Удельный вес грунта во взвешенном состоянии

кН/м³. (1.18)

Цель работы – научиться отбирать образцы грунта нена­рушенной структуры пробоотборником из лаборатории ПЛЛ-9 системы Литвинова
(рис.2.2) и рассчитывать для них все физические характери­стики грунта.

Рис.2.2.Устройство грунтоотборника

из полевой лаборатории ПЛЛ-9

2. Методика проведения работы

В месте отбора образца расширяют площадку и на нее устанавливают на­правляющий цилиндр, так чтобы его опорное кольцо плотно прилегало к по­верхности грунта.

В направляющий цилиндр опускают грунтоотборную гильзу фиксиро­ванного объема и задавливают ее в грунт посредством поршня со штоком и ру­кояткой. Направляющий цилиндр убирают с поверхности грунта, запрессованную в грунт гильзу под­капывают со всех сторон ножом и затем грунт подрезают под гильзой не­сколько ниже ее острия. Гильзу извлекают из грунта и грунт с обоих торцов гильзы тщательно обрезают. В результате получают фиксированный объем грунта ненарушенной струк­туры, равный объему гильзы. Грунт из гильзы толкателем переводят в пред­варительно взвешенный бюкс (тонкостенный алюминиевый или стеклянный стаканчик), взвешивают и ставят на высушивание до постоянного веса при температуре 105...110 ºС (до следующего занятия). Результаты опыта записывают в таб­лицу.

Номер бюкса	Объем ре­жущего кольца (гильзы) V0, см3	Масса пус­того бюкса m1, г	Масса бюкса с влажным грунтом m2, г	Масса бюкса с сухим грунтом m3, г
		11,00	110,50	94,20

Результаты опытных данных

3. Обработка результатов опыта

По полученным данным необходимо вычислить все основные и произ­водные физические характеристики грунта. При этом надо учесть, что: масса грунта m_гр= m₂-m₁= 110,50-11,00= 99,50 г;

масса воды m_w= m₂-m₃= 110,50-94,20= 16,30 г;

масса сухого грунта m_s= m₃-m₁ = 94,20-11,0= 83,20 г.

Вычисляем физические характеристики грунта:

1) Плотность грунта (г/ см³)

ρ= т_гр / V_гр = 99,5 / 50= 1,99 г/см³.

2) Плотность частиц грунта (г/ см³)

ρ_s= m_s/V_s = 2,70 г/см³ (см. лаб. раб. №3 для оценки вида грунта).

3) Влажность грунта

w= m_w /m_s = 16,30 / 83,20= 0,20.

4) Плотность сухого грунта

ρ_d = т_s / V_гр = 83, 20 / 50= 1,66 г/см³.

5) Пористость грунта

n=1-(ρ_d / ρ_s)= 1-(1,66 / 2,70)= 0,39.

6) Объем твердой фазы в единичном объеме

, или m=1-n=1-0,39=0,61.
7) Коэффициент пористости

.

8) Полная влагоемкость

w_sat= e·ρ_w / ρ_s= 0,63·1,0 / 2,70= 0,23.

9) Степень влажности

S_r = w / w_sat =0,2 / 0,23=0,87.

10) Плотность грунта во взвешенном состоянии

ρ_sb= (ρ_s-ρ_w)(1-n) = (2,70- 1,0) / (1-0,39)= 1,04 г/см³.

Вопросы для самопроверки

1. Назовите основные физические характеристики грунтов. Почему их так называют?

2. Назовите производные характеристики грунтов. Почему их называют производными?

3. Напишите формулы для вычисления всех характеристик грунта.

4. Решите предложенные задачи.

Дано:

грунт – супесь;

масса грунта – 30 г;

объем грунта – 15 см³ ;

объем пор – 5 см³;

масса воды – 3г.

Вычислить: основные и производные физические характеристики грунта.

Дано:

масса влажного образца грунта – 80 г;

объем влажного образца грунта – 40 см³;

масса высушенного образца грунта – 60 г;

Вычислить: плотность сухого грунта;

удельный вес сухого грунта.

Дано:

масса грунта – 60 г;

объем грунта – 32 см³;

объем пор в объеме грунта – 12 см³;

масса воды в объеме грунта – 8 г.

Вычислить: удельный вес частиц грунта;

весовую влажность (в долях единицы);

степень влажности;

коэффициент пористости.

Дано:

масса твердой фазы в объеме грунта – 28 г;

объем пор в объеме грунта – 21 см³;

масса воды в порах грунта – 7 г;

Вычислить: весовую влажность.

Дано:

степень влажности – 0,75;

объем грунта – 42 см³;

масса сухого грунта – 60 г;

полная влагоемкость – 0,34;

Вычислить: пористость;

коэффициент пористости;

удельный вес грунта во взвешенном состоянии;

плотность сухого грунта.

Дано:

масса воды – 20 г;

объем грунта – 62 см³;

плотность частиц – 2,7 г/ см³;

масса частиц – 100 г.

