Механика грунтов

Министерство высшего  и среднего специального образования

РСФСР

Новгородский политехнический  институт

_______________________________________________________________

Кафедра строительного  производства

 

 

 

 

 

 

 

РУКОВОДСТВО

К выполнению лабораторных работ по курсу

«Механика грунтов, основания  и фундаменты» для студентов  специальностей «Промышленное и  гражданское строительство» 270102,

«Городское строительство  и хозяйство» 270105.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В. Новгород

2009 г.

 

 

 

 

 

 

С О С Т А В И Л:

К.Т.Н., доцент

 Кудряшов В.П.

 

 

Рецензент:

К.Т.Н., профессор

Хузин З.М.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                        ОГЛАВЛЕНИЕ:                                      стр.

Введение………………………………………………………..………………….4

Правила для студентов……………………………………………………………4

Отбор, упаковка и транспортирование 

образцов пород для  лабораторных исследований………………………………5

Лабораторная работа №1 «Определение гранулометрического

состава песчаных грунтов  на ситах».…………………………………………….7

Лабораторная работа №2 «Определение влажности грунта».…………………22

Лабораторная работа №3 «Определение границ текучести и 

раскатывания глинистого грунта».……………………………………………….31

Лабораторная работа №4 «Определение удельного веса частиц грунта»……..43

Лабораторная работа №5«Определение удельного веса грунта»………………54

Лабораторная работа №6«Определение коэффициента фильтрации песчаного грунта»……………………………………………………………………………...64

Лабораторная работа №7«Определение показателей деформируемости  грунта при сжатии в компрессионном приборе»……………………………………………..82

Лабораторная работа №8«Определение показателей сопротивления грунта сдвигу методом прямого среза образца»………………………………………………....102

Лабораторная работа №9«определение угла естественного  откоса песчаных грунтов»…………………………………………………………………….………121

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

 

Задачей руководства  к лабораторным работам по курсу  «Механика грунтов, основания и  фундаменты», является освоение студентами основных методов лабораторного  изучения показателей физического  состояния и механических свойств  песчаных и глинистых грунтов, получение практических навыков по работе на лабораторном оборудовании, закрепление и углубление теоретических знаний.

Выполнение лабораторных работ увязывается с чтением  лекций и способствует необходимому углублению и закреплению знаний по изучаемому курсу. В целях лучшего усвоения материала в лабораторных работах приводятся краткие теоретические положения по грунтоведению об изучаемом показателе и его практическом применении, а после каждой работы в руководстве приведены вопросы для самопроверки.

Методика определения показателей физико-механических свойств грунтов изложена в соответствии с действующими ГОСТ, руководствами и инструкциями принятыми в научных и производственных лабораториях.

Лабораторный практикум  заключается в выполнении студентами под руководством преподавателя шести заданий. Для выполнения каждого задания предусмотрено двухчасовое занятие. Задание, в зависимости от трудности и длительности выполнения отдельных работ, может состоять из одной или двух лабораторных работ близких по технике выполнения.

 

Правила для студентов.

Прежде чем приступить к работе в лаборатории студент  обязан изучать соответствующие  разделы курса по учебникам и  руководствам по лабораторным исследованиям  грунтов.

Необходимо изучить пояснения  и методичку проведения лабораторной работы по настоящему руководству, сделать для себя необходимые записи в рабочую тетрадь, подготовить необходимые таблицы и координатные сетки для вычерчивания графиков.

Результаты каждой лабораторной работы вносятся вручную в тетрадь  и подписываются преподавателем или студентом. При оформлении лабораторной работы приводится краткое описание методики ее выполнения, таблицы экспериментальных данных, результаты обработки и вычислений.

Студенты могут сдавать лабораторные работы по мере их готовности в отведенные часы консультаций преподавателя, ведущего занятия. При сдаче лабораторных работ студент должен показать знания существа определяемых физико-механических характеристик грунтов, особенности их определения с помощью лабораторного оборудования и применение их для практических расчетов. Рабочая тетрадь остается у студентов и служит в дальнейшем для подготовки и сдаче зачетов и экзаменов.

 

Отбор, упаковка и транспортирование  образцов

пород для лабораторных исследований.

 

Достоверность результатов лабораторного изучения физико-механических свойств грунтов зависит от правильности отбора образцов, сохранения их в процессе транспортирования и хранения.

