Методика проведения лабораторных работ

Для использования грунтов в инженерно-строительных целях необходимо знать основные характеристики, определяющие их состояние и возможное его изменение под влиянием различных факторов. Физическое состояние грунтов устанавливается по основным физическим характеристикам: плотность грунта, плотность частиц грунта, природная влажность, границы пластичности – для глинистых грунтов, (ГОСТ 5180-84).

В строительной практике наиболее часто служат основаниями разнообразных сооружений глинистые грунты (супеси, суглинки, глины), поэтому монолиты и образцы грунта, отобранные студентами во время буровых работ также в основном глинистые породы.

Порядок определения физических свойств грунтов в лаборатории следующий.

1) Определение плотности грунта методом «режущего кольца»

Для определения плотности грунта необходимо измерить массу образца и определить его объем, сохранив естественное состояние грунта. Для связных грунтов используется метод режущего кольца, который состоит в задавливании в грунт цилиндрической обоймы известного объема, масса образца грунта находится по разности массы кольца с грунтом и собственной массы кольца, взвешенного заранее.

Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 3.

Объем кольца – 50см³

 

 

Таблица 3 Определение плотности (ρ ) грунта методом

режущего кольца по ГОСТ 5180-84

№ скв	№ пробы	Глубина отбора, м	Визуальное описание грунта	Масса кольца, m0, г	Масса кольца с грунтом, m1, г	Масса грунта, m1 – m0	Объем грунта V, см3	Плотность грунта, ρ, , г/см3	Примечание
образца	средняя

 

Плотность грунта определяют по формуле:

(1)

2) Определение природной (естественной) влажности грунта, границ пластичности глинистых грунтов.

Влажность природная W, % или доли ед. – отношение массы воды, содержащейся в грунте, к массе этого грунта, высушенного до постоянной массы.

Влажность определяют по формуле:

(2)

Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 4.

Таблица 4.Определение влажности, границ текучести и раскатывания пылевато-глинистых грунтов по ГОСТ 5780-84

№ пробы

Номер выработки

Глубина отбора образца в м

Визуальное описание грунта

Номер бюкса

Масса влажного грунта с бюксом m1

Масса высушенного грунта с бюксом, m2

Масса бюкса, m

Вода, m1 – m2

Сухой грунт, m2 - m

Влажность, W, д.ед.

Число пластичности L=Wт - Wp

Показатель консистенции

Отдельной пробы

Средняя

Камеральный период.

 

Остальные показатели физических свойств грунтов определяют расчетным способом.

2.3.1. Для глинистых грунтов классификационными характеристиками являются – число пластичности, показатель текучести, просадочность, набухаемость, водопроницаемость, наличие органики, степень водонасыщения

7) Наименование (разновидность) глинистого грунта определяют по числу пластичности (таблица 5).

Число пластичности I_p — разность влажностей, соответствующая двум состояниям грунта: на границе текучести W_L и на границе раскатывания W_p. W_L и W_p определяют по ГОСТ 5180 (таблица 4).

(3)

Таблица 5. Основные разновидности грунтов по I_p (по ГОСТ 25100-95, табл.Б.11)

Разновидность глинистых грунтов	Чисто пластичности, %
Супесь	1—7
Суглинок	7—17
Глина	> 17

Примечание — Илы подразделяют по значениям числа пластичности, указанным в таблице, на супесчаные, суглинистые и глинистые.

 

7) Для характеристики консистенции глинистого грунта в строительных целях используют показатель текучести (консистенции) I_L:

(4)

W – естественная влажность грунта, д.ед.;

W_p – нижний предел пластичности (влажность на границе раскатывания), д.ед.;

I_p – число пластичности, д.ед.

 

Таблица 6. Основные разновидности глинистых грунтов по I_L

(по ГОСТ 25100-95, табл.Б.14)

Разновидность глинистых грунтов	Показатель текучести IL
Супесь:
— твердая	< 0
— пластичная	0–1
—текучая	> 1
Суглинки и глины: — твердые	<0
— полутвердые	0–0,25
— тугопластичные	0,25–0,50
— мягкопластичные	0,50–0,75
— текучепластичиые	0,75–1,00
— текучие	> 1,00

 

7) Рассчитывают плотность сухого грунта r_d, г/см³ – отношение массы грунта (за вычетом массы воды и льда) к его объему:

(5)

r — плотность грунта, г/см³;

W — влажность грунта, д. е.

