Определение гранулометрического (зернового) состава песчаного грунта (ГОСТ 12536-79). Классификация песчаного грунта (ГОСТ 25100-96)

Природный грунт представляет собой сложную дисперсную систему, состоящую из части различной крупности и формы.

Гранулометрическим (зерновым) составом грунта называется выраженное в процентах относительное содержание по массе в грунте минеральных частиц различной крупности. От зернового состава во многом зависят фильтрационные и механические свойства грунта.

Особенно большое значение имеет определение зернового состава песчаных грунтов, который, в частности, используется для их классификации. Для пылевато-глинистых грунтов данные анализа зернового состава используются только в особых случаях.

Для того, чтобы гранулометрический (зерновой) состав можно было охарактеризовать сравнительно небольшим набором чисел, частицы по их размерам объединяют в группы (фракции).

В настоящее время принято следующее разделение частиц на фракции по их наибольшему размеру:

Таблица 5

Наимено-вание фракции	Крупнообломочные	Песчаные	Пыль	Глина
Валуны (Глыбы)	Галька (Щебень)	Гравий (Дресва)	Крупные	Средние	Мелкие
Размер,мм	>200.0	200.0-10.0	10.0-2.0	2.0-0.5	0.5-0.25	0.25-0.05	0.05-0.005	<0.005

Примечание. Наименование в скобках относится к частицам с неокатанной поверхностью.

Гранулометрический состав конкретного грунта оформляется в виде таблицы, показывающей долевое содержание фракции, или графика (рис.3).

% Глина	Пыль	Песок	Гравий

1,0

d, мм

10,0

0,001

0,01

0,1

Рис.3 Кривые гранулометрического состава грунтов

1 – неоднородный грунт; 2 – однородный грунт

По кривой гранулометрического состава можно определить процентное содержание всех фракций, так как координаты этой кривой показывают процент содержания по массе в исследуемом грунте частиц, размер которых меньше данного.

В соответствии с ГОСТ 25100-96 крупнообломочные и песчаные грунты в зависимости от гранулометрического состава подразделяются на следующие типы:

Таблица 6

Тип грунта	Размер частиц, мм	% массы воздушно-сухого грунта
Крупнообломочные Валунный грунт (при преобладании неокатанных частиц – глыбовый) Галечниковый грунт (при преобладании неокатанных частиц – щебенистый) Гравийный грунт (при преобладании неокатанных частиц – дресвяный) Песчаный Песок: гравелистый крупный средней крупности мелкий пылеватый	d > 200     d > 10     d > 2   d > 2 d > 0.5 d > 0.25 d > 0.1 d > 0.1	>50     >50     >50   >25 >50 >50 ≥75 <75

Примечание:

1. Для установления наименования грунта последовательно суммируются проценты частиц исследуемого грунта: сначала крупнее 200 мм, затем крупнее 10мм, далее крупнее 2мм и т.д.

2. Наименование грунта принимается по первому удовлетворяющему показателю в порядке расположения наименований в таблице.

Крупнообломочные и песчаные грунты характеризуются также степенью неоднородности их зернового состава , определяемой по формуле:

ng w:val="RU"/></w:rPr><m:t>d</m:t></m:r></m:e><m:sub><m:r><w:rPr><w:rFonts w:ascii="Cambria Math" w:h-ansi="Cambria Math"/><wx:font wx:val="Cambria Math"/><w:i/><w:lang w:val="RU"/></w:rPr><m:t>10</m:t></m:r></m:sub></m:sSub></m:den></m:f></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>"> , (22)

где – диаметры частиц, меньше которых в исследуемом грунте содержится 60% и 10% частиц (по массе), соответственно (см. рис.13).

При пески считаются неоднородными по своему зерновому составу.

Таким, образом, кривая гранулометрического состава более однородного грунта имеет большую крутизну (см. рис.3).

Фракция размером более 0.1мм выделяются просеиванием на стандартных ситах с промывкой водой, а более мелкие – ареометрическим методом.

а) Для разделения грунта на фракции ситовым методом с промывкой водой применяется стандартный набор сит с отверстиями диаметром (10; 5; 2; 1; 0.5; 0.25; 0.1) мм. Сита монтируются в колонку с размещением их от поддона вверх в порядке увеличения отверстий. Среднестатистическая проба грунта для анализа отбирается по методу квадратов: воздушно – сухой грунт тонким слоем расстилается на листе плотной бумаги; поверхность грунта ножом разделяемся на квадраты; из каждого квадрата отбирается немного грунта с тем, чтобы общая масса пробы m₀ составляла для гравелистых песков 1000 г, а всех остальных песчаных грунтов – 500 г. Проба грунта высыпается в фарфоровую чашку, смачивается водой, растирается пестиком с резиновым наконечником. Затем грунт заливается водой, суспензия взмучивается и отстаивается 10-15 сек. Вода с не осевшими частицами (взвесь) сливается сквозь сито с отверстием размером 0.1 мм. Промытая проба грунта высушивается, взвешивается и по разнице первоначальной m₀ и оставшейся m_ос масс проб определяется масса частиц размером менее 0.1 мм:

(23)

Затем воздушно-сухой грунт массой m_ос просеивается через набор сит: содержимое каждого сита взвешивается на технических весах с точностью 0.01 г; результаты анализа записываются в журнал (см. табл. 9) и вычисляется процентное содержание каждой фракции по формуле:

, (24)

где m_i – масса данной фракции;

m₀ – первоначальная масса взятой для анализа воздушно – сухой навески.

б) Ареометрический метод используется для определения гранулометрического состава частиц грунта размером менее 0.1 мм. Этот метод основан на изменении плотности суспензии по мере выпадения из нее минеральных частиц. При отстаивании суспензии частиц грунта, подчиняясь силе тяжести, падают на дно сосуда, и плотность суспензии уменьшается. Скорость осаждения частиц в жидкости пропорциональна квадрату их размера и определяется по формуле Стокса.

Анализ выполняется с помощью ареометра (рис.4), который представляет собой стеклянную колбу, в нижнем конце которой (луковице) находится груз (дробь, залитая сургучом или мастикой) для того, чтобы опущенный в жидкость ареометр плавал вертикальном положении. В верхней части ареометра (шейке) помещена шкала с нанесением значениями плотности суспензии.

Подготовленная специальным способом проба грунта массой около20-40 г (размер частиц менее 0.1 мм) помещается в стеклянный цилиндр с водой. Суспензия взбалтывается мешалкой в течение 1 мин. так, чтобы частицы пришли во взвешенное состояние. Осторожно, без касания стенок цилиндра, в суспензию опускается ареометр и через определенные промежутки времени (1 мин.; 30 мин.; 3 часа) берутся отсчеты по шкале ареометра, который вследствие выпадения частиц и уменьшения плотности постепенно погружается в нее. После внесения в отчеты поправок на температуру и мениск определяется процентное содержание частиц различных фракции в мм (0.1 - 0.05; 0.05 – 0.01; 0.01 – 0.005; <0.005) по специальным формулам (см. приложение 1). По данным ситового и ареометрического анализов строится кривая гранулометрического состава (см. рис. 3), определяется степень неоднородности и наименования грунта^*.

*Пример наименование песчаного грунта: