Содержание

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ………………………………….
1. Структура лабораторной работы…………………………….
2. Теоретическая часть……………………………………..
Лабораторная работа № 1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ГРУНТА МЕТОДОМ ВЫСУШИВАНИЯ ДО ПОСТОЯННОЙ МАССЫ…………………………………….
Лабораторная работа № 2 Определение плотности грунта методом режущего кольца……………………………………………..
Лабораторная работа № 3 Опреде­ление максимальной плотности скелета грунта и оптимальной влаж­ности грунта ………………………………………………………………...
Лабораторная работа № 4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ твердых ЧАСТИЦ ГРУНТА ПИКНОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ . . . . . . . . . . . . . . .
Лабораторная работа № 5 Опреде­ление влаж­ности грунта на границе текучести (консистеция) и на границе раскатывания. определение наименования грунта. Определение влажности грунта на границе текучести WL…………………………………………… Определение влажности грунта на границе раскатывания WР……………………………………… Определение вычисляемых характеристик глинистого грунта……………………………………...
Лабораторная работа № 6 Определение угла естественного откоса песчаного грунта. . . . . . . . . . . . . …………………………….
Лабораторная работа № 7 Определение коэффициента фильтрации . . . . .
Лабораторная работа № 8 Компрессионные испытания грунтов……...
Лабораторная работа № 9 Определение сопротивления грунта срезу в одноплоскостном сдвиговом приборе…………………
Лабораторная работа № 10 Определение значений прочностных и деформационных характеристик грунтов по таблицам СНиП 2.02.01-95………………………………..
Литература……………………………………………………

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

К выполнению лабораторной работы допускаются студенты, изучившие содержание работы по соответствующим методическим указаниям и представившие конспект отчета по работе с необходимыми лабораторными журналами. Конспект отчета составляется в соответствии со структурой лабораторной работы.

1. Структура лабораторной работы

1.1. Наименование темы лабораторной работы. Оно должно выделяться из основного текста.

1.2. Цель лабораторной работы; используемый метод.

1.3. Теоретическая часть. Приводятся основные определения и понятия, изучаемые в данной работе, вывод расчетных формул, единицы размерности определяемых констант.

1.4. Материалы и оборудование.

1.5. Методика выполнения работы.

Ход работы излагается в достаточно краткой форме с указанием последовательности выполнения операций и с содержанием рисунков, схем и графиков.

1.6. Лабораторный журнал.

В него вносятся все опытные данные и полученные на их основании расчетные величины и вспомогательные пояснения к ним. Лабораторный журнал составляется таким образом, чтобы можно было осуществлять табличный метод расчета.

1.7. Заключение.

Делается вывод о правильности полученных результатов путем сравнения их со стандартными значениями определяемых в лабораторной работе констант, которые приведены в специальной литературе, указанных в ГОСТ или в СНиП.

Отчет о выполненной лабораторной работе.

Работа должна быть представлена для проверки преподавателю в виде отчета в письменном или печатном виде на листах формата А-4 и оформленная должным образом с титульным листом.

Защита лабораторной работы.

Она проводится письменно и состоит из ответов на контрольные вопросы и решения задач по теоретической и практической части лабораторных работ.

2. Теоретическая часть
2.1.Термины и пояснения

Всякое сооружение передает действующие на него нагрузки на основание.

Основанием называют толщу грунтов, на которых возводится сооружение. Основание воспринимает от сооружения нагрузки, деформируясь под действием этих нагрузок. При чрезмерных деформациях основания возникают деформации сооружения, препятствующие нормальной их эксплуатации, и даже аварии, сопровождающееся разрушением сооружения.

Различают естественные основания, сложенные природными грунтами без специальной предварительной подготовки, и искусственные, представленные уплотненными или закрепленными грунтами природного происхождения, а также образованные отходами производственной и хозяйственной деятельности человека.

