Навігація
Головна
 
Головна arrow Географія arrow Грунтознавство
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

ЩІЛЬНІСТЬ ГРУНТІВ

Щільність - фізична властивість грунтів, кількісно оцінюється величиною відносини їх маси до займаному обсягу. Фізичні властивості, що характеризують взаємозв'язок між масою і обсягами гірських порід або мінералів, називаються плотностнимі. Щільність використовується як прямий розрахунковий показник при обчисленні побутового тиску, тиску на підпірну стінку, при розрахунку стійкості зсувних схилів і укосів, опади споруд, розподілу напружень в грунтах підстави під фундаментами, при визначенні обсягу земляних робіт і ін.

При інженерно-геологічних дослідженнях використовують такі характеристики: щільність твердих частинок грунту, щільність грунту, щільність сухого ґрунту, щільність ґрунту під водою, щільність скелета висушеного ґрунту та ін. Найбільш вживаними є перші гри показника.

Щільність грунту р , г / см 3 , кг / м 3 , або щільність вологого грунту - це маса одиниці об'єму ґрунту з природною вологістю і непорушений складанням:

Для визначення щільності грунтів застосовують прямі і непрямі методи. До прямих відносяться методи, засновані на безпосередньому вимірі маси і об'єму грунту, як правило, невеликих його зразків. Методи визначення щільності в лабораторних умовах, згідно з чинними нормативними документами [41], наведені в табл. 4.5. Їх недоліком є малий обсяг грунту в вимірюваних пробах (отримання "точкових" значень) і необхідність їх вилучення з масиву. Непрямі методи засновані на визначенні щільності ґрунту без безпосередніх вимірювань маси та об'єму грунтів. До них в першу чергу слід віднести пенетраціонние і ядерні (гамма-променеві) методи, що дозволяють визначити щільність грунтів безпосередньо в масиві. Вони досить продуктивні, мають достатню для практичних цілей точність і можуть застосовуватися при одноразових та багаторазових визначеннях, що важливо при стаціонарних спостереженнях.

Таблиця 4.5

Методи визначення характеристик щільності грунтів [41]

характеристика

фута

метод визначення

Грунти (область застосовності методу)

густина

грунту

ріжучим кільцем

Легко піддаються вирізці або не зберігається свою форму без кільця, сипкомерзлих і з масивної кріогенної текстурою

Зважування в волі парафінованих зразків

Пилувато-глинисті немерзлі, схильні до крошенію або важко піддаються вирізці

Зважування в нейтральній рідини

мерзлі

об'ємні методи

Мерзлі, скельні і великоуламкові грунти

Гамма-променеві методи

всі грунти

Щільність сухого ґрунту

розрахунковий

всі грунти

Щільність частинок грунту

Пікнометричним з водою

Всі грунти, крім засолених і набухаючих

Те ж. з нейтральною рідиною

Засолені і набухають

Метод двох піктометром

засолені

Максимальна

густина

Пошарове трамбування грунту

Піски, глинисті грунти, великоуламкові (тільки гравійні) грунти

Визначення щільності методом ріжучого кільця [44]. При застосуванні методу ріжучі кільця вибирають ріжуче кільце-пробовідбірник, яке змащують е внутрішньої сторони тонким шаром вазеліну або мастила. Верхню спустошену площину зразка грунту вирівнюють, зрізуючи надлишки ножем, встановлюють на ній ріжучий край кільця і гвинтовим пресом або вручну через насадку злегка вдавлюють кільце в грунт, фіксуючи кордон зразка для випробувань. Потім грунт зовні кільця обрізають на глибину 5 ... 10 мм нижче ріжучого краю кільця, формуючи стовпчик діаметром на 1 ... 2 мм більше зовнішнього діаметра кільця. Періодично, але міру зрізання грунту, легким натиском преса або насадки насаджують кільце на стовпчик грунту, не допускаючи перекосів. Після заповнення кільця грунт підрізають на 8 ... 10 мм нижче ріжучого краю кільця і відокремлюють його. Грунт, який виступає за краї кільця, зрізають ножем, зачищають поверхню ґрунту врівень з краями кільця і закривають торці пластинками. Кільце з грунтом і пластинками зважують і розраховують щільність з точністю 0,01 г / см 3 .

Метод визначення щільності ґрунту зважуванням у воді парафінованих зразків [44] використовується для визначення обсягу невеликих монолітів в лабораторних умовах. Зразок грунту вирізається обсягом не менше 50 см 3 , йому надається округла форма, після чого його обв'язують тонкої міцною ниткою з вільним кінцем довжиною 15 ... 20 см, що має петлю для підвішування до сережці ваг.

Обв'язаний ниткою зразок ґрунту зважують і покривають парафінової оболонкою, занурюючи його на 2 ... 3 секунди в нагрітий до температури 57 ... 60 ° С парафін. При цьому бульбашки повітря, виявлені в застиглій парафінової оболонці, видаляють, проколюючи їх і загладжуючи місця проколів нагрітою голкою. Цю операцію повторюють до утворення щільної парафінової оболонки.

Щоб уникнути розтріскування парафінової оболонки, парафін повинен накладатися як тільки він розплавиться. Парафінування зразка повинно проводитися дуже обережно. Поглиблення в поверхні, включаючи западини від випали каменів, повинні покриватися розплавленим парафіном за допомогою кисті.

Коли зразок поміщений в воду, необхідно уважно стежити, щоб бульбашки під ними не затримувалися. Охолоджений запарафінірованний зразок зважують перед зануренням у воду, а потім в посудині з водою. Для цього над чашею ваг встановлюють підставку для посудини з водою так, щоб виключити її дотик до чаші ваг (або знімають підвіс, врівноважити терези додатковим вантажем). До коромисла підвішують зразок і опускають в посудину з водою. Обсяг судини і довжина нитки повинні забезпечити повне занурення зразка в воду. При цьому зразок не повинен стосуватися дна і стінок посудини. Коли зразок поміщений в воду, потрібно уважно стежити, щоб повітряні бульбашки не затримувалися під зразком.

Допускається застосовувати метод зворотного зважування : на чашу циферблатних ваг встановлюють посудину з водою і зважують його. Потім в рідину занурюють зразок, підвішений до штатива, і знову зважують посудину з водою і зануреним в неї зразком. Ваги повинні підтримуватися підставкою або платформою над контейнером так, щоб була достатня вільний відстань між підставкою і верхом контейнера (рис. 4.8). Для визначення щільності можуть також застосовуватися денситометри. Контейнер повинен бути заповнений водою майже до верху, а випробовуваний зразок повністю занурюватися в воду, щоб підвіска перебувала у воді, не торкаючись ні дна, ні стінок контейнера.

Метод визначення щільності зважуванням у воді [180]

Мал. 4.8. Метод визначення щільності зважуванням у воді [180]

Зважений зразок виймають з води, промокають фільтрувальної папером і зважують для перевірки герметичності оболонки. Якщо маса зразка збільшилася більш ніж на 0,02 г в порівнянні з початковою, зразок слід забракувати і повторити випробування з іншим зразком.

Щільність грунту р , г / см 3 , обчислюють за формулою

де m - маса зразка грунту до парафінування, г; m - маса парафінованого зразка грунту, г; m2 - результат зважування зразка у воді (різниця мас парафінованого зразка і витісненої ним води), г; р р - щільність парафіну, що дорiвнює 0,900 г / см, p w - щільність води при температурі випробувань, г / см 3 .

При застосуванні методу зворотного зважування плотнос ть грунту обчислюють за формулою

де m - маса зразка грунту до парафінування, г, р р - щільність парафіну, що дорiвнює 0,900 г / см 3 ; p w - щільність води при температурі випробувань, г / см 3 , ту - маса посудини з водою, г; пі - маса посудини з водою і зануреним в неї парафінованих зразком, м

Для щільних скельних і напівскельних ґрунтів, пористість яких складає долі відсотка або 1 ... 2%, об'ємна вага можна визначати без парафінування [76].

Метод витіснення рідини . Металевий контейнер повинен бути встановлений на підставі і наповнений водою до рівня, вище, ніж рівень, підтримуваний сифоном. Приймач для витісненої води встановлюється нижче вихідного кінця сифона.

Зразок грунту і приймач повинні бути зважені з точністю до 0,1 г. Всі поверхневі порожнечі повинні бути заповнені нерозчинним в рідини матеріалом. Западини від випали каменів не повинні заповнюватися. Якщо необхідно, зразок може бути повністю покритий повторних зануренням в розплавлений парафін. Запарафінірованний зразок потрібно остудити і зважити з точністю до 0,1 г.

Метод визначення щільності витісненням рідини (130]

Мал. 4. 9. Метод визначення щільності витісненням рідини (130]

Зразок грунту повинен бути повністю занурений в контейнер, кран на сифоні повинен бути відкритий, щоб дозволити стекти витісненої рідини в приймач, потім приймач з рідиною мав би гь зважений з точнос ма до 0,1 м

Представницьку частину зразка, вільну від парафіну, пластиліну або шпаклівки відбирають для визначення вологості.

Метод зважування зразка в нейтральній рідини [44] застосовується для визначення щільності мерзлих тонкодисперсних грунтів з тонкослоістую і мелкосетчатой кріогенними текстурами при товщині мінеральних прошарків не більше 0,5 см. Зразок зважують у посудині ємністю 1000 см 3 , на дві третини заповненому нейтральної рідиною. В процесі роботи вимірюється температура рідини і її щільність, з коромисла технічних терезів знімають ліву дужку з чашкою і врівноважують ваги мішечком з дробом, підвішеним на гачок лівої дужки. Пробу мерзлого грунту об'ємом не менше нiж 50 см 3 перев'язують капроновою ниткою, підвішують до лівої сережці ваг і зважують. На підставку ваг з лівого боку поміщають посудину з нейтральною рідиною, пробу мерзлого грунту пргружают в рідину на глибину не менше 5 ... 7 см і знову зважують. Проба мерзлого грунту при зважуванні нс повинна стикатися з дном і стінками судини. Після зважування мерзлого моноліту в повітрі і потім в нейтральній рідини визначають загальну щільність мерзлого грунту. Точність вимірювання щільності становить 0,02 г / см 3 .

Нейтральна рідина, яка використовується дня визначення обсягу грунту, повинна мати температуру замерзання нижче температури замерзання цього грунту, не реагувати з грунтом і нс розчиняти лід. Зазвичай в якості нейтральної рідини застосовуються гас, гліцерин, толуол і нафта. Щільність цих рідин встановлюється ареометром.

Метод обміру зразків правильної геометричної форми [86] (об'ємний метод) застосовується для визначення щільності скельних і мерзлих грунтів. При відборі моноліту йому надають певну форму, що дозволяє встановити обсяг грунту в непорушеному складення. Відібрана проба ґрунту зважується і встановлюється загальна щільність грунту , а після його висушування до постійної ваги - щільність скелета грунту. Зазвичай при визначенні щільності ґрунту моноліту надають форму куба або паралелепіпеда. Для визначення наближеного значення р по моноліту (обсягом не менше 50 см 3 ), добутих з бурових свердловин, вимірюється їх діаметр, висота (з точністю до 0,01 см) і маса.

Визначення щільності ґрунтів методом заміщення об'єму

Мал. 4.10. Визначення щільності ґрунтів методом заміщення об'єму: а - за допомогою поліетилену, застелене в лунці: б-е допомогою пескозагрузочного апарату: в - апаратом з гумовим балоном

Метод лунки (об'ємний метод) [38] застосовують для визначення загальної щільності мерзлих дисперсних порід з масивної і Шліровая кріогенними текстурами і для великоуламкових порід (рис. 4.10). Метод використовується при роботі в відкритих гірничих виробках. Дно вироблення вирівнюють і зачищають. У дні шурфу роблять поглиблення - лунку розміром не менше 30 х 30 х 30 см. Вибраний із лунки грунт зважують на чашкових вагах з точністю до 1,0 г. Після відбору грунту дно лунки вистилається синтетичною плівкою (рис. 4.10, а), потім лунку заповнюють водою або засипають сухим піском з розміром зерен від 0,5 до 3,0 мм. Мірний пісок повинен бути однорідним і чистим. Вимірюють обсяг піску або обсяг води, необхідний для заповнення лунки, і таким чином встановлюють обсяг видобутого з лунки грунту. Визначивши масу грунту і його обсяг, обчислюють загальну щільність грунту.

Радіоізотопні методи застосовуються, в основному, для вимірювання щільності грунтів в умовах природного залягання. Існує два методи вимірювання щільності з використанням гамма-випромінювання: гаммаскопіческій метод і метод розсіяного гамма-випромінювання. Як джерела гамма-випромінювання використовуються головним чином ізогони цезій-137 і Кобаль-60.

Гаммаскопіческій метод заснований на ослабленні інтенсивності пучка гамма-квантів в залежності від щільності речовини, через яке проходить пучок. На практиці використовуються три варіанти гаммаскопіческого методу: а - джерело і детектор гамма-випромінення розміщуються в паралельних свердловинах в грунті; б - детектор випромінювання знаходиться на поверхні, а джерело - в грунті; в - джерело і детектор випромінювання знаходяться по обидві сторони від досліджуваного об'єкта (зразка, моноліту і т. п.) [86]. Гаммаскопіческій метод можна застосовувати для вимірювання щільності грунтів до глибини 1,5 ... 2,0 м.

Метод розсіяного гамма-випромінювання [86] використовується для вимірювань щільності грунтів в свердловинах. Якщо в свердловину помістити джерело гамма-квантів і на деякому відстані від нього детектор, то частина гамма-квантів, що потрапляють зі свердловини в грунт за рахунок розсіювання на електронах атомів грунту, буде повертатися в свердловину і реєструватися детектором. Для вимірювання щільності радіоізотопними методами вітчизняною промисловістю випускалися радіоізотопний влагоплотномер УР-70 і поверхнево-глибинний плотномер ППГР-1, призначені язя свердловинних вимірювань до глибини 30 м. Для вимірювання щільності верхнього шару грунту до глибини 0,3 м використовується плотномер типу ІОМР-2. Точність вимірювання щільності коливається в межах ± (0,02 ... 0,04) г / см 3 в залежності від типу приладу. Час вимірювання в одній точці не перевищує 3 хвилин.

