Пользуясь рисунком 1, физический смысл плотности частиц можно представить выражением

Стр 1 из 3Следующая ⇒

Министерство и образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Оренбургский государственный университет»

Кафедра строительных конструкций

И. П. Миронова, В. П. Перов

Определение основных

Физических характеристик

Пылевато-глинистого грунта

Рекомендовано к изданию Редакционно-издательским советом федерального

государственного бюджетного образовательного учреждения высшего

профессионального образования «Оренбургский государственный

университет» в качестве методических указаний для студентов

обучающихся по направлению 270800.62 - Строительство

Оренбург

2013

УДК 624.1(076.5)

ББК 38.58я7

П 26

Рецензент

кандидат технических наук, доцент И. С. Иванов

Перов, В. П., Миронова, И. П.

П 26 Определение основных физических характеристик пылевато-глинистого

грунта : методические указания / В. П. Перов, И. П. Миронова; Орен

бургский гос. ун-т. - Оренбург : ОГУ, 2013 – 6 с.

Методические указания предназначены для выполнения лабораторной работы №2, 3, 4 «Определение основных физических характеристик пылевато-глинистого грунта» по дисциплине «Механика грунтов» для студентов всех форм обучения направления строительство - 270800.62

УДК 624.1(076.5)

ББК 38.58я7

Содержание

1 Основные положения……………………………………………………………...4

1.1 Физические характеристики грунтов…………………………………………...4

1.2 Оценка водопроницаемости…………………………………………………....12

1.3 Оценка несущей способности……………………………………………….…13

1.4 Примеры исследования физических свойств грунтов………………………..15

2 Лабораторные работы №2, 3, 4. ..………………………………………………..18

2.1 Цель работы……………………………………………………………………..18

2.2 Подготовительные работы……………………………………………………..19

2.3 Необходимое оборудование и материалы…………………………………….20

2.4 Методика проведения испытаний……………………………………………..20

2.5 Ход работы……………………………………………………………………...20

3 Вопросы для самопроверки……………………………………………………...24

Список использованных источников……………………………………………...26

Основные положения

Физические характеристики грунтов

Физические характеристики описывают физическое состояние грунтов.

С физическим состоянием грунтов непосредственно связаны его важнейшие механические свойства, такие как прочность и деформируемость. Поэтому определение физических характеристик необходимо при решении любых задач проектирования оснований и фундаментов. От правильного определения физических характеристик во многом зависят надежность и экономичность проектных решений фундаментов.

Среди физических характеристик выделяют:

- основные;

- производные.

Основные характеристики могут быть определены только путем непосредственных лабораторных исследований грунтов. К таким характеристикам относятся:

- гранулометрический состав;

- плотность частиц ρ _s;

- плотность грунта ρ;

- естественная влажность W.

Для пылевато-глинистых грунтов, кроме того, существуют еще две основные характеристики (пределы пластичности):

- влажность на границе текучести W_L;

- влажность на границе раскатывания W_P.

Производные характеристики определяются аналитически, т.к. всегда могут быть выражены через основные. К производным относятся:

- плотность сухого грунта ρ _d;

- пористость n;

- коэффициент пористости e;

- полная влагоемкость W_sat ;

- степень влажности S_R;

Для пылевато-глинистых грунтов существуют также:

- индекс пластичности I_P ;

- индекс текучести I_L .

Гранулометрический состав - это относительное (по весу) содержание в грунте частиц различной крупности.

Согласно /1/ гранулометрический состав грунта определяется содержанием в нем частиц различной крупности. Частицы одинаковой крупности составляют фракцию.

Среди гранулометрических элементов принято выделять основные фракции, приведенные в таблице 1.

Таблица 1 - Основные фракции частиц

Наименование частиц	Диаметр, мм
Гравелистые	10…2
Песчаные	2…0,05
Пылеватые	0,05…0,005
Глинистые	<0,005

По гранулометрическому составу определяется наименование грунта. Если грунт содержит менее 3% глинистых частиц, то он, как правило, относится к песчаным. Пылевато-глинистые грунты содержат 3 и более процента глинистых частиц.

Согласно /2/ песчаные грунты делятся в зависимости от гранулометрического состава на следующие виды, представленные в таблице 2:

Таблица 2 – Песчаные грунты в зависимости от гранулометрического состава

Содержание частиц в % по массе	Наименование песка
Масса частиц крупнее 2 мм составляет более 25 %	гравелистый
Масса частиц крупнее 0,5 мм составляет более 50 %	крупный
Масса частиц крупнее 0,25 мм составляет более 50 %	средней крупности
Масса частиц крупнее 0,1 мм составляет 75 % и более	мелкий
Масса частиц крупнее 0,1 мм составляет менее 75 %	пылеватый

Для дальнейшего рассмотрения физических характеристик мысленно выделим в грунте некоторый объем V, объем, занятый частицами V_s и объем, приходящийся на поры между ними.

В природном состоянии в порах между частицами грунта всегда присутствует некоторое количество воды, которая занимает в них объем V_w_.Объем V _g , незанятый водой, занят газами (чаще всего воздухом).

