Класс мерзлых техногенных (искусственных) грунтов.

Мерзлые техногенные грунты образуются тремя путями: 1)при целенаправленном искусственном промораживании любых природных или техногенных грунтов, 2) при намораживании искусственных льдов и 3)при естественном промерзании техногенных грунтов любого класса. Замораживание грунтов применяется для закрепления плывунов и других водонасыщенных грунтов при шахтном и тоннельном строительстве, а также при возведении гидротехнических сооружений. Проводится с помощью жидких или газообразных хладоносителей, пропускаемых через систему труб, опущенных в скважины. Грунты охлаждаются до -5..-10 град. С. И ниже, вся свободная часть связанной воды замерзает, образующийся лед цементирует породы, превращая их в прочные водонепроницаемые тела. При замораживании по контуру сооружения бурятся скважины, в них опускаются колонны замораживающих труб. Метод дорогостоящий и временный. Намораживание искусственных льдовможет проводиться при создании автодорог, аэродромов, причалов и тд., для повышения отметок поверхности поборежья в арктических широтах и даже намораживании целых островов для добычи нефти и газа. В практике строительства искусственный лед получают : 1) намораживанием прерывными поливами, 2)намораживанием поливами с добавлением кускового льда, 3)кладкой конструкции из блоков природного льда и тд. При использовании пористого льда следует учитывать его уплотняемость под нагрузкой, в том числе и от собственного веса.

54. Плотность грунта. Понятие и способ определения в лабораторных условиях.

Плотностью грунта называется отношение массы грунта, включая массу воды в его порах, на занимаемый им объем. ρ=m/V. [г/см³ или т/м³]

Плотность грунта зависит от: - минералогического состава;

- влажности;

- пористости

В строительной практике плотность грунта колеблется от 1,4 до 2,2.

Наиболее распространенным методом в лабораторных условиях является метод режущего кольца.

Необходимое оборудование: Режущее кольцо, лабораторный нож, штангенциркуль, технические весы.

Методика определения: При помощи штангенциркуля измеряется геометрические характеристики кольца (высота, диаметр).

Рассчитывается внутренний объем кольца: V= (pd² )/4 *h [см³]

Кольцо взвешивается, получается масса m1. Кольцо погружается в грунт, после этого кольцо извлекается из монолита по конусообразной траектории. Снова взвешивается и получаем массу m2(масса кольца с грунтом) r=(m2-m1)/V Полученные результаты заносим в таблицу.

55. Влажность грунта. Понятие и способ определения в лабораторных условиях.

Количество воды, содержащееся в порах грунта в естественных условиях залегания называется естественной или природной влажностью.

Влажность обозначается W=m_w/m_d ,md-масса сухого грунта

[д.ед] x*100% [%]

Определяется влажность весовым методом.

Необходимое оборудование: Бюкса, технические весы, сушильный шкаф.

Методика определения: 1.Взвешивается пустой бюкс, находится масса m.

2. В бюкс помещается небольшой кусок грунта 15-20г. Снова взвешивается, получаем массу m1. Далее бюкс с пробой грунта помещаем в сушильный шкаф, где при температуре 105°C выдерживается до постоянной массы.

Пылевато-глинистые выдерживаются в течении 8ч, песчаные в течении 4 часов.

По истечении этого времени проба грунта изымается из сушильного шкафа, охлаждается, взвешивается и опять помещается в сушильный шкаф для дополнительной сушки в течении 2х часов. Эти 2 процедуры делаются до тех пор , пока разница между двумя последующими взвешиваниями не станет меньше 0,02 г. За результат взвешивания принимаем наименьшее значение. W=((m1-m2)/(v2-m)) *100%

56. Плотность минеральных частиц грунта. Понятие и способ определения в лабораторных условиях.

Плотностью частиц грунта называется масса единиц объёма твердых(скелетных частиц грунта). r_s=m_d/V_s [г/см³ или т/м³]

Плотность частиц зависит только от минералогического состава и изменяется в узких пределах.