Вычислить: весовую влажность; степень влажности;

пористость; объем пор во всем объеме грунта.

Лабораторная работа №2

Гранулометрический состав песчаного грунта

Грунт состоит:

- из твердых минеральных частиц,

- воды в различных видах и состояниях,

- газообразных включений.

Размеры частиц в грунте колеблются от нескольких сантиметров до ты­сячных долей миллиметров. Чем меньше размеры частиц, тем больше их удельная поверхность. Величина удельной поверхности существенно влияет на все строительные свойства грунта. Чем больше удельная поверхность, тем больше возникает центров взаимодействия частиц как с окружающей их во­дой, так и между собой.

В зависимости от размеров частиц различают фракции:

- валуны и глыбы – крупнее 100 мм,

- галька и щебень – от 100 до 10 мм,

- гравий и дресва – от 10 до 2 мм,

- песчаные частицы – от 2 до 0,05 мм,

- пылеватые частицы – от 0,05 до 0,005,

- глинистые частицы – менее 0,005

В зависимости от преобладающего размера частиц и процентного их содержания устанавливают наименование сыпучих грунтов (табл. 2.1).

Таблица 2.1. Классификация песчаных и крупнообломочных грунтов

Грунт	Размер частиц, мм	Масса частиц, % от массы воз­душно-сухого грунта
Крупнообломочный: валунный (глыбовый) галечниковый (щебенистый) гравийный (дресвяный)	> 200 > 10 > 2	> 50 > 50 > 50
Песок: гравелистый крупный средней крупности мелкий пылеватый	> 2 > 0,5 > 0,25 > 0,1 > 0,1	> 25 > 50 > 50 ≥ 75 < 75

Для определения наименования сыпучих грунтов необ­ходимо знание гранулометрического состава грунта.

Частицы размером крупнее 0,25 мм в строи­тельной классификации разделяют на фракции ситовым методом.

Содержание частиц размером от 1 до 0,05 мм в лабораторной работе определяют методом отму­чивания. Этот метод основан на законе Стокса, согласно которому скорость выпадения частиц из суспензии зависит от их диаметра.

Содержание глинистых частиц размером менее 0,005 мм в лабораторной работе определяют способом набухания. Набухание – свойство глинистых частиц увеличиваться в объеме при замачивании. Установлено, что прирост объема грунта, поме­щенного в воду, прямо пропорционален содержанию глинистых частиц и выражается уравнением

А = 22,7 × К, (2.1)

где А – содержание глинистых частиц, в процентах; К= ∆V / V – прирост объема на 1 см³ первоначально взятого грунта; ∆V – прирост объема грунта, см³; V – начальный объем грунта, см³.

Содержание пыле­ватой фракции (0,05...0,005 мм) вычис­ляют вычитанием из 100% суммарного процента песчаных и глинистых частиц.

Результаты грану­лометрического анализа выражают в видеграфика-кривой грану­лометрического со­става (рис. 2.1).

%

100

0,001 0,005 0,01 0,05 0,1 0,5 1,0 2,0 5,0 10,0 lnd

Рис.2.1. График гранулометрического состава грунта

По горизонтальной оси в логарифмическом масштабе отложен диа­метр частиц, по верти­кальной – процентное содержание частиц по совокупности фракций (т.е. график интегральный).

По графику можно легко определить содержание интересующей нас фракции (следовательно, и наименование грунта)

По графику можно вычислить коэффициент неоднородности песчаного грунта:

(2.2)

где d₆₀ – диаметр частиц, соответствующих 60% содержания частиц; d₁₀ –диаметр частиц, соответствующих 10% содержания частиц. Если К_н≥ 3, то грунт неоднородный, при К_н < 3 – однородный.

Гранулометрический состав грунта позволяет косвенно судить о строительных свойствах грунта.

Цель работы – определить наименование песчаного грунта и коэффициент неоднородности.

1. Ситовой анализ крупных фракций:

- Грунт доводят до воздушно-сухого состояния.

- Берут навеску грунта 200 г.

- Навеску помещают в набор сит, имеющих различный диаметр отверстий, закрывают крышкой, и грунт просеивают в течение 2мин горизонтальными движениями.

- После просеивания остаток грунта на каждом сите взвешивают и записывают в лабораторный журнал (табл. 2.2).

- Проверяют суммарную массу фракций. Расхождение не должно превышать 2 г (на 200 г. общей навески). Расхождение распределяют пропорционально массе фракций.

Далее определяют процентное содержание каждой фракции.