Все операции по отбору, консервации, транспортированию и хранению образцов грунтов для лабораторных исследований должны выполняться согласно ГОСТ 12071- 84. Образец грунта с сохранением структуры естественного сложения называются монолитами. При отборе и последующей работе должна обязательно сохраняться ориентация (низ- верх) монолита в условиях природного залегания.

Отбор монолитов грунта может производиться  из горных выработок с помощью  ножа, лопаты и пр., а также из буровых  скважин с помощью специальных  устройств-грунтоносов. Отбор монолитов  из горных выработок осуществляется вручную, что при соответствующих навыках и тщательности исполнения способствует наименьшему нарушению природной структуры грунта. Отбор монолитов из скважин в зависимости от правильности выбора оборудования и способа производства работ приводит к нарушению природной структуры грунта в большей или меньшей степени.

 Однако в отличие от горных  выработок устройство буровых  скважин является менее трудоемким, дорогостоящим, а часто и технически наиболее целесообразным решением.

Отбор монолитов из скважин широко применяется на практике, а имеющиеся конструкции грунтоносов позволяют обеспечить минимальное приемлемое для решения практических задач, нарушение структуры грунта.

К упаковке образцов грунта для транспортирования  и хранения необходимо подходить  особенно тщательно. Образцы породы, отобранные, для лабораторных испытаний без сохранения природной структуры и природной влажности укладывают в тару обеспечивающую сохранность мелких частиц грунта (обычно мешок из плотной материи или синтетической пленки).

Образцы грунта, отобранные, с нарушением природной структуры при требовании сохранения естественной влажности должны помещаться в корозионностойкие банки с герметически закупоривающими крышками.

Монолиты грунта, отобранные из горных выработок или буровых  скважин, необходимо немедленно изолировать от наружного воздуха путем помещения его в герметическую жесткую тару, либо путем парафинирования. Парафинирование производится путем обмотки монолита слоем марли, предварительно пропитанной расплавленным парафином, смешанным с гудроном и последующей обливки парафином. Процесс повторяют два раза. До парафинирования и после парафинирования на верхнюю поверхность монолита приклеивается этикетка с необходимыми данными о нем, записанными с помощью карандаша для исключения размазывания записей.

Образцы грунта, предназначенные для  транспортировки в лаборатории  расположенные на значительном расстоянии от места отбора проб, необходимо упаковывать в ящик. Укладка монолитов в ящик должна быть плотной, с заполнением свободного пространства древесными опилками. Между монолитами и стенками ящика слой опилок должен составлять 3- 4 см, а между монолитами 2-3 см.

При транспортировании  монолиты не должны подвергаться резким динамическим и температурным воздействиям.

Срок хранения упакованных  образцов нарушенного сложения, для которых требуется сохранение естественной влажности, не должно превышать двух суток, считая с момента их отбора до лабораторных испытаний.

Срок хранения упакованных  монолитов в специальных помещениях и камерах не должен превышать для маловлажных песчаных и глинистых твердой и полутвердой консистенции – трех месяцев; других видов грунтов – полутора месяцев.

Срок хранения упакованных монолитов  вне специальных помещений не должен превышать 15 суток.

Монолиты имеющие повреждения  гидроизоляционного слоя и дефекты упаковки или с неправильным хранением, следует принимать к испытаниям только как образцы грунта нарушенного сложения.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № I

Определение гранулированного состава песчаных грунтов на ситах.

Гранулометрический (механический)

состав грунтов.

 

Рыхлые горные породы (грунты) состоят из отдельных минеральных  частиц и их агрегатов различных  по размеру, форме и вещественному составу. От размеров, формы и состояния поверхности отдельных зерен в значительной мере зависят механические свойства грунтов. В инженерном грунтоведении приняты следующие наименования зерен грунта крупности.

№ п.п.	Наименование зерен  грунтов	Размер зерен, мм
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.	Валуны, глыбы Галька, щебень Гравий, дресва Песчаные зерна Пылеватые частицы Глинистые частицы Коллоидные частицы	200 10 до 200 2 до 10 0,05 до 2 0,005 до 0,05 0,00025 до 0,005 0,00025

 

Каждое из наименований частиц и  зерен, указанных в таблице, имеет  свои особенности и следовательно  оказывает различное влияние  на физические и механические свойства грунта. Степень этого влияния зависит от количественного содержания в грунте тез или иных частиц. Очень важно отметить главные свойства названных зерновых составляющих грунта.

