КР № 1 №2
.pdf
Полная влагоемкость – это суммарное содержание в грунте всех видов воды при полном заполнении всех пор.
Показатели:
е – коэффициент пористости грунта;
ρs – плотность частиц грунта, г/см3.
Методы определения.
Wn – полная влагоемкость в долях единицы;
Расчетным методом полную влагоемкость по объему (Wv) можно вычислить по формуле:
где Р – общая скважность (пористость), в долях объема;
d – плотность сложения почвы, г/см3.
Полная влагоемкость, какое влияние на инженерно-геологические свойства грунтов.
Большая полная влагоемкость соответствует большей пористости и соответственно более худшим строительным свойствам грунта).
От показателя пористости зависят такие характеристики как:
Несущая способность.
Грунт с большим количеством пустот неустойчив, склонен к деформациям, не выдерживает больших статических и динамических нагрузок.
Усадка и сжимаемость.
Под давлением объем пор уменьшается, грунт сжимается, и сооружения дают усадку.
Сопротивление сдвигу.
Грунт с высокой пористостью легче смещается под влиянием динамических боковых нагрузок. Но на этот показатель также влияют форма частиц и особенности их поверхности. Шероховатые неокатанные зерна имеют лучшее сцепление, а значит и более высокое сопротивление сдвигу.
Влагоемкость.
В пористом грунте может задерживаться больше жидкости. В первую очередь это касается глины, которая имеет способность связывать воду и набухать.
Водопроницаемость.
Хорошей водопроницаемостью обладают грунты с открытыми порами, которые сообщаются между собой.
Коррозийные свойства.
В пористых грунтах накапливается влага с растворенными солями. В них создаются оптимальные условия для роста бактерий, разлагающих сульфаты. Все это ведет к повышению коррозийных свойств грунта. Поэтому металлические конструкции в такой среде быстрее разрушаются.
Для грунтов, которые используются в строительных работах, высокая пористость является недостатком. Единственное исключение –
установка дренажных систем. Ведь грунт вокруг них должен иметь разную пористость, чтобы пропускать и фильтровать воду.
Задание 3
Определить плотность скелета грунта, пористость, коэффициент пористости, степень влажности, вид и состояние грунта, используя физические характеристики, приведенные в таблице 3.
Таблица 3
Номер |
Плотнос |
Плотно |
Влажнос |
Верхний |
Нижний |
вариант |
ть |
сть |
ть, д.ед |
предел |
предел |
а |
частиц |
грунта, |
|
пластичн |
пластичности, |
|
грунта, |
г/см3 |
|
ости, д.ед |
д.ед |
|
г/см3 |
|
|
|
|
8 |
2,74 |
2,00 |
0,23 |
0,32 |
0,17 |
Плотность скелета грунта — плотность сухого грунта d, г/см3 , определяемая по формуле d = /1+W, где — плотность грунта, г/см3 ; W — влажность грунта, д. е.
d = 2,00 г/см3 / 1+0,23 д.ед. = 1,63 г/см3
Пористость n – отношение объема пор в грунте к общему объему грунта и вычисляют по формуле:
n= (1 – ρd/ s) 100 %, где ρd – плотность сухого грунта; ρs – плотность частиц грунта.
n = (1 – 1,63/2,74) 100% = 0,41 100% = 41%
Коэффициент пористости е определяется по формуле e = s – pd / pd
где s — плотность частиц грунта, г/см3;d — плотность сухого грунта, г/см3
e = s – pd / pd = 2,74 – 1,63/1,63 = 0,68 г/см3
Степень влажности для талого грунта – степень заполнения пор водой, выраженная в долях единицы и определяемая по формуле:
Sr = ω ps / e ρω
Sr = 0,23 д.ед. 2,74 г/см3/ 0,68 г/см3 1 г/см3 = 0,63/ 0,68 =0,93
Грунты, насыщенные водой, когда 0,8 <Sr = 0,93 < 1
где ω – природная влажность грунта, выраженная в долях единицы; ρω – плотность воды, принимаем равной 1 г/см³;
ρs – плотность частиц грунта, г/см3; e - коэффициент пористости, г/см3.
