Руководство к выполнению лабораторных работ по курсу «Механика грунтов, основания и фундаменты»
Скачать 2.17 Mb.
|
Министерство высшего и среднего специального образования РСФСР Новгородский политехнический институт _______________________________________________________________ Кафедра строительного производства РУКОВОДСТВО К выполнению лабораторных работ по курсу «Механика грунтов, основания и фундаменты» для студентов специальностей «Промышленное и гражданское строительство» 270102, «Городское строительство и хозяйство» 270105. В. Новгород 2009 г. С О С Т А В И Л: К.Т.Н., доцент Кудряшов В.П. Рецензент: К.Т.Н., профессор Хузин З.М. ОГЛАВЛЕНИЕ: стр. Введение………………………………………………………..………………….4 Правила для студентов……………………………………………………………4 Отбор, упаковка и транспортирование образцов пород для лабораторных исследований………………………………5 Лабораторная работа №1 «Определение гранулометрического состава песчаных грунтов на ситах».…………………………………………….7 Лабораторная работа №2 «Определение влажности грунта».…………………22 Лабораторная работа №3 «Определение границ текучести и раскатывания глинистого грунта».……………………………………………….31 Лабораторная работа №4 «Определение удельного веса частиц грунта»……..43 Лабораторная работа №5«Определение удельного веса грунта»………………54 Лабораторная работа №6«Определение коэффициента фильтрации песчаного грунта»……………………………………………………………………………...64 Лабораторная работа №7«Определение показателей деформируемости грунта при сжатии в компрессионном приборе»……………………………………………..82 Лабораторная работа №8«Определение показателей сопротивления грунта сдвигу методом прямого среза образца»………………………………………………....102 Лабораторная работа №9«определение угла естественного откоса песчаных грунтов»…………………………………………………………………….………121 Введение. Задачей руководства к лабораторным работам по курсу «Механика грунтов, основания и фундаменты», является освоение студентами основных методов лабораторного изучения показателей физического состояния и механических свойств песчаных и глинистых грунтов, получение практических навыков по работе на лабораторном оборудовании, закрепление и углубление теоретических знаний. Выполнение лабораторных работ увязывается с чтением лекций и способствует необходимому углублению и закреплению знаний по изучаемому курсу. В целях лучшего усвоения материала в лабораторных работах приводятся краткие теоретические положения по грунтоведению об изучаемом показателе и его практическом применении, а после каждой работы в руководстве приведены вопросы для самопроверки. Методика определения показателей физико-механических свойств грунтов изложена в соответствии с действующими ГОСТ, руководствами и инструкциями принятыми в научных и производственных лабораториях. Лабораторный практикум заключается в выполнении студентами под руководством преподавателя шести заданий. Для выполнения каждого задания предусмотрено двухчасовое занятие. Задание, в зависимости от трудности и длительности выполнения отдельных работ, может состоять из одной или двух лабораторных работ близких по технике выполнения. Правила для студентов. Прежде чем приступить к работе в лаборатории студент обязан изучать соответствующие разделы курса по учебникам и руководствам по лабораторным исследованиям грунтов. Необходимо изучить пояснения и методичку проведения лабораторной работы по настоящему руководству, сделать для себя необходимые записи в рабочую тетрадь, подготовить необходимые таблицы и координатные сетки для вычерчивания графиков. Результаты каждой лабораторной работы вносятся вручную в тетрадь и подписываются преподавателем или студентом. При оформлении лабораторной работы приводится краткое описание методики ее выполнения, таблицы экспериментальных данных, результаты обработки и вычислений. Студенты могут сдавать лабораторные работы по мере их готовности в отведенные часы консультаций преподавателя, ведущего занятия. При сдаче лабораторных работ студент должен показать знания существа определяемых физико-механических характеристик грунтов, особенности их определения с помощью лабораторного оборудования и применение их для практических расчетов. Рабочая тетрадь остается у студентов и служит в дальнейшем для подготовки и сдаче зачетов и экзаменов. Отбор, упаковка и транспортирование образцов пород для лабораторных исследований. Достоверность результатов лабораторного изучения физико-механических свойств грунтов зависит от правильности отбора образцов, сохранения их в процессе транспортирования и хранения. Все операции