Характеристики основных физических показателей

Содержание

Лабораторная работа № 1

«Определение гранулометрического состава песчаного грунта»……………3

Лабораторная работа № 2

«Определение плотности песчаных грунтов»…………………………………7

Лабораторная работа № 3

«Определение пределов пластичности мягких связных грунтов»………….13

Лабораторная работа № 4

«Определение коэффициента фильтрации песчаных грунтов»…………….19

Лабораторная работа №1

«Определение гранулометрического состава песчаного грунта».

Цель работы:определить гранулометрический состав песка, его однородность классификационную группу и провести графический анализ результатов исследования.

Приборы и оборудования:стандартный набор сит ( d=5,0 ; 3,0 ; 2,0 ; 1,0 ; 0,5; 0,25) электрические весы KERN, пластмассовые чашечки.

Общие сведения.

Под гранулометрическим составом понимают содержание в грунте частиц различной крупности, выраженное в процентах к массе сухого образца. Грунты без жестких связей состоят из отдельных зерен различной величины, формы и вещественного состава.

Песок – рыхля смесь зёрен диаметром 0,05-2,0 мм образующаяся в результате естественного разрушения массивных горных пород.

Классификация песка:

1. По условиям образования : речные-чистые, имеют округлую форму; морские ; горные-имеют остроугольную форму; овражные.

2. По минералогическому составу: кварцевые, слюдистые, карбонатные.

3. По крупности с диаметром фракций, мм: очень крупные 2.0-1,0; крупные 1,0- 0,5; средние 0.5-0,25; мелкие 0,25-0,1; очень мелкие 0,1-0,05.

Гранулометрический анализ грунтов проводят следующими методами: визуальным, ситовым, гидравлическим, аэродинамическим, оптическим.

Ход работы.

1. Из воздушно-сухой пробы отбирают в пластмассовую чашечку произвольное количество песка, но не более 1000 г.

2. Пробу песка высыпают в колонну сит установленных в убывающем порядке сверху вниз, и осторожно встряхивают круговыми движениями до тех пор, пока не будет достигнута полная сортировка в ситах на фракции.

3. Просеянный песок с каждого сита и поддона высыпают в пластмассовую чашечку и взвешивают на весах с точностью до 0,1 г.

4. Зная общую массу навески вычисляют процентное содержание каждой фракции по формуле:

а=(m/M)*100%

Определение гранулометрического состава песка

Наименование показателя	Диаметры фракции, мм	примечание
				2,5	1,25	0,16	0,05
Масса фракции m, г			5,46	2,91	4,39	5,42	97,325	1,57	M=z*m=z
Содержание фракции a, %			0,546	0,231	0,439	0,542	97,32	0,857
Содержание фракции возрастающим итогом f, %			0,546	0,777	1,216	1,758	99,078		a=100%

Наименование песка определяется по максимальному значению процентного содержания фракции (а, %), соответствующему диаметру фракции (d, мм).

Графические способы изображения гранулометрического

Состава грунтов.

1. Диаграмма гранулометрического состава строится в прямоугольной системе координат на оси ординат процентное содержание фракций (рис. 1.1).

1.1 Диаграмма гранулометрического состава песчаных пород а) однородный

2. При построении интегральной кривой в простом масштабе (рис. 1.2) на оси абсцисс откладывают размеры частиц в миллиметрах, а на оси ординат суммарное содержание фракций в процентах.

Рис. 1.2 Интегральная кривая гранулометрического состава песчаной породы в простом масштабе.

3.Циклограмма гранулометрического состава строится следующим образом чертят круг произвольного диаметра и разбивают его на сектора с длинами дуг, пропорциональным содержанию каждой фракции (%). Возле каждого отрезка дуги снаружи указывают процентное содержание соответствующей фракции.

	2-1мм
	1-0,5мм
	0,5-0,25мм
	0,25-0,06мм
	0,05-0,01мм
	0,01мм

2.3. Циклограмма гранулометрического состава

4. Для изображения результатов гранулометрического состава применяют также равносторонний треугольник, каждая сторона которого обозначает группу песка от мелкого до крупного (рис. 1.4.). Внутри треугольник делится еще на четыре равносторонних треугольника, разбивается на 10 равных частей с обозначением процентного содержания фракций от 0 до 100 %. На каждой стороне треугольника откладывают значения суммарного содержания фракций А% и из этой точки проводят прямую параллельную последующей стороне треугольника.

Треугольная диаграмма для изображения гранулометрического состава песчаных пород. Песок тонко и мелкозернистый.

Вывод: песок однородный, тонко и мелкозернистый.

Лабораторная работа №2

«Определение плотности песчаных грунтов».

Цель работы: определить плотность песка рыхлого сложения и сравнить эти данные между собой.

Приборы и оборудование:электрические весы KERN?,бюксы, сито, d=0,16 мм, уплотнитель, линейка, пластмассовая воронка.

Общие сведения.

В отличии от других твердых тел грунты состоят не только из твёрдых (минеральных) частиц, но и из расположенных между ними пустот-пор, которые могут быть заполнены воздухом или водой. Таким образом, твёрдые минеральные частицы являются основными компонентами составляющими породы грунта. В общем случае любой грунт представляет собой трёхфазовую систему: твердые частицы + воздух + вода. Двухфазная система: твердые частицы + вода ( грунт, поры которого полностью заполнены водой )или твердые частицы + воздух ( абсолютно сухой грунт )- в естественных условиях почти не встречается, так как в любых условиях каждая порода содержит некоторое количество воздуха и воды.

Основными физическими свойствами грунтов являются:

· Плотность твердой фазы ( удельная масса )у, г/см³ ;

· Плотность Δ, г/см³;

· Плотность скелета S,г/см³;

· Пористость n.% ;

· Коэффициент пористости E;

· Коэффициент относительной плотности песчаных грунтов Д;

· Предел пластичности глинистых грунтов Wp, %;

· Предел текучести глинистых грунтов Wт;

· Число пластичности μ, %;

· Показатель консистенции В.

Эти свойства взаимосвязаны и в целом выражают физическое состояние грунтов, т.е. качественную характеристику, как в условиях естественного залегания, так и в теле сооружений (плотинах, дамбах, насыпях и др.). По физическим свойствам можно косвенно судить о прочности, деформируемости и устойчивости грунтов.

Трехфазная порода Двухфазная порода

а – вода; б – воздух; в – твердая фаза. а – воздух; б – твердая фаза.

Характеристики основных физических показателей

1. Плотностью твердой фазы называют массу единицы объема минеральных частиц (твердая фаза) грунта. Определяется она по формуле:

Y= mc/ Vc

где mc – масса абсолютно сухого грунта, г;

Vc – объем твердых частиц (скелета) грунта, см³.

Для данной породы эта величина постоянная, характеризует только твердую фазу грунта и не зависит от соотношения твердой, жидкой и газообразной фаз. Плотность зависит только от минералогического состава породы и возрастает с увеличением содержания в ней тяжелых минералов.

Кроме того, плотность служит вычисления плотности скелета грунта и пористости, а так же для классификации грунтов.

Характеристики других физических показателей и методы их определения будут описаны в следующих лабораторных работах.

Ход работы

1.Взвешивают пустые бюксы.

2.Песок просеивают через сито и засыпают в бюксы: в первой серии опытов - песок рыхлого сложения с помощью воронки, во второй серии - песок плотного сложения послойно с последующим требованием при помощи уплотнения. Последний слой не утрамбовывают, а избыток песка удаляют линейкой, чтобы поверхность его была на одном уровне с кроями бюкса.

Опыт повторяют в трёхкратной повторности.

3.Взвешивают бюксы с песком рыхлого и плотного сложения и результаты заносят в таблицу.

4.Расчитывают объём бюкса, см², по формуле

V=S·h

где S- площадь основания бюкса, см^2; вычисляют по формуле

S=π·d²/4

где h-высота бюкса, см;

d- диаметр бюкса, см.

Значение объема бюкса приравнивают к объему песка, так как рыхлый несвязный грунт всегда принимает объем той емкости, в которую его помещают.

5. Вычисляют плотность для песка рыхлого и плотного сложения г/см³ по формуле:

Δ=m/v

где m-масса песка, г;

V – объем песка, см³

У большинства грунтов она колеблется в небольших пределах в среднем от 2,0 для торфяных и болотистых до 5,0 г/см³ для скальных и полускальных. Плотность твёрдой фазы в лабораторных условиях определяют главным образом пикнометрическим методом (ГОСТ 5181-64). Для ориентировочных расчётов можно принимать следующие значения плотности в зависимости от вида грунтов.

Перегнойно-болотные, торфяные	2,0-2,2
Песчаные и супесчаные	2,25-2,5
Суглинистые	2,5-2,6
Глинистые	2,65-2,75

2. Плотностью называют массу единицы объёма грунта естественного сложения и влажности (твёрдая фаза + пор). Плотность зависит от минерального состава, пористости и влажности грунта. Чем больше влажность грунта, тем больше его плотность.

Максимального значения плотности грунта достигает при полном заполнение пор водой, минимального - при отсутствии воды в порах (плотность скелета – δ) Для определенного вида грунта плотность Δ имеет следующие значения г/см³ :

Болотистые, торфяные	0,8
Песчаные, супесчаные	0,9-1,15
Легкосуглинистые	1.2-1,35
Среднесуглинистые	1,4-1,45
Тяжелосуглинистые	1,5-1,65
Глинистые	1,7-1,8

Плотность используется как прямой расчётный показатель для вычисления давления грунта на подпорную стенку сооружений, расчёта устойчивости оползневых склонов и откосов выемок, котлованов, карьеров, расчёта осадки сооружений, расчёта распределения напряжений в грунтах, основания под фундамент, определения объема земляных работ т др.

6. Принимая среднее значение плотности песка плотного сложения за 100%, находят среднее значение плотности песка рыхлого сложения в процентах:

Δр= Δр/Δпл

где Δр, Δпл – среднее значение плотности песка рыхлого и плотного сложения соответственно.