У песков диапазон составляет: 2,64-2,66 г/см³

У супеси диапазон составляет: 2,68-2,7 г/см³

У суглинков диапазон составляет:2,7-2,72 г/см³

У глин диапазон составляет:2,74-2,76 г/см³

В лабораторных условиях плотность вычисляется пикнометрическим методом.

Необходимое оборудование: Пикнометр, технические весы, воронка, капельница, песчаная или водяная баня.

Методика определения: 1. Взвешивается сухой чистый пикнометр, получаем массу m1.

2. Пикнометр помещается в пробу грунта доведенного до воздушно-сухого состояния. Масса 15-20г на каждые 100мл пикнометра. Пикнометр с грунтом взвешивается.

3. Пикнометр доливается водой до половины объема, взбалтывается и кипятится на песчаной бане для удаления адсорбированного воздуха и расчленения глинистых агрегатов.

Продолжительность кипячения у песков и супеси 30 мин, у суглинков и глин 1 час.

В процессе кипячения не допускается наличие грунтовых частиц на стенках пикнометра выше уровня воды.

После того как прокипятили, охлаждается и заполняется водой до мерной риски и снова взвешивается. Получаем массу m3.

Пикнометр опорожняется, из него всё выливается. Промывается и снова заполняется водой до мерной риски и взвешиваем, получаем массу m4.

r_s= ((m₂-m₁)r_w)/((m₂+m₄)-(m₃+m₁))

r_w=1 г/см³

57. Гранулометрический состав грунта. Понятие и способ определения гранулометрического состава песчаного грунта в лабораторных условиях.

Грунты состоят из отдельных частиц различной формы, крупности, вещевого состава. Группа частиц с приблизительным одинаковым диаметром, диапазона называется фракцией. Процентное содержание фракций грунта по массе называется гранулометрическим составом грунта. Это один из важнейших факторов, определяющих физико-механические свойства грунта, от которого зависит сжимаемость грунтов, их сопротивление сдвигу, пористости, водопроницаемости и др.

Гранулометрический составопределяется по средствам механического анализа, заключается в разделение грунта на отдельные фракции. Этот анализ необходим для определения типов грунта по крупности, для расчета коэффициента фильтрации, определения пригодности грунтов строительства инженерных сооружений, пригодности грунта в качестве сырья при производстве строительных материалов.

В лабораторных условиях наиболее распространенном методом анализа гранулометрического состава является ситовый метод. Определение гранулометрического состава грунта с помощью сит. Оборудование: технические весы, набор стандартных сит, фарфоровая ступка.

Методика: Образец доводиться до воздушно-сухого состояния, из полученной пробы отбираются навески 100-150 гр и высыпается в верхнее сито колонки, далее верхнее сито закрывается крышкой и песок круговыми движениями просеивается в течении 3 минут через набор сит. Далее содержимого каждого сита взвешивается и выражается в % к массе всей навески. Результаты заносятся в таблицу. Расхождение между массой навески и суммой масс фракций более 1% не допускается. Навязка распределяется пропорционально массе фракций. Далее последовательно суммирование процентов определяется сумма массы фракций, полученной по данном сите и не прошедших через него, Тип песка по крупности устанавливает согласно классификационной таблицы. Определение полного наименования песчаного грунта - по данным гранулометрического состава последовательном суммированием %-ов определяет сумму масс фракций прошедших через каждое определенное сито. После этого путем интерполяции определяют диаметр частиц, меньше которых в данном грунте содержится 60% и 10%. . Если значение меньше 3, то песок считается однородным, более 3 неоднородным.

58. Деформационные характеристики грунта. Понятие и способы определения в лабораторных условиях.

Определение характеристик сжимаемости грунтов.

Сжимаемостью грунтов называется их способность уменьшаться в объеме под действием внешней нагрузки. Сжимаемость зависит от:- пористости грунтов

- гранулометрического и минералогического состава

- природы внутренних структурных связей

- характера нагрузки

На скорость сжимаемости влияют так же мощность сжимаемой толщи, влажность грунта, величина коэффициента фильтрации.

Стабилизация осадки в песчаных грунтах протекает в относительно короткий период от нескольких суток до нескольких недель.

В пылевато-глинистых грунтах от нескольких месяцев до нескольких лет.

