Механика грунтов

От видов песчаных грунтов по крупности частиц в значительной степени зависит величина расчетных давлений на грунт.

В настоящее время  разработано много способов гранулометрического  анализа грунтов. Эти способы  можно объединить в следующие  группы.

1. Глазомерный или  визуальный анализ, заключающийся  в сравнении на глаз изучаемого грунта с эталонами, механический состав который известен.

2. Полевые методы заключающиеся  в оценке гранулометрического  состава грунта по числу набухания  и механическому числу, определяемый  в специальной воронке и трубе.

3. Ситовой способ – рассеивание грунта на ситах.

4. Гидравлические способы,  основанные на различии в скорости  падения в воде частиц разной  крупности.

5. Непрерывные способы  анализа (пипеточный анализ, непосредственное  взвешивание осадков последовательно  выпадающих из суспензий, ареометрический способ и др.).

6. Центрифугирование,  основанное на разной скорости  осаждения частиц грунта разной  крупности центробежной силой.

В Советском Союзе  наибольшее распространение в инженерно- геологической практике получили ситовой анализ, методы двойного отмучивания, пипеточный метод, ареометрический анализ и полевой метод.

Для строительной классификации  грунтов чаще всего применяют  ситовой и комбинированный метод  для песчаных и крупнообломочных грунтов. Классификация глинистых  грунтов, обладающих связностью, производится в зависимости от степени (числа) пластичности. Однако это не исключает необходимости во многих случаях производить точный анализ грансостава глинистых грунтов, и глинистых песков.

 

Определение гранулометрического состава

песчаных грунтов на ситах

Описание прибора.

 

Гранулометрический анализ на ситах является основным методом  для определения механического  состава песчаных грунтов и производится при помощи комплекта сит (Рис. 1.). Стандартный комплект сит состоит из шести сит (1) поддона (2) и крышки (3). Три сита выполняются из медной или латунной сетки простого плетения с отверстиями квадратной формы размером 0,5; 0,25 и 0,10 мм.

Ситовой анализ может  носить самостоятельный характер, когда  при анализе ограничивается выделением фракции больше 0,1 мм. При необходимости выделения в грунте пылеватых и глинистых фракций ситовой анализ является составной частью комбинированного анализа.

 

Необходимые приборы  и оборудование.

 

- Набор стандартных  сит;

- Технические весы  с разновесами;

- Фарфоровые чашечки;

- Линейка;

- Шпатель;

- Фарфоровая ступка  с резиновым пестиком;

- Лист бумаги.

 

 

Ход работы:

 

1. Довести грунт до воздушно- сухого состояния, растереть крупные комки в фарфоровой ступке резиновым пестиком, затем рассыпать грунт на листе бумаги. Растирать грунт нужно осторожно, чтобы избежать разрушения отдельных зерен.
2. Взять среднюю навеску. Для этого высушенный и растертый грунт, в объеме примерно 4-8 средних навесок, тщательно перемешать, затем шпателем или линейкой распределить по листу бумаги тонким ровным слоем толщиной и несколько миллиметров и двумя взаимно перпендикулярными линиями разделить на четыре равные части (квадранты) (Рис. 2а). Для противоположных (по диагонали) квадранта оставить в качестве сокращенной пробы, а два других удалить с помощью шпателя с листа бумаги (Рис. 2б). Каждый из оставшихся квадрантов двумя взаимно перпендикулярными линиями поделить на четыре равные части (Рис. 2в). Оставить по два противоположных квадранта, а по два других удалить (Рис. 2г). Такое деление пробы (квартование) продолжать до тех пор пока, на листе бумаги не останется необходимый объем грунта: примерно 100 г для грунтов, не содержащих частиц крупнее 2 мм; 500 г для грунтов, содержащих до 10 % частиц крупнее 2 мм; около 1000 г при содержании частиц крупнее 2 мм от 10% до 30% и не менее 2000 г при содержании указанных частиц больше 30%. Содержание в грунте частиц крупнее 2 мм определяется визуально.
3. Отобранную пробу взвесить на технических весах с точностью до 0,01 г и результаты взвешивания занести в рабочий журнал.
4. Взвешенную пробу пропустить через набор сит 10- 0,1 мм. Сита собрать в колонну так, чтобы отверстия их уменьшились сверху вниз (Рис. 1). На верхнее сито надеть крышку 3, а под нижнее подставить поддон 2. просеивание осуществлять с помощью легких боковых ударов ладонями до полной сортировки частиц грунта.

