Практикум по инженерной геологии














О.Ф. Зятева







ОБЩАЯ ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ

Лабораторный практикум




















2009


ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
_____________________________________________________________
УТВЕРЖДАЮ
Директор ИГНД
_________ Е.Г. Язиков
"___"_______2009 г.













ОБЩАЯ ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ

Лабораторный практикум

для студентов очной и заочной форм обучения для направления 130100
"Геология и разведка полезных ископаемых" и специальности 130302 "Поиски и разведка подземных вод и инженерно-геологические изыскания"



















Томск 2009

УДК 624.131


ОБЩАЯ ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. Лабораторный практикум для студентов очной и заочной форм обучения для направления 130100 "Геология и разведка полезных ископаемых" и специальности 130302 "Поиски и разведка подземных вод и инженерно-геологические изыскания"
Томск, 2009 - 58 с.




РАССМОТРЕНО И ОДОБРЕНО на заседании обеспечивающей и выпускающей кафедры ГИГЭ
" " г., протокол №



Разработчик доц. каф. ГИГЭ, к.г.-м.н О.Ф. Зятева
Рецензент, доцент каф. ГИГЭ, к.г-м.н. Т.Я. Емельянова



Зав. обеспечивающей и выпускающей кафедры ГИГЭ
профессор, д.г.-м.н. С.Л. Шварцев
















ВВЕДЕНИЕ
Лабораторный практикум по дисциплине “Общая инженерная геология” составлен в соответствии с Государственным образовательным стандартом на основе существующих стандартов и правил, методических указаний и включает задания по основным направлениям инженерной геологии.
В результате выполнения практических заданий студенты закрепляют теоретические знания и приобретают практические навыки инженерно-геологической оценки свойств горных пород и грунтов, составления инженерно-геологических классификаций процессов и явлений и выявления геодинамической обстановки, а также знакомятся с основами инженерно-геологического картирования.

ТЕМЫ ЗАДАНИЙ

Тема 1. Визуальное описание глинистых грунтов
и классификационных показателей

Цель. Ознакомиться с методами и методикой описания песчаных и глинистых грунтов в полевых условиях
Задание.
1. Освоить на характерных образцах основные признаки для визуального определения в поле разновидности глинистых грунтов (табл. 1).
2. Освоить основные признаки для визуального определения консистенции глинистых грунтов и влажности песчаных грунтов, типов и подтипов лессовых пород (табл. 2, 3, 4, 5).
3. Составить подробное описание 3 образцов глинистого (лессового) грунта с определением всех необходимых классификационных показателей.
4. Письменно ответить на контрольные вопросы.
Последовательность описания следующая:
1. Название породы (глина, суглинок, супесь, песок и т.д.).
2. Минеральный состав.
3. Цвет.
4. Гранулометрический состав (размер и форма зерен).
5. Размер пор и их расположение; наличие макропор.
6. Содержание органических веществ и их распределение.
7. Текстурные особенности.
8. Включения (форма, состав, размер, характер распределения).
9. Влажность и консистенция.
Примеры.
1. Глина каолиновая белая однородная тугопластичная.
2. Суглинок лессовидный палевый макропористый с отдельными порами до 1–2 мм с примазками органического вещества и включением растительных остатков с тонким вкраплением карбонатов мягкопластичный.
3. Супесь бурая ожелезненная текучая.
4. Песок кварцево-полевошпатовый бурый мелкозернистый влажный.
Контрольные вопросы.
1. Перечислить основные признаки, предложенные И.Н. Филатовым для определения разновидностей глинистых грунтов.
2. В каком состоянии (консистенции) в природных условиях встречается супесь?
3. В каком состоянии (консистенции) в природных условиях встречаются суглинки и глины?
4. Назвать основные признаки, используемые для определения консистенции глинистых пород.
5. Перечислить основные визуальные признаки, используемые при определении степени влажности песчаных пород.
6. Какие выделяются разновидности песков по степени влажности?
7. Какие типы и подтипы лессовых пород выделены А.К. Ларионовым?
8. Перечислить основные полевые признаки, используемые при определении структуры лессовых пород.

Таблица 1 - Признаки для определения разновидностей глинистых пород (по И.Н. Филатову)

Породы

Ощущение при растирании породы пальцами на ладони руки
Виды растертой массы на ладони, при наблюдении в лупу, а также простым глазом

Состояние
сухой породы

Состояние
влажной породы
Отношение породы к скатыванию при взаимодействии ее с водой

Другие
признаки

Глина


Очень трудно растираются в порошок

Однородная тонкопорошковая масса, не содержащая частиц крупнее 0.25 мм

Твердые комья не рассыпаются от удара молотком в порошок и при давлении рукой


Пластичное, липкое и мажущее
Легко дают прочный длинный шнур диаметром менее 1 мм. Легко скатывается в шарик.
При резании ножом в сыром состоянии дают гладкую поверхность, на которой не видно песчинок

Суглинки

Растертая на ладони масса не дает ощущения однородного порошка
Среди преобладающих пылевато-глинистых частиц ясно видны песчаные частицы крупнее 0.25 мм

Комья легко разваливаются при ударе молотком и при давлении рукой



Пластичное

Длинного шнура не дают. Шнур при сгибании образуется в шарик

То же, но чувствуется присутствие песчинок

Супесь


Неоднородный порошок, в котором явно чувствуется присутствие песка
Преобладают песчаные час-тицы крупнее 0.25 мм, более мелкие являются примесью

Комья легко рассыпаются от давления рукой и при растирании

Слабо пластичное
Скатываются в шнур. Шарик образует трещины на поверхности и осыпается
При резании ножом в сыром состоянии дают шероховатую поверхность







Продолжение табл.1

Породы

Ощущение при растирании породы пальцами на ладони руки
Виды растертой массы на ладони, при наблюдении в лупу, а также простым глазом

Состояние
сухой породы

Состояние
влажной породы
Отношение породы к скатыванию при взаимодействии ее с водой

Другие
признаки

Песок



Ощущение песчаной массы
Состоит нацело из зерен песка

Сыпучее
При незначительном
увлажнении обладает небольшой вяжущей связностью.
При пере-увлажнении переходит в текучее состояние
Не скатывается в шнур и в шарик


Гравий

Присутствие частиц крупнее 2 мм свыше 50








Таблица 2 - Визуально определяемые признаки состояния глинистых (непросадочных) грунтов по консистенции (Справочник, 1975)

Консистенция
Признак

Супесь
Твердая

Образец грунта при ударе разбивается на куски, при сжатии в ладони рассыпается, при растирании пылит. Вырезанный кусок ломается без заметного изгиба.


Пластичная
Образец грунта легко разминается рукой, хорошо формируется и сохраняет природную форму, при сжатии в ладони ощущается влажность. Иногда обладает липкостью.


Текучая

Образец грунта легко деформируется от незначительного нажима и растекается.


Суглинки и глины.