по отбору, консервации, транспортированию и хранению образцов грунтов для лабораторных исследований должны выполняться согласно ГОСТ 12071- 84. Образец грунта с сохранением структуры естественного сложения называются монолитами. При отборе и последующей работе должна обязательно сохраняться ориентация (низ- верх) монолита в условиях природного залегания. Отбор монолитов грунта может производиться из горных выработок с помощью ножа, лопаты и пр., а также из буровых скважин с помощью специальных устройств-грунтоносов. Отбор монолитов из горных выработок осуществляется вручную, что при соответствующих навыках и тщательности исполнения способствует наименьшему нарушению природной структуры грунта. Отбор монолитов из скважин в зависимости от правильности выбора оборудования и способа производства работ приводит к нарушению природной структуры грунта в большей или меньшей степени. Однако в отличие от горных выработок устройство буровых скважин является менее трудоемким, дорогостоящим, а часто и технически наиболее целесообразным решением. Отбор монолитов из скважин широко применяется на практике, а имеющиеся конструкции грунтоносов позволяют обеспечить минимальное приемлемое для решения практических задач, нарушение структуры грунта. К упаковке образцов грунта для транспортирования и хранения необходимо подходить особенно тщательно. Образцы породы, отобранные, для лабораторных испытаний без сохранения природной структуры и природной влажности укладывают в тару обеспечивающую сохранность мелких частиц грунта (обычно мешок из плотной материи или синтетической пленки). Образцы грунта, отобранные, с нарушением природной структуры при требовании сохранения естественной влажности должны помещаться в корозионностойкие банки с герметически закупоривающими крышками. Монолиты грунта, отобранные из горных выработок или буровых скважин, необходимо немедленно изолировать от наружного воздуха путем помещения его в герметическую жесткую тару, либо путем парафинирования. Парафинирование производится путем обмотки монолита слоем марли, предварительно пропитанной расплавленным парафином, смешанным с гудроном и последующей обливки парафином. Процесс повторяют два раза. До парафинирования и после парафинирования на верхнюю поверхность монолита приклеивается этикетка с необходимыми данными о нем, записанными с помощью карандаша для исключения размазывания записей. Образцы грунта, предназначенные для транспортировки в лаборатории расположенные на значительном расстоянии от места отбора проб, необходимо упаковывать в ящик. Укладка монолитов в ящик должна быть плотной, с заполнением свободного пространства древесными опилками. Между монолитами и стенками ящика слой опилок должен составлять 3- 4 см, а между монолитами 2-3 см. При транспортировании монолиты не должны подвергаться резким динамическим и температурным воздействиям. Срок хранения упакованных образцов нарушенного сложения, для которых требуется сохранение естественной влажности, не должно превышать двух суток, считая с момента их отбора до лабораторных испытаний. Срок хранения упакованных монолитов в специальных помещениях и камерах не должен превышать для маловлажных песчаных и глинистых твердой и полутвердой консистенции – трех месяцев; других видов грунтов – полутора месяцев. Срок хранения упакованных монолитов вне специальных помещений не должен превышать 15 суток. Монолиты имеющие повреждения гидроизоляционного слоя и дефекты упаковки или с неправильным хранением, следует принимать к испытаниям только как образцы грунта нарушенного сложения. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № I Определение гранулированного состава песчаных грунтов на ситах. Гранулометрический (механический) состав грунтов. Рыхлые горные породы (грунты) состоят из отдельных минеральных частиц и их агрегатов различных по размеру, форме и вещественному составу. От размеров, формы и состояния поверхности отдельных зерен в значительной мере зависят механические свойства грунтов. В инженерном грунтоведении приняты следующие наименования зерен грунта крупности. № п.п.Наименование зерен грунтовРазмер зерен, мм1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.