0,42
4

0,476

0,497

7

0,096

0,156

0,24
1

0,372

0,588

0,72
2

0,816

0,852

8

0,068

0,110

0,17
0

0,263

0,416

0,51
3

0,578

0,603

9

0,084

0,136

0,21
3

0,325

0,514

0,63
5

0,714

0,745

10

0,092

0,149

0,23
1

0,356

0,563

0,69
1

0,782

0,816


63



феврал
ь 18


Лабораторная работа №
3

Масса пустого бюкса


25,84 г

К определению влажности грунта на границе текучести



в
ариант
а

Масса, г

влажного грунта с
бюксом,
m
1

высушенного грунта с
бюксом,
m
0

1

48,84

43,89

2

56,08

50,32

3

49,37

43,18

4

47,81

42,33

5

48,29

42,68

6

58,75

51,78

7

47,10

41,36

8

50,43

44,64

9

51,42

45,56

10

50,01

45,33


К определению влажности грунта на границе раскатывания



в
ар
иант
а

Масса, г

влажного грунта с
бюксом,
m
1

высушенного грунта с
бюксом,
m
0

1

48,26

44,
8
3

2

57,09

53,58

3

55,65

51,13

4

56,33

52,81

5

56,57

51,01

6

49,09

45,06

7

53,25

49,76

8

50,66

47,14

9

56,66

52,57

10

56,72

52,01


62



феврал
ь 18



К определению плотности частиц грунта



в
ариант
а

Масса, г

пикнометра,
заполненного
водой на 1/3
его емкости,
m



пикнометра,
заполненного
водой на 1/3 его
емкости и
грунта,
m


пикнометра с
водой и
грунтом,
m
1

пикнометра
с
водой,
m
2

1

82,21

98,24

159,43

149,75

2

82,21

98,53

159,48

149,75

3

82,21

98,32

159,62

149,75

4

82,21

98,07

159,77

149,75

5

82,21

98,04

159,33

149,75

6

156,12

172,21

233,73

223,77

7

156,12

172,30

234,
0
8

223,77

8

156,12

172,49

234,27

223,77

9

156
,12

172,04

233,65

223,77

10

156,12

172,12

233,33

223,77


К определению природной влажности грунта

Масса пустого бюкса


25
,
8
4 г



в
ариант
а

Масса, г

влажного грунта с
бюксом,
m
1

высушенного грунта с
бюксом,
m
0

1

48,41

44,21

2

48,67

45,16

3

55,37

50,9
9

4

46,93

43,13

5

59,48

54,72

6

45,99

42,57

7

50,50

46,51

8

49,98

46,48

9

54,95

50,85

10

49,40

45,83


61



феврал
ь 18




в
ариант
а

Масса
средней
пробы
грунта

1
,
г

Остаток н
а сите, г

при диаметре отверстий

Отсчеты по ареометру

0,5

0,25

0,1

1
мин

30 мин

11 ч

1

35,02

8,95

8,41

5,84

1,5

0,8

0,4

2

35,02

3,00

4,42

7,87

5,7

2,8

0,8

3

35,04

7,27

8,18

5,33

2,3

1,2

0,6

4

35,03

7,04

8,02

10,57

1,4

0,7

0,3

5

35,02

5,48

6,70

5,65

3,4

1,6

0,8

6

35,05

12,96

9,26

2,92

0,8

0,6

0,3

7

34,99

1,06

3,07

16,89

2,8

1,5

0,6

8

35,02

1,00

5,49

12,65

2,3

1,2

0,5

9

35,03

4,67

11,96

7,58

1,6

0,8

0,3

10

34,98

8,10

5,84

7,60

1,4

0,6

0,3

Принять температуру суспензии при снятии отсчета через 1
минуту после
взбалтывания равной 20,5
°
С; при снятии отсчета через 30 минут и 11 часов


равной 19°С.


Лабораторная работа №2

К определению плотности грунта

Диаметр кольца


70 мм



в
ариант
а

Масса, г

Высота кольца,

h
, мм

кольца с
грунтом

и
пластинками
,
m
1

кольца,
m
0

пластинок,
m
2

1

548,21

137,53

99,35

40

2

524,48

137,53

99,35

40

3

5
5
2,32

137,53

99,35

40

4

542,18

137,53

99,35

40

5

521,68

137,53

99,35

40

6

431,82

103,13

99,35

30

7

443,21

103,13

99,35

30

8

434,13

103,13

99,35

30

9

438,11

103,13

99,3
5

30

10

426,24

103,13

99,35

30

60



феврал
ь 18


Исходные данные для лабораторных работ

Лабораторная работа №1

К определению разновидности песка ситовым методом

№ в
ариант
а

Остаток на сите, г

при диаметре отверстий

Остаток на
п
оддон
е, г

2

мм

0,5

мм

0,25

мм

0,1

мм

1

90

630

596

413

270

2

28

21
9

323

572

858

3

156

497

556

364

427

4

23

515

588

772

102

5

43

397

486

410

664

6

237

845

603

191

124

7

22

78

225

1238

437

8

0

74

407

935

584

9

84

332

847

538

199

10

271

520

374

487

349


К определению гранулометрического состава грунта ареометрическ
им методом


варианта

Остаток на сите, г

при диаметре отверстий, мм

Остаток
на
поддоне

Природная
в
лажность
W
, %

Плотность
частиц
грунта
ρ

,
г/см
3

10

5

2

1

1

0

16

74

221

1689

26,0

2,65

2

0

0

28

77

1895

15,1

2,66

3

0

33

123

174

1670

24,0

2
,
67

4

0

0

23

180

1797

10,0

2,65

5

0

0

43

139

1818

22,0

2,66

6

0

48

189

296

1467

25,7

2
,
67

7

0

0

22

27

1951

20,0

2,65

8

0

0

0

26

1974

26,6

2,66

9

0

12

72

116

1800

14,6

2
,
67

10

0

82

191

182

1545

26,0

2,65


59



феврал
ь 18


A



площадь образца, см
2
.

Определение
τ
необходимо поводить не менее чем при трех различных
значениях

σ
.

По полученным значениям строят график зависимости
τ



f
(σ)
.

Угол внутреннего тре
ния
φ
и удельное сцепление
c
, МПа, вычисляют по
формулам (2.1
7
) и (2.1
8
), полученным обработкой экспериментальных точек
τ



f
(σ)

методом наименьших квадратов, или определяют по графику
τ



f
(σ)
,
проводя прямую

наилучшего приближения к экспериментальным точ
кам.

2
2
)
(
)
(
i
i
i
i
i
i


























(2.1
7
)

2
2
2
)
(
)
(
i
i
i
i
i
i
i

с
























(2.1
8
)

где
τ
i



опытные значения сопротивлению срезу, определенные при
различных

значениях нормальных напряжений

σ
i

и относящиеся к отдельному
монолиту грунта (при




3)
или одному инженерн
о

геологическому элементу;





число испытаний.

При проведении расчетов
угол внутреннего трения определяют с
точностью до 1°
, удельное сцепление с точностью до 1кПа
[3]
.

Обработку
результатов испытаний удобно производить в табличной форме.

Таблица 2.
4

Опре
деление прочностных характеристик грунта

Нормальные
напряжения
σ
i
,
к
Па

Горизонтальная
срезающая сила

Q
, кН

Касательные
напряжения
τ
i
,
к
Па

Коэффициент
внутреннего
трения,


φ

Угол
внутреннего
трения,
φ
, °

Удельное
сцепление,
c
,
к
Па

100






200



300




58



феврал
ь 18


При статическом режиме приложении горизонтальной нагрузки ее

ступени должны составлять 5% значения нормальной нагрузки, при которой
проводят срез. На каждой ступени нагружения записывают показания приборов
для измерения деформации среза чрез каждые 2 мин, уменьшая интервал между
измерениями до 1 мин в период затуха
ния деформации до ее условной
стабилизации. За критерий условной стабилизации деформации среза
принимают скорость деформации, не превышающую 0,01 мм/мин.

При непрерывно возрастающей горизонтальной нагрузке скорость среза
должна быть постоянной и соответств
овать указанной в таблице 2.3.
Горизонтальное сдвигающее усилие и деформацию среза фиксируют через
0,25

0,5 мм так, чтобы накопилось 15

20 отсчетов от начала среза до
достижения максимальной срезающей нагрузки.

Таблица 2.3.

Скорости среза песков и глинисты
х грунтов

Грунты

Скорость среза, мм/мин

Пески и супеси

Суглинки с
I
P

≤ 12%

Суглинки с
I
P

> 12%

Глины с
I
P

≤ 30%

Глины с
I
P

> 30%

≤ 0,5

≤ 0,1

≤ 0,05

≤ 0,02

≤ 0,01


Испытание следует считать законченным, когда произойдет мгновенный
срез (срыв) одной части
образца по отношению к другой или относительная
деформация образца превысит 10% (в зависимости от того, что наступит
раньше).

По измеренным в процессе испытания значениям горизонтальной
срезающей нагрузки вычисляют касательные напряжения


τ
,
к
Па
:

A
Q


10000








(2.1
6
)

где
Q



горизонтальная срезающая сила, кН;

57



феврал
ь 18


механизма нагрузки, устанавливают приборы для измерения вертикальных
деформаций грунта и записывают их начальные показания.

Предварительное
уплотнение образцов проводят при нормальных давлениях
P
, при которых
определяют сопротивление срезу
τ
.

Значение м
аксимального давления
P
m

устанавливают в зависимости от предполагаемого напряженного состояния
грунтового массива. Значения нормальных давлениях
P
i
, при которых
определяют сопротивление срезу
τ
, устанавливают как часть
P
m
.
Предварительное уплотнение об
разцов до заданной нагрузки проводят
ступенями. Каждую ступень выдерживают 10

15 мин, а конечную ступень


до
завершения 100%

ной фильтрационной консолидации образца.

После предварительного уплотнения следует быстро разгрузить образец
и перенести рабочее к
ольцо с образцом в срезную коробку. Дале закрепляют
рабочее кольцо в срезной коробке, устанавливают перфорированный штамп,
регулируют механизм нагрузки, устанавливают зазор между подвижной и
неподвижной частями срезной коробки (0,5 мм для глинистых и орган
о

минеральных и 1 мм


для песков), устанавливают измерительную аппаратуру
для регистрации вертикальных деформаций образца.


Нормальную нагрузку передают на образец в одну ступень и
выдерживают не менее:

5 мин


для песков;

15 мин


для супесей;

30 мин


д
ля суглинков и глин.

После передачи на образец грунта нормальной нагрузки приводят в
рабочее состояние механизм создания горизонтальной сдвигающей нагрузки и
устройство для измерения деформаций срезу грунта и регистрируют его
начальное показание. Испытание

на срез проводят при непрерывно
возрастающей горизонтальной нагрузке

с постоянной скоростью деформации
образца (кинематический режим) или при возрастании нагрузки ступенями
(статический режим).


56



феврал
ь 18


режимах. Для создания сдвиговой нагрузки применяется сдвиговое устройство
мощн
остью до 10 кН. Измерение вертикальных деформаций и деформаций
среза осуществляются при помощи датчиков линейных перемещений с
диапазоном измерения 20 мм. Все измерения проводятся с погрешностью, не
превышающей 0,2%.

Испытания проводятся в срезной коробке.


Рис. 2.8. Общий вид собранной срезной коробки


Образцы грунта ненарушенного сложения вырезают из монолита
режущим кольцом согласно
ГОСТ 30416

2012
. Для проведения испытания на
консолидировано

дренированный срез
необходимо произвести
предварительное упло
тнение образца.
Рабочее кольцо с подготовленным
образцом грунта помещают в обойму уплотнителя, а затем собранную обойму
устанавливают в ванну уплотнителя на перфорированный вкладыш. Далее на
образец устанавливают перфорированный штамп, проводят регулирован
ие
55



феврал
ь 18


Известно большое число конструкций сдвиговых приборов. Далее будет
рассмотрен автоматизированный испытательный комплекс АСИС (
ООО "НПП
"Геотек"
г.

Пенз
а), который
позволяет испытывать
образцы грунта в условиях
одноплоскостного среза. В процессе испытаний осуществляется
автоматическое управление вертикальной и сдвиговой нагрузками, измерение
вертикальных
деформаций и деформаций сдвига.


Рис.
2
.
7
.
Автоматизированный испытательный компле
кс АСИС для проведения
сдвиговых испытаний

Комплекс предназначен для испытаний образцов диаметром 71,4 мм,
высотой 20 мм. Испытания могут проходить в автоматизированном и ручном
54



феврал
ь 18


относительно другой его части горизонтальной нагрузкой при предварительном
нагружении образца нагрузкой, нормальной к плоскости среза. Сопротивление
грунта срезу определяют как преде
льное среднее касательное напряжение
, при
котором образец грунта срезается по фиксированной плоскости при заданном
нормальном напряжении. Для определения частых значений
φ

и
c

необходимо
провести не менее трех испытаний идентичных образцов при различных
зн
ачениях нормального напряжения.

Испытания проводят по следующим схемам:

1)

консолидировано

дренированный (медленный) срез


для песков,
глинистых и органо

минеральных грунтов независимо от их коэффициента
водонасыщения для определения эффективных значений
φ

и
c
;

2)

неконсолидированный быстрый срез


для водонасыщенных
глинистых и органо

минеральных грунтов, имеющих показатель текучести
I
L



0,5,
и просадочных грунтов, приведенных в водонасыщенное состояние
замачиванием
без приложения нагрузки, для определен
ия
φ

и
c

в
нестабилизированном состоянии.

Для испытаний используют образцы грунта ненарушенного сложения с
природной влажностью или в водонасыщенном состоянии или образцы
нарушенного сложения с заданными значениями плотности и влажности (в том
числе при по
лном водонасыщении), или образцы, отобранные из массива
искусственно уплотненных грунтов.

Образцы должны иметь форму цилиндра диаметром не менее 70 мм и
высотой от 1/3 до 1/2 ди
а
метра. Максимальный размер фракции грунта
(включений, агрегатов) в образце дол
жен быть не более 1/5 высоты образца.

Оборудование и приборы:
установка для испытания грунта методом
одноплоскостного среза, включающая срезную коробку
,

механизм для
вертикального нагружения образца, механизм для создания

горизонтальной
срезающей нагрузки,

устройства для измерения деформаций образца и
прикладываемой нагрузки.

53



феврал
ь 18



Рис. 2.
6
. График зависимости сопротивления сдвигу от нормального
напряжения для песков

Согласно графику зависимость между касательным и нормальным
напряжениями выражается уравнением:











,







(2.15)

Показатель



φ


называют коэффициентом внутреннего трения, а угол
φ



угол внутреннего трения. Сопротивление сдвигу песчаных грунтов
возникает в основном в результате трения между перемещающимися частицами
и зацепления их друг за друга. Сцепление в песч
аных грунтах отсутствует
,

либо
является крайне незначительным по величине.
Такие грунты называют
несвязными.


Лабораторная работа №
5

Определение сопротивления грунтов срезу

Испытание грунта методом одноплоскостного среза проводят для
определения следующих
характеристик прочности: угла внутреннего трения
φ

и удельного сцепления
c


для песков (кроме гравелистых и крупных),
глинистых и органо

минеральных грунтов. Эти характеристики определяют по
результатам испытаний образцов грунта в одноплоскостных срезных п
риборах
с фиксированной плоскостью среза путем сдвига одной части образца
52



феврал
ь 18


Уравнение (2.1
2
) наиболее то
чно отражает концепцию прочности для
глинистых грунтов. В таких грунтах кроме трения между частицами грунта
присутствуют силы сцепления, обусловленные водно

коллоидными и
цементационными связями.

Параметр
c
, называемый удельным сцеплением,
характеризует с
вязность грунта.
Глинистые грунты называют связными.


Рис. 2.
5
. График зависимости сопротивления сдвигу от нормального
напряжения для глинистых грунтов

Если график зависимости сопротивления сдвигу от нормального
напряжения для глинистых грунтов продлить д
о пересечения с осью абсцисс,
то она отсечет отрезок, называемый давлением связности
P

. Давление
связности суммарно заменяет действие сил сцепления и может быть определено
по следующей формуле:








c
P









(2.1
4
)

Опытами установлено,

что график зависимости предельного
сопротивления сдвигу от нормального напряжения для идеально сыпучих
грунтов (песков) с достаточной степенью точности может быть принят за
прямую линию, проходящую из начала координат и наклоненную под углом
φ

к оси норма
льных напряжений (рис.
2.
6
)
.

51



феврал
ь 18


пластическое деформирование без видимого нарушения сплошности,
переходящее в течен
ие.

Особенности разрушения грунтов (хрупкое или пластическое) зависит
не только от их структурных связей, но и от величины и скорости приложения
нагрузки.

При приложении нагрузки к грунтовому массиву в нем возникают
напряжения, способные превзойти в отдель
ных точках (областях) внутренние
связи между частицами грунта. В этом случае возникнут скольжения (сдвиги)
одних частиц грунта по другим, нарушится сплошность грунта в некоторой
области, т.е. будет превзойдена прочность грунта и он перейдет в предельное
со
стояние. Переход грунта в предельное состояние означает, что прочность его
в данном объеме исчерпана.

Под предельным состоянием понимают состояние грунтов, при котором
происходит качественное изменение их свойств, например, переход из упругого


в состояни
е разрушения.

Существует множество теорий прочности: наибольших нормальных
напряжений, наибольших относительных удлинений и др. В механике грунтов
наиболее широкое распространение получила теория прочности Мора

Кулона.

Согласно этой теории прочность грунта

нарушается в той точке массива,
где нормальное
σ
и касательное
τ
напряжения, действующие по некоторой
площадке, находятся в соотношении





c







,






(2.1
2
)

и напротив, прочность грунта в данной точке (области) массива будет
обеспечена
, если напряжения, действующие по любой площадке,
удовлетворяют условию





c







,






(2.1
3
)

где
φ

и
c



угол внутреннего трения и удельное сцепление
соответственно, являющиеся показателями прочности грунта.

50



феврал
ь 18












1
2
1
2







(2.1
1
)

где
ν



коэффициент поперечной деформации (коэффициент Пуассона)
,
определяемый по результат
ам испытаний в приборах трехосного сжатия или в
компрессионных приборах с измерением бокового давления. При отсутствии
экспериментальных данных допускается принимать

β


равным 0,8


для песков;
0,7


для супесей; 0,6


для суглинков; 0,4


для глин.

Модул
ь деформации

E



важнейшая расчетная характеристика
деформации грунта, используемая при определении осадок сооружений. Он
дает возможность качественно оценить грунт как основание сооружений.

Результаты вычислений заносят в журнал (табл.2.1). По результатам

определения модуля деформации
определяют разновидность грунта по
деформируемости (табл
.

2.2).

Таблица 2.2

Разновидности грунтов по деформируемости

Разновидность

грунтов

Модуль

деформации

Е
,
МПа

Очень

сильно

деформируемые

Сильнодеформируемые

Среднедеформи
руемые

Слабодеформируемые

Е



5

5 
E



10

10 
E



50

E

> 50



2.
3
. Прочность грунтов


Под прочностью грунтов понимают такое предельное значение
напряжений, по достижении которого грунт теряет свою сплошность. В нем
появляются трещины отрыва или сдвига.
В этом случае имеет место хрупкое
разрушение. Такой характер разрушения присущ, например, скальным грунтам.
Некоторым материалам, например мерзлым глинистым грунтам, присуще
49



феврал
ь 18




P


i
i



0






(2.
6
)

где
P
i



давление, соответствующее
i

й ступени нагружения.

Величина

α

характеризует сжимаемость грунта в пределах измен
ения
давления

от
P
1

до
Р
2

и носит название коэффициента сжимаемости,
обозначаемого
m
0
. На участке АВ коэффициент сжимаемости определяется по
следующей формуле:




1
2
2
1
0
P
P


m










(2.
7
)

Деформацию, отнесенную к единице давления, характеризует
коэффициент относительной сжимаемости грунта
m
ν
, определяемый по
формуле:




0
0
1

m
m










(2.8)

Коэффициенты
m
0


и

m
ν


измеряются в единицах, обратных давлению,
т.е. МПа

1
.

Одометрический модуль деформации
E
od

представляет собой
отношени
е изменения давления
Δ
P

к соответствующему изменению
деформации относительного сжатия

Δε

и определяется по формуле:




0
0
1
1
m

m
P
E
od













(2
.9)

Одометрический модуль
деформации
E
od

получен при испытаниях
грунта в одометре при невозможности боково
го расширения грунта. В
реальности, за счет возможности бокового расширения, значения модуля
деформации грунта оказываются ниже. Для практических расчетов используют
компрессионный модуль деформации
грунта
E
k

определя
емый

по следующей
формуле:




0
0
)
1
(
m

m
E
E
od
k














(2.
10
)

где
β



коэффициент, учитывающий отсутствие поперечного
расширения грунта в компрессионном приборе.

48



феврал
ь 18



Рис.
2
.
4
.
Компрессионная кривая


Наибольшее практическое значение имеет участок компрессионной
кривой в диапазоне давлений от природного значе
ния
P
1

до значения
P
2
,
вызванного вертикальной нагрузкой на основание от фундамента.

Природное значение давления
P
1

представляет собой давление
вышележащего грунта и определяется следующим образом:




H
P



1







(2.5)

где
γ


удельный
вес грунта,
kH
/
м
3
;

H



глубина взятия образца грунта, м.

Величина давления
P
2

зависит от значений нагрузок от веса сооружения
и размеров фундамента. Как правило, значение
P
2

находится в пределах 0,
2



0,5

МПа.

При
выделенном

диапазоне изменения давления от

P
1

до
P
2

компрессионную кривую можно заменить прямой линией
AB
. Уравнение это
й

прямой имеет вид

47



феврал
ь 18


Результаты испытан
ия записывают в журнал (табл. 2.1).


Таблица 2.1

Журнал компрессионных испыт
а
ний грунтов

P

S
i

ε
i

S
i
/
h


i

m
0

1

m
v

1

β

E










По вертикальным деформациям
S


вычисляются значения относительной
деформации





h
S
i
i








(2.3)

где
S
i



величина осадки (вертикальная де
формация) грунта,
соответствующая
i

й ступени нагружения


значению
P
i
;

h



начальная высота образца грунта.

У
станавливается связь между изменением коэффициента пористости





и величиной нормального давления

P
.

Величина коэффициента пористости
образца
грунта

i
, соответствующая
i

му значению давления
P
i
, определяется по
формуле

)
1
(
0
0



i
i











(2.
4
)

где

0



начальный коэффициент пористости грунта
.

По вычисленным значениям коэффициента пористости

i


для различных
значений
нормальных давлен
ий
P
i

строят график зависимости

i

f
(
P
i
)
, которую
в механике грунтов называют компрессионной кривой (рис. 2.4.)

46



феврал
ь 18


емкостью для воды; механизм для вертикального нагружения образца грунта;
устройства для измер
ения вертикальных деформаций образца грунта.

Компрессионные приборы тарируют
на сжатие с помощью
металлического вкладыша, покрытого с двух сторон бумажными фильтрами,
смоченными водой. Максимальное давление при тарировке принимают в
зависимости от конструк
ции прибора и предельных нагрузок при испытаниях,
но не менее 1
000

к
Па, нагружение проводят ступенями по
50

к
Па на первых
ступенях и далее по
100

к
Па с выдержкой по 2 мин.

При
подготовке

испытания образец грунта в рабочем кольце
взвешивают, покрывают с то
рцов влажными фильтрами и помещают в
цилиндрическую обойму компрессионного прибора. Далее выполняют
следующие операции: устанавливают образец на перфорированный вкладыш;
устанавливают образец на перфорированный штамп; собранный прибор
устанавливают под мех
анизм для вертикального нагружения образца грунта;
регулируют механизм нагружения образца; подключают устройства для
измерения вертикальных деформаций образца; записывают начальные
показания приборов. При необходимости проводят водонасыщение грунта
путем ф
ильтрации воды снизу вверх
. Водонасыщение проводят для глинистых
грунтов в течение 2



5 сут, для песков


до момента появления воды над
штампом.

Нагружение грунта при испытании проводят ступенями нагрузки,
равномерно, без ударов. Первая ступень давления н
азначается для песков в
зависимости от коэффициента пористости

, для глинистых грунтов


в
зависимости от показателя текучести
I
L


в соответствии с ГОСТ 12248

2010.

На каждой ступени нагружения образца регистрируют показания
приборов для измерения вертика
льных деформаций в следующей
последовательности: первое показание


сразу после приложения нагрузки,
затем через 0,25; 0,5; 1; 2; 5; 10; 20; 30 мин и далее с интервалом 1 ч в течение
рабочего дня, а затем


в начале и конце рабочего дня.

45



феврал
ь 18


Принципиальная схема компрессионного прибора показана на рисунке
2.3.


Рис.
2
.
3
.
Принципиальная схема компрессионного прибора


Для испытаний используют образцы грунта ненарушенного сложения с
природной влажностью или водонасыщенные или образцы нарушенного
сложения с заданными значениями плотности и влажности.

Образец грунта

должен иметь форму цилиндра диаметром не менее 70
мм и отношение диметра к высоте должно составлять от 2.8 до 3,5.
Максимальный размер фракции грунта (включений, агрегатов) в образце
должен быть не более 1/5 высоты образца.

Оборудование и приборы: компрес
сионный прибор (одометр),
состоящий из рабочего кольца, цилиндрической обоймы, перфорированных
вкладыша под рабочее кольцо и штампа (пористых пластин) и поддона с
44



феврал
ь 18


Известно большое число конструкций компрессионных приборов.
Основные их
различия состоят в способах приложения нагрузки и регистрации
деформаций. Далее будет рассмотрен автоматизированный испытательный
комплекс АСИС (
ООО "НПП "Геотек"
г.

Пенз
а), предназначенный для
компрессионных испытаний
дисперсных и мерзлых грунтов природно
го и
нарушенного сложения
.

Для создания вертикальной нагрузки применяются

устройства осевого
нагружения

мощностью 10, 30 или 50 кН с электромеханическим управлением.
Устройства обеспечивают создание вертикальной нагрузки с точность до 1%
.

Основная рабочая

часть прибора для компрессионных испытан
ий


одометр, представляющий собой металлическое кольцо со специальным
каналом для удаления воды из грунта.


Рис.
2
.
2
.
Фильтрационный одометр для компрессионных испытаний


В испытательном комплексе АСИС используют
фильтрационные
одометры двух видов: ГТ 2.1.1
(диаметром 87 мм и высотой 25 мм)
и
ГТ 2.1.2
(диаметром 71,4 мм и высотой 20 мм).
Выбор одометра зависит от размеров и
однородности образца
.

43



феврал
ь 18


программой испытаний: коэффициента сжимаемости
m
0
,
одометрического
модуля деф
ормации
Е
od

и компрессионного
модул
я

деформации Е
k
.

Эти характеристики определяют согласно ГОСТ 12248

2010 по
результатам испытаний образцов грунта в компрессионных приборах
(одометрах), исключающих возможность бокового расширения образца при его
нагружен
ии вертикальной нагрузкой.

Диапазон давлений, при которых
проводят испытания, определяется в
п
рограмме ис
п
ытаний с учетом
напряженного состояния грунта в массиве, т.е. с учетом передаваемых на
основание нагрузок и бытового давления. Во всех случаях конечно
е давление
должно быть больше бытового давления на глубине залегания образца грунта.


Рис.
2
.
1
.
Автоматизированный испытательный комплекс АСИС

для проведения
компрессионных испытаний

42



феврал
ь 18


ограниченной возможности бокового расширения. Однако в связи с
неопределенностью деформации такого вида рассматривают деформацию
грунта

при граничных условиях: 1) при свободном боковом расширении и

2)
при п
олной невозможности бокового расширения.

В первом случае относительные деформации будут








z
y




или


z
y
z












(2.1)

где
ε

,
ε
y
,
ε
z



относительные деформации грунта соответственно по осям

,
y

и
z
;

ν

коэффициент

бокового расширения (коэффициент Пуассона).

При сжатии в условиях полной невозможности бокового расширения
грунт испытывает одноосное сжатие в направлении приложения вертикальной
нагрузки и расширение в горизонтальном. Однако этому расширению
препятствует

реакция окружающего грунта, вызывая горизонтальные
сжимающие
напряжения
σ


и
σ
y

(боковое давление грунта).

Величина бокового давления грунта при невозможности бокового
расширения характеризуется коэффициентом бокового давления
ξ:

z
y
z















(2.2)

отсюда следует, что








z
y







(2.2
’)

В лабораторных условиях изучение сжимаемости грунтов производят в
условиях одноосного сжатия без возможности бокового расширения. Для этих
целей проводят компрессионные испытания.


Лаборато
рная работа №
4

Компрессионные испытания грунтов

Испытание грунта методом компрессионного сжатия проводят для
определения характеристик деформируемости в соответствии с заданием и
41



феврал
ь 18


грунты текучей консистенции и др.) полевые испытания являются
единственным способом определения механических свойств.

Иногда показатели механических свойств грунтов могут

быть
определены косвенным путем

по их физическим характеристикам. Так
СП

22.13330.2016

допускает для предварительных расчетов оснований
сооружений геотехнической категории 2, а также для окончательных расчетов
оснований сооружений геотехнической категории

1 и опор воздушных линий
электропередачи независимо от их геотехнической категории определять
нормативные и расчетные значения прочностных и деформационных
характеристик грунтов в зависимости от их физических характеристик. С этой
целью в
СП

22.13330.2016

приводятся таблицы нормативных значений
прочностных и деформативных характеристик грунтов.


2.2. Сжимаемость грунтов


Сжимаемостью грунтов называют их способность уменьшаться в
объеме, давая осадку, под воздействием внешней нагрузки. Сжимаемость
грунтов п
роисходит в основном за счет уменьшения объема пор, так как
твердые минеральные частицы и вода считаются практически несжимаемыми в
диапазоне наиболее распространенных в строительной практике давлений
(0,1



0,5 МПа). Сжимаемость грунта зависит от гранулом
етрического состава,
структуры, плотности и влажности грунта, величины и времени действия
нагрузки. В песчаных грунтах она невелика и протекает быстро. В глинистых
грунтах процесс сжатия протекает медленно и продолжается длительное время.

В природных услов
иях при приложении вертикальной нагрузки к
некоторому объему грунта последний сжимается (деформируется) в
направлении большего из действующих напряжений и расширяется в
перпендикулярных направлениях. Но поскольку расширению грунта
препятствует реакция окру
жающего грунта, то деформация его происходит при
40



феврал
ь 18


2
.
МЕХАН
ИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ

2.1. Показатели механических свойств грунтов


Под механическими свойствами грунтов поним
ают их способность
сопротивляться действию внешних нагрузок и физических воздействий
(изменение влажности, температуры и др.). Показатели механических свойств
грунтов используются при расчете оснований и фундаментов инженерных
объектов, оценке деформаций,
устойчивости и прочности грунтовых массивов.

В зависимости от величины действующих давлений показатели
механических свойств грунтов подразделяются на деформационные,
определяющие способность грунтов сопротивляться развитию деформаций
(осадок, горизонтальны
х смещений и др.), и прочностные, характеризующие
способность грунтов сопротивляться разрушению.

Механические свойства грунтов зависят от их состава
(гранулометрического,
минералогического
), физического состояния
(плотности, влажности) и структурных особен
ностей, обусловленных

условиями образования и последующего изменения под действием природных
явлений или техногенной деятельности. В связи с этим механические свойства
грунтов должны определяться экспериментально: лабораторными или
полевыми испытаниями.

Дл
я испытаний в лабораторных условиях отбираются грунты
ненарушенной или нарушенной структуры. Образцы грунтов ненарушенной
структуры наиболее соответствуют условиям естественного залегания.

Наиболее точные характеристики механических свойств грунтов,
соотве
тствующие условиям естественного залегания, могут быть получены в
результате полевых испытаний. Однако такие испытания трудоемки и
дорогостоящи. Они позволяют определять свойства лишь при использовании
самых простых моделей грунта. В ряде случаев при невоз
можности отбора
образцов в их естественном залегании (водонасыщенные пески, глинистые
39



феврал
ь 18



Разновидность глинистых грунтов по числу пластичности
I
P

определяется по ГОСТ 25100

2011 в соответствии с табл
. 1.1
5
.