Твердая
Образец грунта при ударе разбивается на куски, иногда при сжатии в ладони рассыпается, при растирании пылит, ноготь большого пальца вдавливается в образец грунта с трудом.


Полутвердая

Вырезанный брусок грунта без заметного изгиба ломается с образованием шероховатой поверхности излома, при разминании крошится. Ноготь большого пальца вдавливается в образец грунта без особых усилий.


Тугопластичная

Вырезанный брусок грунта заметно изгибается еще до излома. Кусок грунта с трудом разминается руками; палец легко оставляет неглубокий отпечаток, но вдавливается лишь при сильном нажиме.


Мягкопластичная

Образец грунта на ощупь влажный или очень влажный. Кусок грунта легко разминается, но при формировании сохраняет приданную ему форму. Иногда приданная форма сохраняется на продолжительное время. Палец вдавливается в образец грунта при умеренном нажиме на несколько сантиметров.


Текучепластичная
Образец грунта на ощупь влажный. Кусок грунта разминается при легком нажиме пальцем, но не сохраняет форму, липкий и без просушивания не может быть раскатан в жгут толщиной 3 мм.


Текучая
Образец грунта на ощупь очень влажный. При формировании не сохраняет приданную форму, а помещенный на наклонную плоскость течет толстым слоем (языком).


Таблица 3 - Простейшие классификационные показатели грунтов
для массовых определений в поле
Признак (свойство)
Показатель
Метод определения

1. Состав и строение

Цвет
Название цвета и его оттенка для грунта с естественной влажностью
Визуальный, рекомендуется пользоваться шкалой цветов.

Минералогический состав, в особенности содержание химически нестойких минералов пирита и др.
Общая характеристика состава главных и второстепенных минералов с указанием (приблизительно) процента их содержания в грунте
Визуальный или с помощью лупы

Карбонатность
1.Известковые стяжения
2.Интенсивность вскипания с HCI
1.Визуальный.
2. Проба на вскипание с HCI

Примесь органических соединений
1. Темный или черный цвет грунта.
2. Наличие растительных остатков
1.Визуальный.
2. Растворение в щелочи (в растворе соды)

Засоленность главным образом гипсом и хлористым натрием
Наличие кристаллов легко растворимых минералов, белых и серых выцветов и налетов
1.Визуальный.
2. Простейшее опробование водной вытяжки и с помощью походной лаборатории

Оглеенность, наличие закиси железа
Серовато-зеленый цвет
Визуальный

Ожелезненность, наличие окиси железа
Бурый, красно-бурый, желто-бурый цвет
Визуальный.

Текстура
1.Степень однородности.
2.Характер слоистости.
3.Включения

Визуальный

Трещиноватость и отдельность
Густота, ориентировка и размеры трещин.
Характер поверхности трещин:
ровный, шероховатый и т.д.
Выполнение трещин
Визуальный

Структура
1.Размер и степень однородности зерен.
2. Форма зерен, окатанность, изометричность.
3.Взаимное расположение зерен.
4. Тип цемента
Визуальный (рекомендуется пользоваться эталоном ЦНИИГРИ)


Визуальный

2. Естественное состояние

Выветрелость
Изменение характерных для данной породы признаков и свойств, в частности, цвета, уменьшение прочности, появление вторичных минералов гипса, окислов железа и др., трещиноватость
Визуальный.

Естественная влажность
Изменение состояния грунта при сжатии в руке. Характер пятна на бумаге, форма распада куска при сжатии пальцами и т.д.
Простейшее опробование (табл.1)

Естественная консистенция
Характер поведения грунта при встряхивании, раскатывании в жгут, величина вдавливания, нагрузка необходимая для конуса штампа и т.д. (см. табл.2)
1.Простейшее опробование.
2.С помощью полевого прибора типа конуса и др.






Таблица 4 - Визуально определяемые признаки степени влажности песчаных грунтов (Справочник, 1975)

Степень влажности грунта
Признак


Маловлажный Sr < 0.5
При сжатии образца песка в ладони ощущается влага, при встряхивании на ладони песок рассыпается на комки; на фильтровальной бумаге, на которую положен песок, образуется влажное пятно


Влажный 0.5< Sr < 0.8
При сжатии образца песка в ладони хорошо ощущается влага, образец формируется и сохраняет некоторое время форму; на фильтровальной бумаге, на которую положен песок, образуется влажное пятно

Насыщенный водой Sr > 0.8
Встряхиваемый на ладони образец располагается, образуя лепешку, или растекается


Тема 2. Изучение методов и методик гранулометрического состава грунтов
и способов его графического изображения

Цель работы. Освоить способы графического изображения гранулометрического состава грунтов и определения гранулометрических коэффициентов.
Задание.
1. Ознакомиться с методами и методиками изучения гранулометрического состава песчано-глинистых грунтов.
2. По данным табл. 6 в соответствии с указанным вариантом построить суммарные интегральные кривые песков, определить коэффициенты неоднородности Сu – d60/d10; средний размер частиц d50; коэффициент сортировки Кs – d90/d10.
а) по среднему размеру частиц d50 дать название песков, при d50:
до 0,1 мм – пылеватый; 0,1–0,25 мм – мелкий:
0,25–0,5 мм – средний; 0,5 мм и более 0,5 мм – крупный;
б) по коэффициенту неоднородности Сu определить степень неоднородности и суффозионность при: Сu < 3 – однородный; Сu > 3 – неоднородный;
Сu < – несуффозионный; Сu > 10 – суффозионный.
в) по коэффициенту сортировки определить степень сортированности песка;
Кs< 3 – хорошо сортированный; Кs 3 – 5 средне сортированный;
Кs 5 – 10 плохо сортированный; Кs > 10 несортированный.
3. Построить треугольник гранулометрического состава и нанести на него данные гранулометрического анализа.
Пески: М – мелкие; С – средние; К – крупные; Р – разнозернистые
4. Дать общее заключение о породе.
Пример: Песок мелкий, однородный, несуффозионный, хорошо сортированный.

Контрольные вопросы.
1. Какие методы используются при изучении гранулометрического состава пород?
2. Какие практические вопросы можно решать, опираясь на результаты изучения гранулометрического состава горных пород?

