Определение величины относительного набухания пылевато – глинистого грунта (ГОСТ 24143-80)

Содержание работы (метод режущего кольца)

1. Предварительно подготовленное кольцо с грунтом взвесить на технических весах с точностью до 0.01 (определение массы m_g).

2. В соответствии с номером кольца (на боковой поверхности) по таблице или непосредственным замером и взвешиванием определить внутренний объем V и массы m_k кольца.

3. Вычислить плотность грунта по формуле (3) с точностью до двух знаков после точки.

4. Вычислить удельный вес грунта по формуле (2) с точностью до одного знака после точки.

5. Результаты занести в журнал (форма 1).

 

РАБОТА 2

Определение влажности грунта (ГОСТ 5180-84)

 

Влажностью грунта называется отношение массы воды, содержащейся в порах грунта, к массе твердых частиц (скелета) грунта в данном объеме:

 

(5)

 

где – масса воды в грунте, г (т);

– масса твердых частиц (скелета) грунта в данном объеме, г (т);

Влажность определяется высушиванием пробы грунта до постоянной массы. Берется небольшая проба грунта, помещается в предварительно взвешенный металлический бюкс, взвешивается на весах, и ставиться в сушильный шкаф для просушивания в течение 6 часов при температуре 105±2 ºС. Высушенная проба грунта взвешивается вместе с бюксом, и вычисляется влажность по формуле:

 

(6)

 

где – масса бюкса с влажным грунтом, г (т);

– масса бюкса с сухим грунтом, г (т);

– масса пустого бюкса, г (т);

 

Содержание работы

1. В металлический бюкс массой m₀ (массу бюкса определить по таблице в соответствии с его номером или взвешиванием на весах) поместить навеску грунта (не менее 10 г).

2. Взвесить бюкс с влажным грунтом на технических весах с точностью 0.01 г (определение массы m₁).

3. Бюкс с грунтом помещается лаборантом в сушильный шкаф, где высушивается при температуре 105±2 ºС в течение (20…25)минут.

4. Взвесить бюкс с сухим грунтом с точностью 0.01 г (определение массы m₂).

5. Вычислить влажность грунта по формуле (6) с точностью до 1%.

6. Результаты занести в журнал (форма 2 работы 3).

7. Вычислить среднее значение влажности по результатам двух определений.*

*Определение влажности производиться каждой бригадой для двух проб влажного грунта.

 

 

РАБОТА 3

Определение характерных влажностей грунта – влажности на границе текучести и влажности на границе пластичности (ГОСТ 5180-84). Вычисление номенклатурных показателей пылевато-глинистого грунта (ГОСТ 25-100-95).

 

Строительные свойства пылевато – глинистых грунтов определяются их видом и состоянием по влажности, которое может быть текучим, пластичным или твердым. Наибольшие нагрузки грунт может выдержать в твердом состоянии, наименьшие – в текучем состоянии. Причем в текучем состоянии грунт ведет себя как вязкая жидкость.

Характерными влажностями называются пограничные влажности между разными состояниями грунта по влажности,

Влажность, при которой грунт переходит из пластичного состояния в твердое состояние и наоборот, называется влажностью на границе пластичности (раскатывания) w_p.

Влажность, при которой пылевато-глинистый грунт переходит из пластичного состояния в текучее и наоборот, называется влажностью на границе текучести w_L.

Диапазон влажности, при котором грунт находится в пластичном состоянии, равен разности влажностей на пределах текучести и пластичности, и называется числом пластичности I_p , т.е.:

 

(7)

 

где – влажность на границе текучести грунта, % ;

– влажность на границе пластичности (раскатывания) грунта, % ;

Число пластичности зависит от количества глинистых частиц в грунте.