Характеристиками сжимаемости являются следующие показатели: Коэффициент сжимаемости(а₀), коэффициент относительной сжимаемости(а_v) и модуль деформации(Е).

Одним из способов определения характеристик сжимаемости являются лабораторные компрессионные испытания. Это испытание грунта в условиях одноосного сжатия, без возможности бокового расширения.

Компрессионное сжатие моделирует процесс уплотнения грунта под центром фундамента.

Компрессионные испытания производят в одометрах – приборах с жесткими металлическими стенками, препятствующие боковому расширению грунта при сжатии вертикальной нагрузки.

При испытаниях происходит уплотнение грунта за счет уменьшения объема пор и влажности.

Методика определения:

1. Образец грунта помещается в одометр, проба грунта отбирается кольцом.

2. Пробу помещают в одометр жесткий металлический штамп к которому прикрепляется индикатор часового типа.

3. К штампу через металлический шарик прикладывают вертикальную сжимаемую нагрузку, под действием которой грунт в рабочем кольце подвергается уплотнению.

Нагрузка прикладывается возрастающая и прикладывается она ступенями. Величина 1ой ступени 0,05МПа. Время приложения 1ой ступени 2 мин. По истечению этого времени снимается показатели индикаторов. Рассчитывают среднее арифметическое значение и данные заносят в таблицу.

59. Прочностные характеристики грунта. Понятие и способы определения в лабораторных условиях.

Сопротивление грунтов является прочностным показателем, необходимым для расчета прочности и устойчивости основания, оценки устойчивости откосов и склонов, расчет давления грунтов и подпорной стенки. Разрушение грунта основания под фундаментом сооружения наступает если действующий под подошвой касательно напряжению превышает сопротивление грунта.

Разрушение проявляется в виде скольжения(сдвигов) грунтовых частиц относительно друг друга. Сопротивление грунта к сдвигу обуславливается силами трения и сцепления.

Прочностные характеристики грунтов, предельное сцепление и угол внутреннего трения.

Отличительной характеристикой является параметры линейной зависимости касательно направления от нормального напряжения (Кулон)

t=f(d)

t=d*tgj - песок

t=d*tgy+с – пылевато – глинистые

t

t=f(d) п

t=f(d) глина

с

d

Т.о. закон Кулона сопротивления сыпучих грунтов к сдвигу есть сопротивление трению и прямо пропорционально нормальному давлению.

Сдвиговые характеристики определяются экспериментальным путем в полевых или лабораторных условиях.

Сопротивление сдвигу одного и того же грунта не постоянно и зависит от физического состояния грунта.

В лабораторных условиях определение сопротивления грунта сдвигу проводят по 2 методикам.

1) Консолидированный (до приложения сдвигового усилия образец уплотняют с соответствием вертикального давления.)

2) Неконсолидированный сдвиг(с высоч. водонасыщением)

Методика определения: 1) Сдвиговые приборы приводят в рабочее положение. 2) Испытания производят на 3 образцах при различном вертикальном давлении 0,1; 0,2; 0,3 МПа. После приложения вертикального давления приводят в действие механизм для создания горизонтального давления (не превышая 10% от вертикального давления). Время=30секунд. Испытания закончить, если общая деформация образца составит 6 мм или наступит полное разрушение. За величину предельного сопротивления сдвига принимают величину ступени, которая предшествовала обрушению образца.

60. Фильтрационные характеристики грунта. Понятие и способы определения в лабораторных условиях.

Определение коэффициента фильтрации грунта.

Водопроницаемость – способность грунта пропускать сквозь себя воду.

Движение воды по порам грунта обусловлено влиянием гравитационных сил и внешних воздействий.

Численно водопроницаемость характеризуется коэффициентом фильтрации грунта, представляющим собой скорость фильтрации воды при (градиенте) равном 1.

Q=K_ф*A*t*I

Q-количество воды, протекающее через A с течением времени t; I-градиент напора.

I=DH/l , l-длина напора

Коэффициент фильтрации измеряется в см/сут, м/сут, м/год, см/с.

Величина Кф зависит от пористости грунта, давления, гранулометрического и минералогического состава.