Таблица 5 – Простейшие признаки для полевого определения структуры лессовых пород
Микротрещины нанесения трёх капель воды на монолитную поверхность
Т - 0

Т - 1
Т - 1


Т - 1
Т - 2


Т - 3


Характер, форма сечения и тип стенок макропор (признак не обязательный)
Макропоры округлые округло неправильной формы. Стенки рыхлые и слабоплотные
Известковистость стенок отсутствует или незначительна
Встречаются макропоры всех типов

То же
Макропоры округлые с плотными стенками, обычно известковистые


Характер поверхности излома монолитной породы (наблюдаемый под лупой)
Ровная, рыхлая


Слабо агрегированная, менее ровная
Преобладает ровная, рыхлая. Агрегированная менее 35%
Преобладает агрегированная (35-60 % площади)
Сильно агрегированная, очень неровная
Слитная, резко неровная


Усилие при снятии 1-2 миллиметрового слоя ножом в сухой породе
Легко снимается тонкозернистая пыль

Легко, редко образуются агрегатики
Слегка затруднено, наряду с пылью образуются агрегаты
Затруднено, образуется много агрегатов
Значительно выкрашиваются агрегаты
Очень значительно выкрашиваются агрегированные участки


Усилие при изломе воздушно-сухого образца

Легко ломается


Ломается с небольшим усилием

То же

Ломается с применением значительной силы
Ломается с применением большой силы
Очень крепкая. Необходимо разбивать молотком


Типы и подтипы структуры лессовых пород по А.К.Ларионову (1959)
Зернистая
1. Рыхлая


2. Слабо агрегативная

Зернисто-агрегативная
1. С преобладанием зернистых участков
2. С преобладанием агрегированных участков
Агрегативная
1. Сильно агрегированная

2. Слитая






3. С какой целью осуществляется предварительная подготовка, какие применяются способы и схемы подготовки грунтов?
4. Какие Вы знаете способы графического изображения результатов гранулометрического анализа? Кратко их охарактеризуйте.
5. Поясните принцип построения интегральной кривой гранулометрического анализа.
6. Какие коэффициенты можно определить по интегральной кривой гранулометрического анализа и как они определяются?

Таблица 6 – Данные гранулометрического анализа

Вариант

п/п
Содержание фракций, мм, в %



> 0,5
0,5-0,25
0,25-0,1
0,1-0,05
0,05-0,01
0,01-0,005
0,005-0,001
< 0,
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Продолжение табл.6

Вариант



п/п
Содержание фракций, мм, в %



> 0,5
0,5-0,25
0,25-0,1
0,1-0,05
0,05-0,01
0,01-0,005
0,005-0,001
< 0,001

8
1
5
20
60
2
3
4
3
3


2
10
20
60
2
3
1
3
1


3
7
40
40
6
2
2
1
2


4
5
10
70
5
3
3
2
2


5
7
10
40
20
10
6
4
3

·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·1. Гранулометрический состав песчаных и глинистых грунтов

Состав песчаных, гравелистых, щебенистых, галечных и особенно глинистых пород и глин в значительной степени определяет их физико-механические свойства. Однако прямой количественной связи между составом и свойствами пород пока не установлено. Поэтому вещественный состав (гранулометрический, минеральный и химический) является, главным образом, классификационным показателем, позволяющим одновременно судить и о некоторых свойствах и условиях образования рыхлых несвязных и мягких связных пород.
Под гранулометрическим (или механическим) составом грунта понимается относительное содержание в нем (по массе) частиц различной величины.
Гранулометрический состав является одним из важных факторов, определяющих физические свойства грунта. От него зависят такие важные свойства, как пластичность, пористость, сопротивление сдвигу, сжимаемость, усадка, разбухание, высота капиллярного поднятия, водопроницаемость и др.
Гранулометрический (или механический) состав характеризует осадочные породы в отношении их дисперсности, т.е., размеров слагающих частиц. Он выражает процентное содержание в породе групп частиц (фракций) различных размеров, взятых по отношению к весу абсолютно сухой породы. Размер фракций, слагающих ту или иную породу, определяют по диаметру и выражают обычно в миллиметрах.
Глинистые породы, как правило, состоят существенно из частиц, измеряемых сотыми и тысячными долями миллиметра. Однако в виде примесей и включений в них могут встречаться также частицы и обломки более крупные и грубые.
Песчаные и другие грубообломочные породы состоят из частиц, размер которых измеряется преимущественно десятыми долями миллиметра, единицами, десятками и сотнями миллиметров. Они могут иметь примеси и более мелких частиц – пылеватых (алевритовых) и глинистых (пелитовых).
Для определения гранулометрического состава пород выполняется гранулометрический анализ.
Гранулометрический анализ состоит в разделении грунта на группы с близкими по величине частицами - так называемые фракции.
Определение гранулометрического состава необходимо для решения ряда практических вопросов, важнейшими из которых являются [2]:
- классификация грунтов по гранулометрическому составу;
- приближенное вычисление водопроницаемости рыхлых несвязных грунтов по эмпирическим формулам;
- оценка пригодности грунтов для использования их в качестве насыпей для дорог, дамб, земляных плотин;
- выбор оптимальных отверстий для фильтров буровых скважин;
- оценка возможных явлений суффозии в теле фильтрующих плотин и их основаниях, в стенках котлованов, бортах выемок и т. д. и расчет обратных фильтров;
- оценка рыхлых несвязных грунтов как строительного материала и, главным образом, как – заполнителя при изготовлении бетона.
В настоящее время разработано много методов гранулометрического анализа грунтов. Эти методы объединены [6] в следующие группы:
1. Глазомерный или визуальный. Метод основан на сравнении на глаз или с помощью лупы изучаемого грунта с эталонами, гранулометрический состав которых известен.
2. Полевые методы. Наиболее распространенный и простой метод Рутковского. В основу метода положены, способность глинистых частиц набухать в воде и различная скорость падения частиц в воде в зависимости от их размера.
3. Ситовой метод – рассеивание грунта на ситах.
4. Гидравлические методы. Методы основаны на различии в скорости падения в воде частиц разной крупности. Среди методов этой группы различают:
а) методы отмучивания в спокойной воде – Сабанина, Аттерберга и др.;
б) методы разделения током воды, например, способ Щене.
5. Непрерывные методы анализа, среди которых можно выделить:
а) методы, основанные на последовательном взятии проб из приготовленных суспензий (пипеточный анализ);
б) методы, заключающиеся в непосредственном взвешивании осадков последовательно выпадающих из суспензии при ее отстаивании (способ Овен-Одела);
в) методы, основанные на учете изменения плотности или гидростатического давления суспензии (ареометрический анализ и метод Вигнера).
6. Центрифугирование. Этот метод гранулометрического анализа основан на разной скорости осаждения частиц грунта разной крупности центробежной силой, развивающейся при вращении центрифуги.
Наибольшее распространение в инженерно-геологической практике получили ситовый анализ, метод двойного отмучивания, пипеточный метод, ареометрический анализ и полевой метод Рутковского.
Лабораторное определение гранулометрического состава должно проводиться в соответствии с ГОСТ 12536–79 "Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава".

2. 2. Предварительная подготовка связных грунтов
к гранулометрическому анализу

Предварительная подготовка грунтов к гранулометрическому анализу состоит в том, что тем или иным способом разрушают агрегаты частиц грунта и последний приводят в состояние максимального разделения на элементарные частицы.
Существующие способы подготовки грунта к гранулометрическому анализу можно разделить на три группы:
механические;
химические;
физико-химические.
К механическим способам относятся взбалтывание грунта с водой, растирание и кипячение.