В цілому, величина щільності дисперсних грунтів коливається від 1,30 до 2,20 г / см 3 . Грунти, що характеризуються наявністю жорстких кристалізаційних зв'язків між частинками, мають велику щільність, величина якої при малій пористості наближається до значень у твердих частинок. Так, щільність магматичних порід змінюється в межах 2,50 ... 3,40 г / см 3 (зростає від кислих порід до основних і ультраосновних); аргиллитов і алевролітів - 2,20-2,55; вапняків - 2,40-2,65; мергелів - 2,10 ... 2,60; пісковиків - 2,10-2,40 г / см 3 . Щільність обводнених торфів через малої щільності скелета змінюється від 1,02 до 1,10 г / см 3 .

Величина щільності ґрунту залежить від мінерального складу, вологості і характеру складання (пористості): зі збільшенням вмісту важких мінералів щільність грунту збільшується, а при збільшенні вмісту органічних речовин - зменшується; зі збільшенням вологості щільність грунту зростає: максимальної при даній пористості вона буде в разі повного заповнення пор водою; зі збільшенням пористості щільність грунту зменшується.

Щільність значної частини осадових порід в більшій мірі залежить від їх пористості і вологості і в набагато меншому ступені - від мінерального складу, що пояснюється широкими межами зміни пористості (вологості і газонасиченості) цих порід, різким відмінністю щільності твердої, рідкої і газоподібної складових і порівняно постійної щільністю найбільш поширених породоутворюючих мінералів. Величина ж щільності ґрунту магматичних, метаморфічних і в значній частині хемогенних порід в основному визначається їх мінеральним складом, гак як пористість цих порід зазвичай незначна [50].

Щільністю твердих частинок грунту p s , г / см 3 або кг / м 3 , називають масу твердої компоненти (представленої мінеральної або органічної складової) в одиниці об'єму грунту, представленого тільки твердою компонентою:

Величина щільності твердих частинок грунту визначається мінеральним складом, присутністю органічних і органо-мінеральних речовин і являє собою середньозважену щільність цих компонент грунту при відсутності порожнеч і волога.

Визначення густини твердих частинок грунту пикнометрическим методом [44]. Зразок грунту в повітряно-сухому стані подрібнюють у фарфоровій ступці, відбирають методом квартування середню пробу масою 100 ... 200 г і просівають крізь сито з сіткою № 2, залишок на ситі розтирають у ступці і просівають крізь той же сито. З перемішаної середньої проби беруть наважку грунту з розрахунок 15 г на кожні 100 мл ємності пікнометра і висушують до постійної маси. Наважку заторфованнимі грунту або торфу слід відбирати з середньої проби з розрахунку 5 г сухого ґрунту на кожні 100 мл ємності пікнометра, яка в цьому випадку повинна бути не менше 200 мл. Допускається використовувати грунт в повітряно-сухому стані, визначивши його гигроскопическую вологість.

Пікнометр, наповнений на 1/3 дистильованою водою, зважують. Потім через лійку в нього всипають висушену пробу грунту, знову зважують, збовтують і ставлять кип'ятити на піщану баню. Тривалість спокійного кип'ятіння (з моменту початку кипіння) повинна становити: для пісків і супісків - 0,5 ч, для суглинків і глин - 1 ч. Після кип'ятіння пікнометр слід охолодити до кімнатної температури і долити дистильованої водою до мірної ризики на шийці, щоб низ меніска збігався з нею. Пікнометр витирають зовні і зважують. Далі виливають вміст пікнометра, наливають в нього дистильовану воду, витримують у ванні з водою при тій же температурі і зважують.

Щільність частинок грунту /> "г / см обчислюють за формулою

де mo - маса сухого ґрунту, г; m1 - маса пікнометра з водою і грунтом після кип'ятіння при температурі випробування, г; m2 - маса пікнометра з водою при тій же температурі, г; р н , - щільність води при тій же температурі, г / см 3 .

У разі використання грунту в повітряно-сухому стані w 0 обчислюють за формулою

де m - маса проби повітряно-сухого ґрунту, г; р - гігроскопічна вологість ґрунту,%.

При визначенні p, грунту слід враховувати: можливість розчинення простих солей в процесі визначення, в результаті чого виходять занижені значення p s щоб уникнути цього при визначенні питомої ваги засолених грунтів вода замінюється нейтральними рідинами (гас, бензин, толуол і ін.); можливість сильного стиснення шару води навколо колоїдальних частинок глин, що викликається молекулярними силами тяжіння, в результаті чого виходять завищені значення; для запобігання цьому слід застосовувати рідини з невеликим поверхневий натяг (толуол, ксилол та ін.); можливість неповного видалення адсорбованого на поверхні частинок повітря, в результаті чого виходять занижені значення.

Відповідно до щільністю найбільш поширених породоутворюючих мінералів щільність твердих частинок більшості грунтів змінюємося від 2,50 до 2,80 г / см 3 . Вона збільшується з підвищенням вмісту в грунтах важких мінералів, тому в основних і ультраосновних порід щільність істотно вище (3,00 ... 3.74 г / см 3 ), ніж у кислих (наприклад, у гранітів 2,63 ... 2,75 г / см 3 , частіше 2,65 ... 2,67 г / см 3 ). У табл. 4.6 наведені орієнтовні значення щільності частинок дисперсних грунтів, що не містять водорозчинних солей і органічних речовин. Зазначені середні значення зазвичай приймаються за відсутності прямих визначень щільності твердих частинок для розрахунку серії показників властивостей ґрунтів, зокрема пористості і коефіцієнта пористості.

