Лабораторная работа № 1. Определение физических характеристик грунтов

Определение физических характеристик грунтов

Грунт представляет собой многокомпонентную среду: минеральные час­тицы, химические и органические соединения, жидкость, лед и газ. При по­ложительной температуре модель минерального грунта - трехфазная сис­тема, при отрицательной - четырехфазная.

Образцы грунта для лабораторной практики отбирают с помощью спе­циальных пробоотборников (грунтоносов) из шурфов или скважин. Грану­лометрический состав, влажность, консистенцию, удельный вес допускается определять на образцах нарушенной структуры. Удельный вес грунта, проч­ностные и деформационные показатели определяют на образцах ненарушен­ной структуры.

1. Характеристики грунта: плотность, влажность и пористость

Физические характеристики грунтов позволяют количественно оценить свойства грунта вне зависимости от методов расчета грунтовых сред. В выделенном объеме (пробе) грунта рассматривают объем, занимаемый твердыми части­цами V_s и объем пор V_п.

Полный объем запишется как

где V_п= V_г + V_w; V_г и V_w - соответственно объемы газа и воды.

Масса грунта m_гр определяется массой твердых частиц m_s и массой воды m_w в порах, т.е.

1) Плотность грунта (г/см³) - это отношение массы грунта к его объему (рис.1.2):

Рис.1.2

Vг Vп Vw Vs

Определение плотности грунта согласно ГОСТ 5180-84 производят двумя методами: а) способом режущего кольца, б) способом парафинирования. В первом способе с помощью тонкого режущего кольца известного объ­ема V_гр отбирают монолит из массива грунта. Путем взвешивания опреде­ляют его массу m_гр.

Способом парафинирования определяют плотность связных (глинистых) грунтов. При этом образец определенной формы покрывают расплавленным парафином и взвешивают на воздухе и в воде. Зная объем парафина (по его и ), согласно закону Архимеда, вычисляют объем образца.

Для расчетов оснований фундаментов сооружений необходимо знание удельного веса грунта (кН/м³), который определяют по формуле

где g = 9,81 - ускорение свободного падения, м/с².

Значения удельного веса минеральных грунтов находятся в пределах 13...22 кН/м.

2)Плотность частиц грунта ρ_s (г/см³) определяют как отношение массы твердых частиц (сухого грунта) к объему твердых частиц V_s:

(1.5)

Плотность частиц грунта зависит только от их минерального состава и в большинстве случаев изменяется от 2,4 до 2,8 г/ см³, в данной лабораторной работе ее не определяют. Согласно ГОСТ 25100-95 “Грунты. Классификация” плотность принимают в зависимости от вида грунта: песок – 2,66 г/см³; супесь – 2,70 г/см³; суглинок – 2,71 г/см³; глина – 2,74 г/см³.

Удельный вес частиц γ_s связан с плотностью частиц ρ_s зависимостью

(1.6)

3) Влажность грунта w - отношение массы воды m_в к массе твердых частиц:

, или (1.7)

Для определения влажности по ГОСТ 5180-84 образец грунта после взвешивания высушивают до постоянной массы при температуре 100-105°С. Как правило, влажность большинства минеральных грунтов изменяется в пределах от 0,01 до 1,4. Исключение составляют илы, торфы и заторфованные грунты, у которых влажность достигает значительно больших значений.

Эти три основные физические характеристики определяются опытным путем и служат для расчета приводимых ниже параметров.

4) Плотность сухого грунта ρ_d рассчитывают как отношение массы су­хого грунта m_s к объему всего грунта:

, (1.8)

откуда (1.9)

Удельный вес сухого грунта

(1.10)

5) Пористость грунта n представляет собой отношение объема пор ко всему объему грунта:

(1.11)

6) Объем твердой фазы в 1 см³ грунта (объем твердой фазы в единичном объеме)

7) Коэффициент пористости е равен отношению объема пор к объему твер­дых частиц грунта:

= (1.13)

(1.14)

8) Полная влагоемкость w_sat - влажность, теоретически соответствую­щая полному заполнению пор грунта водой:

(1.15)

где ρ_w = 1 г/см³ и γ_w = 10 кН/м - соответственно плотность и удельный вес воды.

9) Степень влажности S_r - отношение влажности к полной влагоемкости: (1.16)

Степень влажности изменяется от 0 до 1.

10) Плотность грунта во взвешенном состоянии ρ_sb определяется для грунтов, находящихся ниже уровня подземных вод. С учетом взвешивающего действия воды ρ_sb определяется по формуле

г/см³. (1.17)