Таблица 1.1
5

Разновидность глинистых грунтов по числу пластичности

Разновидность глинистых грунтов

Число пластичности
I
P
, %

Супесь

1


I
P

 7

Суглинок

7


I
P

 17

Глина

I
P



17


Разновидность глинистых грунтов по показателю текучести
I
L

определяе
тся по ГОСТ 25100

2011 в соответствии с табл. 1.1
6
.

Таблица 1.1
6

Разновидность глинистых грунтов по показателю текучести

Разновидность глинистых грунтов

Показатель текучести
I
L
, д.е.

Супесь
:



твердая



пластичная



текучая


I
L



0

0


I
L

≤ 1
,00

I
L

> 1
,00

Суглинк
и и глины:



твердые



полутвердые



тугопластичные



мягкопластичные



текучепластичные



текучие


I
L

 0

0

I
L

≤ 0,25

0,25 
I
L

≤ 0,50

0,50 
I
L

≤ 0,75

0,
75


I
L

≤ 1,00

I
L

> 1,00


По результатам лабораторн
ой

работ
ы


3

производят строительную
кл
ассификацию
глинистого грунта

с указанием класса; подкласса; типа; вида;
разновидностей по
числу пластичности и показателю текучести
.


38



феврал
ь 18


пластинке до образования жгута диаметром около 3 мм.

Также допускается
раскатывание жгута пальцами одной руки на ладони другой. Если при этой
толщине жгут сохраняет связность и пластичность, его собирают в комок и
вновь раскатывают до образования жгута диаметром около 3 мм. Раскатывать
следует, слегка нажим
ая на жгут, длина жгута не должна превышать ширины
ладони. Раскатывание продолжают до тех пор, пока жгут не начинает
распадаться по поперечным трещинам на кусочки длиной 3
−10
мм.

Кусочки распадающегося жгута собирают в бюксы, накрываемые
крышками. Когда м
асса грунта в стаканчиках достигнет 10
−15
г, определяют
влажность в соответствии с методикой, изложенной в п. 1.3.6.

Определение границы раскатывания проводят для двух проб,
отобранных из исследуемого образца грунта. Допустимая разница результатов
определе
ния составляет:
2%
для влажности на границе раскатывания
w
P



4
0%

и
4%
для влажности на границе раскатывания
w
P

≥ 4
0%
. За окончательное
значение влажности грунта на границе раскатывания принимают среднее
арифметическое из двух показателей. Результаты вычи
слений заносят в журнал
(табл. 1.1
4
)
.

Таблица 1.1
4

Журнал определения влажности грунта на границе текучести

и раскатывания глинистых грунтов


п/
п


Показатели
пластичности

Масса, г

Влажност
и
,
w
L
;
w
P
;
w
,%

бюкса,
m

влажного
гру
нта с
бюксом,
m
1

высушенного
грунта с
бюксом,
m
0

1


Граница
текучести,
w
L





2


Граница
раскатывания,
w
P





3


Природная
влажность,
w





37



феврал
ь 18


При погружении конуса в течение 5 с на глубину менее 10 мм,
грунтовую пасту извлекают из чашки, присоединяют к оставшейся пасте,
добавляют немного дистиллированной воды, тщательно перемешивают ее и
повторяют опыт.

При погружении конуса за 5 с на

глубину более 10 мм грунтовую пасту
из чашки перекладывают в фарфоровую чашку, слегка подсушивают на
воздухе, непрерывно перемешивая шпателем и повторяют опыт.

По достижении границы текучести из пасты отбирают пробы массой
15
−30
г для определения влажност
и по методике, изложенной в п. 1.3.6.

Определение границы текучести проводят для двух проб, отобранных из
исследуемого образца грунта. Допустимая разница результатов определения
составляет:
2%
для влажности на границе текучести
w
L



80%

и
4%
для
влажности

на границе текучести
w
L


80%
. За окончательное значение
влажности грунта на границе текучести

принимают среднее арифметическое из
двух показателей. Результаты вычислений заносят в журнал (табл. 1.1
4
)
.


1.4.3. Определение влажности грунта на границе раска
тывания

Границу раскатывания (пластичности) согласно ГОСТ 5180

2015
определяют как влажность приготовленной из исследуемого грунта пасты, при
которой паста, раскатываемая в жгут диаметром 3 мм, начинает распадаться на
кусочки длиной 3
−10
мм.

Необходимое об
орудование: сушильный шкаф; лабораторные весы;
металлические или стеклянные бюксы; балансирный конус Васильева с
цилиндрической чашкой; фарфоровая или металлическая чашка диаметром
7
−8

мм; шпатель; ступка с пестиком; сито с отверстием 1мм; мелкая терка;
ва
зелин.

Подготовку грунта производят по методике, изложенной в п.1.4.2.

Подготовленную грунтовую пасту тщательно перемешивают, берут
небольшой кусочек и раскатывают ладонью на стеклянной или пластмассовой
36



феврал
ь 18



Рис. 1.
8
. Балансирный конус для определения границы

текучести грунта

Для определения границы текучести используют монолиты или образцы
нарушенного сложения, для которых требуется сохранение природной
влажности.
Для грунтов, не содержащих органических веществ, возможно
использование образцов грунтов в возду
шно

сухом состоянии.
Образец грунта
в воздушно

сухом состоянии
растирают в фарфоровой ступке или в
растирочной машине, не допуская дробления частиц грунта и одновременно
удаляя из него растительные остатки крупнее 1 мм, просеивают сквозь сито с
сеткой 1 мм
. Прошедший сквозь сито грунт увлажняют дистиллированной
водой до состояния густой пасты, перемешивая шпателем, и выдерживают в
закрытом стеклянном сосуде

не менее 2 ч. Тяжелые суглинки и глины
выдерживают 6 ч.

Подготовленную грунтовую пасту тщательно пере
мешивают шпателем
и небольшими порциями плотно (без воздушных полостей) укладывают в
цилиндрическую чашку. Поверхность пасты заглаживают шпателем в
ровень с
краями чашки.

Балансирный конус, смазанный тонким слоем вазелина, подводят к
поверхности грунтовой п
асты так, чтобы острие касалось пасты. Затем плавно
отпускают конус, позволяя ему погружаться в пасту под действием
собственного веса.

Погружение конуса в пасту в течение 5 с на глубину 10 мм показывает,
что грунт имеет влажность, соответствующую границе
текучести.

35



феврал
ь 18


где
w
L


влажность на границе текучести, %

w
P



влажность на границе раскатывания, %

Показатель теку
чести
I
L



отношение разности влажностей,
соответствующих двум состояниям грунта, естественному
w

и на границе
раскатывания
w
P

к числу пластичности

I
P
:

P
P
L
I
w
w
I








(1.1
4
)

где
w



природная влажность, %

w
P



влажность на границе раскатыв
ания, %

I
P



число пластичности, %.


1.4.2. Определение
влажности грунта на границе

текучести

Границу текучести согласно ГОСТ 5180

2015 определяют как влажность
приготовленной из исследуемого грунта пасты, при которой балансирный
конус погружается под дейс
твием собственной массы за 5 с на глубину 10 мм.

Необходимое оборудование: сушильный шкаф; лабораторные весы;
металлически
е

или стеклянные бюксы; балансирный конус Васильева с
цилиндрической чашкой; фарфоровая или металлическая чашка диаметром
7
−8

мм; шпат
ель; ступка с пестиком; сито с отверстием 1мм; мелкая терка;
вазелин.

Балансирный конус представляет собой металлический пенетрационный
конус (угол при вершине 30°) с двумя противовесами, жестко закрепленными
на нем так, что центр тяжести устройства в рабо
чем положении опущен ниже
вершины конуса для устойчивости при измерениях
. Конус имеет кольцевую
риску


10 мм от вершины и общую массу (76±0,2) г. Комплектуется чашкой
для грунтовой пасты и подставкой.

34



феврал
ь 18


Грунты текучей консистенции ведут себя как жидкость и практически не
оказывают

сопротивления сдвигу.

Границами между этими состояниями грунта явля
ются определенные
значения влажности.

В
лажность

на

границе

текучести

w
L



в
лажность

грунта
,
при

которой

грунт

находится

на

границе

между

п
л
астичным

и

текучим

состояниями
.

В
лажность

на

границе

раскатывания

w
P


в
лажность

грунта
,
при

которой

грунт

находится

на

границе

между

твердым

и

пластичным

состояниями
.



Рис. 1.
7
. Характерные влажности и консистенции глинистых грунтов


Лабораторная работа №3

Определение разновидности глинистых грунтов

по числу пластичности и показателю текучести

Число пластичности
I
P



разность влажностей, соответствующая двум
состояниям грунта, на границе текучести

w
L


и на границе раскатывания

w
P
:


P
L
P
w
w
I








(1.13)

33



феврал
ь 18


разновидностей по гр
анулометрическому составу, коэффициенту пористости и
коэффициенту водонасыщения.


1.4. Строительная классификация глинистых грунтов


При выполнении лабораторных работ глинистые грунты согласно ГОСТ
25100

2011 классифицируются следующим образом:

Класс


дис
персные грунты;

Подкласс


связные;

Тип


осадочные;

Вид


минеральные;

Подвид


глинистые грунты
;

Разновидности:

А) по
числу пластичности
;

Б) по
показателю текучести.


1.4.1. Консистенция и характерные влажности глинистых грунтов

Глинистым грунтам в отлич
ие от песчаных присуща консистенция
(густота, состояние), изменяющаяся в зависимости от их влажности. Различают
глинистые грунты твердой, пластичной и текучей консистенции. Переход
грунта из одного состояния (консистенции) в другое с изменением влажности
х
арактеризует изменение устойчивости грунта под нагрузкой.

Глинистые грунты твердой консистенции под действием нагрузки,
превышающей некоторый предел, деформируются с образованием трещин
вплоть до полного разрушения.

Грунты пластичной консистенции под дейст
вием внешней нагрузки
деформируются без разрыва сплошности и сохраняют приданную форму после
снятия нагрузки.

32



феврал
ь 18


Таблица 1.
1
2

Разновидность песков по коэффициенту пористости


Разновидность
песков

Коэффициент пористости,


Пески гравелистые
,
крупные и средней
крупности

Пески мелкие

Пески п
ылеватые

Плотный





0,55





0,
60





0,
60

Средней плотности

0,55 


≤ 0,70

0,
60




≤ 0,7
5

0,
60




≤ 0,
8
0

Рыхлый



> 0,70



> 0,75



> 0,80


Разновидность песков по коэффициенту водонасыщения

S


Коэффициент водонасыщения
S

, д.е.,

степень заполне
ния объема пор
водой. Определяется по формуле

w



w
S











(1.12)

где
w



природная влажность грунта, д.е.





коэффициент пористости, д.е.

ρ



плотность частиц грунта, г/см
3
;

ρ
w


плотность
воды, принимаемая равной 1

г/см
3
;

Разновидност
ь песков по коэффициенту водонасыщения
S


устанавливают по ГОСТ 25100

2011 согласно табл. 1.1
3
.