7) Пористость грунта n, %, доли ед. – отношение объема пор ко всему объему грунта:

(6)

ρ_s – плотность частиц грунта – масса единицы объема минеральной части, г/см³;

r_d – плотность сухого грунта, г/см³.

Средние значения ρ_s песчаных и пылевато-глинистых грунтов следующие (в г/см³): песок – 2,66; супесь – 2,70; суглинок – 2,71; глина – 2,74.

7) Коэффициент пористости е, доли ед., – отношение объема пор к объему твердой части скелета грунта:

или(7)

6) Коэффициент водонасыщения (степень влажности) S_r, д.ед. – степень заполнения объема пор водой:

(8)

где ρ_s – плотность частиц грунта, г/см³;

W –природная влажность, доли ед.;

е–коэффициент пористости, доли ед.;

ρ_w –плотность воды, принимаемая равной 1,0 г/см³.

7) Определяют степень морозной пучинистости грунта по его полной характеристике (таблица 7).

 

Таблица 7. Разновидности грунтов по относительной деформации пучения (по ГОСТ 25100-95, табл.Б.27)

Разновидность грунтов	Относительная деформация пучения efn, д. е.	Характеристика грунтов
Практически непучинистый	< 0,01	Глинистые при IL £ 0 Пески гравелистые, крупные и средней круп­ности, пески мелкие и пылеватые при Sr £ 0,б, а также пески мелкие и пылеватые, содержащие менее 15 % по массе частиц мельчи 0,05 мм (независимо от значения Sr). Крупнообломочные грунты с заполнителем до 10 %
Слабопучинистый	0,01 ¾ 0,035	Глинистые при 0 < IL £ 0,25 Пески пылеватые и мелкие при 0,6 < Sr £ 0,8 Крупнообломочные с заполнителем (глинистым, песком мелким и пылеватым) от 10 до 30 % по массе
Среднепучинистый	0,035 ¾ 0,07	Глинистые при 0,25 < IL £ 0,50 Пески пылеватые и мелкие при 0,80 < Su £ 0,95 Крупнообломочные с заполнителем (глинистым, песком пылеватым и мелким) более 30 % по массе
Сильнопучинистый и чрезмерно пучинистый	> 0,07	Глинистые при IL > 0,50. Пески пылеватые и мелкие при Sr > 0,95

 

2.3.2. Для несвязных (песчаных и крупнообломочных) грунтов в лаборатории определяются аналогичными методами плотность грунта и естественная влажность грунта (см. формулы (1),(2).

Классификационными характеристиками для песчаных грунтов служат: гранулометрический состав, степень неоднородности, коэффициент пористости, степень плотности и содержание органических веществ.

1) Гранулометрический состав- количественное соотношение частиц различной крупности в дисперсных грунтах. Определяется по ГОСТ 12536.

По гранулометрическому составу крупнообломочные грунты и пески подразделяют согласно таблице 8.

 

Таблица 8. Разновидности песчаных и крупнообломочных грунтов по гранулометрическому составу (по ГОСТ 25100-95, табл.Б.10)

Разновидность грунтов	Размер зерен, частиц d, мм	Содержание зерен, частиц, % по массе
Крупнообломочные:
- валунный (при преобладании неокатанных частиц - глыбовый)	> 200	> 50
- галечниковый (при неокатанных гранях - щебенистый)	> 10	> 50
- гравийный (при неокатанных гранях - дресвяный)	> 2	> 50
Пески:
- гравелистый	> 2	> 25
- крупный	> 0,50	> 50
- средней крупности	> 0,25	> 50
- мелкий	> 0,10	³ 75
- пылеватый	> 0,10	< 75

Примечание - При наличии в крупнообломочных грунтах песчаного заполнителя более 40 % или глинистого заполнителя более 30 % от общей массы воздушно-сухого грунта в наименовании крупнообломочного грунта добавляется наименование вида заполнителя и указывается характеристика его состояния. Вид заполнителя устанавливается после удаления из крупнообломочного грунта частиц крупнее 2 мм.

