ЖУРНАЛ лабораторных работ по курсу «Механика грунтов»

ЖУРНАЛ

лабораторных работ по курсу «Механика грунтов»

Лабораторная работа №1

Физические характеристики грунтов.

Для использования грунтов в инженерно-строительных целях необходимо знать следующие характеристики, определяющие их состояние и возможное его изменение под влиянием различных факторов. Физическое состояние грунтов устанавливается по основным физическим характеристикам (плотность грунта, плотность частиц грунта, природная влажность, границы пластичности – для глинистых грунтов).

Задание 1.

Определение плотности грунта (естественной ненарушенной структуры)ρ и удельного веса грунта ᵧ.

Плотностью грунта называется отношение массы грунта к занимаемому им объему [т/м³, г/см³].

Удельным весом грунта называется вес единицы объема грунта в его естественном состоянии[кН/м³].

Для определения плотности грунта необходимо измерить массу образца и определить его объем, сохранив естественное состояние грунта. Для связных грунтов используем метод режущего кольца, который состоит в задавливаниив грунт цилиндрической обоймы известного объема, масса образца грунта находится по разности массы кольца с грунтом и собственной массой кольца, взвешенной заранее. Для определения массы грунта используют технические весы с точностью взвешивания до 0,01 г. Для определения размеров режущего кольца используется штангенциркуль.

Результаты измерений и вычислений заносят в таблицу. Проводится не менее 3 опытов. В качестве расчетного значения плотности грунта принимается среднеарифметическое значение.

Таблица 1.

Плотность грунта 1,97 г/см³.

Удельный вес грунта ᵧ=g *ρ=9.81* 1,97= 19,3 кН/м³.

Задание 2

Определение природной влажности грунта W.

Влажностью грунта называется отношение массы воды, содержащей­ся в порах грунта, к массе частиц грунта исследуемого образца. Влажность определяется высушиванием образца грунта естественной влажности в су­шильном шкафу - термостате при температуре 105°С до его постоянной мас­сы.

Результаты испытаний заносятся в таблицу. Проводится не менее 3 опытов В качестве расчетного значения влажности фута принимается сред­неарифметическое значение.

Таблица 2

Влажность грунта ' W= 29,1%

в относительных единицах W= 0,29 .

Задание 3

Определение влажности глинистого грунта на грани­це текучести W_L.

Влажность грунта на границе текучести соответствует влажности, при которой грунт переходит из пластичного состояния в текучее. Эта влажность соответствует такой влажности грунтовой пасты, при которой стандартный балансирный конус (массой 76 г с углом при вершине 30 ) погружается в грунт от собственного веса на глубину 10 мм.

После приготовления однородной массы грунта влажность на границе текучести определяется в той же последовательности, что и природная влаж­ность грунта.

Таблица 3

Влажность на границе текучести W_L= 37,96 %

в относительных единицах W_L = 0,38 .

Задание 4

Определение влажности глинистого грунта на грани­це раскатывания Wр.

Влажность на границе раскатывания соответствует влажности, при которой грунт теряет пластичность и переходит в твердое состояние. Влаж­ность на границе раскатывания определяется раскатыванием грунта в шнур. КачественноW_Рсоответствует такому состоянию, когда шнур, сделанный из влажного грунта, при раскатывании до диаметра 3 мм (подсыхая при раска­тывании) начинает крошиться на отдельные кусочки по 1 см длиной. Кусочки грунта, потерявшие пластичность, собирают и помешают в подготовленные к опытам бюксы.

Таблица 4

Влажность на границе текучести Wр = 15,27 %

в относительных единицах Wр =0,15

Задание 5

Определение наименования и консистенции глини­стого грунта.

Число пластичности грунта характеризует величину интервала влаж­ности, в пределах которого грунт сохраняет пластичное состояние. Величина числа пластичности грунта отражает «глинистость^» грунта, т.е. содержание в нем глинистых и коллоидных частиц.

По ГОСТ 25100-82 глинистые грунты в зависимости от числа пла­стичности подразделяются на:

1. Супеси Iр < 0.07

2. Суглинки I_Р = 0.07-0.17

3. Глины Iр>0.17

Число пластичности грунта I_p=W_L-W_p =37,96-15,27= 22,69 %

По ГОСТ 25100-82 определяем наименование глинистого грунта.

Исследуемый грунт – глина.

Показателем консистенции называют числовую характеристику, по­казывающую в каком состоянии находится грунт в условиях естественного залегания.

Классификация глинистых грунтов по консистенции.

Таблица 5

Показателем консистенции или индексом текучести служит выра­жение I_L=(W-W_p) /Iр = (29,10-15,27)/22,69 =0,6____

По ГОСТ 25100-82 определяем, что исследуемый грунт имеет конси­стенцию мягкопластичную.

Задание 6Определение плотности частиц грунта ρ_s и удельного веса частиц грунта ᵧ_s.

Плотностью частиц грунта называется отношение массы частиц образца грунта, высушенного при температуре 105⁰С до постоянной массы к их объёму [т/м³, г/см³].

Масса частиц грунта определяется взвешиванием на технических весах. Для определения объема частиц грунта используется пикнометр – тонкостенная колба из термостойкого стекла строго определенного объема.

Результаты измерений и вычислений заносят в таблицу. Проводится не менее 3 опытов. В качестве расчетного значения плотности частиц грунта принимается среднеарифметическое значение.

Плотность частиц грунта:

ρ_s= ρ_w*m_o/(m_o+ m₃₊m₄)= 2,74 г/см³ (по табл.6)

Где ρ_w- плотность воды (1 г/см³)

Удельный вес частиц грунта ᵧ_s = g* ρ_s = 9.81* 2,74 = 26,9 Н/м

Таблица 6. Среднее значение плотности частиц грунта

Плотность частиц исследуемого грунта ρ_s =2,74 г/см³

Задание 7

Вычисление расчетных характеристик грунта.

1. Плотность сухого грунта ρ_d (скелета грунта) - отношение массы образца грунта, высушенного при температуре 105°С до постоянной массы, к объему образца ненарушенной структуры до высушивания.

ρ_d = ρ/(1+W)= 1,97/(1+0,29)=1,53 г/см³

гдеW - влажность грунта в относительных единицах.

2. Коэффициент пористости грунта е - отношение объема пор к объему твердых частиц грунта.

е= (ρ_{s -} ρ_d)/ ρ_d= (2,74-1,53)/1,53=0,8

3. Пористость грунта n - отношение объема пор к объему всего образца.

n=e*100%/(1+e) = 0,8*100% / (1+0,8)=44,4 %

4. Степень влажности грунта Sr- отношение природной влажности грунта(W) к его полной влагоемкости (Wmах), соответствующей полному заполнению пор грунта водой.

Sr= W/ Wmах= W* ρ_s/e* ρ_w= (0,29*2,74)/(0,8*1)=1.

Грунт насыщен водой.

5. Удельный вес грунта, ниже уровня грунтовых вод с учетом взвешивающего действия воды ᵧ_sb

ᵧ_sb=g(ρ_s–ρ_w)/(1+e)= 9,81*(2,74-1)/(1+0,8)=9,5 кН/м³

Лабораторная работа № 2

Определение показателей деформируемости грунта способом компрессии в одометре

В механике грунтов сжимаемость грунта характеризуется компрессионной кривой - графиком зависимости коэффициента напряжений. Испытания грунтов проводится в приборах одноосногоо сжатия (одометры) и приборах трехосного сжатия (стабилометры)

Способомкомпрессии в одометре определяетсякоэффициент сжимаемости грунта, вычисляются коэффициенты относительной сжимаемости m_v и модуль общей деформации грунта Ео, который учитывает упругую и остаточную части осадки.

Компрессией называют сжатие образца грунта вертикально прило­женным давлением условиях исключающих возможность боковых деформа­ций.

Для испытаний в кольцо одометра помещают образец грунта в виде цилиндра небольшой высоты (для уменьшения влияния сил трения грунта о стенки кольца). Сжатие происходит при свободном удалении выжимаемой из пор грунта воды через поддон и поршень прибора. Режим компрессионных испытаний (величина и количество ступеней давления, прикладываемого к грунту в процессе опыта) определяется данными проекта. Как правило, первая ступень равна давлению в условиях естественного залегания грунта, вторая ступень -100 кПа, третья - 200 кПа, четвертая - 300 кПа.

После приложения каждой ступени давления образец выдерживают до стабилизации осадки, записывая отсчеты деформаций через заданные про­межутки времени. По окончании опыта строятся зависимости осадки штампа S от времени t и график зависимости коэффициента пористости е от давления р (компрессионную кривую).

Рис.1. Схема одометра.

1 - фильтрующее кольцо, 2 - образец исследуемого грунта в кольце, 3 - основание прибора, 4 - шаровая опора, 5 - отверстие для выхода воды, 6 - поршень, 7 - боковые стенки одометра, 8 - фильтрующее днище. 9 - отверстие для выхода воды.

Исходные данные до испытаний :

■Внутренний диаметр кольца с грунтом

■Площадь поперечного сечения

■Высота образца грунта (кольца)

■Начальный коэффициент пористости

■Отношение плеч рычага 1:10

Результаты испытаний Таблица 9

t – время отсчета, считая от момента приложения очередной ступени нагрузки; S - осадка штампа (разность между текущим средним показанием по индика­торам и начальным его значением).

Осадка грунта S, мм

Рис. 2. График зависимости осадки штампа Sот времени t при компрессионном испытании.

Расчет коэффициента пористости грунта в испытаниях

Таблица 10

Рис 3. Компрессионная кривая.

Коэффициент сжимаемости грунта m_o (в пределах диапазона напряжений 100-200 кПа):

m_o= (е₁₀₀-е₂₀₀)/ (200-100) = (0,74 -0,71 )/ 100 =0,0003 кПа^-1,

где е₁₀₀ и е₂₀₀ - коэффициенты пористости грунта при напряжениях 100 и 200 кПа, соответственно.

Коэффициент относительной сжимаемости грунта m_u:= m_o / (1+ е₁₀₀) = 0,0003/ (1 + 0,74 ) = 0,000172кПа^-1.

Компрессионный модуль деформации грунта Ек :

Ек=β/ m_u =0,4/0,00017=2353 кПа,

где β - коэффициент, зависящий от коэффициента относительной поперечной деформации грунта и принимаемый равным 0.40 - для глин, 0.62 - для суглинков, 0.74 - для супесей и 0.80 - для песков.

Тогда:

Для наследуемого образца грунта коэффициент β =0,4.

Степень сжимаемости грунта (модуль осадки) при напряжении 300 кПа (по Н. М Маслову):

L= 1000 (Но - Нзоо) /Нo) = 1000(24 -22,19) /24 =75,42 мм/м

Классификация грунтов по степени сжимаемости

Таблица 11

Исследуемый грунт по степени сжимаемости -сильносжимаемый .

Модуль общей деформации грунта (штамповый) Е₀:

Ео = m_кЕк =6*2353=14118кПа,

где m_к- поправочный коэффициент, введение которого вызвано расхождени­ем модулей деформации, полученных по компрессионным и штамповым ис­пытаниям.

Значения поправочного коэффициента m_кТаблица 12