Таблица 1.
1
3

Разновидность песков по коэффициенту водонасыщения
S


Разновидность песков

Коэффициент водонасыщения,
S


,д.е.

Малой степени водонасыщения (маловл
ажные)

0

S


≤ 0
,
5

Средней степени водонасыщения (влажные)

0,5

S


≤ 0
,8

Водонасыщенные

0,8

S



1


По результатам лабораторных работ №1 и №2 производят строительную
классификацию песк
а

с указанием класса; подкласса; типа; вида;
31



феврал
ь 18


как ср
еднее арифметическое результатов параллельных определений.
Допустимая разница


между параллельными определениями составляет:

Влажность
грунта, %

5

5



10

10



50

50



100

>100


, %

0,2

0,6

2,0

4,0

5,0


Влажность грунта
w
, % вычисляют по формуле:

m
m
m
m
w




0
0
1
100






(1.1
1
)

где
m
1



масса влажного грунта с бюксом, г;

m
0



масса высушенного грунта с бюксом, г;

m



масса пустого бюкса, г;

Влажность вычисляют с точностью 0,1% при значениях влажности до
30% включительно и с точностью 1% при значения
х влажности выше 30%.
Влажность грунта может быть выражена в долях единицы (д.е.).

Результаты испытаний заносят в журнал (табл.1.
1
1
).

Таблица 1.
1
1

Журнал определения влажности грунтов


п/п

Лабораторный
номер образца

Масса, г

Влажность,
w
,%

бюкса,
m

вла
жного
грунта с
бюксом,
m
1

высушенного
грунта с
бюксом,
m
0








Зная плотность грунта
ρ
,

плотность частиц грунта
ρ



и влажность
w
,
вычисляют значение коэффициента пористости



по формуле (1.6), по
которому устанавливают разновидность песчаного грунт
а по коэффициенту
пористости




по ГОСТ 25100

2011 согласно табл. 1.1
2
.





30



феврал
ь 18



Рис. 1.
6
.
Сушильный шкаф
ES

4610

и алюминиевые бюксы


Для определения влажности отбирают пробу грунта массой 15



50
г,
помещают в заранее высушенный, взвешенный и пронумерованный бюкс и
плотно закрывают крышкой. При отборе пробы из образца нарушенной
структуры грунт нужно тщательно перемешать, чтобы влажность
распределилась по образцу равномерно. Если в исследуемом грун
те
присутствуют включения, то при отборе пробы на влажность нужно удалить
все видимые включения.

Пробу грунта в закрытом бюксе взвешивают. Открытый бюкс помещают
в нагретый сушильный шкаф. Грунт высушивают до постоянной массы при
температуре (105±2)
º
С. Пес
чаные грунты высушивают в течение 3 ч., а
остальные

в течение 5 ч. Последующие высушивания песчаных грунтов
производят в течение 1 ч, а остальных


в течение 2 ч. После каждого
высушивания закрытый бюкс охлаждают до температуры помещения и
взвешивают. Вы
сушивание проводят до получения разности масс грунта с
бюксом при двух последующих взвешиваниях не более 0,02 г.

Влажность определяется не менее чем для двух параллельных проб,
отбираемых из исследуемого образца грунта. Значение влажности вычисляют,
29



феврал
ь 18


m
’’



то же с грунтом, г.

Определение плотности частиц грунта проводят для двух проб,
отобранных из исследуемого образца грунта. Допустимая разница результатов
определения плотности частиц грунта составляет: при плотности частиц грунта
ρ


до 2,75 г/см
3



0,02 г/см
3
, при
ρ


≥ 2,75
г/см
3



0,03 г/см
3
. За окончательное
значение плотности частиц грунта принимают среднее арифметическое из двух
показателей. Результаты вычислений заносят в журнал (табл. 1.
10
)
.

Таблица 1.
10

Журнал определения пло
тности частиц грунта пикнометрическим методом


п/п

Лабораторный
номер образца

Масса, г

Плотность
частиц
грунта,
ρ

,
г/см
3

m

m


m
1

m
2

m
0










1.3.6. Определение влажности грунта

Естественная влажность грунта


о
тношение

массы

воды

в

объеме

грунта

к

массе

этого

грунта
,
высушенного

до

постоянной

массы

[3]
. Влажность
грунта
определяют по ГОСТ 5180

2015.

Необходимое оборудование: сушильный шкаф; лабораторные весы;
металлические или стеклянные бюксы; шпатель.

28



феврал
ь 18


грунта из расчета 15 г на каждые 100 мл емкости пикнометра и высушивают до
постоянной массы.

Пикнометр наполняют на 1/3 прокипяче
нной в течение 1 часа
дистиллированной водой, взвеши
вают. Затем через воронку всыпают в него
высушенную пробу грунта и снова взвешивают. Пикнометр с водой и грунтом
взбалтывают
до образования однородной суспензии и ставят кипятить на
песчаную баню для удаления пузырьков воздуха из грунта и расчленения
агрег
атов.
Продолжительность спокойного кипячения (с момента начала
кипения) должна составлять: для песков и супесей


30 мин, для суглинков и
глин


1 час.

После кипячения пикнометр охлаждают в ванне с водой и доливают
дистиллированную воду до мерной риски на

горлышке.
После охлаждения
пикнометра поправляют положение мениска воды в нем, добавляя из
капельницы дистиллированную воду так, чтобы низ мениска совпадал с мерной
риской. Возможные капли воды выше риски удаляют фильтровальной бумагой.
Пикнометр вытирают

снаружи и взвешивают.

Далее выливают содержимое пикнометра, ополаскивают его, наливают в
него дистиллированную воду до мерной риски. Пикнометр с водой
взвешивают.

Плотность частиц грунта
ρ

, г/см
3
, вычисляют по формуле

1
2
0
0
m
m
m
m
w













(1.
9)

г
де
m
1



масса пикнометра с грунтом и водой после кипячения, г;

m
2



масса пикнометра с водой, г;

ρ
w



плотность воды,
ρ
w

 1 г/см
3
.

m
0



масса сухого грунта, г;

'
'
'
0
m
m
m









(1.
10)

где
m




масса пикнометра, заполненного на 1/3 дистиллир
ованной
водой, г;

27



феврал
ь 18


1.3.5. Определение плотности частиц грунта пикнометрическим методом

Плотность
частиц грунта

м
асса

единицы

объема

твердых

(
скелетных
)
частиц

грунта

[3]
. Она определяется как отношение массы частиц грунта к их
объему. Для лабораторного определения плотности частиц грунта используется
пикнометрический метод согласно требованиям ГОСТ
5180

2015.

Необходимое оборудование:
пикнометры емкостью 100, 200 см
3
;
сушильный шкаф; лабораторные весы; металлические или стеклянные бюксы;
термометр; песчаная баня; дистиллированная вода; ступка с пестиком; сито с
отверстием 2 мм.



Рис. 1.
5
.
Пикнометр
ы для определения плотности частиц грунта


Образец грунта в воздушно

сухом состоянии размельчают в фарфоровой
ступке, обирают методом квартования среднюю пробу массой 100



200 г и
просеивают сквозь сито с сеткой 2 мм, остаток на сите растирают в ступке и
просеивают сквозь то же сито. Из перемешанной средней пробы берут навеску
26



феврал
ь 18


При пластичном или сыпучем грунте кольцо плавно, без перекосов
вдавливают в него и удаляют грунт вокруг кольца. Затем зачищают
поверхность грунта, накрывают кольцо пластинкой и подхватывают его снизу
плоской лопаткой.

Кольцо с грунтом и пластинками

взвешивают.

Плотность грунта

ρ
, г/см
3
, вычисляют по формуле

V
m
m
m
2
0
1










(1.7
)

где
m
1



масса грунта с кольцом и пластинками, г;

m
0



масса кольца, г;

m
2



масса пластинок, г;

V



внутренний объем кольца, см
3
.

h
d
V



4
2







(1.
8)

где
d



внутренний диаметр кольца, см;

h



высота кольца, см;

Определение плотности проводят для двух проб, отобранных из
исследуемого образца грунта. Допустимая разница результатов определения
плотности составляет для песчаных грунтов


0,04 г/см
3
, для глинистых грунтов


0,03 г/см
3
. За окончательное значение плотности грунта принимают среднее
арифметическое из двух показателей. Результаты вычислений заносят в журнал
(табл. 1.
9
)
.

Таблица 1.
9

Журнал определения плотности грунта методом режущего кол
ьца


п/п

Лабораторный
номер образца

Масса, г

Объем
грунта,
V
, см
3

Плотность
грунта,
ρ,
г/см
3

кольца с
грунтом и
пластинками,
m
1

кольца,
m
0

пластинок,
m
2

грунта











25



феврал
ь 18


Таблица 1.
8

Размеры кольца

пробоотборника

Наименование и
состояние грунтов

Размеры кольца

пробоотборника

Толщина
стенки,
мм

Диаметр
вну
тренний

d
, мм

Высота
h

Угол
заточки
наружного
режущего
края

Немерзлые глинистые
грунты

1,5



2,0

≥ 50

0,8
d


h
>

0
,3d

≤ 30°

Немерзлые и
сыпучемерзлые
песчаные грунты

2,0



4,0

≥ 70

d


h
>

0
,3d

≤ 30°

Мерзлые глинистые
грунты

3,0



4,0

≥ 80

h


d

45
°


П
ри помощи штангенциркуля измеряют внутренний диаметр и высоту
режущего кольца с точностью 0,1 мм и вычисляют объем кольца с точностью
до 0,1 см
3
. Затем взвешивают режущее кольцо и пластинки с точностью до
0,01

г.

Кольцо

пробоотборник смазывают с внутренней

стороны тонким слоем
вазелина

или консистентной смазки. Зачищают и выравнивают верхнюю
плоскость грунта, устанавливают на ней режущий край кольца и винтовым
прессом или вручную через насадку слегка вдавливают кольцо в грунт,
фиксируя границу образца для и
спытаний. Затем грунт снаружи кольца
обрезают на глубину 5



10 мм ниже режущего края кольца, формируя столбик
диаметром на 1



2 мм больше наружного диметра кольца. Периодически, по
мере срезания грунта, легким нажимом пресса или насадки насаживают кольцо

на столбик грунта, не допуская перекосов. После заполнения кольца грунт
подрезают на 8



10 мм ниже режущего края кольца и отделяют его.

Грунт,
выступающий за края, срезают ножом, зачищают поверхность грунта вровень с
краями кольца и закрывают торцы пласт
инками.

24



феврал
ь 18


1.3.4. Определение плотности грунта методом режущего кольца

Плотность грунта


масса единицы объема грунта
[
3]
.
Плотность грунта
ненарушенной структуры определяют методом режущего кольца в
соответствии с требованиями ГОСТ 5180

2015.
Данный метод применяется для
грунтов, легко поддающихся вырезке или не сохраняющих

свою форму без
кольца, например для песков ненарушенного сложения и с естественной
влажностью.

