Определение гранулометрического состава ситовым методом

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ПЕСЧАНЫХ И ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ

ГОСТ 12536-79 ГОСТ 25100-95 «Грунты классификация»

Гранулометрическим составом грунта называют весовое содержание в нем частиц различной крупности, выраженное в процентах от общего веса.

Гранулометрический состав определяет наименование вида грунта и влияет на величины сил трения и сцепления в грунте, а также на его водопроницаемость.

Существует целый ряд методов определения гранулометрического состава, однако в практике наибольшее распространение получили: ситовой анализ, метод пипетки и полевой метод Рутковского.

В работах по определению гранулометрического состава необходимо параллельно вести определение гигроскопической влажности. Процентное содержание фракций должно быть рассчитано по отношению к весу абсолютно сухого грунта. Пересчет веса пробы, взятой на анализ, на абсолютно сухой вес ведется по формуле:

g_o =

где g₁- вес пробы грунта воздушно сухом состоянии;

g_o – вес пробы грунта с учетом поправки на гигроскопическую влажность

W_h - гигроскопическая влажность в %.

Вес пробы грунта с учетом поправок на гигроскопическую влажность и

содержание воднорастворимых солей :

g = g_o – g _в.с.

где g _в.с. – содержание воднорастворимых солей.

А. Крупнообломочные грунты

	Щебенистый грунт (при преобладании окатанных частиц-галечниковый)	Вес частиц крупнее 10 мм составляет более 50%
	Дресвяных грунт (при преобладании окатанных частиц-гравийный)	Вес частиц крупнее 2 мм составляет более 50%

Б. Песчаные грунты

	Гравелистый песок	Вес частиц крупнее 2 мм составляет более 25%
	Крупный песок	Вес частиц крупнее 0,5 мм составляет более 50%
	Средней крупности	Вес частиц крупнее 0,25 мм составляет более 50%
	Мелкий песок	Вес частиц крупнее 0,1 мм составляет более 75%
	Пылеватый песок	Вес частиц крупнее 0,1 мм составляет более 75%

Примечание. Для установления наименование грунта последовательно суммируется проценты содержания частиц исследуемого грунта: сначала крупнее 10 мм, затем крупнее 2 мм, далее крупнее 0,5 мм и т.д. наименование грунта принимается по первому удовлетворяющему показателю в порядке расположения наименований в таблице 2.

Способы графического изображения гранулометрического состава грунтов.

Для графического изображения гранулометрического состава существует ряд способов, из которых наиболее употребительны способы циклограммы, кривой гранулометрического состава и диаграммы-треугольника.

Способ суммарной кривой гранулометрического состава имеет наибольшее распроcтранение. Кривая гранулометрического состава может быть построена в обыкновенном или полулогарифмическом масштабе. Обыкновенный масштаб неудобен тем, что вследствие широкого диапазона диаметров частиц графики получаются непомерно растянутыми по оси абцисс.

100%

60

0 0,25 0,5 1,0 2,0 5,0 10

График суммарной кривой гранулометрического состава/

Определение коэффициента неоднородности.

Формула коэффициента неоднородности : К_Н = ;

при К_Н 3 - песок однородный

при К_Н > 3 - песок неоднородный

d₆₀ – называется «диаметром шестидесяти», который понимается размер частиц, соответствующий 60% на суммарной кривой гранулометрического состава проводят линию параллельно оси абсцисс до пересечения с кривой, из точки пересечения опускают перпендикуляр на ось абсцисс, полученная на оси абсцисс точка и покажет значение «диаметра шестидесяти».

d₁₀ - называется действующим или эффективным диаметром частиц, понимается

размер частиц соответствующий на оси ординате 10%, проводят линию параллельно оси

О степени неоднородности грунта можно судить по характеру кривой механического

состава:

1.Крутая кривая – указывает на однородность грунта.

2.Пологая кривая – указывает на неоднородность грунта

абсцисс до пересечения с кривой, из точки пересечения опускают перпендикуляр на ось абсцисс, полученная на оси абсцисс точка и покажет действующий или эффективный диаметр.