Таблиця 4.6

Значення щільності частинок дисперсних грунтів

Тип грунту

Середнє значення щільності частинок г / см 3

Піски

2,65

супіски

2,70

суглинки

2.71

глини

2,74

торф

1,50

Наявність органічних речовин різко знижує щільність твердих частинок грунту, оскільки їх щільність невелика в порівнянні з мінеральною компонентою. Саме тому щільність твердої компоненти торфів, заторфованних грунтів і грунтів істотно нижче в порівнянні з мінеральними грунтами [50].

У торфів p s змінюється від 1,20 до 1,89 г / см 3 , у нормальнозольних торфів - до 1,84 г / см ', у заторфованних грунтів - до 2.08 г / см 3 . Більш часто зустрічаються значення р 3 в інтервалі від 1,4 до 1,6 г / см ', в розрахунках приймається 1,5 г / см'. Мінімальні значення показника при близьких значеннях зольності відзначені у торфів деревної групи і торфів. містять деревні залишки, максимальні - у торфів моховий групи [70].

У зв'язку з трудомісткістю визначення щільність частинок торфу можна розрахувати за формулою [69]

З огляду на, що густина органічних частинок p s ор Г = 1,5 г / см 3 , щільність мінеральних часток в середньому р в * ш = 2,65 г / см 3 , то формула спрощується:

З ростом вмісту солей в дисперсних засолених грунтах щільність твердих частинок стає менше. Нормативні значення щільності частинок грунтів в залежності від характеру засолення наведені в табл. 4.7.

Таблиця 4.7

Нормативні точіння щільності частинок засолених грунтів [111]

зміст

Щільність частинок грунту p s , г / см3, при тіпезасоленія

солей .%

NaCl

Na-SO.1

Na 2 CO,

MgCI 2

MgS0 4

CaCl;

NaCl + MgSO4

0

2.67

3

2.66

2.67

2.65

2.65

2.67

2.67

2.67

5

2.66

2.67

2.64

2.64

2.65

2.65

2.65

7

2.64

2.64

2.62

2.62

2.64

2.63

2.64

10

2.64

2.61

2.59

2.59

2.62

2.61

2.62

Щільністю скелета грунту p d , г / см 3 або кг / м 3 , називають масу твердої компоненти в одиниці об'єму грунту, висушені при температурі 105 ° С, при природній (ненарушенной) структурі:

Величина щільності скелета грунту використовується для обчислення пористості, коефіцієнта пористості, а також для характеристики ступеня уплотненности глинистих ґрунтів в насипних спорудах.

Щільність скелета грунту визначається експериментально або чаші обчислюється за величинами щільності ґрунту (р) і вологості (и-) за формулою:

За щільністю скелета p d все грунти підрозділяють на різновиди (табл. 2.2) [34]

Ідеальні моделі укладання частинок пухких і щільних піщаних ґрунтів

Мал. 4.11. Ідеальні моделі укладання частинок пухких і щільних піщаних ґрунтів

Ступінь щільності ґрунту Id- При будівництві насипів, дамб обвалування, земляних гребель та інших насипних земляних споруд необхідно знати щільність грунтів при рихлому і щільному складання. Піщані грунти можуть істотно відрізнятися за ступенем щільності або характером складання. Наприклад, в залежності від характеру укладання куль однакового розміру пористість системи може змінюватися від 47,64% при найбільш пухкої кубічної укладанні до 25,95% при найбільш щільною тетраедричних укладанні (рис. 4.11). У реальних песчанопилеватих грунтах через відмінності розмірів їх часток пористість змінюється в більш широких межах - від 8 ... 10 до 80%.

Для піщаних грунтів, для яких не завжди можливо практично визначити щільність скелета при природній структурі, часто проводять її визначення на повітряно-сухих зразках з порушеним складанням при двох станах: гранично-пухкому і щільному.

Для кількісної оцінки щільності складання пісків використовується показник відносної щільності або ступінь щільності {Id), який визначається за формулою

де е - коефіцієнт пористості при природному або штучному складення; emах - коефіцієнт пористості в гранично щільному складання; e min - коефіцієнт пористості в гранично пухкому складання.

Для підрахунку I D необхідно мати дані результатів польових визначень величини е і для цього Грунту У лабораторних умовах визначити emах і e min. Для знаходження e min зазвичай використовують пухку відсипання ґрунту в мірний посуд, а для визначення emах - динамічні методи ущільнення грунту в мірній посудині.