Необходимое оборудование: кольцо

пробоотборник; кольцо

насадка;
лабораторные весы; штангенциркуль; нож; винтовой пресс; пластинки с
гладкой поверхностью (из сте
кла, металла и т.д.); плоская лопатка; вазелин или
консистентная смазка.


Рис. 1.
4
.
Комплект режущих колец для отбора проб грунта


Кольца

пробоотборники изготавливают из стали с антикоррозионным
покрытием

или из других материалов, не уступающих по твердос
ти и
коррозионной стойкости. Размеры кольца

пробоотборника должны
соответствовать данным, приведенным в таблице 1.
8
.



23



феврал
ь 18


Под действующим или эффективным диаметром частиц
d
10

понимают
такой предельный размер част
иц, меньше которого в грунте содержится 10%
частиц. Действующий диаметр находят следующим образом: из точки
на оси
ординат, соответствующей 10%, проводят линию, параллельную оси абсцисс до
пересечения с кривой. Из полученной на кривой точки опускают
перпен
дикуляр на ось абсцисс. Полученная на оси абсцисс точка будет
соответствовать действующему или эффективному диаметру, обозначаемому
d
10
.

Неоднородность песка определяется коэффициентом неоднородности,
который равен отношению диаметра частиц, процентное сод
ержание которых в
грунте меньше 60% (
d
60
), к эффективному диаметру (
d
10
).

10
60
d
d
C
u








(1.5)

Если
C
u

≤ 3,
то грунт считается однородным, и если
C
u

>

3

грунт
н
е
однородный.


Лабораторная работа №
2

Определение разновидности песк
ов

по
коэфф
ициенту пористости

и коэффициенту водонасыщения

Разновидность песков по коэффициенту пористости

Коэффициент пористости



определяется по формуле

1
)
1
(






w








(1.6)

где




плотность частиц грунта, г/см
3
;




плотность грунта, г/см
3
;

w



природная

(естественная)

в
л
ажность грунта, д.е.

Плотность грунта, плотность частиц грунта и
природная влажность
грунта определяются лабораторным путем.


22



феврал
ь 18



Рис. 1.3. Кривая гранулометрического состава


По оси абсцисс откладывают верхние пределы диапазона размеров в
полулогарифмическом м
асштабе; по оси ординат


процентное содержание их
по совокупности. Соединив точки плавной линией, получают кривую
гранулометрического состава в полулогарифмическом масштабе.

С помощью кривой гранулометрического состава легко сравнивать
различные грунты по

их гранулометрическому составу, оценивать
неоднородность, подбирать состав смеси и т.д. Характер кривых показывает
степень однородности частиц, слагающих грунт: чем круче кривая, тем более
однороден грунт, и наоборот, если кривая пологая, то грунт неоднор
оден.

По кривой гранулометрического состава находят действующий
(эффективный) диаметр и коэффициент неоднородности, характеризующие
гранулометрический состав грунта.

21



феврал
ь 18


шкалы по оси абсцисс удобнее взять длину отрезка, соответствующую
l
10.
Приняв, что
l
101

соответствует произвольному отрезку, откладывают этот
отрезок вправо, поставив в начале координат число 0,001. Тогда конец первого
отрезка будет с
оответствовать 0,01, второго
− 0,1,
третьего


1,0 и четвертого


10,0. Каждый отрезок делят на 9 частей пропорционально логарифмам 2, 3, 4, 5,
6, 7, 8, 9.

Если принять, что
l
101

соответствует отрезку 4 см, то:

l
20,301
соответствует отрезку 0,301
∙41,2

см;

l
3
0,
477

соответствует отрезку 0,477
∙41,9
см;

l
4
0,
602

соответствует отрезку 0,602
∙42,4
см;

l
5
0,
699

соответствует отрезку 0,699
∙42,8
см;

l
6
0,
778

соответствует отрезку 0,778
∙43,1
см;

l
7
0,
845

соответствует отрезку 0,845
∙43,4
см;

l
8
0,
903

с
оответствует отрезку 0,903
∙43,6
см;

l
9
0,
954

соответствует отрезку 0,954
∙43,8
см.

Откладывая длину вычисленных отрезков от начала координат и от
каждой граничной точки, получают, что в первом интервале выделенные
отрезки будут соответствовать размерам ч
астиц 0,001



0,009 мм; во втором
0,01



0,09 мм; в третьем 0,1



0,9 мм и четвертом 1



10 мм.

Для построения кривой гранулометрического состава

(рис. 1.3)

делают
пересчет фракций по их совокупности

(табл. 1.
7
)
.

Таблица 1.
7

Гранулометрический состав грунт
ов по совокупности фракций

Диаметр
частиц, мм

10

5

2

1

0,5

0,25

0,1

0,05

0,01

0,002

Содержание,
%














20



феврал
ь 18


Таблица 1.
6

Журнал результатов ареометрического анализа





о
С






%

Более 10


10
− 5


5


2


2


1


1


0,5


0,5


0,25


0,25


0,1


0,1


0,05


0,05


0,01


0,01


0,00
2


Менее 0,00
2


Сумма


1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


1 мин










30 мин










11 ч









Ареометр № _______; Колба № ______; Объем цилиндра 1000 мл;

Поправка на стабилизатор, нулевое показание ареометра ________;

Проба воздушн
о

сухой или природной влажности ______ г;

Гигроскопическая или природная влажность ________ %;

Плотность частиц грунта _______ г/см
3
;


1.3.
3
.
Графическое изображение гранулометрического состава

Наиболее распространенным графиком представления
гранулометрич
еского состава является суммарная кривая гранулометрического
состава, построенная в полулогарифмическом масштабе. По оси абсцисс
откладывают не размеры частиц, как это делается при простом масштабе, а их
логарифмы или величины, пропорциональные их логарифм
ам. Для построения
19



феврал
ь 18


W



гигроскопическая (или природная) влажность, %.

Содержание фракций грунта размером б
олее 0,5; 0,25 мм и 0,1 мм
X
,%,
вычисляют по формуле:

)
100
(
K


X
o










(1.3)

где




масса данной фракции грунта, высушенной до постоянной
массы, г;

o



масса абсолютно сухой средней пробы грунта (вз
ятой для
ареометра), г;

K



суммарное содержание фракции грунта размером более 1,0 мм, %.

По данным каждого замера ареометром вычисляют суммарное
содержание всех фракций грунта менее данного диаметра грунта
X
, %, по
формуле:

)
100
(
)
(
K

R
X
o
w
















(1.4
)

где
R




показания ареометра с поправками;





плотность частиц грунта, г/см
3
;

w



плотность воды, равная 1 г/см
3
;

o



масса абсолютно сухой средней пробы грунта, г;

K



суммарное содержан
ие фракции грунта размером более 1,0 мм, %.

Определив суммарное процентное содержание фракций грунта с
помощью ареометра, вычисляют процентное содержание каждой фракции
грунта. Содержание фракций от 0,05 до 0,01 мм вычисляют по разности между
процентным со
держанием фракций менее 0,05 мм и менее 0,01 мм. Аналогично
вычисляют процентное содержание фракций грунта 0,01
−0,002
мм и
0,002
−0,001
мм. Результаты анализа регистрируют в журнале (табл. 1.
6
)
.

18



феврал
ь 18


опыта) и затем после каждого замера плотности суспензии ареометром. При
температуре, отличающейся от 20

о
С,

к отсчетам по ареометру следует внести
температурную поправку, определяемую по таблице 1.
5
.


Таблица 1.
5

Поправки к отсчету по ареометру

Температура
суспензии,
о
С

Поправки к
отсчету по
ареометру
R

Температура
суспензии,
о
С

Поправки к
отсчету по
ареометру
R

Температура
суспензии,
о
С

Поправки к
отсчету по
ареометру
R

10,0


1,2

17,0

−0,5

24,0

0,8

10,5


1,2

17,5

−0,4

24,5

0,9

11,0


1,2

18,0

−0,3

25,0

1,0

11,5


1,1

18,5

−0,3

25,5

1,1

12,0


1,1

19,0

−0,2

26,0

1,3

12,5


1,0

19,5

−0,1

26,5

1,4

13,0


1
,0

20,0

0,0

27,0

1,5

13,5


0,9

20,5

0,1

27,5

1,6

14,0


0,9

21,0

0,2

28,0

1,8

14,5

−0,8

21,5

0,3

28,5

1,9

15,0

−0,8

22,0

0,4

29,0

2,1

15,5

−0,7

22,5

0,5

29,5

2,2

16,0

−0,6

23,0

0,6

30,0

2,3

16,5

−0,6

23,5

0,7




Обработка результатов

П
роцентное содержание фракций грунта размером более 10; 10
−5; 5−2;
2
−1
мм следует вычислять по формуле (1.1).

Массу абсолютно сухой средней пробы грунта
o

, г, вычисляют с
учетом поправки на гигроскопическую влажность при анализе воздуш
но

сухих
образцов:

W


o



01
,
0
1
1
,






(1.2)

где
1



масса средней пробы грунта в воздушно

сухом состоянии (или
природной влажности), г;

17



феврал
ь 18


Частицы грунта, прошедшие сквозь сито размером отверстий 0,1

мм,
следует перенести в цилиндр с суспензией. Суспензию в мерном цилиндре
доводят до объема 1000

см
3
.


Провед
ение испытания

Суспензию взбалтывают мешалкой в течение 1 мин на всю глубину до
полного взмучивания осадка со дна цилиндра, не допуская выплескивания
суспензии и вспенивания.

Определяют по таблице 1.
4

время взятия отсчета по ареометру после
окончания взба
лтывания суспензии. Затем за 10

12

с

до замера плотности
суспензии следует осторожно опустить в нее ареометр, который должен
свободно плавать, не касаясь стенок и дна цилиндра, и взять отсчет по
ареометру
R
. Продолжительность взятия отсчета должна быть не

более 10

с.

Таблица 1.
4

Время взятия отсчета по ареометру

Диаметр фракций зерен грунта, мм

Время от конца взбалтывания
суспензии до замера ее плотности

Менее 0,05

1 мин

Менее 0,01

30 мин

Менее 0,002

11 ч


Для удобства работы с ареометром и расчетов сл
едует брать
упрощенные отсчеты, т.е. в отсчете плотности суспензии на шкале ареометра
отбросить единицу и перенести запятую на три знака вправо; в этом случае
тысячные деления будут представлять собой целые числа, а десятитысячные,
которые берут на глаз,


десятые.

Контроль за температурой суспензии необходимо осуществлять замером
температуры с погрешностью до 0,5

о
С в течение первых 5 мин (до начала
16



феврал
ь 18


В колбу ем
костью 500

см
3

переносят навеску грунта, доливают 200

см
3

дистиллированной воды, добавляют в получившуюся суспензию 1

см
3

25%

ного раствора аммиака. Колбу следует закрыть пробкой с обратным
холодильником или воронкой диаметром 4

5

см и кипятить суспензию в

течение 30

минут


для супесей (песков) и 1

ч


для суглинков, глин (кипячение
не должно быть бурным). После кипячения необходимо охладить суспензию до
комнатной температуры.