В соответствии с ГОСТ 25100-96 пылевато – глинистые грунты по числу пластичности подразделяются на следующие типы:

Таблица 1

Тип пылевато – глинистых грунтов	Число пластичности Ip	% содержания глинистых частиц
Супесь Суглинок Глина

 

Состояние пылевато-глинистого грунта по влажности удобно характеризовать показателем текучести I_L, определяемым по формуле:

 

r w:val="000000"/><w:lang w:val="RU"/></w:rPr><m:t>p</m:t></m:r></m:sub></m:sSub></m:den></m:f><m:r><w:rPr><w:rFonts w:ascii="Cambria Math" w:h-ansi="Cambria Math"/><wx:font wx:val="Cambria Math"/><w:i/><w:color w:val="000000"/><w:lang w:val="RU"/></w:rPr><m:t> ,</m:t></m:r></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>"> (8)

 

где – влажность грунта в естественном состоянии (см. работу 2), %;

– влажность на границе пластичности (раскатывания) грунта, %;

– число пластичности грунта.

Пылевато-глинистые грунты различаются по консистенции, характеризуемой показателем текучести I_L следующим образом:

 

 

Таблица 2

Разновидность пылевато-глинистых грунтов	Показатель текучести
Супеси: твердые пластичные текучие
Суглинки и глины: твердые полутвердые тугопластичные мягкопластичные текуче-пластичные текучие

 

3.1. Определение влажности на границе текучести

 

Граница текучести грунта w_L характеризуется влажностью грунтовой пасты, при которой балансирный конус из полированной нержавеющей стали (рис.1) массой 76.0±0.2 г погружается в нее под действием собственного веса за 5с на глубину 10 мм.

 

Рис.1. Балансирный конус

 

Содержание работы

1. Из грунта воздушно – сухого состояния, предварительно растертого и просеянного через сито с отверстием 1 мм, путем замачивания дистиллированной водой и тщательно растирания шпателем в фарфоровой чашечке приготовить грунтовую пасту.

2. Часть пасты уложить в цилиндрическую форму вровень с краями. Поверхность грунта загладить шпателем.

3. Поднести к поверхности грунта острие конуса, смазанного тонким слоем вазелина, и без рывка опустить его:

а) если конус погрузить на глубину менее 10 мм (цилиндрическая риска выше поверхности грунта), добавить воды и после тщательного перемешивания повторить опыт;

б) если конус погрузить на глубину более 10 мм (цилиндрическая риска ниже поверхности грунта), добавить сухого грунта и после тщательного перемешивания повторить опыт;

в) если конус погрузить на глубину 10 мм (цилиндрическая риска на уровне поверхности грунта), отобрать две навески грунта (не менее 10 г каждая) для определения его влажности.

4. Определить влажность грунта w=w_L (см. работу 2).

5. Результаты занесите в журнал (форма 2).

6. Вычислить среднее значение влажности w_L по результатам двух определений.

 

3.2. Определение влажности на границе пластичности (раскатывания)

 

Граница пластичности (раскатывания) грунта w_p характеризуется влажностью грунтовой пасты, при которой раскатываемый из нее жгут начинает крошиться на дольки длиной (3…10) мм при диаметре в 3 мм.

 

Содержание работы

1. Использовать грунтовую пасту, оставшуюся от определения границы текучести.

2. В чашку с грунтовой пастой добавить немного сухого грунта (порошка) и хорошо перемешать массу шпателем.

3. Небольшой комочек грунта раскатать на ладони или стекле до образования жгута диаметром около 3 мм:

а) если жгут не распадается на дольки, скатать его в шарик и снова раскатать в жгут диаметром около 3 мм;

б) если жгут распадается на дольки длиной (3…10) мм (оценить на глаз), пальцы рук смочить водой, размять грунт и снова раскатать его в жгут диаметром 3 мм;

в) если жгут распадается на дольки длиной (3…10) мм (оценить на глаз), отобрать их в два металлических бюкса (не менее 10 г в каждый) для определения влажности грунта.

4. Определить влажность грунта w=w_p (см. работу 2).

5. Результаты занести в журнал (форма 2).

6. Вычислить среднее значение влажности w_p по результатам двух определений.