Але ступеня щільності Id піски підрозділяють згідно табл. 2.3 [34]. При //> = 0 грунт знаходиться в самому пухкому стані, а при Id = 1 грунт має найщільніше складання.

Різні за зерновим складом грунти мають суттєво відмінні значення emах і e min, причому зі збільшенням крупності вони зменшуються. На граничні значення коефіцієнтів пористості нt менший вплив надає форма частинок. Зі збільшенням окатанности і сферичності вони зменшуються, тому використання в якості характеристики щільності складення величини відносної щільності Id, що враховує як зерновий склад, так і форму частинок, дає найбільш об'єктивний критерій щільності складення.

Для визначення характеристик ущільненого грунту застосовують метод визначення максимальної щільності, який полягає у встановленні залежності щільності скелета грунту від його вологості при трамбуванні зразків з постійною витратою роботи на їх ущільнення і у визначенні по цій залежності максимальної величини щільності скелета грунту (Рмах). Вологість, при якій досягнута максимальна щільність скелета грунту, є оптимальною вологістю Wопт

Метод лабораторного визначення максимальної щільності [28] (метод стандартного ущільнення) полягає у встановленні залежності щільності сухого ґрунту від його вологості при ущільненні зразків грунту з постійною роботою ущільнення і послідовним збільшенням вологості грунту.

До складу установки (рис. 4.12) для випробування грунту методом стандартного ущільнення повинні входити: пристрій для механізованого або ручного ущільнення грунту падаючим з постійної висоти вантажем; форма для зразка грунту. Конструкція пристрою для ущільнення грунту повинна забезпечувати падіння вантажу масою (2500 ± 25) г по направляючої штанзі з постійної висоти (300 ± 3) мм на ковадло діаметром (99,8 ± 0,2) мм. Відношення маси вантажу до маси направляючої штанги з ковадлом має бути не більше 1,5. При механізованому способі ущільнення до складу пристрою повинен входити механізм підйому вантажу на постійну висоту і лічильник числа ударів. Установка повинна розміщуватися на жорсткій горизонтальній плиті (бетонної або металевої) масою не менше 50 кг. Відхилення поверхні від горизонталі не повинно бути більше 2 мм / м.

Форма для зразка грунту повинна складатися з циліндричної частини, піддону, затискні кільця і насадки. Циліндрична частина форми повинна мати висоту (127,4 ± 0,2) мм і внутрішній діаметр (100,0 + 0,3) мм. Тимчасовий опір металу циліндричної частини форми повинно бути не менше 400 МПа. Циліндрична частина форми може бути цілісною або складається з двох рознімних секцій.

Для випробування грунту методом стандартного ущільнення використовують зразки грунту порушеного складу, відібрані з гірських виробок (шурфів, котлованів, свердловин і м і.), Оголень або складованих масивів.

Необхідна для підготовки проби грунту маса зразка грунту порушеного складу при природній вологості повинна бути не менше 10 кг при наявності в ґрунті часток більше 10 мм і не менше 6 кг - при відсутності частинок більше 10 мм. Представлений для випробування зразок грунту порушеного складу висушують при комнаткой температурі або в сушильній шафі до повітряно-сухого стану. Висушування в сушильній шафі незв'язних мінеральних грунтів допускається проводити при температурі не більше 100 ° С, зв'язкових - не більше 60 ° С. У процесі сушіння грунт періодично перемішують. Роздрібнюють агрегати грунту (без дроблення великих часток) в растірочном пристрої або в порцеляновій ступці.

Прилади для стандартного ущільнення ґрунтів

Мал. 4.12. Прилади для стандартного ущільнення ґрунтів: а - прилад ТОВ "НВО" Геотек "" (140]); б - прилад СоюздорНИИ (з двома склянками); в - схема приладу СоюздорНИИ f28f: I - піддон; 2 - роз'ємний циліндр ємністю 1000 см *:

3 кільце; 4 насадка; 5 ковадло: 6 вантаж масою 2.5 кг; 7 направляючий стрижень; 8 - обмежувальне кільце; 9 - затискні гвинти

Грунт зважують і просівають через сита з отворами діаметром 20 мм і 10 мм. При цьому вся маса грунту повинна пройти через сито з отворами діаметром 20 мм. Потім зважують відсіяні великі частки. Якщо маса частинок грунту крупніше 10 мм становить 5% і більше, подальше випробування проводять з пробою грунту, що пройшов через сито 10 мм. Якщо маса частинок грунту крупніше 10 мм становить менше 5%, виробляють подальше просіювання грунту через сито з отворами діаметром 5 мм і визначають зміст частинок більше 5 мм. В цьому випадку подальше випробування проводять з пробою грунту, що пройшов через сито 5 мм.

З відсіяних великих часток відбирають проби для визначення його вологості і середньої щільності твердих частинок. З грунту, які пройшли крізь сито, відбирають проби для визначення його гигроскопической вологості. Обчислюють вміст в грунті великих часток До ,%, з точністю 0,1% за формулою

(4.1)

де - маса відсіяних великих частинок, г; w g - вологість просіяного грунту в повітряно-сухому стані,%; т р - маса зразка грунту в повітряно-сухому стані, г; ит. - вологість відсіяних великих часток,%.

З просіяти грунту відбирають методом квартування пробу грунту для випробування (/ Ір ') масою 2500 р Допускається проводити весь цикл випробувань з використанням однієї відібраної проби. Відібрану пробу поміщають в металеву чашку для випробувань.

Кількість води Q , г, для доувлажіенія відібраної проби до вологості першого випробування розраховують за формулою

(4.2)

де m р ' - маса відібраної проби, г; w - вологість грунту для першого випробування, що призначається по габл. 4.8, %; w g - вологість просіяного грунту в повітряно-сухому стані,%.

Таблиця 4.8

Значення вологості грунту для першого випробування

грунти

Вологість грунту для першого випробування w1,%

Пісок гравелистий, великий і середній великій

4

Пісок дрібний і пилуватий

6

Супісок, суглинок легкий

6 ... 8

Суглинок важкий, глина

10. .12

У відібрану пробу грунту за кілька прийомів вводять розраховану кількість води, перемішуючи грунт металевим шпателем, потім переносять пробу грунту з чашки в ексикатор або щільно закривається посудину і витримують її при кімнатній температурі не менше 2 год для незв'язних грунтів і не менше 12 год для зв'язкових грунтів .

Циліндричну частину форми (заздалегідь зважену) встановлюють на піддон, що не затискаючи її гвинтами, встановлюють зажимное кільце на верхній бортик циліндричної частини форми, затискають циліндричну частину форми поперемінно гвинтами піддону і кільця, протирають внутрішню поверхню технічним вазеліном. Зібрану форму встановлюють на плиту підстави і перевіряють сносності направляючої штанги і циліндричної частини форми і вільний хід вантажу по направляючої штанзі.

Випробування проводять послідовно збільшуючи вологість грунту випробовуваної проби. При першому випробуванні вологість грунту повинна відповідати значенням, встановленим в табл. 4.11. При кожному наступному випробуванні вологість грунту слід збільшувати на 1 ... 2% для незв'язних ґрунтів, на 2 ... 3% - для зв'язкових грунтів.

Кількість води для зволоження випробовуваної проби визначають за формулою (4.2), приймаючи в ній за w g і w відповідно вологості при попередньому і черговому випробуваннях.

Випробування проби грунту проводять в наступному порядку: пробу переносять з ексикатора в металеву чашку і ретельно перемішують; шар грунту товщиною

5 .. .6 см завантажують в зібрану форму з проби і злегка ущільнюють рукою його поверхню. Ущільнення виробляють 40 ударами вантажу з висоти 30 см але ковадлі, зафіксованої на направляючої штанзі. Аналогічну операцію проводять з кожним з трьох шарів грунту, послідовно завантажуються в форму. Перед завантаженням другого і третього шарів поверхню попереднього ущільненого шару розпушують ножем на глибину 1 .. .2 мм. Перед укладанням третього шару на форму встановлюють насадку; після ущільнення третього шару знімають насадку і зрізають виступаючу частину грунту врівень з торцем форми. Товщина виступає шару зрізаного грунту нс повинна бути більше 10 мм. Якщо виступає частина грунту перевищує 10 мм, необхідно виконати додаткове число ударів з розрахунку один удар на 2 мм перевищення.

Утворені після зачистки поверхні зразка поглиблення, внаслідок випадання великих частинок, заповнюють вручну грунтом з решти відібраної проби і вирівнюють ножем.

Зважують циліндричну частину форми з ущільненим грунтом (mі) та обчислюють щільність грунту р { , г / см 3 , за формулою

и де m, - маса циліндричної частини форми з ущільненим грунтом, г; m, - маса циліндричної частини форми без грунту, г; V - місткість форми, см '.

Ущільнений зразок грунту витягують з циліндричної частини форми, при цьому з верхньої, середньої і нижньої частин зразка відбирають проби для визначення вологості грунту. Видалений з форми грунт приєднують до залишилася в чашці частини проби, подрібнюють і перемішують. Розмір агрегатів не повинен перевищувати найбільшого розміру частинок грунту, який випробовується.

Після додавання води грунт ретельно перемішують, накривають вологою тканиною і витримують не менше 15 хв для незв'язних грунтів і не менше 30 хв - для зв'язкових грунтів. Друге і наступні випробування грунту слід проводити відповідно до порядку, викладеним раніше.

Випробування слід вважати закінченим, коли з підвищенням вологості проби при наступних двох випробуваннях відбувається послідовне зменшення значень маси і щільності ущільнюється зразка грунту, а також, коли при ударах відбувається віджимання води або виділення розрідженого грунту через поєднання форми. Ущільнення однорідних по гранулометричному складу і дренуючих грунтів припиняють після появи води в з'єднаннях форми незалежно від числа ударів при ущільненні зразка.