В экономически развитых районах в условиях сложившейся городской застройки ощущается нехватка территорий с благоприятными грунтовыми условиями и приходится застраивать площадки, ранее считавшимися непригодными (речные поймы, болота, овраги, свалки, места складирования промышленных отходов и т.п.). Все в большей степени строительство смещается в районы с суровым климатом и сложными грунтовыми условиями (вечная мерзлота, территории, сложенные лессовыми просадочными, глинистыми набухающими грунтами, слабыми водонасыщенными и заторфованными грунтами и т.п.). Поэтому особое значение приобретают методы улучшения строительных свойств грунтов и специальные способы строительства в особых грунтовых условиях. Очень важной проблемой является также надежное строительство зданий и сооружений в сейсмически активных районах.

Грунтом называют всякую горную породу, используемую при строительстве в качестве основания сооружения, среды, в которой сооружение возводится, или материала для сооружения.

Грунт — горные породы, почвы, техногенные образования, представляющие собой многокомпонентную и многообразную геологическую систему и являющиеся объек­том инженерно-хозяйственной деятельности человека.

Грунты могут служить:

1) материалом оснований зданий и сооружений;

2) средой для размещения в них сооружений;

3) материалом самого сооружения.

Все виды грунтов можно разделить на три основные группы:

1. 
   грунты типа твердого тела (скальные и полускальные);
   
2. 
   грунты типа сыпучего тела (крупнообломочные, песчаные);
   
3. 
   грунты типа связанного тела (глинистые).
   

В механике грунтов в основном изучают физические и механические свойства нескальных грунтов: крупнообломочных, песчаных и глинистых.

Скальные грунты при работе под нагрузкой подчиняются обычным законам сопротивления материалов. В связи с этим в механике грунтов принято называть грунтами дисперсные (измельченные) тела, связи между отдельными частицами которых либо отсутствуют, либо обладают прочностью, значительно меньшей, чем прочность самих частиц.

При рассмотрении свойств грунтов следует различать их крайние разновидности – грунты типа песков и грунты типа глин. Между песками и глинами существуют промежуточные разновидности грунтов – супеси и суглинки. Свойства грунтов этих разновидностей зависят от содержания в их составе песчаных и глинистых частиц.

Фактические свойства песков и глин различны: глина пластична, а песок непластичен; при увлажнении глина переходит сначала в пластичное состояние, а затем – в текучее, а песок никогда не обладает свойством пластичности. При увлажнении глина набухает, а при усыхании дает усадку; песок этими свойствами не обладает; глина практически водонепроницаема, а песок обладает фильтрационной способностью и тем большей, чем крупнее размеры песчаных частиц; глина сильно сжимаема и деформации в ней протекают медленно; песок сжимается быстро, но незначительно. Такое различие свойств песков и глин объясняется их различным минеральным составом, крупностью и формой частиц. Крупность песчаных частиц колеблется от 2 до 0,05 мм. Глинистые частицы имеют размер менее 0,005 мм. Между указанными граничными размерами 0,05-0,005 мм находятся пылеватые частицы. Пылеватые частицы ухудшают свойства как глинистых, так и песчаных грунтов: для первых они уменьшают связность, пластичность, повышают водопроницаемость, а для вторых увеличивают сжимаемость, придают подвижность при водонасыщении.

Частицы мельче 0,0001 мм называются коллоидными.

Наиболее широко распространена классификация глинистых грунтов по зерновому составу, предложенная проф. В.В. Охотиным. Эта классификация носит название 3-членной, согласно положенному в ее основу принципу выделения трех основных групп фракций (табл. 1)

Таблица 1

Классификация грунтов

Наименование грунта	Содержание частиц, % по весу
	Глинистые (частицы < 0,005 мм)	Пылеватые (0,05-0,005 мм)	Песчаные (0,05-2 мм)
Тяжелая глина Глина Тяжелый суглинок Средний суглинок Легкий суглинок Супесь Песок Песок пылеватый Пылеватый грунт	>60 60-30 30-20 20-15 15-10 10-3 <3 <3 <3	- - - - - <20 20-50 >50	<3 Больше, чем пылеватых

Примечание. Если пылеватых содержится больше, чем песчаных, то к названию грунта добавляется слово «пылеватый».
Состав грунтов в значительной мере определяет их физические и механические свойства. Грунт состоит из трех компонент: твердой, жидкой и газообразной. Иногда выделяют биологическое вещество. Твердая, жидкая и газообразная компоненты находятся в постоянном взаимодействии, которое активизируется в результате строительства.