Масса грунта внутри объема V равна m,частицы грунта внутри объема V_s имеют массу m _s, вода внутри объема V_w имеет массу m _w(см. рисунок 1)

V_g m_g

V_w m _w

V_s m _s

Рисунок 1- Схема состава грунта

Плотность частиц – это отношение массы частиц к занимаемому ими объему.

Пользуясь рисунком 1, физический смысл плотности частиц можно представить выражением

. (1)

Плотность частиц определяется согласно указаниям /3/.

Значение плотности частиц изменяются, как правило, в довольно узких пределах. Поэтому, при отсутствии данных лабораторных исследований, значения этой характеристики могут быть приняты по таблице 3.

Таблица 3–Значения плотности частиц (по Д.Е. Польшину)

Наименование грунта	Плотность частиц, г/см³
Песок	2,66
Супесь	2,7
Суглинок	2,71
Глина	2,72

Плотность грунта – это масса единицы объема грунта в его естественном состоянии.

Физический смысл плотности грунта выражается формулой

. (2)

Плотность грунта определяется согласно указаниям /3/

Через плотность определяется одна из важнейших характеристик грунта - удельный вес γ, кН/м³

, (3)

где g - ускорение свободного падения (9,81 м/с²).

Удельный вес грунта используется при определении расчетного сопротивления грунта основания, напряжений от собственного веса грунта, давления грунта на ограждение конструкций и т.п.

Естественная влажность - это отношение массы воды, содержащийся в грунте, к массе твердых частиц

. (4)

Влажность определяется согласно указаниям /3/.

Естественная влажность используется для расчета производных физических характеристик.

Плотность сухого грунта - это отношение массы частиц к общему объему грунта природного сложения

. (5)

Величина плотности сухого грунта определяется расчетом

. (6)

Пористость - это отношение объема пор к общему объему грунта

. (7)

Пористость рассчитывается по формуле

. (8)

Коэффициент пористости - это отношение объема пор к объему частиц грунта

. (9)

Коэффициент пористости рассчитывается по формуле

. (10)

По величине плотности сухого грунта, пористости и коэффициента пористости судят о плотности сложения грунта. Для оценки плотности сложения пылевато-глинистых грунтов обычно используется плотность сухого грунта (пылевато-глинистые грунты со значениями ρ _d≤1,6 г/см³ считаются недостаточно уплотненными). Для оценки плотности сложения песчаных грунтов чаще всего используется коэффициент пористости. В таблице 4 приведена классификация песчаных грунтов по коэффициенту пористости согласно /3/.

Таблица 4 – Классификация песчаных грунтов по коэффициенту пористости, е

Наименования песка по крупности	Наименование по плотности сложения
Наименования песка по крупности	плотный	средней плотности	рыхлый
Гравелистый, крупный или средней крупности	e<0,55	0,55≤e≤0,70	e>0,70
Мелкий	e <0,60	0,60≤e≤0,75	e>0,75
Пылеватый	e <0,60	0,60≤e≤0,80	e>0,80

Полная влагоемкость - это максимальная влажность возможная для данного грунта, т.е. его влажность при заполнении всех пор водой

W _sat = W_max. (11)

Полная влагоемкость рассчитывается по формуле

. (12)

Степень влажности - это степень заполнения пор грунта водой

. (13)

Так как влажность грунта не может быть больше его полной влагоемкости, то степень влажности не может быть больше единицы.

Величина степени влажности определяется по формуле

, (14)

где ρ _w - плотность воды, принимаемая равной 1 г/см³.

В зависимости от степени влажности песчаные грунты подразделяются по /3/ на маловлажные, влажные и насыщенные водой (см. таблицу 5).

Таблица 5 – Классификация песчаных грунтов по степени влажности, S_R

Значение степени влажности	Наименование песка
0 < S_R ≤ 0,5	маловлажный
0,5 < S_R ≤ 0,8	влажный
0,8 < S_R ≤ 1,0	насыщенный водой

По величине степени влажности можно косвенно судить и о плотности сложения грунта. Так, при значениях S_R<0,6 грунт считается недостаточно уплотненным.

Пылевато-глинистые грунты отличаются от песчаных по физическим свойствам прежде всего тем, что они обладают свойством пластичности, т.е. свойством изменять при механических воздействиях свою форму без нарушения сплошности. Такой способностью пылевато-глинистые грунты обладают тогда, когда их влажность не ниже влажности на границе раскатывания и не выше влажности на границе текучести.

Таким образом, влажность на границе раскатывания - это минимальная влажность, при которой пылевато-глинистый грунт обладает свойством пластичности; а влажность на границе текучести - это максимальная влажность, при которой пылевато-глинистый грунт обладает свойством пластичности.

При понижении влажности ниже влажности на границе раскатывания грунт

переходит в твердое состояние.

При повышении влажности выше влажности на границе текучести грунт переходит в текучее состояние, т.е. фактически превращается в тяжелую жидкость.