Число пластичности Ip = Wl-Wp = 0,32-0,17 = 0,15 7 < {Ip=15} < 17 суглинок
Число текучести Il = (ω -Wp)/Ip = (0,23-0,17)/0,15 = 0,4 0.25 < {Il=0,4} < 0.5 тугопластичный
Задание 4
Масса образца ненарушенной структуры объемом 50 см3 при естественной влажности равна m гр., после сушки на воздухе стала m1 гр., а после полного высушивания в сушильном шкафу m2 гр. Объем минеральной части грунта равен Vs. Определить плотность частиц грунта ρs, плотность грунта ρ, естественную влажность w, плотность скелета грунта ρd, пористость n, коэффициент пористости e, полную влагоемкость wsat, степень влажности Sr.
Таблица 4
Номер варианта |
8 |
m |
87,90 |
m1 |
76,48 |
m2 |
75,07 |
Vs |
27,94 |
Плотность частиц грунта ρs = m2 / Vs = 75,07/27,94 = 2,69 г/см3 Плотность грунта ρ = m/V= 87,90 / 50=1,76 г/см3
Естественная влажность w = (m-m2) / m2 = (87,90-75,07)/75,07=0,171 д.ед. = 17,1 %
Плотность скелета грунта ρd = ρ / (1+ w)= 1,76/(1+0,171)=1,50 г/см3
Пористость n = (ρs - ρd) / ρs = (2,69-1,50) / 2,69=0,44 Коэффициент пористости e=(ρs-ρd) / ρd =(2,69-1,50)/1,50=0,79 Степень влажности Sr = w * ρs / e * ρω = 0,171*2,69/0,79*1=0,58 Wv = w * ρs =0,171*2,69=0,46
Wsat = e*ρw/ ρs = 0,79*1/2,69=0,29
Задание 5
По результатам лабораторного определения пределов пластичности пылевато-глинистых грунтов и их естественной влажности определите число пластичности и показатель текучести, а также дайте название грунта и его состояние.
Таблица 5
Номер |
Влажность на |
Влажность на |
Естественная |
варианта |
границе |
границе |
влажность |
|
текучести |
раскатывания |
|
8 |
0,53 |
0,26 |
0,64 |
Число пластичности Ip=Wl-Wp= 0,53 – 0,26 = 0,27 17 < {Ip=27} ≤ 27 лёгкая глина
Число текучести Il=(W-Wp)/Ip=(0,64 -0,26)/0,27 = 1,41 IL >1 - текучая
Задание 6
Определить прочностные характеристики грунта (коэффициент внутреннего трения, угол внутреннего трения и удельное сцепление) по данным лабораторных испытаний на сдвиг. Угол внутреннего трения и удельное сцепление определить методом наименьших квадратов, построить график сопротивления грунтов сдвигу.
|
|
|
Таблица 6 |
Номер |
Сдвигающее усилие τi , МПа при нормальном |
||
варианта |
удельном давлении, передаваемом на образце |
||
|
|
грунта Рi, МПа |
|
|
Р=0,1 |
Р=0,2 |
Р=0,3 |
8 |
0,070 |
0,110 |
0,160 |
Пояснения к заданию:
Формулы для расчета удельного сцепления и коэффициента внутреннего трения с помощью метода наименьших квадратов выглядят следующим образом:
|
|
|
n |
|
n |
|
n |
|
|
|
|
n i Pi |
Pi i |
|
|
||||
tg |
|
1 |
|
1 |
|
1 |
; |
|
|
|
n |
|
|
n |
2 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
n Pi 2 |
Pi |
|
|
|
|||
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
n |
n |
n |
|
|
n |
|
|
|
|
Pi 2 |
i Pi i Pi |
|
||||||
С |
1 |
1 |
1 |
|
|
1 |
|
. |
|
|
n |
|
|
n |
2 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
n Pi |
2 |
|
pi |
|
|
||
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|
|
где n – число нагрузок, при которых производительность опыты;
τi – сопротивление сдвигу при нормальной нагрузке (при нормальном удельном давлении) Pi;
С – удельное сцепление; φ – угол внутреннего трения.
