Лабораторный практикум 1.Крупина.Основания и фундаменты

7. Коэффициент водонасыщения (Sr) – отношение естественной влажности грунта к влажности, соответствующей полному заполнению пор водой, т.е. к полной влагоемкости

где ρW – плотность воды, ρW = 1 г/см3. Значение W принять в долях единицы.

8. Число пластичности (Iρ) – характеристика пылеватоглинистого грунта

9. Показатель текучести (IL) – для определения консистенции пылевато-глинистых грунтов

2, 3, 4 прил. 3 установить наименование грунта, его консистенцию.

ВЫВОДЫ

Дать прогноз о возможности использования данного грунта в качестве естественного основания. Грунты в текучем и рыхлом состоянии непригодны в качестве естественного основания.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Как рассчитать пористость грунта по показателям ρd и ρS?

2.Как определить плотность сухого грунта?

3.Удельный вес грунта при влажности W = 6 % равен γ = 17 кН/м3. Определите удельный вес того же грунта при влажности

W = 25 %.

4.Как определить удельный вес грунта?

5.Дать определение пористости.

6.Один кубический метр сухого песка весит 16 кН. Чему будет ра-

вен его вес после полного насыщения водой, если удельный вес твердых частиц песка γS = 26,5 кН/м3?

30

7. Природная влажность грунта W = 28 %, его влажность на границе текучести WL = 37 %, а влажность на границе раскатывания WР = 20

%.Определитьнаименование грунтаиегоконсистенцию.

2.7ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ № 7,8 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

ГРУНТА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Научить студентов определять сопротивление сдвигу образцов грунта в односрезном сдвиговом приборе ПСГ-2М. По результатам испытаний найти прочностные характеристики грунта: угол внутреннеготрения φиудельноесцепление с.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫРАБОТЫ

Под прочностью подразумевают свойства материала сопротивляться разрушению или развитию больших пластических деформаций, приводящих к недопустимым искажениям формы тела. Применительно к песчаным грунтам еще в 1773 г. французским ученым Ш.Кулоном было экспериментально установлено, что их разрушение происходит за счет сдвига одной части грунта по другой. Сопротивление сдвигу песчаных и крупнообломочных грунтов возникает в основном в результате трения между перемещающимися частицами и зацепления их друг за друга. Сопротивление растяжению в этих грунтахотсутствует, поэтому ихназывают сыпучими.

Такая же концепция прочности (разрушение за счет сдвига) была позже распространена и на глинистые грунты. Однако процесс разрушения в них развивается значительно сложнее. Имеющиеся в них водно-коллоидные и цементационные связи обеспечивают глинистым грунтам некоторое сопротивление растяжению. Эти грунты называют связными.

Сопротивление сдвигу грунтов очень сильно зависит от их плотности, влажности, гранулометрического иминерального состава, напряженного состояния. Характеристики сопротивления сдвигу грунтов рассматриваются как прочностные показатели и всегда определяются экспериментально.

Все методы определения прочностных показателей грунтов можноразбить натригруппы:

31

1)полевые;

2)расчетно-экспериментальные;

3)лабораторные.

При проведении экспериментов определяются угол внутреннего трения φ (для сыпучих грунтов) и угол внутреннего трения φ и удельное сцепление с(для связных грунтов).

Лабораторные методы исследования прочностных показателей дают менее достоверные показатели φ и с, но осуществляются проще, дешевле и быстрее, поэтому и применяются чаще полевых.

В качестве основного метода определения прочностных характеристик нескальных грунтов используется метод среза в односрезных сдвиговых приборах (рис. 78). Реже в лабораториях φ и с определяют на приборах трехосного сжатия (стабилометрах).

Лабораторная работа разделена на 2 части: I часть – экспериментальная; II часть– расчетная(обработкарезультатовиспытаний).

ПРИБОРЫ И ИНСТРУМЕНТЫ

Сдвиговые приборы ПСГ-2М (рис. 5) с набором гирь, индикаторы для измерения деформаций, часы с секундной стрелкой, пыле- вато-глинистый грунт

Рис. 5 – Схема сдвигового прибора

ИСПЫТАНИЕ ГРУНТОВ НА СДВИГ (экспериментальная часть).

При подготовке опыта в сдвиговые приборы помещаются два одинаковых образца пылевато-глинистого грунта, где уплотняются в течении 20 минут (необходимо уплотнять грунт в течении су-

32

ток до полного затухания осадок, но из-за отсутствия времени, приходится ограничиваться меньшим сроком). Образец № 1 уплотнялся при нормальном давлении σ1 = 100 кПа, а образец № 2 – при σ2 = 300 кПа. Студенческая группа разделяется на 2 бригады, каждая из которых работает со своим сдвиговым прибором. До начала эксперимента необходимо подготовить в тетради табл. 11 для записи данных, получаемых в ходе эксперимента.

Таблица 11

Результаты испытаний

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Вывинтить стопорные винты (5), соединяющие верхнюю каретку (6) и нижнюю неподвижную каретку (7) сдвигового прибора так, чтобы их концы на 3–5 мм не доходили до выступов нижней каретки.

2.На верхнюю резьбовую часть винтов (5) навинтить гайки

(8)до упора в перекладину. Затем придерживая винт за утолщенную часть с накаткой (9) (чтобы он не вращался), повернуть обе гайки (8) еще на 1-2 оборота так, чтобы между верхней и нижней каретками сдвигового прибора образовался зазор 1-1,5 мм.

3.Снять отсчет по индикатору сдвиговых деформаций 10 и записать его показания в табл. 11.

4.Подготовить гири для передачи на образец первой ступени сдвигающей нагрузки согласно указаниям табл. 12. Вес гирь первой ступени записать в табл. 11.

33

5.Рычаг передачи горизонтальной нагрузки (4) соединить тросом с верхней кареткой сдвигового прибора (набросить трос на ролик каретки).

6.Приложить первую ступень сдвигающей нагрузки. При этом гири необходимо укладывать на подвеску прибора плавно без удара, в этот момент один из студентов засекает время. Еще один студент через каждые 60 с снимает отсчеты по индикатору сдвиговых деформаций (10) и записывает в таблицу 11. Сдвигающая нагрузка первой ступени выдерживается неизменной до тех пор, пока два последующих отсчета по индикатору не будут отличаться друг от друга менее чем на 0,02 мм. После этого прикладывается вторая ступень нагрузки.

7.Вторая ступень нагрузки, величина которой указана в таблице 22, прикладывается и выдерживается так же, как и первая ступень.

8.Сдвигающая нагрузка постепенно увеличивается до разрушения (сдвига) образца.

Начало разрушения определяется по двум признакам: либо деформация сдвига после приложения очередной ступени сдвигающей нагрузки не стабилизируется за 8 мин, т.е. за каждую из них будет превышать величину 0,02 мм/мин, либо суммарная деформация сдвига превышает 5 мм. После разрушения образца эксперимент считают законченным.

РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ (обработка результатов испытаний)

Обработка результатов испытаний заключается в определении сопротивления грунта сдвигу τ при нормальных напряжениях σ1 и σ2, построении графика зависимости τ = f(σ) и определении прочностных характеристик грунта:

-угла внутреннего трения φ, град;

-удельного сцепления с, кПа.

34

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Определяется предельная сдвигающая нагрузка Q, действующая на грунтовый образец в момент его разрушения.

(вес гирь) в момент разрушения образца грунта.

2. Предельное сопротивление грунта сдвигу определяется как касательное напряжение в плоскости сдвига в момент разрушения образца.

4. График зависимости τ = f(σ) (рис. 6) строится в одинаковом масштабе для τ и σ, который рекомендуется принять: 1 см = 20 кПа. Через полученные точки проводится усредненная прямая до пересечения с осью координат (рис. 6).

Рис. 6 – График зависимости сопротивления сдвигу от нормального давления

35

5. Прочностные характеристики грунта – угол внутреннего трения φ(град.), и удельное сцепление с (кПа), получают по графику зависимости τ = f(σ). При этом, величину удельного сцепления (с)определяют как отрезок, отсекаемый прямой τ = f(σ) на оси ординат, а уголнаклона прямойравен углу внутреннего тренияφ.

ВЫВОД

Сделать вывод зависимости сопротивления сдвигу от нормальногодавления

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что называется прочностью грунта?

2.Назовите прочностные характеристики грунта.

3.Какие существуют полевые методы для определения прочностных характеристик?

4.В каких приборах определяют прочностные характеристики (лабораторные методы)?

5.Расскажите порядок эксперимента.

6.В чем заключается обработка результатов испытаний?

2.8 ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ № 9,10 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕФОРМАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью настоящей лабораторной работы является ознакомление студентов с методикой определения модуля деформации грунтов в лабораторных условиях и изучение характера развития деформаций грунтов во времени.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ

Сжимаемость грунтов заключается в способности изменять свое строение под влиянием внешних воздействий на более компактное за счет уменьшения пористости грунта. К внешним воздействиям относят: сжимающие нагрузки, высыхание, коагуляцию

36

коллоидов и др. Уменьшение пористости грунта при плотной компоновке частиц происходит за счет местных сдвигов, изменения толщины водно-коллоидных оболочек минеральных частиц (под влиянием давления высыхания) и т.д. На переупаковку частиц грунта в значительной степени влияет ползучесть скелета и оболочек прочносвязанной воды. Определение основных показателей сжимаемости грунтов производится путем их уплотнения под нагрузкой без возможности бокового расширения в условиях одномерной задачи (рис. 7).

Рис. 7 – Компрессионный прибор

При такой схеме нагрузки деформации могут развиваться только в одном направлении, испытания грунтов производятся в жестком кольце (одометре), сам прибор называется компрессионным (рис. 80), нагрузка на поверхность грунта прикладывается ступенями и составляет 0,01; 0,025; 0,05 МПа. На каждой ступени после стабилизации измеряется осадка и строится компрессионная кривая в координатах «давление – коэффициент пористости», для водонасыщенных грунтов – в координатах «давление – влажность».

ПРИБОРЫ И ИНСТРУМЕНТЫ

Для испытания грунтов на сжимаемость в лаборатории механики грунтов применяются компрессионные приборы, состоящие из следующих основных узлов и деталей:

Рабочего кольца внутренним диаметром 71 мм и высотой h = 20 мм;

цилиндрической обоймы; перфорированного штампа;

перфорированного поддона с емкостью для воды;

37

индикатора с ценой деления шкалы 0,01 мм для измерения вертикальных деформаций образца грунта;

механизма вертикальной нагрузки на образец грунта (рычажный пресс).

ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ

При подготовке опыта из монолитов грунта в рабочие кольца были отобраны образцы песчаного и глинистого грунтов ненарушенной структуры. Рабочие кольца с грунтом до компрессионных испытаний были взвешены, после чего рассчитан удельный вес грунта. По влажности и удельному весу грунта были определены начальные коэффициенты пористости глинистого и песчаного грунтов.

Затем образцы грунта в кольцах с двух сторон были покрыты влажными бумажными фильтрами и помещены в компрессионные приборы. Компрессионные приборы были установлены под рычажные прессы. До приложения нагрузки (при Р0 = 0 МПа) были поставлены индикаторы и записаны исходные отсчеты по ним. Затем к образцам была приложена первая ступень давления Р1 = 0,1 МПа или другие ступени. При этом давлении образцы уплотнялись в течении суток (Т + 24 часа до полного прекращения осадок).

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Перечертить табл. 15.

2.Перенестипоказания индикатора приР0 = 0 втабл. 15.

3.При давлении Р1 (перед приложением второй ступени нагрузки) снимается и записывается в табл. отсчет по индикатору. Этот же отсчет дублируется в следующей строке при давлении

Р2 = 0,2 МПа или другом. Все отсчеты берутся с точностью до

0,001 мм.

4.Прикладывается (добавляется) вторая ступень нагрузки к образцу с глинистым грунтом. Для увеличения давления на 0,1 МПа на подвеску рычага надо плавно опустить гири массой 4 кг и

вэтот момент засечь время по секундомеру или секундной стрелке часов.

5.Через 1 минуту после приложения второй ступени нагрузки берется отсчет по индикатору. При этом первые цифры отсчета замечают заранее, а в момент снятия отсчета уточняют только по-

38

следние цифры (сотые и тысячные доли мм). Точно так же берутся последующие отсчеты в момент времени, указанные в табл. 14.

6.Испытания образцов песка выполняются аналогично. Этот опыт рекомендуется начать через 10 минут после начала испытания глинистого грунта.

7.Одновременно с занесением в табл. 15 отсчетов по индикатору заполняются все остальные ее графы. Для получения величин деформаций во времени (графа 4) от воздействия второй ступени давления нужно из значений отсчетов в моменты времени Т

=1,2,3 мин и т.д. вычесть значение при Т = 0. В момент времени Т

=0 деформация S = 0.

8.Для получения полной деформации при каждой величине

давления (графа 5) нужно из значений отсчетов при P1 и при P2 в момент окончания опыта вычесть значение отсчета при Р0 = 0. Пример заполнения табл. 15 при P1 = 0,1 МПа и P2 = 0,2 МПа приведен в табл. 16.

Нужно иметь в виду, что от второй ступени давления деформации глинистого грунта за время, отведенное для выполнения работы, не успевают завершиться и величина деформации, полученная по окончании опыта, условно принимается за полную.

9.По данным табл. 15 (графы 1 и 5) заполняется таблица 16.

При этом начальный коэффициент пористости (при P0 = 0) принимается для глинистого грунта е0 = 1,000, а для песка е0 = 0,800. Все вычисления производятся с точностью до 0,001.

10.По данным табл. 15 строятся компрессионные кривые для песчаного и глинистого грунтов (рис. 8 и рис. 9). Компрессионные кривые отражают взаимосвязь между уплотняющим давлением Р и коэффициентом пористости е или относительной деформацией сжатия ε и используются для определения коэффициента сжимаемости (уплотнения) имодулядеформации грунта.

11.Для обоих грунтов определяются модули деформации Е в

интервале давлений от P1 доP2.

Модули деформации следует определять по формуле

или

39