Валуны, глыбы, галька, щебень, гравий, дресва имеют минеральный состав материнской породы; их содержание в грунте понижает связность, увеличивает внутреннее трение, повышает водопроницаемость и водостойкость в отношении размываемости, суффозии.

Песчаные зерна состоят  главным образом из какого- либо одного минерала, чаще всего кварца. Наличие в грунте песчаных зерен уменьшает связанность, сжимаемость и упругость грунта, повышает его размокаемость и размываемость, в зависимости от крупности и количественного содержания в грунте увеличивается внутреннее трение и , следовательно, прочность грунта.

Глинистые частицы, или  зерна, представляют собой по минеральному составу в основном частицы вторичных  минералов, образованных химическими  процессами при выветривании горных пород. Вторичные минералы и, следовательно, глинистые частицы сильно различаются по взаимодействию с водой и водными растворами. Глинистые зерна имеют кристаллическое строение, весьма малые размеры и пластинчатую, чешуйчатую или игольчатую форму. Такие разновидности формы создают высокую удельную поверхность (общую поверхность частиц, содержащихся в 1 см³ грунта). Поверхностная активность глинистых частиц при взаимодействии с молекулами воды (диполями) настолько велика, что плотность воды связанной вокруг глинистых частиц не удается удалить путем создания внешних давлений. Содержание в грунте глинистых частиц придает ему связность, сообщает грунту свойство пластичности, снижает водопроницаемость, снижает сжимаемость, упругость.

Пылеватые частицы занимают промежуточное значение между песчаными  и глинистыми. По минеральной природе крупные зерна сходны с песчаными, а мелкие с глинистыми. В соответствии с многообразием в минеральной природе пылеватые частицы по-разному влияют на свойства грунтов.

Чаще всего их присутствие  в грунте способствует связности, ускоряет размягчаемость и размокаемость, повышает вымываемость и способствует возникновению подвижности в грунте при увеличении влажности и наличии внешних, особенно динамических воздействий.

Коллоидные частицы  увеличивают удельную поверхность  грунта. Они при взаимодействии с водой образуют коллоидные пленки вокруг пылеватых и глинистых зерен. Эти пленки поглощают и удерживают воду, препятствуют движению воды в порах грунта, повышают сцепление и пластичность грунтов.

Большинство видов грунта состоит из зерен и частиц различных размеров и следовательно их свойства определяются гранулометрическим составом, под которым понимается относительное содержание в грунте (по весу) частиц различной крупности.

Для определения гранулометрического  состава выполняется гранулометрический анализ, который заключается в расчленении грунта на группы с близкими по размерам частицами. Группа частиц с близкими размерами называется фракцией. Размер частиц обычно определяют по диаметру и выражают в миллиметрах. Плотность компановки структуры грунтов зависит от размеров частиц, с уменьшением размеров зерен от валунов до песчаных частиц уменьшаются в размеры пор между частицами и, следовательно, уменьшается объем пор и в значительной степени уменьшается водопроницаемость таких грунтов. Однако, дальнейшее уменьшение частиц до глинистых не способствует увеличению плотности структуры. Из- за наличия оболочек прочносвязанной воды вокруг глинистых частиц их контакт между собой осуществляется только через эти оболочки. В результате наблюдается, что глинистые грунты, состоящие из очень мелких частичек, имеют большую пористость чем песчаные грунты, размер частичек которых на несколько порядков выше. При этом, несмотря на более высокую пористость, глинистые грунты являются практически не проницаемыми для воды.

Рассмотренный пример показывает, что зерновой анализ заключающийся  в механическом разделении грунта на фракции не определяет свойств грунта в механическом соотношении свойств отдельных фракций.

Определение гранулометрического  состава необходимо для решения ряда практических вопросов:

1. Классификация грунтов.
2. Приближенное вычисление водопроницаемости крупнозернистых грунтов (песчаных).
3. Оценка рыхлых несвязных грунтов как строительного материала и главным образом как заполнителя при изготовлении бетона.
4. Оценка пригодности грунтов для использования их при осыпке насыпей для дорог, дамб, земляных плотин.
5. Оценка возможных явлений суффозий в теле фильтрующих плотин, в стенках котлованов и т. д.