Определение плотности твердых частиц грунта

Плотностью частиц грунта _s называется отношение массы сухого грунта к объему, занимаемому его частицами:

, ( 5 )

где т_d - масса сухого грунта (твердой фазы); V_s – объем частиц грунта.

Плотность твердых частиц грунта всецело зависит от его минералогическо­го состава, изменяясь в узких пределах. Осредненные значения _s для различных грунтов представлены в табл. 3.

В лабораторных условиях плотность частиц грунта определяют пикнометрическим методом [ 3 ]. При этом следует помнить, что в про­цессе определения _s в некоторых засоленных грунтах могут раст­воряться простые соли, в результате чего результаты эксперимента получаются заниженными.

Таблица 3

Осредненные значения плотности грунтовых частиц

Тип грунта	Плотность твердых частиц s , г/см3
Пески	2,642,66
Супеси	2,682,70
Суглинки	2,702,72
Глины	2,74 2,76

Кроме того, в связных грунтах вокруг поверхности глинистых частиц молекулярные силы могут образовывать весьма прочные пленки связанной воды, увеличивая зна­чение _s . Во избежание этого в эксперименте вместо воды сле­дует применять нейтральные жидкости с небольшим поверхностным натяжением (толуол, ксилол и др.). Для удаления адсорбированного воздуха на поверхностях грунтовых частиц суспензию рекомендуется предвари­тельно кипятить, а при исследовании засоленного грунта работы проводить в вакууме.

Необходимое оборудование: технические весы, пикнометр вместимостью не менее 100 см³, воронка, капельница, дистиллированная вода, фильтровальная бумага, шпатель, фарфоровая ступка с пестиком, сито с отверстиями 2 мм, песчаная или водя­ная баня.

Методика определения величины _s для незасоленных грунтов:

1. Образец грунта довести до воздушно-сухого состояния и методом квартования отобрать пробу массой 100 г, просеяв ее через сито с отверстиями 2 мм. Остаток на сите раздробить в фарфоро­вой ступке и соединить с грунтом, просеянным через сито, тщатель­но перемешав всю массу.

2. Взвесить сухой чистый пикнометр (т₁ , г).

3. Из полученной пробы взять навеску грунта массой 15...20 г на каждые 100 см³ емкости мерной колбы-пикнометра.

4. Навеску грунта через воронку осторожно насыпать в пикно­метр и определить массу пикнометра с грунтом (т₂ , г).

5. Налить в пикнометр до половины его объема дистиллирован­ной воды, грунт с водой осторожно взболтать и кипятить на песча­ной бане для удаления адсорбированного воздуха и расчленения агрегатов глинистого грунта (в течение 30 мин. для песков и 60 мин для пылевато-глинистых грунтов). Наличие грунтовых частиц на внутренних стенках пикнометра выше уровня воды не допускается.

6. Остудить пикнометр до комнатной температуры и долить в него дистиллированной воды до мерной черты (на шейке пикнометра) по нижнему уровню мениска, используя капельницу. Протереть пикнометр фильтровальной бумагой и взвесить (т₃ , г). При этом наружная поверхность пикнометра и внутренняя поверхность шейки должны быть сухими и чистыми.

7. Пикнометр опорожнить, промыть, снова заполнить дистилли­рованной водой до мерной черты и, протерев фильтровальной бума­гой, взвесить (т₄ , г).

8. Вылить воду из пикнометра и поставить его сушить на подставку, а данные занести в журнал (табл.2.4) и определить плотность частиц грунта:

, ( 6 )

где _- плотность воды, равная 1 г/см³.

9. Произвести параллельно не менее двух определений. Расхождение более 0,02 г/см³ не допускается. За величину _s при­нять среднее арифметическое значение.

Таблица 4

Результаты определения плотности частиц грунта

№ п/п	Масса пикнометра, г				Плот­ность частиц грунта s, г/см3
	пустого т1	с грунтом т2	с грунтом и водой т3	с водой т4	из опыта	средний
1 2

Примечания: 1. Так как студенту предлагается готовая суспензия (смесь грунта и дистиллированной воды) в связи с длительностью ее подготовки, п. 1 исключается.

2. В случае использования в качестве грунта чистого кварцевого песка средней крупности, опыты можно проводить без кипячения воды с грунтом, ограничиваясь простым взбалтыва­нием в течение 1...2 мин.

Лабораторная работа № 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТИПА И ВИДА ПЕСЧАНОГО ГРУНТА

Грунты состоят из отдельных частиц различной формы, круп­ности и вещественного состава. Группа частиц с приблизительно одинаковыми диаметрами определенного диапазона называется фрак­цией. Наиболее распространенная классификация, определяющая наименование грунтовых частиц в зависимости от фракций, приведена в табл. 5.

Процентное содержание фракций грунта по массе называется гранулометрическим (механическим) составом грунта. Это один из важнейших факторов, определяющих физико-механические свойства грунта, от которого в значительной мере

Таблица 5

Классификация грунтовых частиц по крупности

Наименование грунта	Размеры частиц, мм
Галечные (щебеночные)	100...20
Гравийные (дресвяные)	20...2
Песчаные	2,0...0,05
Пылеватые	0,05...0,005
Глинистые	менее 0,005

зависит сжимаемость грунтов и их сопротивление сдвигу (деформативные и прочностные показа­тели), пористость и водопроницаемость, пластичность, усадка и разбухание (для связных грунтов) и др.

Гранулометрический состав определяется посредством механического анализа, заключающегося в разделении грунта на отдельные фракции. Этот анализ необходим для опре­деления:

наименования песчаных грунтов по крупности (пески гравелистые, крупные, средней крупности, мелкие, пылеватые);

приблизительного значения коэффициента фильтрации (по эмпи­рическим формулам);

пригодности грунтов для строительства инженерных (грунтовые фильтры, дренажные системы), земляных сооружений (дамбы, насыпи) и т.п.;

пригодности грунтов как сырья в производстве строительных материалов;

возможности суффозии грунтов;

для различных фильтрационных расчетов и т.д.

Существует много способов анализа гранулометрического состава. В лабораторных условиях наибольшее распространение получили следующие: сито­вый (просеивание грунта через набор сит), полевой метод Рутковского, способы двойного отмучивания, пипеточный, аресметрический. Последние четыре основаны на использовании закона Стокса - зави­симости между размерами частиц и скоростью падения их в спокой­ной жидкости. В качестве основного рекомендуются ситовый способ - для фракций размером до 0,1 мм и в аресметрический - для более мел­ких фракций (пылеватых и глинистых).

Гранулометрический состав песчаных грунтов определяется в соответствии с требованиями [ 5 ]. Поэтому студент знакомится с методикой выпол­нения ситового анализа.