 

3.3. Вычисление номенклатурных показателей и классификация по ГОСТ 25100-96 (см. выше) пылевато – глинистого грунта

 

Классификация глинистого грунта производиться по значениям числа пластичности I_p и показателей текучести I_L.

 

Содержание работы

1. По результатам работ 2, 3.1, 3.2 (см. форма 2) вычислить значения I_p и I_L.

2. Результаты занести в журнал (форма 3).

3. Дать наименование грунта (см. табл. 1 и 2)^*.

 

*Примеры наименования пылеватого – глинистого грунта:

Супесь пластичная;

Суглинок тугопластичный.

РАБОТА 4

Определение плотности частиц грунта (ГОСТ 5180-84). Вычисление производных физических характеристик грунта. Предварительная оценка просадочности (набухания) пылевато – глинистого грунта

 

Строительные свойства грунтов зависят как от свойств каждой фазы (составляющей компоненты вещества грунта), так и от их относительного содержания в грунте. Относительное содержание различных фаз оценивается фазовыми (физическими) характеристиками, которые подразделяются на основные и производные.

Основные характеристики определяются опытным путем: плотность грунта ρ (см. работу 1); влажность w (см. работу 2); плотность частиц грунта ρ_s.

Плотность частиц грунта называется масса единицы объема твердых частиц:

 

(9)

 

где – масса твердых частиц (скелета) грунта в данном объеме, г (т);

– объем твердых частиц (скелета) грунта в данном объеме, см³ (м³).

Величина плотности частиц грунта зависит от минерального состава твердой фазы и колеблется в небольших пределах: 2.65 г/см³ – для песков; 2.70 г/см³ –для супесей и суглинков; 2.80 г/см³ – для глин.

Определяется она с помощью пикнометра – колбы из химического стекла с узким длинным горлышком. На горлышке имеется кольцевая риска, что позволяет точно отмеривать один о тот же объем жидкости или суспензии.

Метод основан на замещении части дистиллированной воды в фиксированном объеме частицами твердой фазы грунта и взвешивании пикнометра сначала только с дистиллированной водой, а затем с грунтовой суспензией.

ГОСТ 5180-84 регламентирует следующий порядок проведения испытаний:

– из протертой и просушенной в воздушно – сухом состоянии пробы грунта берется навеска из расчета 15 г грунта на каждые 100 мл емкости пикнометра и высушивается до постоянной массы при температуре 105±2⁰С;

– пикнометр, наполненный на 1/3 своего объема дистиллированной водой, взвешивается (определяется масса m^'_o), а затем через воронку в него всыпается высушенная навеска грунта и пикнометр снова взвешивается (определяется масса m^''_o);

– вычисляется масса сухого грунта m_o= m^''_o- m^'_o;

– пикнометр с водой и грунтом взбалтывается и кипятится на песчаной бане (продолжительность кипения: для песков и супесей – 0.5 ч, для суглинков и глин – 1 ч);

– после кипячения пикнометр охлаждается и в него доливается дистиллированная вода до мерной риски на горлышке (низ мениска должен совпадать с риской);

– пикнометр взвешивается (определяется масса m₁), затем ополаскивается чистой водой и в него наливается дистиллированная вода до мерной риски и производится повторное взвешивание пикнометра (определяется масса m₂);

– вычисляется плотность частиц грунта по формуле:

 

(10)

 

где – масса сухого грунта, г;

– масса пикнометра с водой и грунтом после кипячения, г;

– масса пикнометра с водой, г;

– плотность воды при температуре испытаний, г/см³.

Удельный весом частиц грунта _s называется вес единицы объема твердых частиц:

 

(11)

 

где g=9.80665 м/с² – ускорение свободного падения.

 

4.1. Вычисление производных физических характеристик грунта

 

Производные характеристики грунта вычисляются по основным характеристиками ρ, ρ _s, w.

а) Плотность грунта в сухом состоянии ρ_d называется масса единицы объема сухого грунта природного сложения:

 

(12)

 

где – масса твердых частиц (скелета) грунта в данном объеме, г(т);

– объем грунта, см³ (м³).