Валуны, глыбы Галька, щебень Гравий, дресва Песчаные зерна Пылеватые частицы Глинистые частицы Коллоидные частицы200 10 до 200 2 до 10 0,05 до 2 0,005 до 0,05 0,00025 до 0,005 0,00025 Каждое из наименований частиц и зерен, указанных в таблице, имеет свои особенности и следовательно оказывает различное влияние на физические и механические свойства грунта. Степень этого влияния зависит от количественного содержания в грунте тез или иных частиц. Очень важно отметить главные свойства названных зерновых составляющих грунта. Валуны, глыбы, галька, щебень, гравий, дресва имеют минеральный состав материнской породы; их содержание в грунте понижает связность, увеличивает внутреннее трение, повышает водопроницаемость и водостойкость в отношении размываемости, суффозии. Песчаные зерна состоят главным образом из какого- либо одного минерала, чаще всего кварца. Наличие в грунте песчаных зерен уменьшает связанность, сжимаемость и упругость грунта, повышает его размокаемость и размываемость, в зависимости от крупности и количественного содержания в грунте увеличивается внутреннее трение и , следовательно, прочность грунта. Глинистые частицы, или зерна, представляют собой по минеральному составу в основном частицы вторичных минералов, образованных химическими процессами при выветривании горных пород. Вторичные минералы и, следовательно, глинистые частицы сильно различаются по взаимодействию с водой и водными растворами. Глинистые зерна имеют кристаллическое строение, весьма малые размеры и пластинчатую, чешуйчатую или игольчатую форму. Такие разновидности формы создают высокую удельную поверхность (общую поверхность частиц, содержащихся в 1 см3 грунта). Поверхностная активность глинистых частиц при взаимодействии с молекулами воды (диполями) настолько велика, что плотность воды связанной вокруг глинистых частиц не удается удалить путем создания внешних давлений. Содержание в грунте глинистых частиц придает ему связность, сообщает грунту свойство пластичности, снижает водопроницаемость, снижает сжимаемость, упругость. Пылеватые частицы занимают промежуточное значение между песчаными и глинистыми. По минеральной природе крупные зерна сходны с песчаными, а мелкие с глинистыми. В соответствии с многообразием в минеральной природе пылеватые частицы по-разному влияют на свойства грунтов. Чаще всего их присутствие в грунте способствует связности, ускоряет размягчаемость и размокаемость, повышает вымываемость и способствует возникновению подвижности в грунте при увеличении влажности и наличии внешних, особенно динамических воздействий. Коллоидные частицы увеличивают удельную поверхность грунта. Они при взаимодействии с водой образуют коллоидные пленки вокруг пылеватых и глинистых зерен. Эти пленки поглощают и удерживают воду, препятствуют движению воды в порах грунта, повышают сцепление и пластичность грунтов. Большинство видов грунта состоит из зерен и частиц различных размеров и следовательно их свойства определяются гранулометрическим составом, под которым понимается относительное содержание в грунте (по весу) частиц различной крупности. Для определения гранулометрического состава выполняется гранулометрический анализ, который заключается в расчленении грунта на группы с близкими по размерам частицами. Группа частиц с близкими размерами называется фракцией. Размер частиц обычно определяют по диаметру и выражают в миллиметрах. Плотность компановки структуры грунтов зависит от размеров частиц, с уменьшением размеров зерен от валунов до песчаных частиц уменьшаются в размеры пор между частицами и, следовательно, уменьшается объем пор и в значительной степени уменьшается водопроницаемость таких грунтов. Однако, дальнейшее уменьшение частиц до глинистых не способствует увеличению плотности структуры. Из- за наличия оболочек прочносвязанной воды вокруг глинистых частиц их контакт между собой осуществляется только через эти оболочки. В результате наблюдается, что глинистые грунты, состоящие из очень мелких частичек, имеют большую пористость чем песчаные грунты, размер частичек которых на несколько порядков выше. При этом, несмотря на более высокую пористость, глинистые грунты являются практически не проницаемыми для воды. Рассмотренный пример показывает, что зерновой анализ заключающийся в механическом разделении грунта на фракции не определяет свойств грунта в механическом соотношении свойств отдельных фракций. Определение гранулометрического состава необходимо для решения ряда практических вопросов:
От видов песчаных грунтов по крупности частиц в значительной степени зависит величина расчетных давлений на грунт. В настоящее время разработано много способов гранулометрического анализа грунтов. Эти способы можно объединить в следующие группы. 1. Глазомерный или визуальный анализ, заключающийся в сравнении на глаз изучаемого грунта с эталонами, механический состав который известен. 2. Полевые методы заключающиеся в оценке гранулометрического состава грунта по числу набухания и механическому числу, определяемый в специальной воронке и трубе. 3. Ситовой способ – рассеивание грунта на ситах. 4. Гидравлические способы, основанные на различии в скорости падения в воде частиц разной крупности. 5. Непрерывные способы анализа (пипеточный анализ, непосредственное взвешивание осадков последовательно выпадающих из суспензий, ареометрический способ и др.). 6. Центрифугирование, основанное на разной скорости осаждения частиц грунта разной крупности центробежной силой. В Советском Союзе наибольшее распространение в инженерно- геологической практике получили ситовой анализ, методы двойного отмучивания, пипеточный метод, ареометрический анализ и полевой метод. Для строительной классификации грунтов чаще всего применяют ситовой и комбинированный метод для песчаных и крупнообломочных грунтов. Классификация глинистых грунтов, обладающих связностью, производится в зависимости от степени (числа) пластичности. Однако это не исключает необходимости во многих случаях производить точный анализ грансостава глинистых грунтов, и глинистых песков. Определение гранулометрического состава песчаных грунтов на ситах Описание прибора. Гранулометрический анализ на ситах является основным методом для определения механического состава песчаных грунтов и производится при помощи комплекта сит (Рис. 1.). Стандартный комплект сит состоит из шести сит (1) поддона (2) и крышки (3). Три сита выполняются из медной или латунной сетки простого плетения с отверстиями квадратной формы размером 0,5; 0,25 и 0,10 мм. Ситовой анализ может носить самостоятельный характер, когда при анализе ограничивается выделением фракции больше 0,1 мм. При необходимости выделения в грунте пылеватых и глинистых фракций ситовой анализ является составной частью комбинированного анализа. Необходимые приборы и оборудование. - Набор стандартных сит; - Технические весы с разновесами; - Фарфоровые чашечки; - Линейка; - Шпатель; - Фарфоровая ступка с резиновым пестиком; - Лист бумаги. Ход работы:
Студентами в учебных целях для облегчения выполнения задания допускается пренебрегать расхождением результатов до 1%.
Крупнее 10 мм; от 10 до 2 мм; от 2 до 1 мм; от 1до 0,5 мм; от 0,5 до 0,25; от 0,25 до 0,1мм и мельче 0,1 мм. Разница между суммарным весом фракций и первоначальной навеской меньше допустимой величины учитывается в весе фракций < 0,1 мм.
Таблица 1 Журнал ситового анализа Гранулометрического состава песков Масса пробы: Описание образца: (визуально) Результаты взвешиванияФракции грунта, мм> 1010ч22ч11ч0,50,5ч0,150,25ч0,1<0,1Масса тары (фарфоровая чашка или лист бумаги), гМасса тары с грунтом, гМасса фракции, гСодержание фракции, % По результатам зернового анализа производят классификацию песчаного грунта и определяют вид по крупности зерен согласно таблицы 2. Для установления наименования песчаного грунта по крупности по табл. 1 последовательно суммируются процентное содержание частиц исследуемого грунта: сначала крупнее 2 мм, затем крупнее 0,5 мм, далее крупнее 0,25 мм, далее крупнее 0,1 мм. Наименование грунта по крупности принимается по первому удовлетворяющему показателю в порядке расположения наименования в таблице 2. Таблица 2 Вид Песчаных грунтовРаспределение частиц по крупности, % от веса воздушно – сухого грунта.Песок гравинистыйВес частиц крупнее 2 мм составляет более 25%Песок крупныйВес частиц крупнее 0,5 мм составляет более 50%Песок средней крупностиВес частиц крупнее 0,25 мм составляет более 50%Песок мелкийВес частиц крупнее 0,1 составляет 75% и болееПесок пылеватыйВес частиц крупнее 0,1 составляет менее 75% Обработка результатов гранулометрического анализа грунтов. Обработка результатов анализа производится по способу суммарной кривой заключающемся в построении кривой, каждая точка которой соответствует сумме фракций меньше определенного диаметра, в полулогарифмическом масштабе. Для построения кривой в полулогарифмическом масштабе (Рис. 3) по оси абсцисс откладывают не диаметры частиц, а их логарифмы или величины пропорциональные логарифмам. В начале координат ставят число 0,01, а затем, принимая lg 10 равным произвольному отрезку, откладывают этот отрезок в правую сторону три раза, делая отметки и, ставя против них числа, соответственно, 0,1; 1,0; 10,0. Расстояние между метками делят на девять частей пропорционально логарифмам чисел 2,3,4,5,6,7,8,9. В первом от начала координат интервале выделенные отрезки будут соответствовать 0,2 до 0,9 мм, в третьем от 1 до 10 мм. грунт- песок однородный Отдельные фракцииСовокупность фракцийДиаметр частиц, ммСодержание, %Диаметр частиц, ммСодержание, %<0,108,5<0,108,50,10-0,2548,5<0,2557,00,25-0,5032,4<0,5089,40,50-1,008,2<1,0097,61,00-2,002,4<2,00100,0>2,00-<10,0- Рис. 3 Пример построения суммарной кривой гранулометрического состава грунта. Например, если принять lg 10 соответствующим на графике отрезку длиной 5 см, то lg 2= 0,301 будет соответствовать 0,301х5 ≈ 1,5 см lg 3= 0,477 будет соответствовать 0,477х5 ≈ 2,4 см lg 4= 0,602 будет соответствовать 0,602х5 ≈ 3,0 см lg 5= 0,699 будет соответствовать 0,699х5 ≈ 3,5 см lg 6= 0,778 будет соответствовать 0,778х5 ≈ 3,9 см lg 7= 0,845 будет соответствовать 0,845х5 ≈ 4,2 см lg 8= 0,903 будет соответствовать 0,903х5 ≈ 4,5 см lg 9= 0,954 будет соответствовать 0,954х5 ≈ 4,8 см Указанные отрезки откладывают по оси абсцисс от каждой метки, ограничивающей отрезок длиной 5 см. По оси откладывают суммарное содержание фракций в %. Для этого последовательно суммируют содержание фракций, начиная с наиболее мелкой, и по этим числам строят кривую. Каждое из полученных чисел указывает на суммарное содержание фракций меньше определенного диаметра. Данные для построения кривой заносят в таблицу 3. Таблица 3 Отдельные фракции Совокупность фракцийДиаметр частиц, ммСодержание, %Диаметр частиц, ммСодержание, %<0,1 0,1ч0,25 0,25ч0,5 0,5ч1 1ч2 2ч10 >10<0,1 <0,25 <0,5 < 1 < 2 < 10 < 200 По суммарной кривой определяют действующий диаметр d10 и «диаметр шестидесяти» d60. Под действующим и эффективным диаметром частиц (d10) понимается размер частиц, соответствующий ординате 10% на кривой гранулометрического состава. Эта величина находится следующим образом (см. рис. 3): 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 определит действующий диаметр. Под «диаметром шести» понимается размер частиц (d60); соответствующий ординате 60% на построенной суммарной кривой грансостава. Графически он определяется аналогично действующему диаметру. Отношение называется коэффициентом неоднородности. Чем меньше коэффициент неоднородности, тем более разнородным по своему составу является грунт и тем большим разбросом прочностных и деформационных характеристик грунта можно ожидать по глубине и простиранию слоя в основании зданий. Песчаные грунты считают неоднородными при к >3. В названии песчаного грунта обязательно указывается его неоднородность. По результатам приведенного анализа определить наименование песчаного грунта. Для примера приведенного на рис. 3 наименование песчаного грунта определится: песок светло- серый, мелкий (частиц крупнее 0,1 мм- 81,5%, что >75%), однородный (к=2,66 <3). По виду песчаного грунта при средней плотности его сложения определить величину условного расчетного давления Rо по таблице 4 при маловлажном состоянии. Таблица 4 Вид песчаных грунтовУсловные расчетные давления на песчаные грунты в маловлажном состоянии, Rо, кг/см2Пески крупные Пески средней крупности Пески мелкме Пески пылеватые5(0,5 МПа) 4(0,4МПа) 3(0,3МПа) 2,5(0,25МПа) Из табл.4 видно, что с изменением крупности песчаного грунта величина Rо уменьшается в несколько раз. Для рассмотренного примера расчетное давление на пески мелкие: Маловлажные Rо=3 кг/см2 Насыщенные водой Rо=2 кг/см2 Вопросы для самопроверки.
|
Похожие:
 | ... |  | ПМ02. Применение микропроцессорных систем, установка и настройка периферийного оборудования |
| Методические указания предназначены для студентов экономического факультета, изучающих курсы «Документирование управленческой деятельности»... | | Пособие к выполнению лабораторных работ по дисциплине "Информатика", часть IV. М.: Мгту га, 2001. 44 с |
| Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине информатика для студентов I курса специальности 080507 IV курса... | | М91 Моделирование: Пособие по выполнению лабораторных работ. – М.: Мгту га, 2007. – 52 с |
| Учебно-методическое пособие предназначенодля студентов 3 курса, обучающихся по профессии 23. 01. 03 Автомеханик. Пособие содержит... | | Объекты использования атомной энергии. Основания и фундаменты. Устройство «стены в грунте». Правила, контроль выполнения и требования... |
| Методы определения показателей физико-механических свойств (качества) тампонажного раствора и камня | | Руководство по выполнению и защите выпускных квалификационных работ по специальности 080105. 65 Финансы и кредит – Краснодар: Изд-во... |