Охлажденную до комнатной температуры суспензию необходимо слить
в стеклянный цил
индр вместимостью 1

л сквозь сито с размером отверстий
0,1

мм, помещенной в воронку диаметром приблизительно 14

см.

Оставшиеся
на внутренней поверхности колбы частицы грунта следует тщательно смыть
дистиллированной водой из промывалки на поверхность сита.
Во избежание
коагуляции

(слипания частиц)

в грунтовую суспензию в качестве стабилизатор
а
добавляется 5

см
3

4%

ного или 6,7%

ного пирофосфорнокислого натрия.

Задержавшиеся на сите частицы и агрегаты грунта смывают струей воды
в фарфоровую чашку, где их тщат
ельно растирают пестиком с резиновым
наконечником или пальцем в тонком резиновом чехле. Сливают
образовавшуюся в чашке взвесь в цилиндр сквозь сито размером отверстий
0,1

мм. Растирание осадка в чашке и сливание взвеси сквозь сито в цилиндр
следует продолж
ить до полного осветления воды над частицами, оставшимися
на дне чашки. Уровень воды в цилиндре не должен превышать отметку
1000

см
3
.

Частицы грунта, задержавшиеся на сите, тщательно смывают водой из
промывалки в фарфоровую чашку, выпаривают на песчаной ба
не, высушивают
в сушильном шкафу при (105

5)

о
С. Если грунт органический, сушку проводят
при температуре (70

5)

о
С до постоянной массы.

Высушенные до постоянной массы частицы грунта просеивают сквозь
сита размеро
м отверстий 0,5; 0,25; и 0,1

мм. Фракции грунта, задержавшиеся на
ситах, взвешивают.

15



феврал
ь 18


при проверке показывает менее 1,000, и вычитают, если ареометр показывает
более 1,000.

Определение поправки на высоту мениска.

Поправку на высоту мениска водят в расчет, если ареометр градуирован
на заводе по нижнем
у краю мениска. Для этого ареометр опускают в цилиндр с
дистиллированной водой температурой 20

о
С. Проводят отсчеты по нижнему и
верхнему краям мениска. Разница между замеренными отсчетами и будет
поправкой на высоту мениска. Поправку прибавляют к каждому
отсчету по
шкале ареометра при измерении плотности суспензии. Если ареометр
градуирован по верхнему краю мениска, то поправка не требуется.

Определение поправки на диспергатор.

Ареометр опускают в мерный цилиндр с налитой дистиллированной
водой (950

см
3
)

т
емпературой 20

о
С и проводят отсчет по верхнему краю
мениска. Добавляют в цилиндр диспергирующее вещество. Затем доливают
цилиндр водой до 1

л, смесь взбалтывают, вторично опускают в нее ареометр и
проводят отсчет по верхнему краю мениска. Разность между в
торым и первым
отсчетами будет поправкой на диспергатор. Поправку вычитают из каждого
отсчета по шкале ареометра при замерах плотности суспензии.


Подготовка к
испытани
ю

Доводя грунт до воздушно

сухого состояния, растирают комки в
фарфоровой ступке пестик
ом с резиновым наконечником. Навеску грунта
просеивают через набор сит с размером отверстий 10; 5; 2; 1

мм.
Отбирают
методом квартования
[4]

среднюю пробу из грунта, прошедшего через сито с
размером отверстий 1 мм, и взвешивают ее. Масса средней пробы грун
та
должна быть около 30

г.

Одновременно с взятием средней пробы для
определения гранулометрического состава отбирают пробы грунта массой не
менее 15

г каждая для определения гигроскопической или природной
влажности и плотности частиц грунта
[6]
.

14



феврал
ь 18



Рис. 1.
2
. Ареометры


Принцип работы ареометра основан
на законе Архимеда: всякое
погруженное в жидкость тело теряет в своем весе столько, сколько весит
жидкость, вытесненная им. При постоянном объеме тела, погруженного в
жидкость, более тяжелой жидкости будет вытеснено меньше, а легкой


больше. Поэтому в лег
кую жидкость тело будет погружено на большую
глубину, а в тяжелую


на меньшую. Следовательно, чем больше будет
концентрация суспензии, тем больше будет ее плотность и тем меньше глубина,
на которую будет погружаться ареометр. При отстаивании суспензии час
тицы
грунта оседают на дно сосуда, и плотность суспензии уменьшается. Поэтому
ареометр по мере оседания частиц постепенно погружается.


Калибровка ареометра

Определение поправки на нулевое показание ареометра.

Ареометр опускают в мерный цилиндр с дистиллир
ованной водой
температурой 20

о
С и проводят отсчет плотности воды. Полученный ответ
принимают за единицу плотности. Разность между принятой единицей и
замеренным отсчетом по ареометру равна поправке, которую вводят в расчет.
Поправку прибавляют к каждому о
тсчету по шкале ареометра, если ареометр
13



феврал
ь 18


1.3.
2
. Определение гранулометрического (зернового) состава грунтов
ареометри
ческим методом

Определение гранулометрического (зернового) состава грунтов
ареометрическим методом производят путем измерения плотности суспензии
ареометром в процессе е отстаивания в соответствии с требованиями
ГОСТ
12536

2014
.

Необходимое оборудование:

Ареометр со шкалой 0,995

1

1,030 и ценой деления 0,001;
сита размером
отверстий 10; 5; 2; 1; 0,5; 0,25; 0,1

мм;

весы; ступка
и пест
фарфоров
ые
; пестик
с резиновым наконечником; чашка фарфоровая;
эксикатор с силикат

индикатором;
шкаф сушильный
;

колба кониче
ская плоскодонная вместимостью
500

см
3
; в
оронки диаметром порядка 4 и 14

см;
цилиндр мерный вм
е
стимостью
1 л и диаметром (60

2)

мм; термометр с погрешностью до 0,5
о
С; мешалка для
взбалтывания суспензии; секундомер; промывалка; пипетка

на 25

мл; обратный
холодильник; 25%

ний раствор аммиака; 4%

ный или 6,7%

ный
пирофосфорнокислый натрий; песчаная баня
.

Ареометр (рис. 1.
2
) представляет собой запаянную стеклянную трубку с
расширенным нижним концом, который называется «луковицей». В нижнем

конце луковицы находится груз


дробь, залитая мастикой, для того, чтобы
опущенный в жидкость ареометр плавал в вертикальном положении. Верхняя,
более узкая, часть ареометра называется «стержнем». Внутри стержня
помещена шкала с нанесенными на ней значени
ями плотности. Шкала
рассчитана на плотность жидкости от 0,995 до 1,030, деления нанес
е
ны с
точностью до 0,001.
Отмечая на шкале глубину погружения ареометра, тем
самым определяют плотность жидкости.

12



феврал
ь 18


Результаты анализа регистрируют в журнале (табл. 1.
2
) и производят
необходимые расчеты.

Таблица 1.
2

Журнал лабораторного определения гранулометрического состава песков

Размер
отверстий,
мм

Отдель
ные фракции

Совокупность фракций

Размер
фракций на
ситах, мм

Остаток
на сите, г

Содержание,
%

Диаметр
частиц, мм

Содержание
,

%

1

2

3

4

5

6

2

>2



>2


0,5

2



0,5



>0,5


0,25

0,5



0,25



>0,25


0,1

0,25



0,1



>0,1


поддон

0,1








По получен
ным суммарным остаткам грунта (колонка 5 таблицы 1.
2
)
согласно
ГОСТ 25100

2011

пески по гранулометрическому составу
подразделяют согласно таблицы 1.
3
.

Таблица 1.
3

Разновидность песков по гранулометрическому составу

Разновидность песков

Размер частиц,

d
, мм

Содержание частиц,

% по массе

1

2

3

Гравелистый

>

2

>

2
5

Крупный

> 0,5

> 50

Средней крупности

> 0,25

> 50

Мелкий

> 0,1



75

Пылеватый

> 0,1



75


11



феврал
ь 18


Среднюю пробу для ситового анализ отбирают методом квартования

[4]
.
Минимальная масса средней пробы принимается для гравия (дресвы)


2000

г.;
грунта
, содержащего песчаные частицы



100

г.;
грунта, содержащего
пылеват
ые

и глинист
ые

частицы



50

г.

Если в образце нет крупных частиц, просеивание сквозь сито с
размерами отверстий 2

мм и более не проводят.

Сита монтируют в колонку, размещая их от поддона в

порядке
увеличения размера отверстий. На верхнее сито надевают крышку. Отобранную
пробу переносят на верхнее сито, закрывают крышкой и просеивают с
помощью легких боковых ударов ладонями рук до полной сортировки грунта
.
При просеивании пробы массой более
1000

г
.

г
рунт следует высыпать в
верхнее сито в два приема. Фракции грунта, задержавшиеся на ситах,
высыпают, начиная с верхнего сита, в ступку и дополнительно растирают
пестиком с резиновым наконечником, после чего просеивают на тех же ситах.

Полноту про
сеивания фракций грунта проверяют встряхиванием
каждого сита над листом бумаги. Если при этом на лист выпадают частицы, то
их высыпают на следующее сито; просев продолжают до тех пор, пока частицы
не перестанут выпадать на бумагу.

Фракции грунта, задержавш
иеся после просеивания на каждом сите и
прошедшие в поддон, необходимо взвесить и суммировать массы всех фракций
грунта. Если полученная сумма масс всех фракций грунта превышает более чем
на 1% массу взятой для анализа пробы, то анализ следует повторить.

П
отерю
грунта при просеивании разносят по всем фракциям пропорционально их массе.

Содержание в грунте каждой фракции А,%, вычисляют по формуле

100
1




А
ф
,







(1
.1
)

где
ф



масса данной фракции грунта, г;

1



масса средней пробы грунта, взятой для анализа, г.

10



феврал
ь 18


весы лабораторные; весы технические с погрешностью взвешивания

не
более 0,1%; ступка фарфоровая; пестик с резиновым наконечником; чашка
фарфоровая; груша резиновая; кисточка; песчаная баня; шкаф сушильный.

Ситовой метод определения гранулометрического состава состоит в
разделении частиц грунта по крупности путем прос
еивания его через набор сит
с отверстиями разного диаметра

(рис. 1.1.)
,

у
становленных в колонку в порядке
убывания отверстий. Остатки на ситах после просеивания взвешивают и
определяют их процентное содержание по отношению к первоначально взятой
пробе.


Р
ис. 1.1. Набор сит


При выделении частиц крупностью от 10 до 0,5

мм гранулометрический
состав определяется ситовым методом без промывки водой; при выделении
частиц крупностью от 10 до 0,1

мм


с промывкой водой (обычно для
глинистых песков).

Образец грунта

растирают в фарфоровой ступке пестиком с резиновым
наконечником для разрушения имеющихся в грунте комков.



1.3. Строительная классифи
кация песков


При выполнении лабораторных работ пески согласно ГОСТ 25100

2011
будем классифицировать:

Класс


дисперсные грунты;

Подкласс


несвязные;

Тип


осадочные
;

Вид


минеральные;

Подвид


пески;

Разновидности:

А) по гранулометрическому составу;

Б)

по коэффициенту пористости;

В) по коэффициенту водонасыщения.


Лабораторная работа №1

Определение разновидности песка по гранулометрическому составу

Гранулометрическим составом называется процентное содержание
первичных (не агрегированных) частиц различно
й крупности по фракциям,
выраженное по отношению их массы к общей массе грунта.

Согласно
ГОСТ
12536

2014

применяют следующие методы гранулометрического анализа
грунтов: ситовой, ареометрический, пипеточный. Для определения
гранулометрического состава песко
в применяют ситовой метод.


1.3.1. Определение гранулометрического
(зернового)
состава песков

ситовым методом

Необходимое оборудование:

сита размером отверстий 10; 5; 2; 1; 0,5; 0,25; 0,1

мм;



Таблица 1
.1

Дисперсные грунты

Класс

Подкласс

Тип

Подтип

Вид

Подвид


Несв
язные

Осадочные

Флювиальные, ледниковые, эоловые,
склоновые и др.

Минеральные

Крупнообломочные грунты, Пески

Органо

минеральные

Заторфованные пески

Вулканогенно

осадочные

Вулканогенно

осадочные, осадочно

вулканогенные, пирокластические

Минераль
ные

Вулканогенно

обломочные грунты

Вулканические пески, пеплы

Элювиальные

Образованные в результате выветривания:
физического, физико

химического,
химического, биологического

Минеральные и органо

минеральные

Крупнообломочные грунты и пески
обломочных

и дисперсных зон
коры выветривания и почвы

Техногенные

Техногенно измененные в условиях
естественного залегания природные
грунты

Все виды техногенно
измененных природных
несвязных грунтов

Все подвиды техногенно
измененных природных несвязных
грунто
в

Техногенно перемещенные природные
грунты

Все виды техногенно
измененных природных
несвязных грунтов

Все подвиды техногенно
измененных природных несвязных
грунтов

Антропогенно образованные грунты

Различные виды
антропогенных грунтов

Различные по
двиды антропогенных
грунтов

Связные

Осадочные

Флювиальные, ледниковые, эоловые,
склоновые и др.

Минеральные

Глинистые грунты

Органо

минеральные

Илы, Сапропели, Заторфованные
глинистые грунты и др.

Озерно

болотные, болотные,
аллювиально

болотн
ые и др.

Органические

Торфы

Сапропели и др.

Элювиальные

Образованные в результате выветривания:
физического, физико

химического,
химического, биологического

Минеральные и органо

минеральные

Глинистые грунты дисперсных зон
коры выветривания и почвы

Техногенные

Техногенно измененные в условиях
естественного залегания природные
грунты

Все виды техногенно
измененных природных
связных грунтов

Все подвиды техногенно
измененных природных связных
грунтов

Техногенно перемещенные природные
грунты

Все в
иды техногенно
измененных природных
связных грунтов

Все подвиды техногенно
измененных природных связных
грунтов

Антропогенно образованные грунты

Различные виды
антропогенных грунтов

Различные подвиды антропогенных
грунтов

7



феврал
ь 18




тип (подтип)


по генезису;



вид (подвид)


по вещественному, петрографи
ческому или
литологическому составу;



разновидности


по количественным показателям состава, строения,
состояния и свойств грунтов.

ГОСТ 25100

2011 выделяет следующие классы грунтов:



к
ласс скальных грунтов


грунты, обладающие жесткими
структурными связям
и (кристаллизационными и
цементационными);



к
ласс дисперсных грунтов


грунты с
физическими, физико

химическими или механическими структурными связями.

Классификация дисперсных грунтов приведена в
таблице 1.



к
ласс мерзлых грунтов


грунты, обладающие криоге
нными
связями наряду с другими структурными связями.

Все классы грунтов по генезису и вещественному составу
подразделяются на типы, подтипы, виды, подвиды и разновидности.

6



феврал
ь 18


Некоторые из полученных показателей используются непосредственно в
расчетах оснований
,

грунтовых

сооружений и фундаментов инженерных
объектов. Совокупность ряда показателей используется лишь для
классификации грунтов.


1.2.

Строительная классификация грунтов


Строительная классификация грунтов выполняется с целью определения
места каждого конкретного грунта среди большого многообразия природных и
искусственных грунтов, а также установления ориентировочных показателей
их свой
ств, используемых в расчетах при возведении на них инженерных
объектов и выбора нормальных давлений на грунтовые основания при
назначении предварительных размеров фундаментов зданий и сооружений.

Создание общей классификации грунтов прошло длительную истор
ию
через построение частных региональных и отраслевых классификаций. К
частным классификациям следует отнести классификацию осадочных,
обломочных и песчаных грунтов по гранулометрическому составу; глинистых


по числу пластичности; лессовых


по степени пр
осадочности и др
. К
отраслевым


классификацию грунтов для дорожного, гидротехнического
строительства. Общая классификация грунтов, охватывающая по возможности
все многообразие, должна базироваться на характеристиках, присущих всем
грунтам и быть связанной

с их генезисом и генетическими преобразованиями.

В настоящее время общая классификация грунтов определена ГОСТ
25100

2011. Данная классификация распространяется на все грунты и
применяется при инженерно

геологических изысканиях, проектировании и
строитель
стве.

Согласно ГОСТ 25100

2011 классификация грунтов включает
следующие таксонометрические единицы, выделяемые по группам признаков:



класс (подкласс)


по природе структурных связей;

5



феврал
ь 18


1. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ

1.1. Показатели физических свойств грунтов


Механика грунтов изучает состояние покоя или дви
жение грунтового
массива под влиянием внешних, главным образом, механических воздействий.
Величины, характеризующие определенные свойства грунтов, называются
показателями

или
характеристиками
. Показатели свойств грунтов позволяют
оценить поведение грунтов
при действии на них внешних нагрузок и зависят от
строения и вещественного состава грунта.

Оценка грунта как физического тела производится с помощью ряда
физических показателей. Учитывая разнообразие состава, состояния и строения
грунтов, оценка их физичес
ких свойств может быть произведена с
применением значительного числа показателей.

Показатели физического состояния и свойств грунтов получают
лабораторными испытаниями. Для повышения точности определения свойств
грунтов исследования проводят на образцах

мо
нолитах с ненарушенной
структурой. Однако крайне трудно отобрать для испытаний с большой глубины
из естественной толщи грунтов небольшие образцы

без изменения их свойств.
При этом лабораторные испытания могут привести к не совсем точным
данным. Любое незна
чительное нарушение структуры в период до или после
отбора образцов из грунтовой толщи сильно влияет на величину показателей
физических свойств грунтов. В этом случае при имеющейся возможности
производят натурные испытания или вносят поправки, основанные н
а натурных
наблюдениях за поведением реальных сооружений.

Количественные значения одних показателей всегда определяются
опытами с образцами грунта и называются они
исходными
. Значения других
показателей определяют расчетом по значениям исходных показателей
, и они
называются
производными
.

4



феврал
ь 18


Целью лабораторных занятий является ознакомление студентов с
основными физико

м
еханическими свойствами грунтов, а также обучение их
методам проведения испытаний, применяемых для получения характеристик,
используемых при расчетах оснований и фундаментов зданий и сооружений.

В учебном пособии описаны современные методы и приборы для
оп
ределения некоторых физических и механических свойств природных
дисперсных грунтов: гранулометрического состав, влажности, плотности
грунта и частиц грунта, пределов пластичности, водопроницаемости,
размокания, деформационных и прочностных свойств, угла вн
утреннего
трения. Практическим указаниям по определению свойств грунтов предпослано
краткое изложение теоретических основ методов.


3



феврал
ь 18


ВВЕДЕНИЕ


Грунт


это любые горные породы, почвы, осадки и техногенные
образования, рассматриваемые как многокомпонентные динамичные системы и
как часть геологической среды и изучаемые в связи с инженерно

хозяйственной
деятельностью человека.

М
еханика грунтов с ее теоретической и экспериментальной базами
представляет собой во многих отношениях достаточно сложную дисциплину.

За длительное время существования грунтов происходило многократное
изменение природной обстановки: переотложение грунтов, у
плотнение под
действием веса новых покровных отложений, разуплотнение или эрозия и т.п.

Поэтому свойства грунтов по сравнению с другими строительными
материалами более сложны. Грунты
,

к
ак правило, представляют собой
трехфазную систему: в их состав входят т
вердое вещество, вода и воздух.
Поведение грунтов под нагрузкой зависит от свойств и относительного
содержания каждой из компонент в общем объеме грунта.

Трудности оценки грунтов как основания сооружений в условиях их
естественного ненарушенного залегания
возникают из

за их неоднородности в
связи с изменением условий их формирования. Поэтому далеко не всегда
возможно получить достоверные показатели строительных свойств грунтов в
мощной их толще на основании испытаний незначительного числа образцов.

Для оцен
ки поведения грунтового массива под действием нагрузок от
возводимых инженерных объектов необходимо знать физико

механические
свойства грунтов, слагающих даны массив. Последние получают на основе
лабораторных или натурных испытаний грунтов с дальнейшей инт
ерпретацией,
учитывающей геологическое строение грунта.

Учебное пособие составлено в соответствии с учебной программой
курса «Механика грунтов» для направления «Строительство».



УДК 624.13 (075.8)


Механика грунтов. Лабораторные работы: Учебное пособие
/

Р.М.Алоян, А.О.Рязанский.
Иван. гос.
политехн
. ун

т.


Ив
а
ново, 201
8
.


7
0

с.




В учебном пособ
ии представлены современные методы и приборы для
определения основных показателей физических и механических свойств
пр
и
родных дисперсных грунтов. Практическим указаниям по определению
показ
а
телей свойств и состояния грунтов предпослано краткое изложение
те
оретич
е
ских основ методов.

Пособие предназначено для студентов, изучающих дисциплину
«Механика грунтов», а также может служить руководством для испытания
грунтов в строительных лабораториях.













©

Алоян Р.М.,
Рязанский

А
.
О
., 201
8


©

ФГБОУ

ВО «И
В
Г
П
У», 201
8




Министерство образования и науки Российской Федерации


Федеральное государственное бюджетное

о
бразовательное учреждение высшего образования

«Ивановский государственный политехнический университет»



Кафедра
геоинформационных систем
и
инженерных изысканий







МЕХАНИКА ГРУНТОВ


Лабораторные работы


Учебное пособие










Иваново 201
8

Приложенные файлы

  • pdf 23652751
    Размер файла: 1 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий