МГ. Метод.указ.по лаб.раб

УДК 075.8

Механика грунтов: Методические указания по выполнению лабораторных работ для студентов строительных специальностей всех форм обучения / СПбГАСУ; Сост. В.Д.Карлов, Р.А.Мангушев, Е.В.Городнова. – Спб., 2006. – 34 с.

Методические указания содержат описание лабораторных работ по механике грунтов. Методика работ принята в соответствии с оборудованием, имеющимся на кафедре в учебной лаборатории механики грунтов СПбГАСУ.

Табл. 19. Ил. 10.

Рецензент – д-р техн. наук, профессор И. И. Сахаров (СПбГАСУ)

0

ВВЕДЕНИЕ

Настоящие методические указания предназначены для самостоятельного выполнения студентами лабораторных работ по двум темам раздела курса «Механика грунтов» (физические и механические свойства грунтов).

Механические указания разработаны с учетом изменения ГОСТов на испытания и являются новой редакцией предыдущих изданий.

Состав лабораторных работ принят в соответствии с оборудованием, имеющимся в учебной лаборатории кафедры геотехники, и учебной программой дисциплины «Механика грунтов».

Целью лабораторных работ является практическое ознакомление студентов с методиками определения показателей физико-механических свойств грунтов, используемых при сооружении оснований, фундаментов, и подземных помещений промышленных и гражданских сооружений. В процессе выполнения лабораторных работ закрепляются теоретические знания.

До начала лабораторной работы студент знакомится с еѐ целью, содержанием, порядком проведения, методикой расчетов показателей свойств исследуемого грунта.

Лабораторные работы выполняются группами из 2-3 человек. Каждый студент ведет журнал работ, в который заносит исходные данные, фиксирует по ходу работы результаты опыта, а затем проводит необходимые расчеты и графические построения. В конце каждого занятия студент оформляет отчет и предъявляет его преподавателю.

На каждом занятии выполняется одна или несколько ( до трех) лабораторных работ. Все работы должны выполняться аккуратно. Студенты несут ответственность за испорченную аппаратуру и разбитую посуду. После окончания опытов следует привести рабочее место в порядок.

Зачет по лабораторным работам проводится в конце семестра. Для его получения требуется выполнить и оформить все лабораторные работы, а также решить задачи по определению: расчетного сопротивления грунтов основания и осадки фундамента; несущей способности основания.

1

Студент должен знать порядок определения свойств грунтов при выполнении лабораторных работ и обработки их результатов, практическое значение показателей и классификации, в которых они используются.

Лабораторная работа № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ГРУНТА.

(полевой метод)

Цель лабораторной работы - определить гранулометрический состав грунта и установить его наименование.

Гранулометрическим составом называется количественное соотношение частиц различной крупности в дисперсных грунтах.

Для определения гранулометрического состава составляющие грунт частицы разделяют на отдельные группы (фракции). Методы разделения зависят от крупности частиц. Принято выделять следующие основные фракции (табл. 1.1):

Таблица 1.1

Для гранулометрического анализа используется глинистый грунт нарушенной структуры после просеивания через набор сит с диаметром отверстий 10; 5 и 2 мм. В данной работе не определяется содержание крупнообломочных фракций с d > 2 мм (гравий, галька или более крупные включения).

По содержанию глинистых частиц грунты классифицируются следующим образом (табл. 1.2).

В зависимости от крупности частиц и их процентного содержания различают песок гравелистый, крупный, средней крупности, мелкий и пылеватый. К крупнообломочным относят грунты, в которых частицы крупнее 2 мм составляют

2

более 50% (гравийные, галечниковые, валунные). Гранулометрический состав позволяет косвенно судить о

некоторых строительных свойствах грунта. С уменьшением размеров частиц возрастает суммарная площадь их поверхности на единицу объема, что увеличивает коагуляционные связи (связи молекулярного и водно-коллоидного притяжения между частицами и их водными оболочками).

Так, между частицами галечниковой и гравийной фракции коагуляционные связи отсутствуют. Эти грунты отличаются хорошей водопроницаемостью, полным отсутствием капиллярного поднятия, неизменностью свойств при изменении влажности.

Песчаные грунты хорошо пропускают воду, имеют незначительную величину капиллярного поднятия, но меняют строительные свойства при изменении влажности.

Пылеватые грунты имеют малую водопроницаемость, но значительную высоту капиллярного поднятия.

Глинистые частицы резко изменяют свойства грунтов при их увлажнении (приобретают пластичность и липкость, увеличиваются в объеме), придают грунтам водонепроницаемые свойства.

В настоящей работе требуется разделить глинистый грунт на три указанных выше фракции и установить его наименование.

Необходимое оборудование и материалы

Грунт (воздушно-сухой, глинистый порошок) - 50 г Градуированные цилиндры - 2 шт.

Палочки с резиновыми наконечниками - 2 шт Раствор хлористого кальция (СаС12 - 5%) Колба с водой -1 шт.