Вычисляем по формуле:

 

(13)

 

где – плотность грунта, г/см³; (т/м³);

– влажность грунта, % .

б) Коэффициентом пористости е называется отношение объема пор к объему твердых частиц в данном объеме грунта:

 

(14)

 

где – объем пор в данном объеме грунта, см³ (м³);

– объем твердых частиц (скелета) грунта в данном объеме, см³ (м³);

 

Вычисляется по формуле:

 

r w:val="000000"/><w:lang w:val="RU"/></w:rPr><m:t>d</m:t></m:r></m:sub></m:sSub></m:den></m:f><m:r><w:rPr><w:rFonts w:ascii="Cambria Math" w:h-ansi="Cambria Math"/><wx:font wx:val="Cambria Math"/><w:i/><w:color w:val="000000"/><w:lang w:val="RU"/></w:rPr><m:t> ,</m:t></m:r></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>"> (15)

 

где – плотность твердых частиц грунта, г/см³; (т/м³);

– плотность сухого грунта природного сложения, г/см³; (т/м³).

в) Пористость грунта n называется отношение объема пор в данном объеме грунта к этому объему:

 

(16)

 

где – общий объем грунта, см³ (м³).

Пористость грунта n тесно связана с коэффициентом пористости е и вычисляется по формуле:

 

(17)

 

Плотность грунта в сухом состоянии, пористость и коэффициент пористости характеризуют плотность сложения грунта. От плотности сложения существенно зависят его прочность и сжимаемость.

г) Степень влажности S_r называется степень заполнения объема пор грунта водой:

 

(18)

 

где – объем воды в порах данного объема грунта, см³ (м³);

– объем пор в данном объеме грунта, см³ (м³).

Вычисляется по формуле:

 

(19)

 

где – влажность грунта, %;

– плотность твердых частиц грунта, г/см³; (т/м³);

=1.0 г/см³; (т/м³) – плотность воды.

Наибольшее влияние степень влажности оказывает на строительные свойства песчаных грунтов.

По степени влажности песчаные и крупнообломочные грунты делятся на следующие разновидности:

маловлажные

влажные насыщенные водой

 

Содержание работы

1. По указанию преподавателя определить по формулам 10, 11 в соответствии с описанной перед ними методикой плотность ρ_s и удельный вес _s твердых частиц грунта.

2. По значениям основных характеристик грунта: ρ (из работы 1); w (из работы 2); ρ_s (по п.1 или 2.65 г/см³ – для песков; 2.70 г/см³ – для супесей и суглинков; 2.80 г/см³ – для глин) вычислить его производные характеристики: ρ_d; е; n; S_r (формулы 13, 15, 17, 19).

Примечание:e; n; S_r вычисляются с точностью до трех знаков после запятой.

3. Результаты занести в журнал (форма 4).

 

4.2. Предварительная оценка просадочности (набухаемости) пылевато –

глинистого грунта

 

В пылевато – глинистых грунтах необходимо выделять просадочные грунты, которые под действием внешних нагрузки или собственного веса при замачивании водой дают дополнительную осадку (просадку), а также набухающие грунты, которые при замачивании водой или химическими растворами увеличиваются в объеме.

Предварительная оценка просадочности (набухания) грунтов производиться по величине показателя I_ss:

 

(20)

 

где – коэффициент пористости грунта при влажности на границе текучести w_L:

– влажность на границе текучести грунта, % (из работы 3);

– плотность твердых частиц грунта, г/см³; (т/м³);

=1.0 г/см³; (т/м³) – плотность воды.

К непросадочным относятся грунты со степенью влажности. К возможно просадочным относятся грунты со степенью влажности и для которых значение I_ss меньше следующих значений:

 

Таблица 3

Число пластичности грунта Ip
Показатель Iss	0.10	0.17	0.24

 

К ненабухающим при замачивании водой относятся грунты, для которых значение .

К возможно набухающим при замачивании водой относятся грунты, для которых значений .

Показатель не может служить обоснованием для назначения дополнительных строительных мероприятий для сооружений, возводимых на просадочных или набухающим грунтах. Он показывает на необходимость проведения дополнительных исследований грунтов с целью определения степени их просадочности (набухаемости).

 

Содержание работы

1. По значениям характеристик w_L (из работы 3.1) и е (из работы 4.1) вычислить показатель (формула 20).

2. Результаты занести в журнал (форма 4).

3. Дать предварительную оценку просадочности (набухаемости) грунта (см. таблицу 3).

 

РАБОТА 5

Определение величины относительного набухания пылевато – глинистого грунта (ГОСТ 24143-80)

 

Набухание пылевато – глинистых грунтов при увлажнении объясняется электроосмотическими процессами, происходящими между водой и тонкодисперсными частицами, главным образом, коллоидами. Увеличение объема грунта происходит как за счет утолщения водных оболочек вокруг коллоидных частиц, так и за счет химических процессов, влекущих за собой изменение состава и объема самых частиц. Явление набухания оказывает отрицательное воздействие на грунты вскрытых котлованов, что необходимо учитывать при проектирование.

Выделение набухающих грунтов производится по относительному набуханию без нагрузки . Грунты относятся к набухающим при .

Набухание грунты в зависимости от величины относительного набухания без нагрузки подразделяются следующим образом:

 

Таблица 4

Степень набухания грунта	Величины относительного набухания
Ненабухающие Слабонабухающие Средненабухающие Сильнонабухающие

 

Для определения величины относительного набухания грунта ненарушенной структуры используется разъемное режущее кольцо высотой 25мм и диаметром 58мм. Одна часть кольца, высотой 15мм снабжения режущей кромкой (для вырезки образца) и используется при испытании в качестве направляющей для поршня. В другую часть кольца (основную), высотой 10мм, помещается грунт. Отбор образца производится в собранное кольцо (методику отбора см. в работе 1). Затем режущая часть кольца снимается и ножом зачищаются поверхности образца в основной (высотой 10мм) части кольца. Поверхности образца накрываются фильтрованной бумагой, кольца снова собирается и устанавливается в дырчатое донце, сверху на образец становится дырчатый поршень. Собранный прибор помещается в ванночку (рис.2). В лунку поршня упирается максимально выдвинутая ножка индикатора часового типа с ценой деления шкалы 0,01 мм и на шкале его устанавливается нулевой отсчет. В ванночку наливается немного дистиллированной воды с таким расчетом, чтобы происходило капиллярное увлажнение грунта и через определенные промежутки времени записываются показания индикатора до стабилизации деформаций.

Относительное набухание грунта определяется по формуле:

 

(21)

 

где – высота образца после его свободного набухания в результате замачивания до полного водонасыщения, мм;

– начальная высота образца природной влажности, мм;

– изменение начальной высоты образца в результате замачивания, мм.

Рис. 2. Прибор для определения величины относительного

набухания грунта

 

Содержание работы

1. Предварительно подготовленное кольцо с пылевато – глинистым грунтом установить в дырчатое донце.

2. Сверху на образец установить в дырчатый поршень.

3. С помощью винта закрепить на приборе мессуру, ножку которой в максимально выдвинутом состоянии упереть в поршень (см. рис.2).

4. Показания мессуры с помощью ее поворотного диска и головки ножки установить в нулевое положение (см. рис.2).

5. Собранный прибор установить в ванночку.

6. Налить в ванночку дистиллированной воды до половины высоты основной части кольца.

7. Через каждые 15 минут снимать показания мессуры с точностью 0.01мм и записывать в журнал (форма 5).

Примечание.Показания снимать до условной стабилизации набухания. За условную стабилизацию набухания считать изменение показаний мессуры в течение последних 15 минут не более чем на 0.01мм.

8. Вычислить относительное набухание грунта (формула 19).

9. Дать оценку набухания грунта (см. табл.4).

10. Построить график набухания грунта во времени (форма 6).

 

РАБОТА 6