Физико-химические методы подготовки состоят в насыщении грунта одновалентными катионами (Nа+, Li+, NН4+), которые замещают содержащиеся в грунте двух- и трехвалентные катионы. Одновалентные катионы, обладающие большими гидратными оболочками, резко увеличивают дисперсность грунта.
Химическая подготовка состоит в разрушении карбонатов и органических веществ, обладающих цементирующими свойствами. Разрушение карбонатов обычно достигается обработкой соляной кислотой, а органических веществ - перекисью водорода.
При химической подготовке происходит наиболее глубокое изменение состава грунта, некоторые составные его части растворяются и, следовательно, не могут быть учтены при гранулометрическом анализе. Поэтому химические способы подготовки применяются только в особых случаях.
В зависимости от способа подготовки получаемая степень дисперсности грунта оказывается различной. Поэтому и результаты анализа при разной подготовке грунта получаются разные.
Основным способом предварительной подготовки глинистых грунтов к гранулометрическому анализу в настоящее время является способ размачивания, кипячения в дистиллированной воде с аммиаком и последующего растирания. Грунты, содержащие соли-электролиты, кроме кипячения, иногда подвергают предварительной отмывке водой до полного удаления водорастворимых солей, вызывающих коагуляцию.
В зависимости от того или иного сочетания перечисленных выше приемов различают три схемы подготовки грунтов к гранулометрическому анализу.
П е р в а я с х е м а (подготовка к дисперсному анализу). По этой схеме грунт приводится в состояние максимальной дисперсности путем замещения всех обменных катионов катионом Nа+. Результаты гранулометрического анализа используются при установлении генезиса грунта.
В т о р а я с х е м а (подготовка к полудисперсному анализу). По этой схеме грунт приводится в состояние естественно элементарного расчленения без химического воздействия. Результаты гранулометрического анализа используются при классифицировании грунтов.
Т ре т ь я с х е м а (подготовка к агрегатному анализу). По этой схеме подготовка грунта к анализу состоит только в размачивании естественных комков грунта в воде и продолжительном (в течение 1 ч) взбалтывании на специальном аппарате. Результаты гранулометрического анализа используются для предварительного классифицирования грунтов.

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



2.3.1. Циклограмма гранулометрического состава
Площадь круга, очерченного произвольным диаметром, разбивается на секторы с длинами дуг, пропорционально содержанию каждой фракции. Площади секторов закрашивается или заштриховывается в соответствии с принятыми условными обозначениями фракций. Возле каждого отрезка дуги снаружи указывается процентное содержание соответствующей фракции

2.3.2. Суммарная кривая гранулометрического состава

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


Рис.1. Интегральная кривая гранулометрического состава

Построение кривых в полулогарифмическом масштабе позволяет наносить содержание легких фракций с достаточной точностью, не удлиняя кривую по оси абсцисс.
Для построения кривой в полулогарифмическом масштабе (рис. 1) по оси абсцисс откладывают не диаметры частиц, а их логарифмы или величины, пропорциональные логарифмам. В начале координат ставят обычно число 0,001, а затем, принимая lg 10 равным произвольному отрезку, откладывают этот отрезок в правую сторону три–четыре раза, делая отметки и ставя против них последовательно числа 0,01; 0,10; 1,00 и 10,00. Расстояния между каждыми двумя метками делят на девять частей пропорционально логарифмам чисел 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 и 9.
В первом интервале от начала координат, выделенные отрезки будут соответствовать диаметрам частиц размером от 0,002 до 0,009 мм, во втором – от 0,02 до 0,09 мм, в третьем – от 0,2 до 0,9 мм, в четвертом – от 2 до 10 мм.
Например, если принять, что lg 10 = 1 – соответствует отрезку длиной 4 см, то lg 2 = 0,301 будет соответствовать отрезку 0,301 13 EMBED Equation.3 14154 = 1,2 см, а lg 9 = 0,954 будет соответствовать отрезку 0,954 13 EMBED Equation.3 1415 4 = 3,82 см.
Указанные отрезки откладывают по оси абсцисс от начала координат и от каждой метки, ограничивающей отрезок длиной 4 см.
Аналогичную шкалу можно разметить на графике, пользуясь шкалой делений логарифмической линейки. По оси ординат откладывают суммарное содержание фракций в процентах. Для этого последовательно суммируют содержание фракций, начиная с наиболее мелкой, и по этим числам строят кривую. Каждое из полученных чисел указывает, таким образом, суммарное содержание фракций меньше определенного диаметра.
Данные, использованные для построения кривой, изображенной на рис.1, приведены в табл. 7.

Таблица 7 – Данные гранулометрического анализа

Отдельные фракции
Совокупность фракций

Диаметр частиц, мм
Содержание, %
Диаметр частиц, мм
Содержание, %

< 0,01
1,2
< 0,01
1,2

0,01-0,05
7,3
< 0,05
8,5

0,05-0,25
48,5
< 0,25
57,0

0,25-0,5
32,4
< 0,5
89,0

0,5-1,0
8,2
< 1,0
97,6

1,0 -2,0
2,4
< 2,0
100


Суммарные кривые механического состава дают возможность легко находить действующий диаметр и «диаметр шестидесяти».
Под д е й с т в у ю щ и м или э ф ф е к т и в н ы м д и а м е т р о м частиц d10 или def понимают размер частиц, соответствующий ординате 10 % на кривой механического состава. Эта величина используется при подсчетах коэффициента фильтрации по данным гранулометрического состава.
Действующий диаметр зерен находят следующим образом: из точки на оси ординат, соответствующей 10 %, проводят линию параллельно оси абсцисс до пересечения с кривой; из точки пересечения опускают перпендикуляр на ось абсцисс; полученная на оси абсцисс точка и покажет действующий или эффективный диаметр.
Под «д и а м е т р о м ш е с т и д е с я т и» понимается размер частиц d60, соответствующий ординате 60 % на суммарной кривой механического состава. Графически он определяется аналогично действующему диаметру.
Отношение d60 /d10 называется к о э ф ф и ц и е н т о м н е о д н о р о д н о с т и. Чем больше коэффициент неоднородности, тем более разнородным по гранулометрическому составу является грунт.
О степени неоднородности грунта можно судить и по характеру кривой механического состава. Крутая кривая указывает на однородность грунта, полугая – на неоднородность грунта по механическому составу.

2.3.3. Диаграмма–треугольник
При большом числе механических анализов для графического их изображения удобно пользоваться треугольником Фере (рис.2).





13 EMBED MSPhotoEd.3 1415

Этот способ довольно груб, но зато он позволяет наносить на один чертеж очень большое число анализов. Гранулометрический состав каждого грунта изображается при этом в виде точки. Кроме того, разбивая треугольник на части в соответствии с той или иной трехчленной классификацией, можно сразу, по положению точки внутри треугольника, определить наименование грунта по принятой классификации. На рис.2 отражена классификация грунтов по Охотину.
К глинистым относятся частицы размером менее 0,002 мм. Выделение глинистых частиц производят обычно отмучиванием, по скорости падения частиц в воде, для определения используется формула Стокса. Для глинистых частиц характерны не только определенные размер, форма и особый минеральный состав, но и своеобразные свойства. Естественно, что чем больше в глинистой породе содержится глинистых частиц, там большим своеобразием состава и свойств она обладает.
Пылеватые (алевритовые) частицы размером 0,002–0,05 мм по своему составу и свойствам существенно отличаются как от глинистых, так и от песчаных. В их минеральном составе обычно преобладает кварц, а мелко пылеватые частицы целиком состоят из обломков кварца. Форма пылеватых частиц приближается к сферической, в зависимости от условий образования они имеют различную степень окатанности, но в большинстве случаев плохо окатаны, угловаты.
Глинистые свойства у пылеватых частиц выражены слабо. Они обладают значительно меньшей связностью, капиллярностью и пластичностью, слабовлагоемки и от глинистых фракций отличаются заметной водопроницаемостью. Самое главное свойство пылеватых частиц состоит в том, что при увлажнении они легко теряют свою незначительную связность и приобретают подвижность. Поэтому пылеватые породы всегда легко размокают и быстро переходят в плывунное состояние, а при промерзании весьма склонны к пучению. Эти отрицательные свойства, которые приобретают породы при повышенном содержании в их составе пылеватых частиц, приводят к необходимости даже при классификации подчеркивать их пылеватость.
Песчаные, или псаммитовые (размером 0,05–2 мм), а также гравийно-галечные и другие крупнообломочные, или псефитовые частицы состоят из обломков минералов и пород. В зависимости от условий образования они могут быть окатанными или угловатыми. В соответствии с этим их подразделяют на гравий и дресву, гальку и щебень, валуны и глыбы. По своим свойствам псаммитовые и псефитовые частицы резко отличаются как от пылеватых (алевритовых), так и, особенно, от глинистых (пелитовых). Они невлагоемки обладают хорошей водоотдачей, водопроницаемы и сильно водопроницаемы.
Капиллярные свойства и влагоемкость в сравнительно слабой степени проявляются только у песков тонко-, мелко- и отчасти среднезернистых.
При инженерно-геологическом изучении обломочных и глинистых пород почти всегда целесообразно определять их гранулометрическпй состав. Это, дополнительно к вышеописанному, позволяет:
- классифицировать их на типы, которые можно выделять на геологических колонках, разрезах, картах и т. д.;
- давать структурную характеристику пород;
- сравнивать эти породы между собой в колонках и на разрезах на разных глубинах и участках, оценивать степень их однородности в пределах той или иной строительной площадки;
- примерно судить об особенностях условий образования пород и их минеральном составе;
- примерно характеризовать их физико-механические свойства.

Тема 3. Физико-механические свойства горных пород

Цель работы. Ознакомиться с показателями, которые используются для оценки физических, водных и механических свойств горных пород.
Задание.
1. Изучить материал, приведенный в таблицах 8- 10, для ознакомления с физико-механическими свойствами (ФМС) горных пород, показателями свойств, методами их определения и практическим применением.
2. В соответствии с указанным вариантом (табл. 11) рассчитать по формулам (табл. 10) следующие показатели свойств: плотность сухого грунта (
·d), степень влажности (Sr ), пористость (n,), коэффициент пористости (е), число пластичности (Iр), показатель текучести (IL).
3. По числу пластичности (табл. 12) определить разновидности грунта.
4. По показателю текучести (табл. 13) определить разновидности глинистых грунтов
5 Определить нормативные значения сцепления (С,МПа), угла внутреннего трения (
·, град) и модуля общей деформации (Е,МПа) по таблицам 14 -15.
6. Сделать заключение об исследованном грунте. В заключении необходимо указать глубину, с которой отобран образец для испытаний, разновидность глинистого грунта, его физическое состояние и механические свойства.

Контрольные вопросы.
1. Различаете ли Вы такие понятия как "свойство или признак грунта" и "показатель"? В чем это различие? Поясните на примерах.
2. Как разделяются показатели физико-механических свойств пород по их практическому применению?
3. Какие Вы знаете классификационные показатели? Перечислите классификационные показатели и назовите методы их определения.
4. Какие Вы знаете косвенные показатели? Перечислите косвенные показатели, назовите методы их определения и практическое использование.
5. Какие Вы знаете прямые расчетные показатели? Перечислите прямые расчетные показатели, назовите методы их определения и практическое использование.
6. Перечислите и кратко охарактеризуйте показатели, определяющие водные свойства грунтов. I

Горные породы различаются по структуре, текстуре, условиям залегания, минералогическому и петрографическому составу, что обуславливает различие их физико-механических свойств.
Физические свойства характеризуют физическое состояние горных пород. Важнейшие физические свойства: плотность, пористость, влажность, пластичность и др.
Водные свойства проявляются в отношении горных пород к воде. Они характеризуют способность породы изменить состояние, прочность и деформируемость при взаимодействии с водой, поглощать и удерживать воду, фильтровать ее. Важнейшие водные свойства: водоустойчивость, влагоемкость, водоотдача, капиллярность, водопроницаемость и др.
Механические свойства определяют поведение горных пород при воздействии на них внешних нагрузок (усилий). Различают прочностные и деформационные свойства.
Для оценки пород при использовании их в строительных целях необходимо иметь их количественные характеристики или показатели свойств.

По практическому использованию показатели свойств делятся ( ) на:
классификационные;
прямые
Классификационные показатели приведены в таблице 8. Они используются для предварительного определения типа породы. Их обычно определяют в массовом количестве, простыми и быстрыми методами (визуально, либо с помощью несложных приспособлений).

Таблица 8 - Классификационные показатели

Свойство или признак грунта
Показатели
Метод определения

Плотность
Масса 1см3 в г
Взвешивание образца известного объема

Естественная пористость
Объем пор в % ко всему объему образца
Вычисление по плотности, влажности и плотности минеральной части (удельный вес)

Размокаемость
Характер и скорость размокания
Непосредственное наблюдение

Набухаемость
1.Влажность набухания, %
2.Увеличение объема, %
Приборы:
1.Ф. Лаптева 2. Ф. Филатова
3.А.М.Васильева


Продолжение таблицы 8

Пластичность
Пределы и число пластичности
1.Стандартный ручной
2.Объемный (для числа пластичности)

Уплотняемость
Показатель уплотняемости
Вычисление по максимальной и минимальной пористости

Водопроницаемость
Коэффициент фильтрации
Трубка Г.Н. Каменского или Спецгео

Выветрелость
Изменение характерных для данной породы признаков и свойств, в частности, цвета, прочности (гр.I кл.), проявление вторичных минералов (гипс), трещиноватость.
Визуальный

Естественная (природная) влажность
Влажность в весовых процентах
Высушивание и взвешивание

Естественная консистенция
1.Сопротивление вдавливанию
2. Показатель текучести
1.Конус А.М. Васильева
2. С помощью прибора типа иглы
3. Вычисление по влажности и пределам пластичности

Степень плотности
Показатель степени плотности для песков
Вычисление по максимальной, минимальной и естественной пористости

Степень уплотненности
Показатель степени уплотненности для глинистых пород по В.А. Приклонскому
Вычисление по пределам пластичности и естественной пористости


Прямые показатели приведены в таблице 9. Они непосредственно входят в расчеты при оценке устойчивости и деформируемости оснований зданий и сооружений или устойчивости инженерного сооружения (открытая горная выработка, насыпь и т.д.) на последних стадиях проектирования.

Таблица 9 – Прямые показатели

Показатель
Практическое применение

Плотность

1.Вычисление осадки сооружения.
2. Расчет устойчивости основания
3. Расчет устойчивости откосов.
4. Вычисление давления на подпорную стенку.
5.Определение критической скорости для
оценки суффозии критического градиента

Временное сопротивление сжатию
Расчет устойчивости основания

Сопротивление сдвигу
Угол внутреннего трения
Сцепление
1. Оценка устойчивости основания.
2. Расчет устойчивости откосов.
3. Оценка давления на подпорную стенку
4. Определение несущей способности основания

Модуль общей деформации
Расчет суммарной осадки сооружений

Угол естественного откоса
Оценка устойчивости откоса.

Гранулометрический состав (содержание фракций в %)
1.Подбор оптимальных смесей.
2. Выбор отверстий фильтра.
3. Оценка механической суффозии.

Продолжение таблицы 9

Коэффициент фильтрации
1. Подсчет потери на фильтрацию в водохранилищах, каналах и т.д.
2. Расчет притока воды в котлованы и другие выработки.
3. Расчет дренажных сооружений.
4. Расчет искусственного водопонижения.
5. Построение эпюры напоров по подземному контуру сооружения при неоднородном основании.
6. Расчет продолжительности осадки.
7. Расчет подпора грунтовых вод.

Водоотдача
Оценка водообилия водоносного горизонта

Высота капиллярного поднятия
Определение глубины заложения фундамента


Таблица 10 – Показатели физико-механических свойств пород

Условн.
обозн.
Показатель по СНиП 2.02.01-83
Единица измерения,
Си
Физический смысл
Расчетная формула или методика определения по гос. стандартам


·
Удельный вес
н/м3


· =
·*g; g =9.81м/с2.


·s
Плотность частиц грунта
кг/м3
(г/см3 )
Масса единицы объема скелета грунта в воде при отсутствии пор: для песчаных -2.66; супесей -2.70; суглинков -2.71; глин -2.74
ГОСТ 5180-84. Пикнометрический метод


·
Плотность
кг/м3
(г/см3 )

Масса единицы объема при данной пористости и влажности
ГОСТ 5180-84. Метод режущего кольца или парафинирования


·d
Плотность сухого грунта
кг/м3
(г/см3 )
Масса единицы объема за вычитанием массы воды в порах

·d =
· / (1+0.01 W)

W
Природная (естественная) влажность
%
Кол-во свободной и поверхностно связанной воды, содержащейся в порах грунта в естественных условиях
ГОСТ5180-84
Весовой метод

n
Пористость
Доли единицы
Отношение объема пустот к объему грунта
n = (
·s -
·d ) /
·s

е
Коэффициент
пористости
Доли единицы
Отношение объема пустот к объему скелета грунта
е = (
·s -
·d) /
·d


Гигроскопическая влажность
%
Отношение веса воды, удаленной из образца воздушно сухого грунта к массе высушенного грунта.
ГОСТ 5180–84
Весовой метод

WL
Влажность на границе текучести (верхний предел пластичности)
%
Влажность, при которой грунт переходит из пластичного состояния в текучее.
ГОСТ 5180–84. Метод балансированного конуса

Wp

Влажность на границе раскатывания (нижний предел пластичности )
%
Влажность, при которой грунт переходит из пластичного состояния в твердое.
ГОСТ 5180–84
Метод раскатывания


Продолжение таблицы 10

Ip
Число
пластичности
%, доли единицы
Разность между верхним и нижним пределами пластичности
Ip = WL – Wp

IL
Показатель текучести
Доли единицы
Степень подвижности слагающих грунт частиц при механическом воздействии

IL =(W – Wp) / Ip

S r
Степень влажности
Доли единицы
Степень заполнения пор водой.
S r = W·
·s /(е ·
·W*100), где
·W = 1,0

С
Сцепление
МПа, КПа
Сила сопротивления сдвигу при отсутствии внешней нагрузки.
ГОСТ 12248-96


·
Угол внутреннего трения
Град.
Угол наклона прямолинейной части диаграммы сдвига к оси нормальных давлений
ГОСТ 12248-96

Е
Модуль общей
деформации
МПа
Коэффициент пропорциональности между давлением и относительной линейной деформацией грунта
ГОСТ 12248-96
Е 1-2 =
· · [ (1+ е) /
·]



Таблица 11 – Данные лабораторных исследований горных пород

Вариант 1
Мощность слоя, м

·s,
г/см3

·, г/см3

·d
г/см3
W,
%
Sr.
д.е
n,
%
е,
д.е
WL,
%
WP,
%
IP, %
IL д.е
C МПа

·о

E МПа

1,5
2,0
3,1
4,2
0,5
2,73
2,71
2,71
2,73
2,74
1,98
2,02
2,08
1,97
1,92

20
24
17
28
23



33
29
19
32
30
15
17
15
19
18






Вариант 2
Мощность слоя, м

·s,
г/см3

·, г/см3

·d
г/см3
W,
%
Sr.
д.е
n,
%
е,
д.е
WL,
%
WP,
%
IP, %
IL д.е
C МПа

·о

E МПа

0,8
1,5
0,3
2,0
4,0
2,73
2,72
2,72
2,71
2,72
1,98
2,02
1,89
2,01
2,03

26
22
22
21
26



35
30
39
41
33
15
15
19
20
19






Вариант 3
Мощность слоя, м

·s,
г/см3

·, г/см3

·d
г/см3
W,
%
Sr.
д.е
n,
%
е,
д.е
WL,
%
WP,
%
IP, %
IL д.е
C МПа

·о

E МПа

0,5
2,0
3,1
3,5
4,0
2,67
2,70
2,71
2,71
2,70
1,94
1,89
1,91
1,92
1,82

30
28
28
26
34



25
24
34
33
45
19
18
23
20
24






Вариант 4
Мощность слоя, м

·s,
г/см3

·, г/см3

·d
г/см3
W,
%
Sr.
д.е
n,
%
е,
д.е
WL,
%
WP,
%
IP, %
IL д.е
C МПа

·о

E МПа

2,0
1,5
1,7
2,0
1,2
2,72
2,70
2,70
2,71
2,73
1,93
1,84
1,89
1,89
1,93

30
24
28
32
29



37
25
24
44
49
23
17
18
25
26






Продолжение таблицы 11
Вариант 5
Мощность слоя, м

·s,
г/см3

·, г/см3

·d
г/см3
W,
%
Sr.
д.е
n,
%
е,
д.е
WL,
%
WP,
%
IP, %
IL д.е
C МПа

·о

E МПа

3,0
1,5
1,8
2,1
0,9
2,68
2,72
2,71
2,71
2,70
1,98
1,93
1,89
1,92
1,96

27
30
32
27
31



20
37
22
33
49
17
23
19
19
30






Вариант 6
Мощность слоя, м

·s,
г/см3

·, г/см3

·d
г/см3
W,
%
Sr.
д.е
n,
%
е,
д.е
WL,
%
WP,
%
IP, %
IL д.е
C МПа

·о

E МПа

0,6
1,2
3,1
2,5
4,1
2,71
2,73
2,71
2,71
2,69
1,89
1,94
1,95
1,91
1,85

32
29
28
29
33



44
49
33
33
25
25
26
20
21
18






Вариант 7
Мощность слоя, м

·s,
г/см3

·, г/см3

·d
г/см3
W,
%
Sr.
д.е
n,
%
е,
д.е
WL,
%
WP,
%
IP, %
IL д.е
C МПа

·о

E МПа

2,6
1,1
1,5
2,8
3,4
2,70
2,73
2,70
2,73
2,71
1,77
1,90
1,91
1,93
1,78

28
30
28
29
36



25
35
24
49
49
20
18
23
26
28






Вариант 8
Мощность слоя, м

·s,
г/см3

·, г/см3

·d
г/см3
W,
%
Sr.
д.е
n,
%
е,
д.е
WL,
%
WP,
%
IP, %
IL д.е
C МПа

·о

E МПа

0,7
1,2
3,5
4,0
5,5
2,71
2,70
2,68
2,73
2,71
1,91
1,82
1,98
1,90
1,95

29
34
27
30
31



33
45
20
35
36
21
24
17
18
22






Вариант 9
Мощность слоя, м

·s,
г/см3

·, г/см3

·d
г/см3
W,
%
Sr.
д.е
n,
%
е,
д.е
WL,
%
WP,
%
IP, %
IL д.е
C МПа

·о

E МПа

1,7
2,1
3,5
2,7
4,5
2,71
2,70
2,71
2,70
2,71
1,72
1,99
1,96
1,98
1,78

10
24
18
24
36



21
26
29
30
49
14
19
18
20
28






Вариант 10
Мощность слоя, м

·s,
г/см3

·, г/см3

·d
г/см3
W,
%
Sr.
д.е
n,
%
е,
д.е
WL,
%
WP,
%
IP, %
IL д.е
C МПа

·о

E МПа

3,1
1,8
2,3
1,5
0,8
2,70
2,71
2,71
2,71
2,68
1,82
1,78
1,98
1,98
1,98

35
36
20
18
27



45
49
36
29
20
24
28
23
18
16













Продолжение таблицы 11
Вариант 11
Мощность слоя, м

·s,
г/см3

·, г/см3

·d
г/см3
W,
%
Sr.
д.е
n,
%
е,
д.е
WL,
%
WP,
%
IP, %
IL д.е
C МПа

·о

E МПа

2,4
0,8
3,2
4,2
3,8
2,67
2,71
2,71
2,70
2,73
1,94
1,82
1,98
1,96
1,93

31
11
18
24
29



23
19
29
30
49
18
15
18
21
26






Вариант 12
Мощность слоя, м

·s,
г/см3

·, г/см3

·d
г/см3
W,
%
Sr.
д.е
n,
%
е,
д.е
WL,
%
WP,
%
IP, %
IL д.е
C МПа

·о

E МПа

0,7
1,2
2,8
3,7
3,5
2,72
2,72
2,73
2,72
2,71
2,03
1,94
1,94
2,01
2,02

26
16
28
22
25



33
28
33
27
28
19
10
19
17
18






Вариант 13
Мощность слоя, м

·s,
г/см3

·, г/см3

·d
г/см3
W,
%
Sr.
д.е
n,
%
е,
д.е
WL,
%
WP,
%
IP, %
IL д.е
C МПа

·о

E МПа

2,9
1,8
2,6
3,9
4,1
2,72
2,71
2,73
2,71
2,73
1,88
1,96
1,90
1,99
1,94

21
28
26
16
26



42
33
33
28
33
20
17
19
14
10






Вариант 14
Мощность слоя, м

·s,
г/см3

·, г/см3

·d
г/см3
W,
%
Sr.
д.е
n,
%
е,
д.е
WL,
%
WP,
%
IP, %
IL д.е
C МПа

·о

E МПа

0,5
2,7
3,9
4,5
6,0
2,69
2,70
2,74
2,71
2,73
1,91
1,96
2,03
2,02
1,90

18
19
24
25
26



28
25
35
28
33
23
13
15
18
19






Вариант 15
Мощность слоя, м

·s,
г/см3

·, г/см3

·d
г/см3
W,
%
Sr.
д.е
n,
%
е,
д.е
WL,
%
WP,
%
IP, %
IL д.е
C МПа

·о

E МПа

1,5
2,0
1,7
2,1
5,6
2,72
2,73
2,09
2,71
2,71
1,94
1,94
1,96
2,08
1,97

16
26
28
17
15



28
33
31
19
16
10
19
19
15
13









Таблица 12 – Разновидности глинистых грунтов по числу пластичности
(по ГОСТ 25100-95, “Грунты, Классификация”)

Разновидности глинистых грунтов
Число пластичности

Супесь
1- 7

Суглинок
7-17

Глина

· 17




Таблица 13 – Разновидности глинистых грунтов по показателю текучести
(по ГОСТ 25100-95, “Грунты, Классификация”)

Разновидности глинистых грунтов
Показатель текучести

Супесь:


твердая
< 0

пластичная
0-1

текучая
> 1


Суглинки и глины:


твердая
< 0

полутвердая
0-0,25

тугопластичная
0,25-0,50

мягкопластичная
0,50-0,75

текучепластичная
0,75-1,0

текучая
> 1,0


Тема 4. Методы и методики изучения физических свойств грунтов

Цель работы. Изучить методы и методики определения показателей физических свойств грунтов и определить важнейшие показатели лабораторными и расчетными методами.

