+380 44500-49-32
+380 67880-66-06
+380 96505-27-23

Заказать услугу

Определение физико-механических свойств грунтов

Гранулометрический состав грунтов определяют по весовому составу частиц разной крупности. Его выражают в процентах относительно к весу пробы грунта в сухом состоянии, что была взята для анализа. Для определения гран-состава песчаных грунтов используют метод сит (с отверстиями различного диаметра) без промывки водой при размерах зерен песка от 10 до 0.5 мм и с промывкой от 10 до 0.1 мм. Вода для испытаний применяется водопроводная или профильтрованная дождевая (речная).

Гранулометрический состав глинистых грунтов определяется ареометрическим методом и пипеточным. Вода для испытаний применяется дистиллированная, при этом цилиндры в которых отстаиваются суспензии при проведении испытаний, должны быть защищены от сотрясений и смены температуры. Образцы для определения гранулометрического состава высушивают до сухого состояния и растирают в фарфоровой ступке. Грунты с органическими веществами для испытания берут природной влажности.

Ситовой метод определения гран-состава подразумевает разделение грунта на фракции. Размер диаметра сит для испытания без промывки берут 10, 5, 2,1, 0,5 мм, а методом с промывкой – 10, 5, 2, 1 ,0,5 мм. Сита располагают в колонку в порядке возрастания размера отверстий. Взвешенную, высушенную и растертую пробу грунта высыпают на сита и просеивают. Грунт, задержавшийся на каждом сите, взвешивают. Сумма веса не должна превышать вес взятой на анализ пробы не больше чем на 1 процент. В противном случае процедуру повторяют.

При использовании метода по определению гран-состава с промывкой грунта вес частиц меньше 0,1 мм определяют путем заливания пробы водой. После ее взбалтывают и на протяжении 10-15 секунд дают отстояться. Воду с частицами, которые не успели осесть, сливают через сито с размером 0,1 мм. Процедуру взбалтывания и сливания повторяют до того момента, пока вода над осадком не посветлеет. Промытую пробу высушивают и взвешивают. Разность между весом пробы и высушенной пробы после промывки это будет вес частиц менее 0,1 мм. Дальше грунт просеивают через набор сит и взвешивают, так как и в предыдущем методе.

Влажность вычисляется как отношение массы воды, которая была удалена путем высушивания, к массе высушенного грунта природного грунта. Ее определяют путем высушивания до постоянной массы. Для песчаных грунтов период высушивания составляет 3 часа, загипсованных – 8 часов, а для всех остальных – 5 часов. Влажность вычисляется по формуле:

Formulafizmehpng

m – масса тары (стаканчик с крышкой), г; m1 – масса влажного грунта (вместе с весом тары) m4 – масса высушенного грунта ( с весом тары); w –

Граница текучести – это влажность пасты, приготовленной из исследуемого грунта. Консистенция этой пасты должна быть такой, при которой балансирный конус (конус Васильева) погружается на глубину 10 мм за 5с под действием собственного веса. После этого определяют влажность на границе текучести, так же, как и влажность грунта.

Граница раскатывания – это влажность пасты, при которой, во время процедуры раскатывания в полосу диаметром 3 мм, образец грунтовой пасты начинает рассыпаться на кусочки размером 3-10 мм. Кусочки собирают в стаканчик, взвешивают. После, для определения влажности на границе раскатывания, применяется процедура такая же, как и при определении влажности грунта.

Одним из методов определения плотности грунта есть метод режущего кольца. Из монолита во внутрь режущего кольца аккуратно вдавливается часть грунта, после чего, грунт в кольце защищается пластинками сверху и снизу и взвешивается. Плотность определяется как отношение массы грунта, не учитывая массу кольца и пластинок, к внутреннему объему кольца. Второй способ определения плотности это путем взвешивания в воде. Круглый образец грунта, объемом больше 50 см3, взвешивают, парафинируют, опять взвешивают, после, этот же парафинированный образец, взвешивают в сосуде с водой. Плотность грунта при таком методе определяется как отношение по формуле:

Formulafizmehpng2

m – масса образца грунта до процесса парафинирования, г; m1 – масса образца грунта после процедуры парафинирования, г; m2 – разница в массах образца после парафинирования и вытесненной им воды, г; ρр – плотность парафина; ρw – плотность воды.

Formulafizmehpng3

Плотность частиц грунта ρs определяется при помощи пикнометра (стеклянный сосуд специальной формы) как отношение массы сухих частиц к их объему. Образец грунта размельчают и, отобрав пробу 100-200 г, просеивают сквозь сито с размером отверстий № 2. С просеянным образцом процедуру повторяют еще раз. Пикнометр, наполняют дистиллированной водой на треть и взвешивают. Потом его еще раз взвешивают с образцом грунта, который засыпают через воронку. После процедуры взвешивания пикнометр с водой хорошо взбалтывают и кипятят на песчаной бане. После кипячения пикнометр охлаждают и доливают дистиллированную воду до мерной риски и, проверив отсутствие пузырьков под крышкой, опять взвешивают. Далее все содержимое выливают и наполняют пикнометр дистиллированной водой. Его выдерживают в ванне с водой (температура кипячения должна быть одинаковой на всех этапах испытания), потом проверяют, совпадает ли мерная риска с дном мениска. Под пробкой не должно быть никаких пузырьков воздуха. После проделанных процедур пикнометр с водой взвешивают. Плотность частиц грунта вычисляют так:

Formulafizmehpng4

m0 – масса высушеного грунта, г; m1 – масса пикнометра с грунтом после кипячения, г; m2 – масса пикнометра с водой, ρw – плотность воды.