Пределы пластичности определяются согласно указаниям /3/. С величиной пределов пластичности связаны индекс пластичности I_P и индекс текучести I_L.

Индекс пластичности - это интервал влажности, в котором пылевато-глинистый грунт обладает свойством пластичности

. (15)

По индексу пластичности определяется наименование пылевато-глинистого грунта (см. таблицу 6)

Таблица 6 - Классификация пылевато-глинистых грунтов по индексу пластичности

Наименование пылевато-глинистого грунта	Значение индекса пластичности
супесь	0,01 ≤ I_P ≤ 0,07
суглинок	0,07 < I_P ≤ 0,17
глина	I_P > 0,17

Индекс текучести указывает в каком состоянии по консистенции находится пылевато-глинистый грунт.

Он определяется по формуле

. (16)

В зависимости от индекса текучести выделяются следующие состояния пылевато-глинистых грунтов, приведенные в таблице 7.

Индекс текучести широко используется при проектировании фундаментов для определения расчетного сопротивления и модуля общей деформации грунтов основания, несущей способности свай в пылевато-глинистых грунтах и т.д.

Таблица 7 - Состояние пылевато-глинистых грунтов по индексу текучести

Наименование и консистенция		Индекс текучести
Супесь	твердая	I_L < 0
	пластичная	0 ≤ I_L ≤ 1
	текучая	I_L > 1
Суглинок или глина	твердые	I_L < 0
	полутвердые	0 ≤ I_L ≤0,25
	тугопластичные	0,25 < I_L ≤ 0,50
	мягкопластичные	0,50 < I _L ≤ 0,75
	текучепластичные	0,75 < I_L ≤ 1
	текучие	I_L > 1

Оценка водопроницаемости

С помощью физических характеристик может быть проведена предварительная оценка водопроницаемости грунтов (окончательно водопроницаемость определяется по коэффициенту фильтрации с учетом режима подземных вод и др. факторов).

При предварительной оценке к водопроницаемым относят:

- все песчаные грунты;

- супеси и суглинки с I_L > 0,25;

- глины с I_L > 0,5.

Пылевато-глинистые грунты с характеристиками, не удовлетворяющими данным условиям, относятся к водонепроницаемым (водоупорам).

Если водопроницаемый грунт залегает ниже уровня подземных вод, то его скелет, состоящий из твердых частиц, облегчается, т.к. вода оказывает на них взвешивающее действие. Для таких грунтов удельный вес должен определятся с учетом взвешивающего действия воды по формуле

. (17)

Оценка несущей способности

С помощью физических характеристик может быть проведена предварительная оценка несущей способности грунтов (окончательно несущая способность, характеризующаяся величиной расчетного сопротивления R, устанавливается в зависимости от прочностных характеристик: угла внутреннего трения и удельного сцепления, а также удельного веса грунта и размеров фундамента.

Расчетное сопротивление грунтов R ₀ при предварительной оценке их несущей способности определяется по таблицам 8 и 9.

Значения коэффициента пористости и индекса текучести грунтов чаще всего не совпадают с приведенными в таблице 9. В этих случаях расчетное сопротивление определяется интерполяцией вначале по e, а затем по I_L. Двойную интерполяцию удобно выполнять в одно действие по формуле

, (18)

где e , I_L - характеристики грунта, для которого определяется значение

R _о;

e ₁ , e ₂ - соседние значения коэффициента пористости, в интервале

между которыми находится значение коэффициента пористости для

рассматриваемого грунта;

R _о(1,0), R _о(1,1) - табличное значение R _о для e ₁ при I_L=0 и I_L=1 соответст-

венно;

R _о(2,0), R _о(2,1)- то же для e ₂.

Если значение коэффициента пористости совпадает с приведенными в таблице 9, то R _о определяется по формуле

. (19)

В качестве естественного основания не могут быть использованы грунты с расчетным сопротивлением R ₀<100 кПа, а также пески рыхлые и пылевато-глинистые грунты в текучем состоянии.

Таблица 8 - Расчетное сопротивление R_o песчаных грунтов

Пески		Значение R_o_,кПа, в зависимости от плотности сложение песков
Пески		плотные	средней плотности
крупные		600	500
средней крупности		500	400
мелкие	маловлажные	400	300
мелкие	влажные и насыщенные водой	300	200
пылеватые	маловлажные	300	250
	влажные	200	150
	насыщенные водой	150	100

Таблица 9 - Расчетные сопротивления R_o пылевато-глинистых (непросадочных

Грунтов)

Пылевато-глинистые грунты	Коэффициент пористости e	Значение R_o, кПа, при индексе текучести
Пылевато-глинистые грунты	Коэффициент пористости e	I_L=0	I_L=1
супеси	0,5	300	300
супеси	0,7	250	200
суглинки	0,5	300	250
	0,7	250	180
	1,0	200	100
глины	0,5	600	400
	0,6	500	300
	0,8	300	200
	1,1	250	100

Дата добавления: 2019-03-09; просмотров: 293; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!