Задание.
1. Изучить методы и методики определения физических свойств грунтов (ГОСТ 5180–84 "Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик").
2. Определить следующие показатели:
- природную влажность - весовым методом;
- плотность грунта - методом режущего кольца;
- границу текучести или предел текучести - методом балансирного конуса Васильева А.И.;
- границу раскатывания - методом раскатывания;
3. Вычислить следующие показатели физических свойств:
- число пластичности и определить разновидность грунта по таблице 12;
- показатель текучести и определить разновидность грунта по табл. 13;
- плотность сухого грунта (
·d), пористость (n), коэффициент пористости (e), степень влажности (S r) по формулам, приведенным в таблице 10.
Принять плотность частиц грунта, равной для супесей – 2,70 г/см3; суглинков – 2,71 г/см3; глин – 2,74 г/см3.
4. Составить сводную таблицу показателей свойств по вышеприведенной форме (табл. 10).
5. Проанализировать результаты лабораторных исследований грунта и оценить его состояние грунта и его поведение при дополнительном увлажнении.

































































Контрольные вопросы.
1. В чем заключается суть методики определения природной влажности?
2. Как называется метод, используемый для определения предела текучести глинистого грунта? В чем суть методики определения этого показателя?
3. Каким методом определяется нижний предел пластичности? В чем заключается суть методики его определения?
4. Какие методы применяются для определения показателей плотности грунта?
5. Какими методами определяется плотность мягких связных и скальных пород? Каковы особенности методики их определения?
6. Каким методом определяется плотность минеральных частиц? Каковы особенности методики определения?

Физические характеристики следует определять не менее чем для двух параллельных проб, отбираемых из исследуемого образца грунта. Значение характеристик вычисляют как среднее арифметическое из результатов параллельных определений. Разница между параллельными определениями не должна превышать значений, указанных в таблице 16. Если разница превышает допустимую величину, количество определений следует увеличить.
При обработке результатов испытаний плотность вычисляется с точностью до 0,01 г/дм3, влажность до 30 % – с точностью 0,1 % и выше – с точностью до 1 %. Погрешность измерения массы (взвешивания) не должна превышать при массе от 10 до 1000 г – 0,02 г/см3.

. Определение влажности грунта методом высушивания до
постоянной массы
(ГОСТ 5180–84 "Грунты. Методы лабораторного")

Влажность грунта следует определять как отношение массы воды, удаленной из грунта высушиванием до постоянной массы, к массе высушенного грунта.
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.
Пробы грунта для определения гигроскопической влажности грунта массой 10 – 20 г отбирают способом квартования из грунта в воздушно-сухом состоянии растертого, просеянного сквозь сито с сеткой № 1 и выдержанного открытым не менее 2 ч при данной температуре и влажности воздуха.

Проведение испытаний
Пробу грунта в закрытом стаканчике взвешивают. Стаканчик открывают и вместе с крышкой помещают в нагретый сушильный шкаф. Грунт высушивают до постоянной массы при температуре (105±2) °С. Загипсованные грунты высушивают при температуре (80±2) °С.
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.
Загипсованные грунты высушивают в течение 8 ч. Последующие высушивания производят в течение 2 ч.
После каждого высушивания грунт в стаканчике охлаждают в эксикаторе 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.
Если при повторном взвешивании грунта, содержащего органические вещества, наблюдается увеличение массы, то за результат взвешивания принимают наименьшую массу.
Обработка результатов.
Влажность грунта W %, вычисляют по формуле:

W = 100 (т1- то)/ (то- т), (1)

где т – масса пустого стаканчика с крышкой, г;
т1 – масса влажного грунта со стаканчиком и крышкой, г;
то – масса высушенного грунта со стаканчиком и крышкой, г.
Допускается выражать влажность грунта в долях единицы.



4.2. Определение плотности грунта методом режущего кольца
(ГОСТ 5180-84 "Грунты. Методы лабораторного")

Плотность грунта определяется отношением массы образца грунта к его объему.
Подготовка к испытаниям.
Согласно требованиям ГОСТ 5180–84 "Грунты. Методы лабораторного" для определения плотности немерзлого пылевато-глинистого грунта используются кольца пробоотборники следующих размеров: толщина стенки – 1,5–2,0 мм, внутренний диаметр (d, мм) –
· 50 мм, высота (h, мм), 0,8d
· h > 0,3d, угол заточки наружного режущего края – не более 30°.
Кольца–пробоотборники изготавливают из стали с антикоррозионным покрытием или из других материалов, не уступающих по твердости и коррозионной стойкости.
Кольца нумеруют, измеряют внутренний диаметр и высоту с погрешностью нe более 0,1 мм и взвешивают. По результатам измерений вычисляют объем кольца с точностью до 0,1 см3.
Пластинки с гладкой поверхностью (из стекла, металла и т. д.) нумеруют и взвешивают.
Проведение испытаний.
Кольцо–пробоотборник смазывают с внутренней стороны тонким слоем вазелина или консистентной смазки. 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. Кольцо с грунтом и пластинками взвешивают.
Обработка результатов.
Плотность грунта
·, г/см3, вычисляют по формуле 2:


· = (т1 - m о - m2 ) / V (2)

где т1 – масса грунта с кольцом и пластинками, г;
m о – масса кольца, г;
m2 – масса пластинок, г;
V – внутренний объем кольца, см3.

V = (
·d2/4) · h,

где d – внутренний диаметр кольца, см;
h – высота кольца, см.

4.3. Определение границы текучести
(ГОСТ 5180-84 "Грунты. Методы лабораторного")

Границу текучести следует определять как влажность приготовленной из исследуемого грунта пасты, при которой балансирный конус погружается под действием собственного веса за 5 с на глубину 10 мм.

Подготовка к испытаниям

Для определения границы текучести используют монолиты или образцы нарушенного сложения, для которых требуется сохранение природной влажности,
Для грунтов, содержащих органические вещества, границу текучести определяют сразу после вскрытия образца. Для грунтов, не содержащих органических веществ, допускается использование образцов грунтов в воздушно-сухом состоянии.
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.
Образец грунта в воздушно-сухом состоянии растирают в фарфоровой ступке или в растирочной машине, 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, и выдерживают в закрытом стеклянном сосуде согласно не менее 2 ч.
Для удаления избытка влаги из образцов илов производят обжатие грунтовой пасты, помещенной в хлопчатобумажную ткань между листами фильтровальной бумаги, под давлением (пресс, груз). Грунтовую пасту из илов не допускается выдерживать в закрытом стеклянном сосуде.
Добавлять сухой грунт в грунтовую пасту не допускается.

Проведение испытаний

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.
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.
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 вышеуказанные операции.
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 вышеуказанные операции.
Погружение конуса в пасту в течение 5 с на глубину 10 мм показывает, что грунт имеет влажность, соответствующую границе текучести. По достижении границы текучести из пасты отбирают пробы массой 15–20 г для определения влажности. Влажность определяется по вышеприведенной методике.



4.4. Определение границы раскатывания
(ГОСТ 5180-84 "Грунты. Методы лабораторного")

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.

Подготовка к испытаниям
Подготовку грунта производят по той же методике, как и при определении границы текучести или используют часть грунта (40–50 г), подготовленного для определения текучести.

Проведение испытаний
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.
Кусочки распадающегося жгута собирают в стаканчики, накрываемые крышками. Когда масса грунта в стаканчиках достигнет 10–50

Приложенные файлы

  • doc 8898796
    Размер файла: 2 MB Загрузок: 1

Добавить комментарий