В инженерно-геологической практике выделяют также пески глинистые, содержащие свыше 3% глинистых частиц и не обладающие свойством пластичности (I_p<1).

 

2)Плотность сложения песков оценивается по величине коэффициента пористости е (таблица 9), (по ГОСТ 25100-95 табл.Б.18).

Таблица 9.

Разновидность песков	Коэффициент пористости е
Пески гравелистые, крупные и средней крупности	Пески мелкие	Пески пылеватые
Плотный	< 0,55	< 0,60	< 0,60
Средней плотности	0,55 - 0,70	0,60 - 0,75	0,60 - 0,80
Рыхлый	> 0,70	> 0,75	> 0,80

Для определения е применяют расчеты согласно формул (5.7), как и для глинистых грунтов.

3) По коэффициенту водонасыщения S_r (согласно формуле (6) крупнообломочные грунты и пески подразделяют согласно таблице 10 (по ГОСТ 25100-95, табл.Б.17).

Таблица 10.

Разновидность грунтов	Коэффициент водонасыщения Sr, д. е.
Малой степени водонасыщения	0 - 0,50
Средней степени водонасыщения	0,50 - 0,80
Насыщенные водой	0,80 - 1,00

 

4) Степень неоднородности гранулометрического состава C_u- показатель неоднородности гранулометрического состава. Определяется по формуле:

(9)

где d₆₀, d₁₀ - диаметры частиц, мм, меньше которых в грунте содержится соответственно 60 и 10 % (по массе) частиц.

Результаты гранулометрического анализа песчаных грунтов представляют в виде интегральной кривой, выполненной в полулогарифмическом масштабе, по этой кривой находят действующий (эффективный) диаметр частиц d₁₀ и контролирующий диаметр частиц d₆₀ (Рис.3).

Рис.3. Интегральная кривая гранулометрического состава

 

 

По степени неоднородности гранулометрического состава С_u, крупнообломочные грунты и пески подразделяют на:

- однородный грунт С_u £ 3;

- неоднородный грунт С_u > 3.

5) Определяют степень морозной пучинистости песчаногогрунта по его полной характеристике, таблица 7 (по ГОСТ 25100-95, табл.Б.27).

По таблицам 12 и 13 (Приложение 1 СНиП 2.02.01-83^*). для исследованного грунта определить нормативные значения прочностных (сцепление – с, кПа, угол внутреннего трения φ, град) и деформационных (модуль общей деформации Е, МПа) показателей.

 

Таблица 11. Показатели механических свойств пород рыхлых отложений.

Обозначение	Показатель по СНиП 2.02.01-83	Единица измерения, СИ	Физический смысл	Расчетная формула или методика определения по стандартам
С	Сцепление	МПа, кПа	Сопротивление сдвигу при отсутствии внешней нагрузки	ГОСТ 12248-96
φ	Угол внутреннего трения	Град.	Отношение сопротивления сдвигу к приложенной нагрузке	ГОСТ 12248-96
Е	Модуль общей деформации	МПа	Коэффициент пропорциональности между давлением и относительной линейной деформацией грунта	ГОСТ 12248-96 Е1-2=β·(1+е)/α α – коэффициент сжимаемости: β – поправка, учитывающая отсутствие бокового расширения грунта

 

Таблица 12. Нормативные значения удельного сцепления с_n, кПа (кгс/см²), угла внутреннего трения j_n, град. и модуля деформации Е, МПа (кгс/см²), пылевато-глинистых нелессовых грунтов четвертичных отложений (Приложение 1 СНиП 2.02.01-83^*)