Таблица 2.2. Результаты ситового анализа

Показатель	Масса нвес-ки, г	Размеры фракций	Суммарная масса
>10	10...5	5…2	2…1	1, 0,5	0,5 0,25	<0,25
Масса фракции, г		11,82	17,72	17,50	45,50	10,72	28,02	67,74	198,32
Уточненная масса грунта, г		11,82	17,72	17,50	45,50	10,72	28,02	70,42
Процентное содержание фракции		5,9	8,86	8,75	22,75	5,36	14,0	35,23

2. Метод отмучивания

Грунт, просеянный через сито 1 мм, насыпают в мензурку в таком количестве, чтобы объем его в уплотненном состоянии был равен 10 мл. Уплотнение производят легким постукиванием по дну и боковым граням мензурки. В мензурку наливают такое количество воды, чтобы ее поверхность была на 12 см выше уровня грунта в мензурке.

Грунт с водой тщательно перемешивают, для чего мензурку сверху закрывают ладонью и несколько раз энергично опрокидывают. По окончании перемешивания мензурку с суспензией ставят на стол на 60 с. За это время все частицы крупнее 0,05 мм выпадут в осадок, более мелкие частицы останутся в воде.

По истечении 60 с осторожно слить столб мутной воды. При сливании необходимо следить, чтобы песчаные частицы не уносились из мензурки вместе с водой.

Операции повторяют пока вода с начала отстаивания не будет прозрачной. Замеряют объем оставшегося в мензурке грунта, результат записывают в табл. 2.3. Процентное содержание частиц от 1 до 0,05 мм определяют умножением полученного объема на 10.

Таблица 2.3. Результаты метода отмачивания

Начальный объем грунта, мл	Объем оставшегося грунта, мл	Содержание песчаной фракции, %
10,0	8,8

3. Метод набухания

Грунт, просеянный через сито 1 мм, засыпать в мензурку и постукиванием по ладони уплотнить до 10 мл.

Грунт разрыхлить, в мензурку налить воду до деления 50...60 см и тщательно перемешать.

Для коагуляции и ускорения оседания глинистой фракции и полученной суспензии добавить 3...4 мл пятипроцентного раствора хлористого кальция. Еще раз перемешать суспензию и оставить для набухания на 24...48 часов. Замерить объем грунта после набухания и вычислить содержание глинистых частиц. Результаты занести в табл. 2.4.

Таблица 2.4. Результаты оценки глинистой фракции

Начальный объем грунта V1, мл	Объем набухшего грунта V2, мл	Приращение объема ∆V= V2 --V 1, мл	Относительное приращение объема К=∆V/V1	Содержание глинистых фракций А =22,7∙К, %
			0,2	4,54

4. Обработка результатов опыта (табл. 2.5)

Вычисляют содержание пылеватой фракции, вычитая из 100% процентное содержание мелкопесчаных и глинистых частиц. Процент содержания мелкопесчаной, пылеватой и глинистой фракций относится не ко всей навеске, а вычислен по отношению к массе фракций размером менее 1мм. Для определения содержания этих фракций производим пересчет по формуле

, (2.3)

где m - процент содержания фракции в навеске; n - то же в грунте, пропущенном через сито с диаметром 1мм; z - процент содержания частиц меньше 1 мм во всей навеске (результаты ситового анализа).

Таблица 2.5. Результаты пересчета гранулометрического состава

Содержание мелких фракций
По отношению к массе фракции < 1 мм (т.е. по результатам отмачивания и набухания)	Размер фракций, в %
<1 мм	1…0,05	0,05…0,005	< 0,005
		7,46	4,54
По всей навеске по пересчету	54,60	48,05	4,07	2,48

По результатам опыта строится кривая гранулометрического состава грунта, определяется наименование грунта в зависимости от зернового состава, вычисляется коэффициент неоднородности.

По горизонтальной оси откладывают диаметр частиц (фракций), а по вертикальной – суммарное содержание (в %) всех частиц, которое меньше (мельче) данного диаметра.

Построение начинают с того, что на графике откладывают процентное содержание глинистых частиц как наиболее мелких (мельче 0,005 мм). Следующая фракция, которая была выделена, – пылеватая
(0,05 – 0,005 мм), поэтому на графике напротив диаметра 0,05 мм следует отложить суммарное содержание пылеватых и глинистых частиц. Обращаясь к табл. 2.2, видим, что следующая наиболее мелкая выделенная фракция мельче 0,25 мм. Однако она уже включает в себя пылеватые и глинистые фракции (мельче 0,05 мм), поэтому напротив диаметра 0,25 мм следует отложить их процентное содержание, взятое из табл. 2.2. Напротив всех остальных диаметров (0,5; 1; 2; 5; 10 мм) по вертикальной оси откладывают суммарное содержание (в %) частиц, которые меньше данного диаметра (рис. 2.2).

Вывод – песок крупный, неоднородный.

Рис. 2.2. Графическое изображение результатов опыта

Вопросы для самопроверки

1. Что называют гранулометрическим составом? Для чего он
нужен?

2. Частицы какого размера относят к глинистым (пылеватым, песчаным и т.д.) и как их определяют с помощью опытов?

3. Объясните построение графика гранулометрического состава.

4. Нарисуйте на графике гранулометрического состава произвольную кривую и попытайтесь определить наименование грунта и коэффициент неоднородности.