 

 

 

5. Содержание каждого сита, начиная с крупного, перенести в ступку и дополнительно обработать резиновым пестиком, после чего вновь просеять сквозь то же сито над листом бумаги. Мелкие частицы, прошедшие через сито перенести в следующее сито. Потряхивание каждого сита над чистым листом бумаги продолжается до тех пор, пока от грунта не перестанут отделяться мелкие частицы.
6. Содержание каждого сита и поддона высыпать в предварительно взвешенные фарфоровые чашечки или чистые листы бумаги и взвесить. Результаты взвешивания выразить с точностью 0,01 г и записать в рабочий журнал. Внимательно осмотреть сита, не застряли ли в них частицы.
7. Для контроля сложить веса отдельных фракций и сравнить полученную сумму с первоначальной навеской грунта взятого для анализа. Расхождением до 0,5% можно пренебречь. При большей величине расхождений опыт необходимо повторить, т. к. в ходе анализа могла быть допущена ошибка или значительная потеря частиц образца.

    Студентами в учебных целях для облегчения выполнения задания допускается пренебрегать расхождением результатов до 1%.

8. Результаты анализа выразить в процентах (с точностью до 0,1%) по отношению к весу воздушно- сухой пробы по фракциям:

Крупнее 10 мм; от 10 до 2 мм; от 2 до 1 мм; от 1до 0,5 мм; от 0,5 до 0,25; от 0,25 до 0,1мм и мельче 0,1 мм. Разница между  суммарным весом фракций и  первоначальной навеской меньше допустимой величины учитывается в весе фракций < 0,1 мм.

9. Данные анализа внести в журнал (Табл. 1).

 

 

 

 

 

 

Таблица 1

Журнал ситового анализа

Гранулометрического состава  песков

 

Масса пробы:

Описание образца: (визуально)

Результаты взвешивания	Фракции грунта, мм
	> 10	10÷2	2÷1	1÷0,5	0,5÷0,15	0,25÷0,1	<0,1
Масса тары (фарфоровая чашка  или лист бумаги), г
Масса тары с грунтом, г
Масса фракции, г
Содержание фракции, %

 

По результатам зернового  анализа производят классификацию  песчаного грунта и определяют вид  по крупности зерен согласно таблицы 2.

Для установления наименования песчаного грунта по крупности по табл. 1 последовательно суммируются  процентное содержание частиц исследуемого грунта: сначала крупнее 2 мм, затем  крупнее 0,5 мм, далее крупнее 0,25 мм, далее  крупнее 0,1 мм. Наименование грунта по крупности принимается по первому удовлетворяющему показателю в порядке расположения наименования

в таблице 2.

 

 

 

Таблица 2

Вид Песчаных грунтов	Распределение частиц по крупности, % от веса воздушно – сухого грунта.
Песок гравинистый	Вес частиц крупнее 2 мм составляет более 25%
Песок крупный	Вес частиц крупнее 0,5 мм составляет более 50%
Песок средней крупности	Вес частиц крупнее 0,25 мм составляет более 50%
Песок мелкий	Вес частиц крупнее 0,1 составляет 75% и  более
Песок пылеватый	Вес частиц крупнее 0,1 составляет менее 75%

 

Обработка результатов  гранулометрического 

анализа грунтов.

 

Обработка результатов анализа производится по способу суммарной кривой заключающемся в построении кривой, каждая точка которой соответствует сумме фракций меньше определенного диаметра, в полулогарифмическом масштабе.

Для построения кривой в  полулогарифмическом масштабе (Рис. 3) по оси абсцисс откладывают не диаметры частиц, а их логарифмы или величины пропорциональные логарифмам. В начале координат ставят число 0,01, а затем, принимая lg 10 равным произвольному отрезку, откладывают этот отрезок в правую сторону три раза, делая отметки и, ставя против них числа, соответственно, 0,1; 1,0; 10,0. Расстояние между метками делят на девять частей пропорционально логарифмам чисел 2,3,4,5,6,7,8,9.

В первом от начала координат  интервале выделенные отрезки будут  соответствовать 0,2 до 0,9 мм, в третьем  от 1 до 10 мм.

 

 

                                     

                                                    грунт- песок однородный

 

Отдельные фракции		Совокупность фракций
Диаметр частиц, мм	Содержание, %	Диаметр частиц, мм	Содержание, %
<0,10	8,5	<0,10	8,5
0,10-0,25	48,5	<0,25	57,0
0,25-0,50	32,4	<0,50	89,4
0,50-1,00	8,2	<1,00	97,6
1,00-2,00	2,4	<2,00	100,0
>2,00	-	<10,0	-

 

Рис. 3 Пример построения суммарной кривой гранулометрического  состава грунта.

 

 

 

Например, если принять lg 10 соответствующим на графике отрезку длиной 5 см, то

lg 2= 0,301 будет соответствовать 0,301х5 ≈ 1,5 см

lg 3= 0,477 будет соответствовать 0,477х5 ≈ 2,4 см

lg 4= 0,602 будет соответствовать 0,602х5 ≈ 3,0 см

lg 5= 0,699 будет соответствовать 0,699х5 ≈ 3,5 см

lg 6= 0,778 будет соответствовать 0,778х5 ≈ 3,9 см

lg 7= 0,845 будет соответствовать 0,845х5 ≈ 4,2 см

lg 8= 0,903 будет соответствовать 0,903х5 ≈ 4,5 см

lg 9= 0,954 будет соответствовать 0,954х5 ≈ 4,8 см

Указанные отрезки откладывают  по оси абсцисс от каждой метки, ограничивающей отрезок длиной 5 см.

По оси откладывают  суммарное содержание фракций в %. Для этого последовательно суммируют  содержание фракций, начиная с наиболее мелкой, и по этим числам строят кривую. Каждое из полученных чисел указывает  на суммарное содержание фракций меньше определенного диаметра.

Данные для построения кривой заносят в таблицу 3.

Таблица 3

Отдельные фракции		Совокупность фракций
Диаметр частиц, мм	Содержание, %	Диаметр частиц, мм	Содержание, %
<0,1 0,1÷0,25 0,25÷0,5 0,5÷1 1÷2 2÷10 >10		<0,1 <0,25 <0,5 < 1 < 2 < 10 < 200

 

По суммарной кривой определяют действующий диаметр d₁₀ и «диаметр шестидесяти» d₆₀.

 

Под действующим и эффективным  диаметром частиц (d₁₀) понимается размер частиц, соответствующий ординате 10% на кривой гранулометрического состава. Эта величина находится следующим образом (см. рис. 3): из точки на оси ординат, соответствующей 10%, проводят линию параллельно оси абсцисс до пересечения с кривой; из точки пересечения опускают перпендикуляр на ось абсцисс; полученная на оси абсцисс точка и определит действующий диаметр.

Под «диаметром шести» понимается размер частиц (d₆₀); соответствующий ординате 60% на построенной суммарной кривой грансостава. Графически он определяется аналогично действующему диаметру.

Отношение называется коэффициентом неоднородности. Чем меньше коэффициент неоднородности, тем более разнородным по своему составу является грунт и тем большим разбросом прочностных и деформационных характеристик грунта можно ожидать по глубине и простиранию слоя в основании зданий.

Песчаные грунты считают  неоднородными при к >3. В названии песчаного грунта обязательно указывается его неоднородность.

По результатам приведенного анализа определить наименование песчаного  грунта.

Для примера приведенного на рис. 3 наименование песчаного грунта определится: песок светло- серый, мелкий (частиц крупнее 0,1 мм- 81,5%, что >75%), однородный (к=2,66 <3).

По виду песчаного  грунта при средней плотности  его сложения определить величину условного расчетного давления R_о по таблице 4 при маловлажном состоянии.