Лабораторная работа № 3

ГОСТ 5180-84

Плотностью грунта r называется отношение веса всего грунта (с водой) к его

Объему или иначе, вес единицы объема грунта. [г/см³; т/м³].

Плотность грунта является важной расчетной характеристикой, которая используется при определении давления грунта на ограждения, определении нормативных давлений грунтов оснований, расчете осадок оснований и т.д.

Величина плотности грунтов природного сложения колеблется в пределах от 1,4 до 2,1 г/см³

в зависимости от минералогического состава, и влажности, характера сложения (пористости)

Существует несколько методов определения плотности, например: метод режущего кольца;

Метод парафинирования; метод ртутного объемомера; метод непосредственного обмера

образца, имеющего правильную форму, и др.

Однако на практике чаще используют метод режущего кольца и метод парафинирования.

Методом режущего кольца.

Метод режущего кольца применяют для грунтов, легко поддающихся

вырезке, но не склонных к крошению, а также в тех случаях, когда и форма

отбираемого образца грунта могут быть сохранены только при помощи жесткой

тары.

Принадлежности:

1.Электронные весы A&D ЕК 610 I 2.Режущее кольцо. 3.Нож. 4.Штангенциркуль. 5.Образец грунта. 6.Пробоотборник Рис. 1. Режущее кольцо

Сначала находят вес пустого кольца и его внутренний объем. Затем, поставив на зачищенную и выравненную поверхность монолита грунта режущее кольцо заостренной стороной задавливают его в грунт с помощью специального приспособления до полного заполнения. Отделив режущее кольцо вместе с грунтом от монолита, необходимо подравнять поверхности грунта строго по кромке кольца. Кольцо с грунтом взвешивается на электронных весах с точностью до о,01г.

Вычитая из полученного веса вес пустого кольца , находят вес грунта в кольце. Объем грунта равен внутреннему объему кольца.

Определив вес грунта и объем его, вычисляют плотность грунта.

Последовательность записи результатов определения:

1.Наименование грунта………………………….

2.Номер кольца…………………………………..

3.Вес пустого кольца g₁ = ……………г.

4. Внутренний диаметр кольца D =…………см.

5. Высота кольца Н=…………..см.

6.Объем грунта в кольце V = H ………см³

7. Вес кольца с грунтом g ₂ =………………..г.

8.Плотность грунта

r = [г/см³]

Метод парафинирования

Образец произвольной формы обрезают ножом до округлой формы и взвешивают с точностью до 0,01 г. Затем обвязывают образец нитью и покрывают тонкой парафиновой оболочкой для защиты поверхности грунта от размокания (проникновения воды в поры грунта). Для этого образец обмакивают в расплавленный парафин 3 – 4 раза, при этом необходимо контролировать, чтобы парафиновая оболочка была сплошной, без пузырьков и раковин.

Образец грунта, покрытый парафином, взвешивают в обычных условиях и при полном погружении его в воду.

Порядок записи результатов опыта:

Вес образца грунта без парафиновой оболочки g [г]

Вес запарафинированного образца грунта g₁ [г]

Вес запарафинированного образца грунта в воде g₂ [г]

Плотность парафина r_п = 0,85 г/см³

Плотность воды r_W=1,0 г/см³

Объем образца грунта :

V = (g₁ – g₂) r_П – (g₁ – g) r_W [см³]

Плотность грунта

r = g / V = [г/см³]

Лабораторная работа № 4

Лабораторная работа № 5

Определение плотности частиц грунта r_S

Плотностью частиц грунта r_S называют отношение массы сухого грунта, исключая массу воды в его порах, к объему твердой части этого грунта:

r_S = (m - m_В ) V_T

где r_S – плотность частиц грунта [г/см³; кг/м³; т/м³], m_В – массы воды в порах грунта в г,

V_T – объем твердой части грунта в см³.

Плотность частиц грунта изменяется для всех горных пород в небольших пределах от

2,61 до 2,75 г/см³ и для каждой генетической разности породы определяется только ее минералогическим составом.

Принадлежности:

Пикнометр ПЖ2-50

Образец грунта

Электронные весы A&D ЕК 610 I

Фильтровальная бумага , щипцы.

Аквадистиллятор ДЭ-4-02 «ЭМО»

Электроплитка с песчаной баней.

Порядок выполнения работы:

Для определения плотности частиц необходимо подготовить навеску грунта (10 – 15 г). С этой целью образец исследуемого грунта, высушенного при температуре 105^оС до постоянного веса, растирают в ступе и просеивают сквозь сито с размерами ячеек 1 мм. Вес частиц определяется взвешиванием на технических весах.

Объем частиц грунта определяется с использованием пикнометрической колбы, выполненной из жаропрочного стекла и тарированной по объему. Для этого, записав номер пикнометра и температуру дистиллированной воды, наполняют водой пикнометр до мерной риски колбы строго по нижнему краю мениска, используя для этого пипетку. Фильтровальной бумагой тщательно удаляют капли воды снаружи и внутри пикнометра выше мерной риски. Пикнометр с водой взвешивают. Затем отливают чуть больше половины воды и через сухую воронку засыпают в пикнометр подготовленную навеску грунта. Полученную смесь воды и грунта взбалтывают таким образом, чтобы внутренние стенки колбы оказались свободны от частиц грунта. Пикнометр с водой и грунтом ставят на песчаную баню и кипятят для удаления воздуха, защемленного в замкнутых порах грунта, не допуская разбрызгивания. Для песков и супесей кипячение продолжается 30 минут, для суглинков и глин – 1 час.

Учитывая, что плотность воды существенно зависит от её температуры, после кипячения суспензию охлаждают до начальной температуры с точностью до 0,5^оС. Доливают воду в пикнометр до мерной риски, тщательно обтирают его фильтрованной бумагой и взвешивают.

Порядок записи результата опыта:

Номер пикнометра……………………….

Температура воды при опыте t =

Вес пикнометра с водой ……………................g₁ [г]

Вес навески сухого грунта ……………………g₂ [г]

Вес пикнометра с грунтом и водой, налитой

до кольцевой риски, после кипячения …………g₃ [г]

Плотность воды ………………… ………… r_W = 1 г/см³

Плотность частиц грунта: r_{s =} [г/см³]

Лабораторная работа № 6

Состояние грунта

Твердое Пластичное Текучее

0% W_P W_L

Масштаб в 1см. – 3%

Задание 1. Характеристики грунта, определяемые расчетом

А. Плотностью грунта в сухом состоянии r_d называют отношение массы образца грунта, высушенного при температуре 105^oС до постоянной массы, к объему образца ненарушенной структуры.

Ранее определены:

Плотность грунта r [г/см³]

Природная влажность W_tot [%]

r_d = [г/см³ ]

Б. Коэффициентом пористости грунта называют отношение объема пор к объему твердых частиц образца грунта.

Ранее определены:

Плотность частиц грунта r_S [г/см³]

Природная влажность грунта W_tot [%]

Плотность скелета грунта r_d [г/см³]

е = [д.е ]

В. Пористостью грунта n называют отношение объема пор к объему всего образца.

Ранее определен:

Коэффициент пористости е [дол.ед.]

n = e · 100 / (1 + e) или n = ( 1 – r _d /r_S ) · 100

Г. Степенью влажности S_r грунта называют отношение природной влажности к его полной влагоемкости (влажности при полном заполнении пор грунта водой).

Ранее определены:

Плотность частиц грунта r_S [г/см³]

Природная влажность грунта W_tot [дол.ед.]

Коэффициент пористости е [дол.ед.]

Плотность воды r_W [г/см³]

S_r = W_tot ·r_S /e·r_W.

Д. Числом пластичности грунта называют разность влажностей на границе текучести и на границе раскатывания.

Число пластичности характеризует величину интервала влажности, в пределах которого грунт сохраняет пластичное состояние (рис. 1). Величина числа пластичности косвенно отражает содержание в грунте глинистых и коллоидных частиц.

Ранее определены:

Влажность на границе текучести W_L [%]

Влажность на границе раскатывания W_P [%]

I _P = W_L – W_P

Состояние грунта

Пылевато-глинистые грунты	Коэффициент пористости е	Значение Ro, кПа (кгс/см2)
Супеси	0,5 0,7	300 (3) 250 (2,5)	300 (3) 200 (2)
Суглинки	0,5 0,7 1,0	300 (3) 250 (2,5) 200 (2)	250 (2,5) 180 (1,8) 100 (1)
Глины	0,5 0,6 0,8 1,1	600 (6) 500 (5) 300 (3) 250 (2,5)	400 (4) 300 (3) 200 (2) 100 (1)

Твердое Пластичное Текучее

0 W_P W_L

Рис. 1

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

ПЕСЧАНОГО ГРУНТА

Углом естественного откоса α называют максимальный угол, при котором неукрепленный откос песчаного грунта сохраняет равновесие.

Угол естественного откоса песчаного грунта определяется в воздушно-сухом и подводном состояниях. Величина угла естественного откоса используется в расчетах объемов земляных работ, а самое главное, в расчетах прочности и устойчивости грунтов, давления их на ограждения и пр. Кроме того, угол естественного откоса может служить признаком наличия у песчаных грунтов, содержащих свободные коллоиды, плывунных свойств (угол естественного откоса в подводном состоянии у таких грунтов колеблется от 0^о до 12-14^о).

Принадлежности:

1. Прибор для определения углов естественного откоса (рис.) дисковый прибор

2. Прибор Д.И.Знаменского УВТ-3М

3. Масштабная линейка.

4. Уровень.

Порядок выполнения работы:

Образец воздушно-сухого песка объемом, примерно, 1 кг. Просеивают сквозь сито с диаметром отверстий 5 мм. И тщательно перемешивают. Кроме прибора Д.И. Знаменского, определения угла естественного откоса можно выполнить с помощью диска, имеющего вертикальный тарированный стержень. На такой диск сверху одевается приспособление сверху отверстием, засыпается песком, а затем очень плавно снимаем это приспособление. Излишек песка осыпается, а в диске остается конус из песка. Вершина которого в месте соприкосновения со стрежнем показывает значение угла откоса.

Измеряют высоту h и основание l откоса с точностью до 1 мм. Угол естественного откоса вычисляют (с точностью до 30 мин.) по формуле:

h

l

tg α = ; α = arc tg

Для каждого образа песчаного грунта в воздушно-сухом состоянии производят не менее трех определений угла естественного откоса. Расхождение между повторными определениями больше чем на 2˚ не допускается. За угол естественного откоса песчаного грунта в воздушно-сухом состоянии принимают среднее арифметического значение результатов отдельных определений, выраженное в целых градусах.

Последовательность записи результатов определения:

1. Наименование вида песчаного грунта

2. Определение угла естественного откоса

№ п/п	Наименование определений	В воздушно-сухом состоянии
Повторность определений
	Высота откоса – h
	Заложение откоса – 1
	Угол естественного откоса α в градусах
	Среднее значение угла естественного откоса

Приложение 1 лаб.работе №1

Твердость минералов

Эталонный минерал	Твердость по шкале Мооса	Число истинной твердости, МПа	Визуальный признак твердости	Твердость по группам минералов
Тальк   Гипс Кальцит   Флюорит Апатит Ортоклаз   Кварц Топаз   Корунд Алмаз		11 200 14 270   20 600 100 600	Чертится ногтем То же »   » » Царапает стекло То же Режет стекло   То же »	Мягкие   То же Средней твердости То же » Твердые   То же Очень твердые То же »

Классификация магматических горных пород по SiO₂

Состав пород	Породы
содержание диоксида SiO2 (%)	минералы	глубинные	излившиеся (аналоги глубинных)
Кислые породы (75-65)	Кварц, полевые шпаты (чаще ортоклаз), слюды	Граниты	Кварцевый порфир, липарит
Средние породы (65-52)	Полевые шпаты (чаще ортоклаз, роговая обманка, биотит)	Сиениты	Ортоклазовый порфир, трахит
Плагиоклазы, роговая обманка, биотит	Диориты	Порфирит, андезит
Основные породы (52-40)	Плагиоклазы (чаще лабрадор), авгит, иногда оливин	Габбро	Диабаз, базальт
Ультраосновные породы (менее 40)	Авгит	Пироксениты	-
Авгит, оливин, рудные минералы	Перидотиты	-
Оливин, рудные минералы	Дуниты	-

Приложение 2 лаб.работе №1

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ПЕСЧАНЫХ И ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ

ГОСТ 12536-79 ГОСТ 25100-95 «Грунты классификация»

Гранулометрическим составом грунта называют весовое содержание в нем частиц различной крупности, выраженное в процентах от общего веса.

Гранулометрический состав определяет наименование вида грунта и влияет на величины сил трения и сцепления в грунте, а также на его водопроницаемость.

Существует целый ряд методов определения гранулометрического состава, однако в практике наибольшее распространение получили: ситовой анализ, метод пипетки и полевой метод Рутковского.

В работах по определению гранулометрического состава необходимо параллельно вести определение гигроскопической влажности. Процентное содержание фракций должно быть рассчитано по отношению к весу абсолютно сухого грунта. Пересчет веса пробы, взятой на анализ, на абсолютно сухой вес ведется по формуле:

g_o =

где g₁- вес пробы грунта воздушно сухом состоянии;

g_o – вес пробы грунта с учетом поправки на гигроскопическую влажность

W_h - гигроскопическая влажность в %.

Вес пробы грунта с учетом поправок на гигроскопическую влажность и

содержание воднорастворимых солей :

g = g_o – g _в.с.

где g _в.с. – содержание воднорастворимых солей.

Определение гранулометрического состава ситовым методом

Ситовой метод применяется для анализа песчаных и крупнообломочных грунтов.

Принадлежности:

1. Набор стандартных сит КП-131

2. Электронные весы A&D ЕК 610 I

3. Фарфоровая ступка №3 диам. 90 мм.

4. Пестик с резиновым наконечником

5.Фарфоровые чашечки №5 (250 мл) d=123мм, №1 (25 мл.) d=62мм. или боксы

6. Ложка или совок

7. Лист бумаги

Порядок выполнения работы

Стандартный набор состоит из сит с отверстиями 10; 5; 2; 1; 0,5; 0,25 и 0,1 мм. Сита собираются в колонку так, чтобы отверстия их уменьшились вниз. Под нижнее сито подставляется поддон, а на верхнее – надевается крышка.

Из высушенного на воздухе грунта берется проба и, если она содержит слипшиеся комочки, грунт растирают в фарфоровой ступке пестиком с резиновым наконечником. Растирать грунт нужно осторожно, чтобы избежать разрушения отдельных зерен.

Грунт распределяют по листу бумаги тонким ровным слоем толщиной несколько мм.

Двумя взаимно перпендикулярными линиями разделить на 4 части (квадранты) по диагонали

оставить 2 части, а два других удалить. Такое деление пробы называется квартование и продолжают до тех пор, пока на листе бумаги не останется необходимый объем грунта 200г.

Затем пробу взвешивают на технических весах, помещают в колонну сит и осторожно встряхивают до тех пор, пока не будет достигнута полная сортировка частиц грунта в ситах на фракции (группы).

Каждая фракция представляет собой совокупность частиц, размеры которых (в миллиметрах) размещаются в определенных пределах.

Для проверки чистоты сортировки поступают следующим образом. Берут сито из колонны с отсортированной фракцией и ведут просеивание над листом бумаги. Если отсеивание наблюдается, то отделение частиц данной фракции произошло недостаточно. Частицы грунта, просеянные при проверке на лист бумаги, всыпают в сито нижележащей фракции, а взятое сито включают в колонну сит и продолжают сортировку.

Фракция, оставшиеся на ситах после просеивания; собирают в предварительно взвешенные фарфоровые чашки или бюксы. Затем фарфоровые чашки с фракциями взвешивают на технических весах с точностью до 0,01 г и вычисляют чистый вес каждой фракции. Сумма весов всех фракций должна быть равна весу общей навески грунта.

Зная общий вес навески, вычисляют процентное содержание каждой фракции и по полученным данным определяют наименование вида песчаного или крупнообломочного грунта.

Журнал лабораторного определения гранулометрического состава грунта:

1. Номер чашки

2. Вес чашечки

3. Вес чашечки с пробой грунта

4. Чистый вес пробы

5. Остаток на сите 10 мм.

6. Остаток на сите 5 мм

7. Остаток на сите 2 мм

8. Остаток на сите 1 мм

9. Остаток на сите 0,5 мм

10. Остаток на сите 0,25 мм

11. Остаток на сите 0,1 мм

12. Прошло через сито 0,1 мм

Распределение частиц по крупности в процентах от взятой пробы (табл. 1)

Таблица 1

№ пп	Наименование грунта	Диам более	Диам.фр 10-5	Диам.фр 5-2	Диам.фр 2-1	Диам.фр 1-0,5	Диам.фр 0,5-0,25	Диам.фр 0,25-0,1	Мельче 0,1

Процентное содержание фракций вычисляют по формуле:

Х = %

где Х – процентное содержание фракций в грунте; А – вес фракций;

В – общий вес пробы.

Определение наименования вида грунта по данным просеивания ведется согласно приведенной ниже табл. 2. ГОСТ 25100-95

Таблица 2

№№ п.п.

Наименование видов грунтов

Распределение частиц грунта по крупности в % от веса сух. грунта

А. Крупнообломочные грунты

	Щебенистый грунт (при преобладании окатанных частиц-галечниковый)	Вес частиц крупнее 10 мм составляет более 50%
	Дресвяных грунт (при преобладании окатанных частиц-гравийный)	Вес частиц крупнее 2 мм составляет более 50%

Б. Песчаные грунты

	Гравелистый песок	Вес частиц крупнее 2 мм составляет более 25%
	Крупный песок	Вес частиц крупнее 0,5 мм составляет более 50%
	Средней крупности	Вес частиц крупнее 0,25 мм составляет более 50%
	Мелкий песок	Вес частиц крупнее 0,1 мм составляет более 75%
	Пылеватый песок	Вес частиц крупнее 0,1 мм составляет более 75%

Примечание. Для установления наименование грунта последовательно суммируется проценты содержания частиц исследуемого грунта: сначала крупнее 10 мм, затем крупнее 2 мм, далее крупнее 0,5 мм и т.д. наименование грунта принимается по первому удовлетворяющему показателю в порядке расположения наименований в таблице 2.

Способы графического изображения гранулометрического состава грунтов.

Для графического изображения гранулометрического состава существует ряд способов, из которых наиболее употребительны способы циклограммы, кривой гранулометрического состава и диаграммы-треугольника.

Способ суммарной кривой гранулометрического состава имеет наибольшее распроcтранение. Кривая гранулометрического состава может быть построена в обыкновенном или полулогарифмическом масштабе. Обыкновенный масштаб неудобен тем, что вследствие широкого диапазона диаметров частиц графики получаются непомерно растянутыми по оси абцисс.

100%

60

0 0,25 0,5 1,0 2,0 5,0 10

График суммарной кривой гранулометрического состава/

Определение коэффициента неоднородности.

Формула коэффициента неоднородности : К_Н = ;

при К_Н 3 - песок однородный

при К_Н > 3 - песок неоднородный

d₆₀ – называется «диаметром шестидесяти», который понимается размер частиц, соответствующий 60% на суммарной кривой гранулометрического состава проводят линию параллельно оси абсцисс до пересечения с кривой, из точки пересечения опускают перпендикуляр на ось абсцисс, полученная на оси абсцисс точка и покажет значение «диаметра шестидесяти».

d₁₀ - называется действующим или эффективным диаметром частиц, понимается

размер частиц соответствующий на оси ординате 10%, проводят линию параллельно оси

О степени неоднородности грунта можно судить по характеру кривой механического

состава:

1.Крутая кривая – указывает на однородность грунта.

2.Пологая кривая – указывает на неоднородность грунта

абсцисс до пересечения с кривой, из точки пересечения опускают перпендикуляр на ось абсцисс, полученная на оси абсцисс точка и покажет действующий или эффективный диаметр.

Лабораторная работа № 3