Твердые частицы грунтов состоят из породообразующих минералов с различными свойствами. Часть минералов инертна по отношению к воде и практически не вступает во взаимодействие с растворенными в ней веществами (кварц, полевые шпаты, слюда, авгит, кремень, роговая обманка и др.). Эти минералы не меняют свойств не только при изменении содержания воды, но и в широком диапазоне температур. Очевидно, что грунты, полностью сложенные такими минералами, обладают наиболее благоприятными строительными свойствами. Из инертных минералов состоят все магматические горные породы, подавляющее большинство метаморфических и часть осадочных.

Большое влияние на свойства грунтов оказывают растворимые в воде минералы. К ним относятся галит NaCl, гипс CaSO₄·2Н₂О, кальцит СаСО₃ и некоторые другие. Такие распространенные горные породы, как мрамор, известняк, гипс, сложены растворимым и минералами, но растворение мрамора и известняка в естественных условиях идет очень медленно. Эти грунты традиционно используются как надежные основания и стойкие строительные материалы.

Глинистые минералы составляют третью группу. Они не растворимы в воде, но их нельзя приравнять и к инертным минералам. В силу чрезвычайно малых размеров кристаллов (не превышают 1-2 мкм) глинистые минералы обладают высокой коллоидной активностью. К ним относятся каолинит, монтмориллонит, иллит и др. минералы, кристаллы которых имеют выраженное свойство гидрофильности. Из-за мельчайших размеров и высокоразвитой поверхности глинистые минералы активно взаимодействуют с жидкой составляющей грунтов. Поэтому уже малое содержание их в общей массе грунта резко изменяет его свойства.
2.2. Физические характеристики грунтов
О с н о в н ы е:

Плотность грунта  (г/см³, т/м³)— масса единицы объема грунта, включая объем пор, при данной влажности, определяется методом режущего кольца или методом вытесненной воды с парафинированием образцов.

Образец грунта можно представить себе (рис. 1.1) состоящим из объема V_s твердых частиц (скелета) и объема пор V_n = V_в (объем воды в порах)+ V_г (объем воздуха (газа); m_s – масса твердых частиц; m_в – масса воды в порах; m_г – масса газа, принимаемой равной нулю грунта.

Плотность грунта  естественной (ненарушенной) структуры определяется как отношение массы образца m₀ к его объему V₀: ρ=m₀/V₀

Плотность грунта зависит от минералогического состава, пористости и влажности и обычно колеблется в пределах 1,60…2,1 г/см³.

Плотность твердых частиц грунта _s — масса единицы объема твердых (скелетных) частиц грунта: _s=m_s/V_s. Определяется _s пикнометрическим методом.

Плотность частиц зависит только от минерального состава. Для скальных грунтов она обычно изменяется в пределах от 2,4 до 3,3 г/см³, для нескальных грунтов – 2,4…2,8 г/см³; для песков – 2,55…2,66, для супесей – 2,66…2,68, для суглинков – 2,68…2,72, для глин – 2,70…2,95.

Влажность (природная) грунта w — отношение массы воды в объеме грунта к массе этого грунта, высушенного до постоянной массы, определяется весовым методом: w=m_в/m_s

Гигроскопическая влажность w_g — влажность грунта в воздушно-сухом со­стоянии, т. е. в состоянии равновесия с влажностью и температурой окружаю­щего воздуха, определяется весовым методом.

Воздушно-сухое состояние грунта - состояние грунта, высушенного на воздухе.
Д о п о л н и т е л ь н ы е:

Граница текучести W_L — влажность грунта, при которой грунт переходит из пластичного в текучее состояние. Эту влажность определяют стандартным испытанием, при котором конус с углом при вершине 30º и массой 76 г погружается в грунт на 10 мм.

Граница раскатывания (пластичности) W_p — влажность грунта, при кото­рой грунт переходит из пластичного в твердое состояние. Определяют раскатыванием жгута из грунта.

