Министерство образования и науки РФ
СБОРНИК МЕТОДИЧЕСКИХ УКАЗАНИЙ
К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ
по дисциплине
МЕХАНИКА ГРУНТОВ
Специальность: 270205 «Автомобильные дороги и аэродромы»
Форма обучения очная
Тула 2010 г
Методические указания к лабораторным работам составлены доцентом И.М.Кавериным и обсуждены на заседании кафедры ГиСПС горно-строительного факультета
протокол № 10 от «15» ноября 2010 г.
И.о. зав. кафедрой _________________________ Н.М. Качурин
Методические указания к лабораторным работам пересмотрены и утверждены на заседании кафедры ГиСПС горно-строительного факультета
протокол №__ от «__» ____ 20__ г.
И.о. зав. кафедрой _________________________ Н.М. Качурин
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
Определение основных физических характеристик песчаных грунтов
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Целью лабораторной работы является приобретение соответствующего навыка работы с лабораторным оборудованием и закрепление полученных теоретических знаний на лекциях и в процессе самостоятельного обучения.
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Грунт – горные породы, почвы, техногенные образования, представляющие собой многокомпонентную и многообразную геологическую систему и являющиеся объектом инженерно-хозяйственной деятельности человека.
В инженерной деятельности человека грунты выполняют различную роль и используются в строительстве как:
· основание для зданий и сооружений;
· материал для насыпей и дорог;
· среда для тоннелей, трубопроводов, лотков и других подземных сооружений.
Песчаным грунтом называется несвязный минеральный грунт, в котором масса частиц размером меньше 2 мм составляет более 50 % ( 
= 0).
В лабораторных условиях для определения влажности применяют весовой метод [6.1].
Весовой влажностью называется отношение массы воды, находящейся в грунте, к массе абсолютно сухих грунтовых частиц данного объема.
Определение гранулометрического состава заключается в разделении грунта на фракции и установление в пробе их процентного содержания. Совокупность частиц грунта с приблизительно одинаковыми размерами называется фракцией.
При определении гранулометрического состава распространенным является ситовой метод [6.2].
Степень неоднородности гранулометрического состава Cu – показатель неоднородности гранулометрического состава определяют согласно [6.3].
Плотность (объемную массу) грунта 
естественной структуры, равна отношению массы образца грунта к его объему.
Существует несколько лабораторных методов определения плотности грунта: режущего кольца и парафинирования [6.1]. Чаще всего применяют метод режущего кольца.
Плотностью частиц грунта называется отношение массы сухого грунта к объему твердой части этого грунта.
Пористость грунта – определяется отношением объема пор к объему грунта.
Коэффициент пористости – определяется отношением объема пор к твердой минеральной части грунта.
Степень влажности (коэффициент водонасыщения) 
– определяется отношением объема воды в порах к объему пор. Степень влажности характеризует степень заполнения объема пор грунта водой.
3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
3.1. Определение природной (весовой) влажности
Необходимое оборудование:
· шкаф сушильный;
· термометр по ГОСТ 2823-73Е со шкалой от 0 до 200°С, с ценой деления 2°С;
· эксикатор по ГОСТ 23932-79Е с кальцием хлористым по ГОСТ 4460-77, прокаленным в муфельной печи;
· стаканчики алюминиевые ВС-1 с крышками;
· шпатель металлический;
· нож с прямым лезвием;
· щипцы тигельные;
· весы лабораторные по ГОСТ 24104-80Е с гирями по ГОСТ 7328-82Е;
· ступка фарфоровая и пестик по ГОСТ 9147-80Е;
· набор сит по ГОСТ 3584-73.
Влажность грунта следует определятькак отношение массы воды, удаленной из грунта высушиванием до постоянной массы, к массе высушенного грунта.
3.1.1. Подготовка к испытаниям
Пробу грунта для определения влажности отбирают массой 15-50 г, помещают в заранее высушенный, взвешенный и пронумерованный стаканчик и плотно закрывают крышкой.
3.1.2. Проведение испытаний
3.1.2.1. Пробу грунта в закрытом стаканчике взвешивают с точностью до 0,01 г.
3.1.2.2. Стаканчик открывают и вместе с крышкой помещают в нагретый сушильный шкаф. Грунт высушивают до постоянной массы при температуре (105 ± 2)°С.
3.1.2.3. Песчаные грунты высушивают в течение 3 ч, а остальные - в течение 5 ч.
Последующие высушивания песчаных грунтов производят в течение 1 ч, остальных - в течение 2 ч.
3.1.2.4. После каждого высушивания грунт в стаканчике охлаждаютвэксикаторе с хлористым кальцием до температуры помещения и взвешивают.
Высушивание производят до получения разности масс грунта со стаканчиком при двух последующих взвешиваниях не более 0,02 г.
3.1.3. Обработка результатов
3.1.3.1. Влажность грунта W, %, вычисляют по формуле
, (1)
где т - масса пустого стаканчика с крышкой, г;
m1 - масса влажного грунта со стаканчиком и крышкой, г;
m2 - масса высушенного грунта со стаканчиком и крышкой, г.
Допускается выражать влажность грунта в долях единицы.
Результаты анализа регистрируют в журнале (табл.1 приложение 1).
3.2. Определение гранулометрического состава
Необходимое оборудование:
· набор сит (с поддоном); сита с размером отверстий 10; 5; 2; 1; 0,5; 0,25; 0,1 мм;
· весы лабораторные по ГОСТ 19491—74 с гирями по ГОСТ 7328-73;
· стаканчики стеклянные по ГОСТ 7148- 70;
· ступка фарфоровая и пестик с резиновым наконечником по ГОСТ 9147- 73;
· нож с прямым лезвием;
Гранулометрический (зерновой) состав грунта следует определять по весовому содержанию в нем частиц различной крупности, выраженное в процентах по отношению к весу сухой пробы грунта, взятой для анализа.
3.2.1. Подготовка к испытаниям
Для определения гранулометрического (зернового) и мик-роагрегатного состава грунтов следует брать образцы, высушенные до воздушно-сухого состояния и растертые в фарфоровой ступке пестиком с резиновым наконечником.
3.2.2. Проведение испытаний
3.2.2.1. Сита монтируют в колонку, размещая их от поддона в порядке увеличения размера отверстий: 0.1; 0,25; 0,5; 1; 2 мм. На верхнее сито надевают крышку.
3.2.2.2. Среднюю пробу для анализа следует отбирать методом квартования. Для этого распределяют грунт тонким слоем по листу плотной бумаги или фанеры, проводят ножом в продольном и поперечном направлениях борозды, разделяя поверхность грунта на квадраты, и отбирают понемногу грунт из каждого квадрата.
Масса средней пробы должна составлять: для грунтов, не содержащих частиц размером более 2 мм, – 100 г; для грунтов, содержащих до 10% (по весу) частиц размером более 2 мм, – не менее 500 г; для грунтов, содержащих от 10 до 30% частиц размером более 2 мм, – 1000 г; для грунтов, содержащих свыше 30% частиц размером более 2 мм, – не менее 2000 г.
3.2.2.3. Взвешенную пробу грунта следует просеять сквозь набор сит с поддоном ручным способом. Фракции грунта, задержавшиеся на ситах, высыпают, начиная с верхнего сита, в ступку и дополнительно растирают пестиком с резиновым наконечником, после чего вновь просеивают на этих же ситах. Полноту просеивания фракций грунта проверяют встряхиванием каждого сита над листом бумаги. Если при этом на лист выпадают частицы, то их высыпают на следующее сито; просев продолжают до тех пор, пока на бумагу перестанут выпадать частицы.
3.2.2.4. Фракции грунта, задержавшиеся после просеивания на каждом сите и прошедшие в поддон, следует взвесить с точностью до 0,01 г.
Сложить веса всех фракций грунта. Если полученная сумма веса всех фракций грунта превышает более чем на 1% вес взятой для анализа пробы, то анализ следует повторить.
Потерю грунта при просеивании разносят по всем фракциям пропорционально их весу.
3.2.3. Обработка результатов
3.2.3.1. Содержание в грунте каждой фракции А в % надлежит вычислять по формуле
, (2)
где 
– масса данной фракции грунта, г;
– масса средней пробы грунта, взятой для анализа, г.
3.2.3.2. Степень неоднородности гранулометрического состава Cu –определяют по формуле
, (3)
где 
, 
, диаметры частиц, мм, меньше которых в грунте содержится соответственно 60 и 10 % (по массе) частиц.
Результаты анализа регистрируют в журнале (см. приложение 2) в котором указывают процентное содержание в грунте фракций и изображаются графически в полулогарифмической шкале (рис.1).
Руководствуясь ГОСТ 25100-95 определяем тип песчаного грунта (крупный, средней крупности, мелкий или пылеватый), (см. приложение 3 табл.1).
Рис.1 Кривая неоднородности гранулометрического состава грунта
3.3. Определение плотности грунта
Необходимое оборудование:
· нож с прямым лезвием;
· кольца-пробоотборники;
· весы лабораторные по ГОСТ 19491–74 с гирями по ГОСТ 7328-73;
· технический вазелин.
Плотность грунта определяется отношением массы образца грунта к его объему.
3.3.1. Подготовка к испытаниям
3.3.1.1. Согласно требованиям таблицы выбирают режущее кольцо-пробоотборник.
Таблица. – Размеры колец для различных наименований грунтов
| Размеры кольца-пробоотборника | ||||
| Наименование и состояние грунтов | Толщина стенки, мм | Диаметр внутренний d, мм | Высота h | Угол заточки наружного режущего края |
| Немерзлые пылевато-глинистые грунты | 1,5–2,0 | ³ 50 | 0,8 d ³ h > 0,3 d | Не более 30° |
| Немерзлые и сыпуче-мерзлые песчаные грунты | 2,0–4,0 | ³ 70 | d ³ h > 0,3 d | То же |
| Мерзлые пылевато-глинистые грунты | 3,0–4,0 | ³ 80 | h = d | 45° |
3.3.1.2. Кольца-пробоотборники изготавливают из стали с антикоррозионным покрытием или из других материалов, не уступающих по твердости и коррозионной стойкости.
3.3.1.3. Кольца нумеруют, измеряют внутренний диаметр и высоту с погрешностью не более 0,1 мм и взвешивают. По результатам измерений вычисляют объем кольца с точностью до 0,1 см3 по формуле
, (4)
где d – внутренний диаметр кольца, мм;
h – высота кольца. Мм.
3.3.1.4. Пластинки с гладкой поверхностью (из стекла, металла) нумеруют и взвешивают.
3.3.2. Проведение испытаний
3.3.2.1. Кольцо-пробоотборник смазывают с внутренней стороны тонким слоем вазелина.
3.3.2.2. Верхнюю зачищенную плоскость образца грунта выравнивают, срезая излишки грунта ножом, устанавливают на ней режущий край кольца и винтовым прессом или вручную через насадку слегка вдавливают кольцо в грунт, фиксируя границу образца для испытаний. Затем грунт снаружи кольца обрезают на глубину 5—10 мм ниже режущего края кольца, формируя столбик диаметром на 1—2 мм больше наружного диаметра кольца. Периодически, по мере срезания грунта, легким нажимом пресса или насадки насаживают кольцо на столбик грунта, не допуская перекосов. После заполнения кольца грунт подрезают на 8—10 мм ниже режущего края кольца и отделяют его.
Грунт, выступающий за края кольца, срезают ножом, зачищают поверхность грунта вровень с краями кольца и закрывают торцы пластинками.
При пластичном или сыпучем грунте кольцо плавно, без перекосов вдавливают в него и удаляют грунт вокруг кольца. Затем зачищают поверхность грунта, накрывают кольцо пластинкой и подхватывают его снизу плоской лопаткой.
3.3.2.3. Кольцо с грунтом и пластинками взвешивают.
3.3.3. Обработка результатов
3.3.3.1. Плотность грунта , г/см3, вычисляют по формуле
, (4)
где m0 – масса грунта, г;
т – масса кольца с грунтом и покрывающими пластинками г;
m1 – масса кольца, г;
m2 – масса покрывающих пластинок, г.
V – внутренний объем кольца, см3.
Результаты анализа регистрируют в журнале (табл.2. приложение 1)
3.4. Определение плотности сухого грунта расчетным методом
3.4.1. Для определения плотности сухого грунта предварительно определяют влажность грунта и его плотность при этой влажности.
3.4.2. Плотность сухого грунта 
, г/см3, вычисляют по формуле
, (5)
где – плотность грунта, г/см3;
W – влажность грунта, %.
3.5. Определение плотности частиц грунта пикнометрическим
методом
Необходимое оборудование:
· весы лабораторные по ГОСТ 19491–74 с гирями по ГОСТ 7328-73;
· шкаф сушильный или вакуумный сушильный;
· термометр по ГОСТ 2823–73Е со шкалой от 0 до 200°С, с ценой деления 2°С;
· эксикатор по ГОСТ 23932–79Е с кальцием хлористым по ГОСТ 4460–77;
· стаканчики стеклянные по ГОСТ 23932–79Е или алюминиевые ВС-1 с крышками;
· шпатели металлические;
· щипцы тигельные;
· весы лабораторные по ГОСТ 24104–80Е с гирями по ГОСТ 7328–82Е;
· ступка фарфоровая и пестик по ГОСТ 9147–80Е;
· набор сит по ГОСТ 35847–73;
· вода дистиллированная;
· воронка стеклянная;
· термометр по ГОСТ 2823–73Е со шкалой от 0 до 50°С, с ценой деления 0,5°С;
· пикнометры по ГОСТ 22524–77Е;
· пипетка или капельница;
· фильтрованная бумага.
Плотность частиц грунта определяется отношением массы частиц грунта к их объему.
3.5.1. Подготовка к испытаниям
3.5.1.1. Образец грунта в воздушно-сухом состоянии размельчают в фарфоровой ступке, отбирают методом квартования среднюю пробу массой 100–200 г и просеивают сквозь сито с сеткой № 2, остаток на сите растирают в ступке и просеивают сквозь то же сито.
3.5.1.2. Из перемешанной средней пробы берут навеску грунта из расчета 15 г на каждые 100 мл емкости пикнометра и высушивают до постоянной массы.
3.5.2. Проведение испытаний
3.5.2.1. Пикнометр, наполненный на 1/3 дистиллированной водой, взвешивают. Затем через воронку всыпают в него высушенную пробу грунта и снова взвешивают.
3.5.2.2. Пикнометр с водой и грунтом взбалтывают и ставят кипятить на песчаную баню. Продолжительность спокойного кипячения (с момента начала кипения) должна составлять: для песков и супесей – 0,5 ч, для суглинков и глин – 1 ч.
3.5.2.3. После кипячения пикнометр следует охладить и долить дистиллированной водой до мерной риски на горлышке.
Пикнометр охлаждают до комнатной температуры в ванне с водой. Температуру пикнометра определяют по температуре воды в ванне, измеряемой с точностью до ± 0,5°С термометром, расположенным в средней части ванны между пикнометрами.
3.5.2.4. После охлаждения пикнометра следует поправить положение мениска воды в нем, добавляя из капельницы дистиллированную воду. В пикнометре с мерной риской низ мениска должен совпадать с ней. Возможные капли воды выше риски удаляют фильтровальной бумагой. Пикнометр с капилляром доливают примерно до середины шейки пикнометра, закрывают пробку и удаляют выступившую из капилляра воду фильтровальной бумагой. Проверяют отсутствие пузырьков воздуха под пробкой и при их наличии вновь доливают воду.
Пикнометр вытирают снаружи и взвешивают.
3.5.2.5. Далее выливают содержимое пикнометра, ополаскивают его, наливают в него дистиллированную воду и выдерживают в ванне с водой при той же температуре. Затем выполняют операции, указанные в п. 3.5.2.4, и взвешивают пикнометр с водой.
3.5.3. Обработка результатов
Плотность частиц грунта 
, г/см3, вычисляют по формуле
, (6)
где m0 – масса сухого грунта, г;
m1 –масса пикнометра с водой и грунтом после кипячения при тем-
пературе испытания, г;
m2 – масса пикнометра с водой при той же температуре, г;
– плотность воды при той же температуре, г/см3.
Для ориентировочных подсчетов можно принимать значения плотности частиц грунта в таблице.
Таблица. – Значения плотности частиц
| Наименование грунта | Плотность частиц , г/см3 |
| пески | 2,66 |
| супеси | 2,70 |
| суглинки | 2,71 |
| глины | 2,74 |
| лессовидные суглинки | 2,68 |
3.6. Определение расчетных характеристик песчаного грунта
3.6.1.Пористость грунта вычисляется по формуле
, (7)
где - плотность сухого грунта, г/см3;
– плотность частиц грунта, г/см3;
3.6.2. Коэффициент пористости вычисляется по формуле
, (8)
где – плотность частиц грунта, г/см3;
– плотность грунта, г/см3;
W – весовая (природная) влажность грунта, доли единиц.
В таблице приведены значения пористости и коэффициента пористости.
Таблица. – Пористость и коэффициент пористости
| Вид грунта | Пористость п | Коэффициент пористости е |
| Скальный | 0,01 | Менее 0,01 |
| Пески крупные и средней крупности | 0,35-0,41 | 0,55-0,70 |
| Пески мелкие | 0,37-0,45 | 0,6-0,8 |
| Лессы | 0,50-0,75 | 1-3 |
| Глины и сунлинки | 0,40-0,50 | 0,65-1,0 |
Чем меньше пористость грунта, тем плотнее грунт, тем меньше будет деформация сжатия грунта при прочих равных условиях.
Коэффициент пористости характеризует уплотненность грунта и используется для оценки его пригодности в качестве основания сооружений.
Природное состояние песчаных грунтов оценивается по плотности сложения в зависимости от коэффициента пористости согласно [6.3] (см. приложение 3, табл.2).
3.6.3. Степень влажности вычисляется по формуле
, (9)
где 
=1 г/см3 – плотность воды.
По степени влажности песчаные грунты классифицируются согласно [6.3]. (см.табл.3 прил.3).
3.6.4. Условное сопротивление песчаных грунтов 
определяется согласно [6.4] по таблице (см. прил.4).
4. ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА
4.1. Титульный лист отчета оформляется согласно Приложения 5.
4.2. Отчет выполняется на листах писчей бумаги формата А4 с одной стороны разборчивым почерком или с помощью принтера с оставлением полей слева 3,0 см, справа – 1,5 см, сверху и снизу – 2,0 см, междустрочный интервал – полуторный. Стиль изложения должен быть ясным и точным.
4.3. Рисунки должны быть выполнены тушью, мягким карандашом или на принтере.
4.4. Отчет начинается с названия лабораторной работы и ее номера. Указывается цель работы, необходимое оборудование, основные определения физических характеристик, формулы с расшифровкой переменных, таблицы, графики. В конце работы должен быть вывод.
4.5. Защита лабораторной работы происходит устно или письменно по вопросам, приведенным в п.5.
5. ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЗАЩИТЕ РАБОТЫ
5.1. Что называется песчаным грунтом?
5.2. Дайте определение весовой влажности?
5.3. Дайте определение гранулометрического состава.
5.4. Дайте определение плотности.
5.5. Дайте определение плотности частиц грунта.
5.6. Методика определения влажности песчаного грунта в лабораторной работе.
5.7. Методика определения наименование песчаного грунта по крупности в лабораторной работе.
5.8. Методика определения плотности грунта в лабораторной работе.
5.9. Какие характеристики определяли по графику кривой зернового состава в лабораторной работе?
5.10. Каким методом определяли плотность грунта в лабораторной работе?
5.11. Какую характеристику определяли с помощью режущего кольца в лабораторной работе?
5.12. Каким прибором определяется плотность частиц грунта?
5.13. Какие характеристики песчаного грунта надо знать, чтобы определить коэффициент пористости?
5.14. Песчаный грунт является однородным, если …?
5.15. Песчаный грунт является неоднородным, если …?
5.16. Перечислить характеристики, которые необходимы для определения плотности сложения песчаного грунта?
5.17. Перечислить нормативные документы по определению физических характеристик песчаного грунта.
5.18. Перечислить характеристики от которых зависит расчетное сопротивление песчаного грунта R0.
5.19. Что больше: плотность грунта или плотность частиц грунта? Привести значения плотностей из лабораторной работы и объяснить разницу значений.
5.20. В чем заключается физический смысл степени влажности грунта?
5.21. Задача по определению влажности песка.
5.22. Задача по определению крупности песка по результатам гранулометрического анализа.
5.23. Задача по вычислению коэффициента пористости грунта.
5.24. Задача по определению расчетного сопротивления песчаного грунта.
5.25. Задача на применение формул из лабораторной работы.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Таблица 1. – Журнал определения влажности грунта
| №№ п/п | Дата | Лабора-торный номер образца | Номер выра-ботки | Глубина отбора образца грунта, м | Номер стаканчика | Масса стаканчика с крышкой m, г | Масса влажного грунта со ста- канчиком и крышкой m0, г | Масса высушенного грунта со стаканчиком и крышкой m0, г | Влажность w, % | ||
| 1-е взвешивание | 2-е взвешивание | отдельной пробы | средняя | ||||||||
Таблица 2. – Журнал определения плотности грунта методом режущего кольца
| №№ | Дата | Лабораторный номер | Номер | Глубина отбора | Номер | Номер пластинок | Масса кольца с грунтом и | Масса кольца | Масса пластинок, г | Масса | Объем грунта | Плотность грунта r, г/см3 | |||
| п/п | образца | выработки | образца грунта, м | кольца | верхней | нижней | пластинками m1, г | m0, г | верхней | нижней | грунта, г | V, см3 | образца | средняя | |
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Таблица. – Журнал лабораторного определения гранулометрического (зер
нового) состава грунта
| Показатели | Ситовой анализ | Лабораторный номер образца _______ Номер выработки и глубина отбора образца, м ______ Масса пробы грунта, г_______ Дата определения _____20___г. | ||||||
| Фракции грунта, мм | ||||||||
| Более 5 | 5 - 2 | 2 - 1 | 1,0 – 0,5 | 0,5 - 0,25 | 0,25 – 0,1 | Менее 0,1 | ||
| Масса фракции грунта, г | ||||||||
| Содержание фракции A, % | ||||||||
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Таблица 1. – Извлечение из табл. Б.10 ГОСТ 25100-95
| Разновидность грунтов | Размер зерен, частиц d, мм | Содержание зерен, частиц, % по массе |
| Крупнообломочные: | ||
| - валунный (при преобладании неокатанных частиц – глыбовый) | крупнее 200 | более 50 |
| - галечниковый (при неокатанных гранях – щебенистый) | крупнее 10 | более 50 |
| - гравийный (при неокатанных гранях – дресвяный) | крупнее 2 | более 50 |
| Пески | ||
| - гравелистый | крупнее 2 | более 25 |
| - крупный | крупнее 0,5 | более 50 |
| - средней крупности | крупнее 0,25 | более 50 |
| - мелкий | крупнее 0,10 | 75 и более |
| - пылеватый | крупнее 0,10 | менее 75 |
Таблица 2. – Классификация песчаных грунтов по коэффициенту пористости
| Вид песков | Плотность сложения | ||
| Плотные | Средней плотности | Рыхлые | |
| Пески гравелистые, крупные и средней крупности | е<0,55 | 0,55≤е≤0,70 | е>0,70 |
| Пески мелкие | е<0,60 | 0,60≤е≤0,75 | е>0,75 |
| Пески пылеватые | е<0,60 | 0,60≤е≤0,80 | е>0,80 |
Таблица 3. – Характеристика песчаных грунтов по степени влажности
| Степень влажности | Признаки |
| Маловлажный ≤ 0,5 | При сжатии образца грунта в ладони ощущается влага; при встряхивании на ладони он рассыпается на комки; на фильтрованной бумаге образец песка оставляет влажное пятно. |
| Влажные 0,5< ≤ 0,8 | При сжатии образца грунта в ладони выступает вода; образец некоторое время сохраняет приданную ему форму; на фильтрованной бумаге образец грунта оставляет влажное пятно. |
| Насыщенные водой > 0,8 | Встряхиваемый на ладони образец расползается, образуя лепешку, или растекается. |
ПРИЛОЖЕНИЕ 4
Таблица. – Извлечение из табл.2 прил.24 СНиП 2.05.03-84
| Песчаные грунты и их влажность | Условное сопротивление R0 песчаных грунтов средней плотности в основаниях, кПа |
| Гравелистые и крупные независимо от их влажности | |
| Средней крупности: маловлажные влажные и насыщенные водой | |
| Мелкие: маловлвжные влажные и насыщенные водой | |
| Пылеватые: маловлажные влажные насыщенные водой | |
Примечание. Для плотных песков приведенные значения R0 следует увеличивать на 100 %, если их плотность определена статическим зондированием, и на 60 %, если их плотность определена по результатам лабораторных испытаний грунтов.
ПРИЛОЖЕНИЕ 5
Министерство образования и науки РФ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Тульский государственный университет»
Кафедра: “Геотехнологий и строительство подземных сооружений”
МЕХАНИКА ГРУНТОВ
Отчет
По лабораторным работам
Студент гр. 321761 __________________
Проверил доц., к.т.н. __________________ Каверин И.М.
6. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
6.1. ГОСТ 5180-84. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик. – М.: Издательство стандартов, 1984, – 19 с.
6.2. ГОСТ 12536-79. Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава. – М.: Издательство стандартов, 1979, – 18 с.
6.3. ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация. –М.: Издательство стандартов, 1997, – 37 с.
6.4. СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы/ Госстрой СССР – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985 – 200 с.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
Определение основных физических характеристик глинистых грунтов
7. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Целью лабораторной работы является приобретение соответствующего навыка работы с лабораторным оборудованием и закрепление полученных теоретических знаний на лекциях и в процессе самостоятельного обучения.
8. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Грунт – горные породы, почвы, техногенные образования, представляющие собой многокомпонентную и многообразную геологическую систему и являющиеся объектом инженерно-хозяйственной деятельности человека.
В инженерной деятельности человека грунты выполняют различную роль и используются в строительстве как:
· основание для зданий и сооружений;
· материал для насыпей и дорог;
· среда для тоннелей, трубопроводов, лотков и других подземных сооружений.
Глинистые грунты – тонкодисперсные осадочные породы, в которых содержится более 30% частиц диаметром меньше 0,005 мм. Глинистые грунты являются связными грунтами с числом пластичности ≥ 0,01. Эти грунты встречаются в четвертичных отложениях и поэтому служат основанием сооружения, а также используются как строительный материал.
Строительные свойства связных грунтов зависят от их консистенции (густоты). По показателю консистенции судят о степени деформируемости грунта, его пластичности. Глинистые грунты, в зависимости от влажности, могут занимать положение между текучими, пластичными и твердыми телами.
В лабораторных условиях для определения влажности применяют весовой метод [6.1].
Влажности, при которых изменяется консистенция, принято называть пределами (границами) пластичности.
Влажность, при незначительном увеличении которой грунт переходит из пластичного состояния в текучее, называется границей текучести ( 
).
Влажность границы текучести определяется методом пенетрации (погружения) конуса.
Влажность, при незначительном уменьшении которой грунт переходит из пластичного состояния в твердое, называется границей раскатывания ( 
).
Влажность границы раскатывания определяется методом раскатывания в жгут.
Разность между влажностями на границе текучести и на границе раскатывания называется числом пластичности ( 
).
Консистенцию глинистых грунтов определяют по показателю текучести ( 
).
9. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНЯ РАБОТЫ
3.1. Определение природной (весовой) влажности
Определение природной (весовой) влажности глинистого грунта W производится по методике, изложенной в п.3.1. лабораторной работы №1.
3.2. Определение влажности глинистых грунтов на границе текучести
Необходимое оборудование:
· балансированный конус А.М.Васильева;
· шкаф сушильный;
· термометр по ГОСТ 2823-73Е со шкалой от 0 до 200°С, с ценой деления 2°С;
· стаканчики алюминиевые ВС-1 с крышками;
· шпатель металлический;
· нож с прямым лезвием;
· щипцы тигельные;
· весы лабораторные по ГОСТ 24104-80Е с гирями по ГОСТ 7328-82Е;
· ступка фарфоровая и пестик по ГОСТ 9147-80Е;
· набор сит по ГОСТ 3584-73.
Границу текучести следует определять как влажность приготовленной из исследуемого грунта пасты, при которой балансирный конус (рис.1) погружается под действием собственного веса за 5 с на глубину 10 мм.
Рис.1 Балансированный конус А.М.Васильева
1- балансированное устройство;
2- полированный конус;
3- круглвая риска;
4- цилиндрическая чашка;
5- деревянная подставка.
3.2.1. Подготовка к испытаниям
3.2.1.1.Для определения границы текучести используют монолиты или образцы нарушенного сложения, для которых требуется сохранение природной влажности.
3.2.1.2. Образец грунта природной влажности разминают шпателем в фарфоровой чашке или нарезают ножом в виде тонкой стружки (с добавкой дистиллированной воды, если это требуется), удалив из него растительные остатки крупнее 1 мм, отбирают из размельченного грунта методом квартования пробу массой около 300 г и протирают сквозь сито с сеткой № 1.
Пробу выдерживают в закрытом стеклянном сосуде не менее 2 ч.
3.2.1.3. Образец грунта в воздушно-сухом состоянии растирают в фарфоровой ступке, не допуская дробления частиц грунта и одновременно удаляя из него растительные остатки крупнее 1 мм, просеивают сквозь сито с сеткой № 1, увлажняют дистиллированной водой до состояния густой пасты, перемешивая шпателем.
3.2.2. Проведение испытаний
3.2.2.1. Подготовленную грунтовую пасту тщательно перемешивают шпателем и небольшими порциями плотно (без воздушных полостей) укладывают в цилиндрическую чашку к балансирному конусу. Поверхность пасты заглаживают шпателем вровень с краями чашки.
3.2.2.2. Балансирный конус, смазанный тонким слоем вазелина, подводят к поверхности грунтовой пасты так, чтобы его острие касалось пасты. Затем плавно отпускают конус, позволяя ему погружаться в пасту под действием собственного веса.
3.2.2.3. Погружение конуса в пасту в течение 5 с по риску (на глубину 10 мм) показывает, что грунт имеет влажность, соответствующую границе текучести.
3.2.2.4. При погружении конуса в течение 5 с на глубину менее 10 мм, грунтовую пасту извлекают из чашки, присоединяют к оставшейся. пасте, добавляют немного дистиллированной воды, тщательно перемешивают ее и повторяют операции, указанные в пп. 3.2.2.1 – 3.2.2.3.
3.2.2.5. При погружении конуса за 5 с на глубину более 10 мм грунтовую пасту из чашки перекладывают в фарфоровую чашку, слегка подсушивают на воздухе, непрерывно перемешивая шпателем и повторяют операции, указанные в пп. 3.2.2.1 – 3.2.2.3.
3.2.2.6. По достижении границы текучести (п. 3.2.2.3) из пасты отбирают пробы массой 15–20 г для определения влажности.
3.2.3. Обработка результатов
Результаты определений влажности на границе текучести записывают в журнал, форма которого приведена в приложении 1.
3.3. Определение влажности глинистых грунтов на границе
раскатывания
Необходимое оборудование:
· шкаф сушильный;
· термометр по ГОСТ 2823-73Е со шкалой от 0 до 200°С, с ценой деления 2°С;
· стаканчики алюминиевые ВС-1 с крышками;
· нож с прямым лезвием;
· щипцы тигельные;
· весы лабораторные по ГОСТ 24104-80Е с гирями по ГОСТ 7328-82Е;
· ступка фарфоровая и пестик по ГОСТ 9147-80Е;
· набор сит по ГОСТ 3584-73.
· глянцевая бумага (стекло);
· линейка с делениями.
Границу раскатывания (пластичности) следует определять как влажность приготовленной из исследуемого грунта пасты, при которой паста, раскатываемая в жгут диаметром 3 мм, начинает распадаться на кусочки длиной 3–10 мм.
3.3.1. Подготовка к испытаниям
3.3.1.1. Для проведения испытаний используют часть грунта (40–50 г), подготовленного для определения текучести.
3.3.2. Проведение испытаний
3.3.2.1. Подготовленную грунтовую пасту тщательно перемешивают, берут небольшой кусочек и раскатывают ладонью на стеклянной или пластмассовой пластинке до образования жгута диаметром 3 мм. Если при этой толщине жгут сохраняет связность и пластичность, его собирают в комок и вновь раскатывают до образования жгута диаметром 3 мм. Раскатывать следует, слегка нажимая на жгут, длина жгута не должна превышать ширины ладони. Раскатывание продолжают до тех пор, пока жгут не начинает распадаться по поперечным трещинам на кусочки длиной 3–10 мм.
3.3.2.2. Кусочки распадающегося жгута собирают в стаканчики, накрываемые крышками. Когда масса грунта в стаканчиках достигнет 10–15 г, определяют влажность.
3.3.3. Обработка результатов
Результаты определений влажности на границе раскатывания записывают в журнал, форма которого приведена в приложении 1.
3.4. Определение плотности глинистого грунта
Плотность глинистого грунта определяется по методике, изложенной в п.3.3. лабораторной работы №1.
3.5. Определение плотности частиц глинистого грунта
Плотность частиц глинистого грунта определяется по методике, изложенной в п.3.5. лабораторной работы №1.
3.6. Определение расчетных характеристик глинистого грунта
3.6.1.Пористость грунта вычисляется по формуле
, (1)
где - плотность сухого грунта, г/см3;
– плотность частиц грунта, г/см3;
3.6.2. Коэффициент пористости вычисляется по формуле
, (2)
где – плотность частиц грунта, г/см3;
– плотность грунта, г/см3;
W – весовая (природная) влажность грунта, доли единиц.
3.6.3. Плотность сухого грунта , г/см3, вычисляют по формуле
, (3)
где – плотность грунта, г/см3;
W – природная влажность грунта, %.
3.6.4. Число пластичности ( ) вычисляется по формуле
, (4)
где – влажность на границе текучести, %;
– влажность на границе раскатывания, %.
Глинистые грунты, в зависимости от числа пластичности , подразделяются на супеси, суглинки и глины (см. табл.1, приложение 3).
3.6.5. Консистенцию глинистых грунтов определяют по показателю текучести ( ) (см. табл.2, приложение 3), который вычисляется по формуле
, (5)
3.6.6. Условное сопротивление глинистых грунтов определяется согласно [6.3] по таблице (см. прил.4).
10. ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА
4.1. Титульный лист отчета оформляется согласно Приложения 2.
4.2. Отчет выполняется на листах писчей бумаги формата А4 с одной стороны разборчивым почерком или с помощью принтера с оставлением полей слева 3,0 см, справа – 1,5 см, сверху и снизу – 2,0 см, междустрочный интервал – полуторный. Стиль изложения должен быть ясным и точным.
4.3. Рисунки должны быть выполнены тушью, мягким карандашом или на принтере.
4.4. Отчет начинается с названия лабораторной работы и ее номера. Указывается цель работы, необходимое оборудование, основные определения физических характеристик, формулы с расшифровкой переменных, таблицы, графики. В конце работы должен быть вывод.
4.5. Защита лабораторной работы происходит устно или письменно по вопросам, приведенным в п.5.
11. ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЗАЩИТЕ РАБОТЫ
11.1. Что называется глинистым грунтом?
11.2. Дайте определение весовой влажности?
11.3. Дайте определение плотности.
11.4. Дайте определение плотности частиц грунта.
11.5. Дайте определение границы текучести грунта.
11.6. Дайте определение
11.7. Методика определения природной влажности глинистого грунта в лабораторной работе.
11.8. Методика определения границы текучести глинистого грунта.
11.9. Методика определения границы раскатывания глинистого грунта.
11.10. Методика определения наименование глинистого грунта в лабораторной работе.
11.11. Методика определения наименование консистенции глинистого грунта в лабораторной работе.
11.12. Методика определения плотности грунта в лабораторной работе.
11.13. Глинистый грунт является супесью, если …?
11.14. Глинистый грунт является суглинком, если …?
11.15. Глинистый грунт является глиной если …?
11.16. Если конус А.М.Васильева погрузился по риску в глинистый грунт за 5 секунд – это значит. . .?
11.17. Если жгут из глинистого грунта диаметром 3 мм начинается распадаться по поперечным трещинам при раскатывании на кусочки длиной 3–10 мм – это значит. . .?
11.18. Каким методом определяли плотность грунта в лабораторной работе?
11.19. Каким методом определяли границу текучести глинистого грунта в лабораторной работе?
11.20. Каким методом определяли границу раскатывания глинистого грунта в лабораторной работе?
11.21. Какую характеристику определяли с помощью режущего кольца в лабораторной работе?
11.22. Каким прибором определяется плотность частиц грунта?
11.23. Для чего служит конус А.М.Васильева? Из каких частей он состоит?
11.24. Какие характеристики глинистого грунта надо знать, чтобы определить коэффициент пористости?
11.25. Перечислить нормативные документы по определению физических характеристик глинистого грунта.
11.26. Перечислить характеристики от которых зависит расчетное сопротивление глинистого грунта R0.
11.27. Что больше: плотность грунта или плотность частиц грунта? Привести значения плотностей из лабораторной работы и объяснить разницу значений.
11.28. Задача по определению влажностей глинистого грунта .
11.29. Задача по определению вида глинистого грунта.
11.30. Задача по вычислению коэффициента пористости глинистого грунта.
11.31. Задача по определению расчетного сопротивления глинистого грунта.
11.32. Задача на применение формул из лабораторной работы.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Таблица. – Журнал определения границ текучести и раскатывания пылевато-глинистых грунтов
| Граница текучести | Граница раскатывания | |||||||||||||||||
| №№ п/п | Дата | Лабораторный номер образца | Но-мер выработки | Глуби-на отбора образ-ца грунта, м | Номер стаканчика | Масса стаканчика с крышкой m, г | Масса влажного грунта со | Масса высушенного грунта со стаканчиком и крышкой m0, г | Граница текучести wL, % | Номер стаканчика | Масса стаканчика с крышкой | Масса влажного грунта со | Масса высушенного грунта со стаканчиком и крышкой m0, г | Граница раскатывания wp, % | ||||
| стаканчиком и крышкой m1, г | 1-е взвешивание | 2-е взвешивание | отдельной пробы | сред-няя | m, г | стаканчиком и крышкой m1, г | 1-е взвешивание | 2-е взвешивание | отдельной пробы | средняя | ||||||||
ПРИЛОЖЕНИЕ 2