Dor_2199_Babaskin_Yu_G_Dorozhnoe_gruntovedenie

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 14

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ДИСПЕРСНОГО И СУХОГО ГРУНТА

Цель работы:

1. Изучение физических показателей плотности связных и песчаных грунтов.

2.Определение плотности дисперсного грунта.

3.Определение плотности песчаного грунта различного сложения.

4.Расчет плотности сухого грунта.

Аппаратура:

Режущее кольцо, нож, технические весы с разновесами, две стеклянные пластинки, сито с отверстиями диаметром 5 мм, воронка.

14.1.Характеристика плотности грунта

Всоответствии с ГОСТ 5180-84 различают плотность грунта, плотность сухого грунта и плотность частиц грунта.

Плотность грунта является важным показателем физических свойств грунта и характеризует его устойчивость в основаниях инженерных сооружений, в теле земляного полотна или в откосах выемок автомобильных дорог.

Плотность грунта - это отношение массы грунта к его объему, включая поры, заполненные водой или воздухом. Она зависит от минералогического состава, пористости и влажности грунта.

Плотность глин, суглинков, супесей, песков и крупнообломочных грунтов колеблется обычно от 1,2 до 2,4 г/см3.

Плотность связных грунтов определяют методом режущего кольца. Плотность песчаного грунта (нарушенного сложения) определяют при рыхлом и плотном сложении.

Для определения плотности, пористости, коэффициента пористости необходимо знать плотность сухого грунта. Под плотностью сухого (скелета) грунта понимают отношение массы сухого грунта (исключая массу воды в его порах) к занимаемому им объему

110

(включая имеющиеся в нем поры). Чем больше плотность сухого грунта, тем более плотно сложен грунт.

Непосредственно определить плотность сухого грунта невозможно, так как при удалении воды из пор путем высушивания объем образца уменьшается, и естественная пористость грунта при этом изменяется, поэтому плотность сухого грунта определяется расчетным путем.

Плотность сухого грунта колеблется от 1,1 г/см3 и более.

14.2.Определение плотности грунта

1.Определение плотности связных грунтов методом режущего кольца.

Для проведения лабораторных исследований выбирают режущее кольцо-пробоотборник в соответствии с данными табл. 14.1.

Т а б л и ц а 14.1

Параметры режущего кольца-пробоотборника

Измеряют внутренний диаметр и высоту режущего кольца с погрешностью не более 0,1 мм и взвешивают его. По результатам измерений вычисляют объем кольца с точностью до 0,1 см3. Затем его смазывают с внутренней стороны тонким слоем вазелина.

Влабораторных условиях из грунта формируют лепешку высотой, большей, чем высота кольца, ставят кольцо на лепешку и легким усилием вдавливают в грунт. Ножом зачищают нижнюю и верхнюю поверхность образца.

Вестественных условиях предварительно очищают плоскость грунта от органической части и крупных включений. Кольцо через

111

насадку вдавливают в грунт, который обрезают на глубину 5... 10 мм ниже режущего края кольца, формируя столбик диаметром на 1.. .2 мм больше наружного диаметра кольца. Затем на 8... 10 мм ниже режущего края грунт подрезают ножом и извлекают образец из массива. Грунт, выступающий за края кольца, срезают ножом. При необходимости кольцо закрывают пластинками, массу которых определяют предварительно.

Результаты заносят в табл. 14.2.

Плотность грунта вычисляют из выражения

где Ш] — масса грунта с кольцом и пластинками, г; Шо - масса кольца, г; ш2 - масса пластинок, г,

2. Определение плотности песка при рыхлом сложении. Среднюю пробу грунта высушивают до воздушно-сухого со-

стояния. Высушенный грунт просеивают через сито с отверстиями 5 мм. Стеклянный стакан емкостью 50 см3 взвешивают на технических весах и устанавливают на горизонтальную плоскость.

В данном опыте может применяться прибор для определения плотности рыхлых грунтов либо воронка, расположенная на высоте 40 см от плоскости установки стеклянного стакана. Кроме того, нужна линейка с отмеренной меткой, находящейся на удалении 40 см от начала линейки.

112

Исследуемый грунт понемногу непрерывно высыпают в воронку, через которую он попадает в стеклянный стакан, постепенно заполняя его. Излишек грунта удаляется линейкой. Стеклянный стакан с грунтом, заполнившим его до самых краев, взвешивают на весах.

Результаты измерений заносят в табл. 14.3.

I {лотность песка при рыхлом сложении определяется из выражения

A n t oу - ^ - . r f ( И . 2 )

где шз - масса стеклянного стакана с грунтом, г; пи - масса пустого стеклянного стакана, г.

Опыт проводят не менее трех раз, после чего вычисляют среднеарифметическое значение.

3, Определение плотности песка при плотном сложении. Оборудование и процесс определении при этом методе - те же, что

и для грунта рыхлого сложения, но процесс заполнения отличается. Рыхлый песчаный грунт высыпают в воронку, находящуюся на

высоте 40 см от плоскости установки стеклянного стакана, небольшими порциями (примерно 1/5 стеклянного стакана), после чего грунт легкими постукиваниями о боковые стенки стакана и воздействием деревянной трамбовки уплотняют. Засыпают следующую порцию, и уплотнение повторяют до тех пор, пока стакан не запол-

113

нится доверху, после чего излишек грунта удаляют линейкой. Стакан с грунтом взвешивают, и результаты заносят в табл. 14.3.

Плотность песчаного грунта плотного сложения определяют по формуле

формуле для рыхлого песка, но их значения соответствуют плотности при плотной упаковке зерен.

Опыт проводят не менее трех раз. Для расчетов берут среднее значение.

14.3. Определение плотности сухого грунта расчетным методом

Для определения плотности сухого грунта предварительно определяют влажность грунта по методике, изложенной в лаб. раб. № 13.

Результаты измерений параметров, необходимых для определения плотности сухого грунта, заносят в табл. 14.4.

Т а б л и ц а 14.4

Результаты определения плотности сухого грунта

Плотность сухого грунта вычисляют по формуле

114

где р - плотность грунта, г/см3; W - влажность грунта, %.

Задание

1.Определить плотность грунта методом режущего кольца.

2.Определить плотность грунта при рыхлом сложении.

3.Определить плотность грунта при плотном сложении.

4.Рассчитать плотность сухого грунта.

Вопросы для самопроверки

1. Можно ли экспериментально определить плотность с у х о г о грунта?

2. ts чем разница между плотностью песчаного грунта различного сложения?

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 15

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ЧАСТИЦ ГРУНТА И ВЫЧИСЛЕНИЕ ПРОИЗВОДНЫХ ПЛОТНОСТЕЙ

Цель работы:

1. Определение плотности частиц грунта пикнометрическим методом.

2. Расчет производных характеристик плотности грунта.

Аппаратура:

Пикнометр, технические весы с разновесами, фарфоровая ступка, пестик с резиновым наконечником, сито с отверстиями диаметром 2 мм, песчаная баня, дистиллированная вода.

115

15.1. Характеристика плотности частиц грунта

Для общей характеристики состава и состояния грунта определяют плотность частиц грунта - отношение массы сухого грунта (исключая массу воды в его порах) к объему твердой части этого грунта. Этот показатель характеризует минералогический состав грунта и увеличивается с возрастанием содержания тяжелых минералов. Средние значения плотности частиц отдельных видов грунтов приведены в табл. 15.1. Плотность частиц грунта определяется по ГОСТ 5180-84 с помощью пикнометра.

15.2. Определение плотности частиц грунта пикнометрическим методом

Образец грунта в воздушно-сухом состоянии размельчают в фарфоровой ступке, отбирают методом квартования среднюю пробу массой 100...200 г и просеивают сквозь сито с сеткой, имеющей отверстия 2 мм.

Из просеянной массы берут навеску грунта из расчета 15 г на каждые 100 мл емкости пикнометра и пробу для определения гигроскопической влажности (см. лаб. раб. № 13).

Пикнометр, наполненный на 1/3 дистиллированной водой, взвешивают, через воронку всыпают в него пробу грунта и снова взве-

116

кивают. Затем его взбалтывают и ставят кипятить на песчаную баню. Продолжительность спокойного кипячения (с момента начала кипения) для песков и супесей - 0,5 ч, для суглинков и глин - 1 ч . Затем пикнометр охлаждают и доливают дистиллированной водой до мерной риски на горлышке. После охлаждения пикнометра надо поправить положение мениска воды в нем, добавляя из пипетки дистиллированную воду, причем низ мениска должен совпадать с риской на горлышке. Лишние капли воды выше риски удаляют фильтровальной бумагой. Пикнометр вытирают снаружи и взвешивают.

Далее выливают содержимое пикнометра, ополаскивают его, наливают дистиллированную воду до риски на горлышке, поправляя мениск, и взвешивают пикнометр с водой. Результаты измерений заносят в табл. 15.2.

Т а б л и ц а 15.2

117

т с - масса бюксы с абсолютно сухим грунтом, г; т6 - масса пустой бюксы.

Объем пикнометра определяют из выражения

где тт - масса пикнометра с водой, заполненного до риски, г; тп - масса пустого пикнометра, г;

pw - плотность воды при температуре проведения опыта, г/см3. При правильно выполненных измерениях и расчетах масса пик-

нометра, заполненного до риски дистиллированной водой, и масса пикнометра с водой при температуре проведения опыта, определяемая расчетным путем, должны быть равны

т т = w 5 ,

где т} - масса пикнометра с дистиллированной водой при температуре испытаний, определяемая из выражения

m5=mn+pwVn . (15.3)

Массу сухого грунта, применяемую для определения плотности частиц грунта, находят расчетным путем:

где тгр - масса пробы воздушно-сухого грунта, определяемая из выражения

где т пг - масса пикнометра, заполненного дистиллированной водой на 1/3 объема, с навеской грунта, г;

118

т 'пв - масса пикнометра, заполненного дистиллированной водой на 1/3 объема.

Плотность частиц грунта вычисляют по формуле

Все взвешивания производят с точностью до 0,01 г.

15.3. Вычисление производных характеристик плотности грунта

Производными характеристиками трех видов плотности являются пористость и коэффициент пористости грунтов.

Под пористостью грунтов понимают суммарный объем всех пор и промежутков между частицами твердой фазы грунта. Численно пористость грунта представляет собой отношение объема пор к общему объему грунта:

где Упор - суммарный объем всех пор;

V - обший объем грунта.

Кроме того, пористость грунта характеризуется отношением объема пор к объему твердой фазы, т.е. коэффициентом пористости, и выражается в долях единицы:

где VT - объем твердой фазы грунта.

Пористость дает представление о суммарной пористости грунта (открытых и закрытых пор), зависит от степени дисперсности (чем мельче частицы грунта, тем больше пористость) и не характеризует расположение и диаметр пор. Пористость песчаных грунтов может

119