За значеннями щільності і вологості грунту, отриманим в результаті послідовних випробувань, обчислюють значення щільності сухого ґрунту г / см 3 , з точністю 0,01 г / см 3 за формулою

де pi - щільність грунту, г / см '; wi - вологість грунту при черговому досл Аніі,%.

Результати випробувань представляють у вигляді графіків залежності щільності сухого ґрунту від вологості (рис. 4.13). За найвищій точці графіка для зв'язкових грунтів знаходять значення максимальної щільності і відповідне йому значення оптимальної вологості.

Графіки визначення максимальної щільності і оптимальної вологості

Мал. 4.13. Графіки визначення максимальної щільності і оптимальної вологості: а) зв'язкових грунтів: б) незв'язних грунтів

Для незв'язних грунтів графік стандартного ущільнення може не мати помітно вираженого максимуму. У цьому випадку значення оптимальної вологості приймають на 1,0 ... 1,5% менше вологості і ' "при якій відбувається віджимання води. Значення максимальної щільності приймають за відповідною їй ординате. При цьому 1,0% приймають для пісків гравелистих, великих і середньої крупності; 1,5% - для дрібних і пилуватих пісків.

Якщо в грунті містилися великі частки, які перед випробуванням були видалені з проби, то для обліку впливу їх складу коректують встановлене значення максимальної щільності сухого грунту за формулою

Де р * - щільність великих частинок, г / см 3 ; До - зміст великих часток в грунті,%.

Значення оптимальної вологості грунту w opl , %, визначають за формулою

Для контролю правильності випробування зв'язкових грунтів будують "лінію нульового змісту повітря", що показує зміну щільності сухого ґрунту від вологості при повному насиченні його пір водою. Пари чисел рк і w, для побудови "лінії нульового змісту повітря" при щільності частинок грунту р 5 визначають, задаючись значеннями вологості, за формулою

Де р, - щільність частинок грунту, г / см '; р і - щільність води, що дорівнює 1 г / см'.

Низхідна частина графіка стандартного ущільнення не повинна перетинати "лінію нульового змісту повітря".

Число послідовних випробувань грунту при збільшенні його вологості має бути не менше п'яти і достатнім для виявлення максимального значення щільності сухого ґрунту за графіком стандартного ущільнення. Допустиме розходження між результатами паралельних визначень . отриманими в умовах повторюваності, не повинно перевищувати для максимального значення щільності сухого ґрунту 1,5%, для оптимальної вологості -10% [28].

Для визначення максимальної щільності і оптимальної вологості грунту (згідно BS, ASTM та іншим закордонним стандартам) застосовуються метод Проктора і метод Проктора модифікований. Процедура випробувань за методом Проктора і їх обробка аналогічні вищенаведеною методикою, вимоги до ґрунтів і обладнання також близькі: діаметр частинок не більше 20 мм; вага молота, згідно BS, становить 2.5 кг (або 4.5 кг); висота падіння 300 мм (або 450 мм); згідно ASTM вага молота - 2,5 кг (або 4,5 кг); висота падіння 305 мм (або 457 мм). Відмінності між російським стандартом і зарубіжними полягають в тому, що діаметр молота в зарубіжних пристроях - 50 мм, а у вітчизняних приладах діаметр молота відповідає внутрішньому діаметру стакана 99,8 мм. Молот для ручного і для автоматичного ущільнення грунту фірми ELE, а також графік для визначення максимальної щільності і оптимальної вологості грунту, згідно BS. наведені на рис. 4.14 [136].

Приведення значень максимальної щільності і оптимальної вологості для основних різновидів ґрунтів, які визначаються методом стандартного ущільнення, до значень, отриманих методами Проктора, здійснюють шляхом множення на перехідні коефіцієнти, наведені в табл. 4.9.

Метод Проктора

Мал. 4.14. Метод Проктора: а - прапор Проктора для ручного ущільнення грунту;

6 - механізм для автоматичного ущільнення грунту; в графік для визначення максимальної щільності і оптимальної вологості грунту {136)

Таблиця 4.9

Коефіцієнт приведення значень максимальної щільності і оптимальної вологості грунту до значень, отриманих методами Проктора

різновид грунту

Метод випробування грунту

пісок

супісок

Суглинок і глина

Рd max

м 'opt

Рmaх

Ргтьх

W 0 Pі Pitmax

W "pt

Метод Проктора стандартний

1.0

1.0

0.99

1.02

0.96

1,03 T 0.97

1.02

Метод Проктора модифікований

1,02

0.87

1.05

0.84

1,06

0.85 1,06

0.88

Результати випробувань також представляють у вигляді графіків залежності щільності сухого ґрунту від вологості (рис. 4.14). За оптимальну вологість приймають вологість, відповідну максимальної щільності.

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Аудит та Бухоблік
Банківська справа
БЖД
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Нерухомість
Менеджмент
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
Соціологія
Статистика
Техніка
Страхова справа
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси
Пошук