3

Фарфоровый стакан для слива суспензии - 1 шт. Часы с секундной стрелкой - 1 шт.

Ход работы

До начала опытов необходимо подготовить формы записи результатов - три таблицы (табл. 1.3 - 1.5).

а) Определение содержания песчаных частиц диаметром от

2 до 0,05 мм!

Способ основан на разной скорости падения частиц грунта

вводе в зависимости от их крупности (закон Стокса) и состоит

вотмучивании (отмывании) глинистых и пылеватых частиц от песчаных:

1.Сухой грунт насыпают ложкой в прозрачный цилиндр и

уплотняют постукиванием по ладони. После уплотнения грунт должен иметь объем 10 см3.

2.Наклоном цилиндра и легким встряхиванием грунт

разрыхляется так, чтобы показалось дно, после чего в цилиндр наливают воду до 50...60 см3.

3.Грунт при помощи палочки с резиновым наконечником тщательно растирают и перемешивают с водой до исчезновения

мазков глины на стенках цилиндра и грунта, налипшего на наконечник. После этого в цилиндр доливают воду до 100 см3.

4.Полученную суспензию хорошо взмучивают палочкой с резиновой кисточкой. Кисть вынимают, замечают время и дают суспензии отстояться 90 с. За это время все песчаные частицы

успевают осесть на дно. После этого 2/3 объема суспензии с пылеватыми и глинистыми частицами сливают (до 30...35см3).

5.Цилиндр вновь доливают водой до 100 см3, суспензию взмучивают, отстаивают 90 с, после чего сливают 2/3 ее объема и т. д. Этот процесс следует повторять до практически полного осветления жидкости.

6.После этого сливают те же фракции (диаметром менее

0,05 мм), но через более короткие промежутки времени. Для этого оставшуюся суспензию в объеме 30...35 см3 следует взмутить,через 30 с осторожно слить жидкость над осевшим грунтом. При сливании необходимо следить, чтобы песчаные частицы не уносились из цилиндра вместе с водой.

4

Затем цилиндр следует снова долить водой до 30 см3, взмутить осадок, через 30 с слить и т. д.

Сливание необходимо повторять до полного осветления жидкости.

7. По завершении отмучивания надо налить воды до 100 см3, дать песку отстояться и определить его объем. Так как 1 см3 составляет 10% от первоначального объема грунта, то содержание песка в грунте определяют умножением числа кубических сантиметров осадка на 10. Результат опыта записывают в табл. 1.3.

б) Определение содержания глинистой фракции (диаметр частиц менее 0,005 мм).

Способ основан на свойстве глинистых частиц увеличиваться в объеме (набухать) при увлажнении.

1.Сухой грунт из той же пробы, что и в предыдущем опыте,

насыпают в прозрачный цилиндр и постукиванием по ладони уплотняют до 10 см3.

2.Грунт разрыхляют, и в цилиндр наливают воду, как указано выше (см. пп. 2-3).

3.Для коагуляции и ускорения оседания глинистых частиц

кполученной суспензии добавляют 3...4 см3 пятипроцентного Раствора хлористого кальция (СаС12).

4.Цилиндр доливают водой до 100 см3, суспензию взмучивают один раз и оставляют для отстаивания и набухания в

течение 1...2 сут. или до следующего занятия.

В цилиндр вставляют этикетку с указанием группы и фамилии студента.

5

5. После отстаивания определяют объем набухшего грунта. Содержание глинистых частиц в процентах определяют умножением относительного приращения объема грунта на эмпирический коэффициент К=22,7. Результат опыта записывают в табл. 1.4.

в) Определение содержания пылеватой фракции (диаметр частиц 0,05...0,005 мм).

Содержание пылеватых частиц определяют вычитанием из 100 % суммы процентов глинистой и песчаной фракций (табл.

1.5).

г) Определение названия грунта.

Наименование грунта определяют по содержанию глинистой фракции в соответствии с приведенной выше классификацией (см. табл. 1.2) и записывают в табл. 1.5.

6

Лабораторная работа № 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ГРУНТА МЕТОДОМ РЕЖУЩЕГО КОЛЬЦА (ГОСТ 5180-84)

Цель лабораторной работы - определить плотность и удельный вес грунта.

Плотностью грунта называется масса единицы объема грунта в его естественном состоянии.

Плотность грунта в данной работе устанавливается посредством определения веса грунта в известном объеме кольца.

По величине плотности вычисляют значение удельного веса грунта по формуле

где g =9,8 м/с2- ускорение свободного падения у поверхности земли.

Эта характеристика используется в фундаментостроении при определении расчетного сопротивления грунта, давления на ограждающие конструкции, расчете устойчивости откосов и т. д.

Необходимое оборудование и материалы

Монолит грунта.

Режущее кольцо с заточенной кромкой. Паспорт к кольцу.

Салфетка для кольца. Нож.

Стекло. Правило. Весы.

Ход работы

1.Записать данные об объеме и весе кольца из карточки, лежащей у приборов, в табл. 2.1.

2.Монолит грунта, находящийся в металлическом цилиндре, вскрывают путем удаления бумаги с парафиновой заливкой. Поверхность монолита зачищают ножом.

3.В средней части монолита устанавливают режущее кольцо (рис. 1). Надавливанием на кольцо (без перекосов) его погружают

7

на 2...3 мм в грунт. Все операции следует выполнять аккуратно, не торопясь, во избежание нарушения структуры грунта.

4.Для снижения сил трения и уменьшения нарушения структуры образца в кольце грунт с внешней стороны кольца удаляют, как показано на рис. 1, а.

5.Новым надавливанием кольцо погружают в монолит еще на 2...3 мм, грунт снаружи снова удаляют и т. д. Погружение прекращают, когда грунт заполнит кольцо и выйдет из него на 1...2

мм(рис. 1,б).

6.Грунт ниже кольца подрезают «на конус» (см. рис. 1,б) образец на ноже извлекают из монолита и устанавливают на стекло (вверх конусом).

7.Конус осторожно, мелкими дольками срезают так, чтобы образец выступал над режущей кромкой кольца на 1...2 мм. Затем поверхность грунта с помощью правила зачищают вровень с краями кольца. Зачистку производят от центра к периметру. При

8

этом режущую кромку правила следует все время очищать от грунта. Мелкие раковины шпаклюют (без нажима) грунтом.

8.Кольцо с грунтом помещают зачищенной стороной на стекло, после этого производят зачистку грунта с другой стороны, как указано в п. 7. В результате объем грунта становится равным объему кольца.

9.Кольцо снаружи тщательно протирают и вместе с грунтом взвешивают (с точностью до 0,01 г).

10.Вычисление плотности грунта производят с точностью до 0,01 г/см3.

Лабораторная работа № 3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ГРУНТА МЕТОДОМ ВЗВЕШИВАНИЯ (ГОСТ 5180-84)

Цель лабораторной работы - определить влажность грунта. Влажностью грунта называется отношение массы воды в объеме грунта к массе этого грунта, высушенного до постоянной

массы.

Характеристика «влажность» используется при определении удельного веса скелета грунта, степени заполнения пор грунта водой, консистенции связных грунтов и т. д.

Влажность определяют весовым методом по результатам взвешивания пробы влажного грунта и той же пробы грунта после его высушивания при температуре 105°С в сушильном шкафу (термостате).

Весовую влажность находят для образца, у которого определяли плотность грунта.

Необходимое оборудование

Бюкс - 1 шт. Весы.

Ход работы

1. В таблицу результатов определения влажности (табл. 3.1) записывают данные о бюксе (номер бюкса отштампован, а масса написана на его крышке).

9

Металлический стаканчик и подставка. Балансирный конус, технический вазелин. Салфетка для конуса.

Бюксы - 2 шт. Весы.

Подготовительные работы

Среднюю пробу из природного грунта высушивают и измель-чают в фарфоровой ступке деревянным пестиком. Часть этого грунта затворяют с водой до получения густого теста и выдерживают сутки в закрытом стеклянном сосуде для равномерного распреде-ления влаги.

Ход работы

а) Определение влажности на границе текучести w1.

Влажность на границе текучести соответствует весовой влажности грунта, при которой стандартный конус погружается в грунтовое тесто за 5 с под действием собственного веса на глубину 10 мм. Стандартным называется конус 1 с углом при вершине 30° (рис. 2), масса которого вместе с балансирным устройством 2 со-ставляет 76 г. На расстоянии 10 мм от вершины на конусе нанесена круговая черта.

14

Определение границы текучести состоит в подборе соответствующей влажности испытываемого грунта. Опыт ведется следующим образом:

1.Грунтовое тесто тщательно перемешивают с помощью шпателя и «вмазывают» без пустот в металлический стаканчик 3. Поверхность грунта выравнивают правилом вровень с краями стаканчика.

2.Острие конуса 1, смазанного тонким слоем вазелина, подносят к самой поверхности грунта и мгновенно отпускают, позволяя конусу погрузиться в грунт под влиянием собственного веса. Через 5 с отмечают положение круговой черты.

3.Если погружение конуса менее 10 мм, грунт из стаканчика перекладывают в чашку и после добавления воды снова тщательно перемешивают. Затем опыт повторяют.

Если конус погрузился более чем на 10 мм, следует добавить сухой грунт, перемешать его с влажным и повторить опыт.

4.Для определения влажности, соответствующей пределу текучести, из стаканчика отбирают пробу грунта (не менее 10 г) и помещают в бюкс.

5.Определяют влажность, как описано в работе № 3 (пп. 3- 6).Результаты записывают в табл. 4.4.

б) Определение влажности на границе раскатывания wp .

Влажность на границе раскатывания соответствует весовой влажности, при которой грунт, раскатываемый в жгут диаметром 3 мм, начинает распадаться на кусочки (гранулы) длиной 3...8 мм.

15