Приведенные выше основные физические характеристики грунта ρ, w, _s всегда определяются экспериментально. Они используются для расчета других указанных ниже характеристик.

П р о и з в о д н ы е:

Плотность сухого грунта _d — отношение массы высушенного грунта к его первоначальному объему, включая объем пор, вычисляется по формуле: ρ_d=/(1+ w).

При расчетах нагрузок на сооружения и напряжений от действия собственного веса необходимо переходить к значению удельного веса грунта (кН/м³):

γ=g, где g=9,81 м/с² – ускорение свободного падения.

Значение плотности сухого грунта колеблется в пределах 1,1…1,6 г/см³ и зависит от плотности структуры.

Удельный вес твердых частиц грунта γ _s – показатель минералогического состава: γ_s=(m_s/V_s)g

Удельный вес сухого грунта: γ_d=_dg или γ_d =g/(1+ w)= γ/(1+ w).

Удельный вес грунта, взвешенного в воде: γ_sв=(_s-_w)g/(1+e).

При распределении грунта ниже уровня грунтовых вод скелет грунта будет испытывать взвешивающее действие воды, что необходимо учитывать при расчетах напряженного состояния грунтов.

Пористость грунта n определяется как отношение объема пор V_n ко всему объему грунта V₀, после преобразований пористость определяется по формуле: n= 1- ρ_d/_s.

На практике чаще пользуются показателем, называемым коэффициентом пористости е.

Коэффициент пористости грунта е равен отношению объема пор n к объему твердых частиц (скелета) m. Так как m+ n=1, то: е= n/ 1- n или е=(_s-_d)_/ _d или е=_s(1+ w)/  -1.

При этом n=e/(1+e); m=1(1+e).

К л а с с и ф и к а ц и о н н ы е:

Индекс пластичности (число пластичности) I_p – показатель содержания глинистых частиц в грунте: Ip=W_L-Wp. От естественной влажности данный показатель не зависит.

Индекс текучести (показатель консистенции) I_L глинистого грунта: I_L=(W-Wp)/(W_L-Wp)

I_L характеризует состояние глинистого грунта (густоту, вязкость), линейно зависит от естественной влажности, может быть как отрицательным (твердые грунты), так и положительными, в том числе и более единицы (грунты текучей консистенции). При изменении I_L в пределах от нуля до единицы грунты имеют пластичную консистенцию.

Коэффициент водонасыщения (степень влажности) S_r - это отношение природной влажности грунта к его полной влагоемкости: S_r=W_s/e_w; где W – природная влажность грунта, доли единиц, е – коэффициент пористости; _s – плотность частиц грунта, г/см³; _w – плотность воды, принимаемая равной 1.

Лабораторная работа № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ГРУНТА МЕТОДОМ ВЫСУШИВАНИЯ ДО ПОСТОЯННОЙ МАССЫ

Цель работы: определение влажности грунта (супеси, суглинка, глины, песка)

Теоретическая часть

Влажностью w называется отношение массы воды, находящейся в грунте, к массе абсолютно сухого грунта в данном объеме. Количество воды, содержащейся в порах грунта в естественных условиях залегания, называется естественной (природной) влажностью. Влажность грунта определяют весовым методом.

Влажность грунта w, %, вычисляют по формуле

w=100/(т₁ – т₀)/( т₀- т)
где т — масса пустого стаканчика с крышкой, г;

m₁ — масса влажного грунта. со стаканчиком и крышкой, г;

m₀ — масса высушенного грунта со стаканчиком и крышкой, г.

Допускается выражать влажность грунта в долях единицы.

Результаты вычислений заносятся в журнал.

Материалы: супесь, суглинок, глины или песок

Необходимое оборудование: весы лабораторные технические, шкаф сушильный, эксикатор, алюминиевые стаканчики с крышками (бюксы), нож.

Ход работы

1. 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.

2. Пробу грунта в закрытом стаканчике взвешивают.

3. 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.

4. 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.

Для каждого образца грунта необходимо произвести не менее двух определений влажности и найти ее среднеарифметическое значение. При расхождении результатов двух параллельных определений более чем на 2%, количество определений необходимо увеличить до трех и более.

следующая страница>