Наименование грунтов и пределы нормативных значений их	Обозна- чения характе- ристик	Характеристики грунтов при коэффициенте пористости е, равном
Показателя текучести	грунтов	0,45	0,55	0,65	0,75	0,85	0,95	1,05
Супеси	0 £ IL £ 0,25	cn jn	21 (0,21)	17 (0,17)	15 (0,15)	13 (0,13)	- -	- -	- -
	0,25< IL £0,75	cn jn	19 (0,19)	15 (0,15)	13 (0,13)	11(0,11)	9 (0,9)	- -	- -
	0 < IL £ 0,25	cn jn	47 (0,47)	37 (0,37)	31 (0,31)	25 (0,25)	22 (0,22)	19 (0,19)	- -
Сугли- нки	0,25 < IL £ 0,5	cn jn	39 (0,39)	34 (0,34)	28 (0,28)	23 (0,23)	18 (0,18)	15 (0,15)	- -
	0,5 < IL £ 0,75	cn jn	- -	- -	25 (0,25)	20 (0,20)	16 (0,16)	14 (0,14)	12 (0,12)
	0 < IL £ 0,25	cn jn	- -	81 (0,81)	68 (0,68)	54 (0,54)	47 (0,47)	41 (0,41)	36 (0,36)
Глины	0,25 < IL £ 0,5	cn jn	- -	- -	57 (0,57)	50 (0,50)	43 (0,43)	37 (0,37)	32 (0,32)
	0,5 < IL £ 0,75	cn jn	- -	- -	45 (0,45)	41 (0,41)	36 (0,36)	33 (0,33)	29 (0,29)

 

 

 

 

Таблица 13. Нормативные значения модуля деформации пылевато-глинистых нелессовых грунтов(Приложение 1 СНиП 2.02.01-83^*)

Присхождение и	Наименование грун-	Модуль деформации грунтов Е, МПа (кг/см2), при коэффициенте пористости е, равным
возраст грунтов	тов и пределы норма- тивных значений их показателя текучести	0,35	0,45	0,55	0,65	0,75	0,85	0,95	1,05	1,2	1,4	1,6
	Аллювиа- льные,	Супеси	0 £ IL £ 0,75	-	32 (320)	24 (240)	16 (160)	10 (100)	7 (70)	-	-	-	-	-
отложения	Делювиа- льные,	Суглинки	0 £ IL £ 0,75 0,25< IL £0,5 0,5< IL £0,75	- - -	34 (340) 32 (320) -	27 (270) 25 (250) -	22 (220) 19 (190) 17 (170)	17 (170) 14 (140) 12 (120)	14 (140) 11 (110) 8 (80)	11 (110) 8 (80) 6 (60)	- - 5 (50)	- - -	- - -	- - -
Четвертичне	Озерные, Озерно- аллюви- альные	Глины	0 £ IL £ 0,75 0,25< IL £0,5 0,5< IL £0,75	- - -	- - -	28 (280) - -	24 (240) 21 (210) -	21 (210) 18 (180) 15 (150)	18 (180) 15 (150) 12 (120)	15 (150) 12 (120) 9 (90)	12 (120) 9 (90) 7 (70)	- - -	- - -	- - -
	Флювио- глянциа- льные	Супеси	0 £ IL £ 0,75	-	33 (330)	24 (240)	17 (170)	11 (110)	7 (70)	-	-	-	-	-

Продолжение таблицы 13

		Суглинки	0 £ IL £ 0,75 0,25 < IL £0,5 0,5< IL £0,75	- - -	40 (400) 35 (350) -	33 (330) 28 (280) -	27 (270) 22 (220) 17 (170)	21 (210) 17 (170) 13 (130)	- 14 (140) 10 (100)	- - 7 (70)	- - -	- - -	- - -	- - -
	Моренные	Супеси Суглинки	IL £ 0,5	75 (750)	55 (550)	45 (450)	-	-	-	-	-	-	-	-
Юрские отложе- ния оксфордского яруса	Глины	-0,25 £IL £ 0 0< IL £ 0,25 0,25 < IL £0,5	- - -	- - -	- - -	- - -	- - -	- - -	27 (270) 24 (240) -	25 (250) 22 (220) -	22 (220) 19 (190) 16 (160)	- 15 (150) 12 (120)	- - 10 (100)

 

 

Сделать заключение о каждом образце исследованного грунте, охарактеризовав и обобщив особенности его физического состояния, водных и механических свойств.

Результаты определений занести в таблицу 14:

Таблица 14. Данные лабораторных исследований образцов грунтов.

Номер образца

Номер скважины

Глубина отбора образца, м

Характеристика грунта

rS, г/см3

r, г/см3

rd, г/см3

W, д.ед.

Sr, д.ед.

n, %

е, д.ед.

WL, д.ед

WP, д.ед

Ip д.ед.

IL д.ед

C, МПа

φ˚

Е. МПа