Механические свойства грунтов такие как: угол внтуреннего трения и удельное сцепление определяют при помощи одноплоскостного среза с фиксированной плоскостью при неконсолидировано-недренированной или консолидировано-дренированной схемах испытаний. Для глинистых грунтов может быть проведен повторный срез “плашка по плашке”.

ispobrazec

Неконсолидированное-недренированное испытание проводят следующим образом. Кольцо с образцом грунта ненарушенной структуры помещают в прибор для среза, соблюдая при этом все правила закрепления образца в приборе. На образец передают нормальную нагрузку, при которой будет выполняться испытание. Величина этого давления принимается в зависимости от показателя текучести грунта. Касательная нагрузка на образец устанавливается после установления нормальной и прикладывается степенями. При этом величина степеней не должна превышать 10% значения нормальной нагрузки. Испытание считают завершенным при превышении общих деформаций среза 5 мм или же при прикладывании очередной нагрузки происходит мгновенный срез.

Испытания по схеме консолидировано-дренированного среза проводят при условии предварительного уплотнения образца при нормальных давлениях. Сопротивление срезу определяют при этих давлениях. Просадочные грунты следует уплотнять в замоченном состоянии. Нормальные давления передают степенями. Величина нормального давления изменяется в зависимости от вида грунта и показателя текучести глинистых грунтов. Время выдерживания грунта при каждой степени нагрузки изменяется в зависимости от числа пластичности. После предварительного уплотнения, образец грунта переносят в прибор для среза для проведения следующего этапа испытаний. После этого на образец передается нормальное давление, величина которого равна той, при которой проводилось предварительное уплотнение. Исключением являются просадочные грунты, нормальное давление для которых должно быть равным: 0,1, 0,2, 0,3 МПа. При повторном срезе нормальное давление берется таким же, как и при первом. Касательная нагрузка должна составлять 5 % от нормальной. Каждая степень нормальных деформаций прикладывается после стабилизации деформаций от предыдущей ступени. Условно, стабилизацию принимают, когда скорость деформаций не превышает 0,01 мм/мин. Завершенным испытание считают при тех же условиях, что и при неконсолидировано-недренированной схеме.

После серии испытаний, по построенным графикам определяются угол внутреннего трения и удельное сцепление.
Удельное сцепление и угол внутреннего трения также определяют методом трехосного сжатия. Кроме того, этот метод дает возможность определить другие характеристики грунта, такие как: модуль деформации, сопротивление недренированному сдвигу. Эти характеристики определяются при помощи специальных приборов (камер трехосного сжатия). Схемы испытаний при трехосном сжатии следующие: консолидировано-дренированная, консолидировано-недренированная, неконсолидировано-недренированная.

Перед началом испытаний по неконсолидировано-недренированной схеме образец грунта предварительно обжимают в камерах без условий дренажа на протяжении 30 мин при давлении, равному тому, которое действует в массиве грунта в природных условиях. Вертикальная нагрузка образца проводится равномерно. Величина степеней равняется 10 % эффективного напряжения в образце после предварительного обжатия. При непрерывном увеличении нагрузки через каждые 15с записывают показания вертикальной деформации образца. Испытание проводится до момента разрушения образца или же до пластического течения без увеличения нагрузки. Если видимых признаков разрушения нет, то испытания завершают при относительной деформации, равной 0,15. После окончания испытания образец разгружают и отбирают пробу грунта для контрольного определения влажности.

При консолидировано-недренированной схеме испытаний всестороннее давление при обжатии образца принимают в зависимости от вида грунта, показателя консистенции, а степени давления принимают еще и в зависимости от давления при предварительном уплотнении. При этом должен обеспечиваться отжим воды из образца грунта. Каждая ступень нагрузки выдерживается не менее 5 мин для песков и не менее 15 мин для глин. Конечную ступень давления принимают до условной стабилизации объемной деформации образца грунта. За условную стабилизацию принимают приращение относительной объемной деформации равное не больше 0,0003 за время от 0,5 до 24 часов. После уплотнения дренажи перекрываются и равномерно прикладывается вертикальная нагрузка. Величина степеней, процесс прикладывания нагрузки проводится так же, как и при неконсолидировано-недренированной схеме.

При консолидировано-дренированном испытании обеспечивают постоянное всестороннее давление в камере. Вертикальное давление передается степенями, равными 10 % от заданного всестороннего давления в камере. Возможен вариант передачи давления непрерывно, обеспечивая приращение деформации 0,0003 за минуту. Каждую ступень нагрузки выдерживают до условной стабилизации вертикальной деформации образца. Условную стабилизацию принимают при деформации, которая не превышает 0,0001 за 1 мин. После этого образец разгружают и отбирают пробу для контрольного определения влажности.