tg φ - коэффициент внутреннего трения
Для начала построим вспомогательную таблицу для нахождения искомых величин методом наименьших квадратов:
n |
τi |
Рi |
τi · Рi |
|
|
|
|
|
|
1 |
0,070 |
0,1 |
0,0074 |
0,01 |
|
|
|
|
|
2 |
0,110 |
0,2 |
0,0220 |
0,04 |
|
|
|
|
|
3 |
0,160 |
0,3 |
0,0480 |
0,09 |
|
|
|
|
|
Σ |
0,340 |
0,6 |
0,0774 |
0,14 |
|
|
|
|
|
|
n |
n |
|
n |
tg |
n i Pi |
Pi i |
||
1 |
1 |
|
1 |
|
|
n |
|
n |
2 |
|
n Pi 2 Pi |
|
||
|
1 |
|
1 |
|
=
3 0,0774 0,6 0,340 3 0,14 0,6 2
0,0282 0,06
= 0,47
φ = arctg φ = arctg (0,47) = 25°
|
n |
n |
n |
n |
|
Pi 2 i |
Pi i Pi |
||
С |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
n |
n |
2 |
|
|
|
|||
|
|
n Pi |
2 Pi |
|
|
|
1 |
1 |
|
0,01933
|
0,14 0,340 0,6 0,0774 |
|
0,00116 |
|
3 0,14 0,62 |
0,06 |
|||
|
|
Рис. 1. График сдвига
f P
Задание 7
Построить компрессионную кривую. Определить коэффициенты сжимаемости и компрессионные модули деформации по данным испытаний в компрессионном приборе.
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 7 |
|
Номер |
Коэффициенты пористости при нормальном |
|||||||
варианта |
|
|
давлении Р |
|
|
|
||
|
Р=0 |
Р1=0,05 |
|
Р=0,1 |
|
Р=0,2 |
|
Р=0,3 |
|
МПа |
МПа |
|
МПа |
|
МПа |
|
МПа |
8 |
0,522 |
0,475 |
|
0,447 |
|
0,410 |
|
0,393 |
m0 = (e1-e2)/(P2-P1) = (0,447 - 0,410)/(0,2-0,1) = 0,37 см2/кг где m0 коэффициент сжимаемости
e1 и e2 коэффициенты пористости после воздействия P2 и P1 m0 > 0,05 – грунт сильно сжимаемый
mv = m0 /(1+e0) = 0,37 / 1+0,522 = 0,24 МПа
где mv - коэффициент относительной сжимаемости,
e0 - начальный (до уплотнения) коэффициент пористости грунта e0 = 0,522
Модули деформации могут быть определены:
1.По результатам компрессионных испытаний;
2.По результатам испытаний грунтов пробной нагрузкой в шурфах и скважинах, а так же:
3.Предварительно по таблицам СНиП 2.02.01-83*
Определение модуля деформации по результатам компрессионных (одометрических) испытаний:
E0 = (1 + e0 /m0) ·β = (1+0,522 /0,37) ·1,23 = 5,06 Мпа
E0 = β / mv = 1,23 / 0,24 = 5,13
где E0 – модуль общей деформации
β- безразмерный коэффициент, зависящий от коэффициента бокового расширения грунта µ0 (аналогично коэффициенту Пуассона)
β= (1-µ0 2) / (1-µ0) = (1-0,232)/(1-0,23)=1,23
µ0 - коэффициент относительной поперечной деформации грунтов
Рис 2. Компрессионная кривая
Список использованной литературы
1.Ананьев, В.П. Инженерная геология: учебник. - 7-е изд.- М.: ООО "Научноиздательский центр ИНФРА-М", 2017. - 575 с.
2.Власова, С.Е. Инженерная геология: конспект лекций / Власова С. Е. - Самара:
СамГУПС, 2011. - 141 с.
3.Ольховатенко, В.Е. Основы инженерной геологии и механики грунтов / В.Е. Ольховатенко, Н.С. Рязанов. – Томск: Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2008. – 312 с.
4.Сергеев, Е.М. Инженерная геология: учебник для геол. спец. вузов / Е. М. Сергеев - Изд. 3-е, стер. - М.: АльянС, 2011.- 248 с.: ил.