3.5.1Для построения кривой гранулометрического состава необходимо последовательно просуммировать содержание фракций, начиная с наиболее мелкой. Дается это в табличной форме (таблица 3.2).
Таблица 3.2 – Данные гранулометрического анализа
| Отдельные фракции | Совокупность фракций | ||
| диаметр фракций, мм | содержание, % | диаметр фракций, мм | содержание, % |
| менее 0,10 | 29,0 | 0,10 | 29,0 |
| 0,10 – 0,25 | 33,7 | 0,25 | 62,7 |
| 0,25 – 0,50 | 19,1 | 0,50 | 81,8 |
| 0,50 – 2,00 | 6,1 | 2,00 | 87,9 |
| более 2,00 | 12,0 | более 2,00 | 99,9 |
3.5.2По данным таблицы 3.2 строят график. По оси абсцисс откладывают размеры фракций, а по оси ординат – суммарное содержание фракций (рисунок 3.1). Наиболее удобным масштабом для графика является следующий: по оси абсцисс 1 см соответствует диаметру отверстий 0,1 мм, а по оси ординат 1 см – 10% суммарного содержания частиц.
3.5.3По полученной кривой определяют коэффициент неоднородности гранулометрического состава. Для этого по графику находят размеры частиц, соответствующих ординате 10% (d 10) и 60% (d 60), где d 10 представляет собой диаметр, меньше которого в грунте содержится 10%(по массе) частиц; d 60 – диаметр, меньше которого в грунте содержится 60%(по массе) частиц.
|
| Рисунок 3.1 – Суммарная кривая гранулометрического состава песчаного грунта |
Коэффициент неоднородности С u определяют по формуле:
. (3.2)
Чем больше С u, тем более разнородным по гранулометрическому составу является грунт. При С u£3 грунт считается однородным, а при С u>3 – неоднородным.
3.5.4По ГОСТ 25100 – 95 определяют разновидность песчаного грунта.
В зависимости от гранулометрического состава, пески подразделяются на следующие разновидности:
· песок гравелистый – при массе частиц крупнее 2,00 мм – более 25%;
· песок крупный – при массе частиц крупнее 0,50 мм – более 50%;
· песок средней крупности – при массе частиц крупнее 0,25 мм – более 50%;
· песок мелкий – при массе частиц крупнее 0,10 мм – более 75%;
· песок пылеватый – при массе частиц крупнее 0,10 мм – 75% и менее.
В нашем примере масса частиц крупнее 2,00 мм составляет 12%, крупнее 0,25 мм – 37,2%, крупнее 0,10 мм – 80,9%. Следовательно, разновидность песка – пылеватый, неоднородный.
Лабораторная работа № 4
Определение пористости песков методом
насыщения
4.1 Цель работы: Определить пористость песка методом насыщения.
4.2 Материалы и оборудование: сухой чистый стаканчик, вода, бюретка, песок, линейка.
Теоретическая часть
Под пористостью грунтов понимают наличие в них мелких пустот (пор). Количественно пористость обычно выражается процентным отношением объема пор (V П) к общему объему грунта (V). Эту величину называют пористостью и обозначают через n. Кроме того, пористость грунта характеризуется отношением объема пор (V П) к объему твердых частиц (V S). Эта величина называется коэффициентом пористости (e). Для песков величина n может быть определена опытным путем, а для глинистых – только расчетом.
4.4 Порядок выполнения работы
4.4.1Сухой чистый стаканчик, объемом около 50 см3, наполняют исследуемым песком. Наполняют небольшими порциями, с утрамбовкой. После наполнения подравнивают поверхность песка линейкой вровень с краями стаканчика.
4.4.2При помощи бюретки насыпают песок в стаканчик с водой до появления тонкого слоя воды над поверхностью песка. Количество воды, израсходованной на насыщение песка, будет соответствовать объему его пор (V П).
4.4.3Удаляют песок из стаканчика и при помощи той же бюретки измеряют объем пустого стаканчика, что будет соответствовать объему всей породы (V).
4.4.4Рассчитывают пористость по формуле:
, (4.1)
где V П – объем воды в порах;
V – объем стаканчика.
Данные определения заносят в журнал (таблица 4.1).
Таблица 4.1 – Журнал определения пористости песков
| № опыта | Объем воды в порах V П, см3 | Объем стаканчика, см3 | n, % |
| 15,50 | 31,0 | ||
| 15,00 | 31,2 |
4.4.5Рассчитывают коэффициент пористости e:
, (4.2)
где n – пористость.
Пористость и коэффициент пористости характеризуют структуру грунта. Пористость не является расчетной величиной, но ее используют как важную вспомогательную характеристику в механике
грунтов.
Лабораторная работа № 5
Определение коэффициента фильтрации
песчаного грунта
5.1 Цель работы: Определить коэффициент фильтрации песчаного грунта.
5.2 Материалы и оборудование: прибор КФ–00М, песок, емкость с водой, градусник, секундомер.
5.3 Теоретическая часть
Фильтрация – движение воды в грунтах при условии полного заполнения пор. Коэффициент фильтрации представляет собой скорость фильтрации при напорном градиенте, равном единице. Он выражается в см/сут и используется при определении притока воды в строительные котлованы, проектировании дренажных сооружений и т.д.
Рисунок 5.1 – Схема прибора КФ–00М:
1 – фильтрационная трубка с образцом грунта;
2 – планка со шкалой; 3 – корпус; 4 – подъемный винт;
5 – мерный стеклянный баллон с водой;
6 – муфта.
5.4 Порядок выполнения работы
5.4.1Наливают в корпус (3) воду и вращением подъемного винта (4) поднимают подставку с планкой (2) до градиента, равного 1.
5.4.2Заполняют фильтрационную трубку песком и ставят ее на подставку.
5.4.3Вращением винта медленно погружают фильтрационную трубку с грунтом в воду до градиента 0,8. В таком положении прибор оставляют до появления в верхнем торце цилиндра влаги, о чем судят по изменившемуся цвету грунта.
5.4.4На грунт сверху помещают латунную сетку и надевают на фильтрационную трубку муфту, а затем, вращением подъемного винта опускают фильтрационную трубку в крайнее нижнее положение.
5.4.5Заполняют мерный стеклянный баллон водой, предварительно измерив ее температуру, отверстие баллона зажимают пальцем и, быстро опрокинув, вставляют в муфту фильтрационной трубки так, чтобы его горлышко соприкасалось с латунной сеткой.
5.4.6Прорыв в мерный баллон крупных пузырьков воздуха свидетельствует о том, что его горлышко отстоит на значительном расстоянии от поверхности грунта. В этом случае баллон опускают на
1...2 мм и добиваются того, чтобы в него равномерно поднимались мелкие пузырьки воздуха.
5.4.7Устанавливают планку на градиент 0,6 и доливают воду в корпус до верхнего края.
5.4.8Отмечают по шкале уровень воды в мерном баллоне, пускают секундомер и по истечении определенного времени (60…120 с) замечают второй уровень воды в мерном баллоне, что дает возможность определить расход воды, профильтровавшейся через грунт за контрольное время. Для получения средней величины коэффициента фильтрации замеры повторяют при различных положениях уровня воды в мерном баллоне.
5.4.9Опустив цилиндр с грунтом в крайнее нижнее положение, снимают мерный баллон, заполняют его водой и вновь вставляют в муфту.
5.4.10Устанавливают планку на гидравлический градиент 0,8. Далее поступают согласно рекомендациям п. 5.4.8.
5.4.11 Все данные замеров заносят в таблицу 5.1. По данным опыта рассчитывают коэффициент фильтрации K 10 при t=10ºC, м/сут:
Q 
, (5.1)
где Q – расход воды, мм;
F – площадь поперечного сечения цилиндра, см2;
T – время фильтрации, с;
i – напорный градиент;
r – температурная поправка (0,7+0,03 t, t – температура фильтрующейся воды);
864 – переводной коэффициент из см/с в м/cут.
Таблица 5.1 – Журнал испытаний
| № опыта | Тип грунта | F, см2 | i | T, с | Q, мл | r | K, м/сут |
| Песок | 0,6 | 1,24 | 36,7 | ||||
| Песок | 0,8 | 1,24 | 61,6 |
12.Определяют коэффициент фильтрации K, м/сут, по эмпирической формуле Н.Н. Маслова:
, (5.2)
где d 10 – действующий диаметр, мм, значение которого определено в работе №3.
Определение K по эмпирической формуле является приближенным.
Лабораторная работа № 6
Определение скорости распространения упругих волн в грунтах
6.1 Цель работы: Определить скорость распространения упругих волн в грунтах.
6.2 Материалы и оборудование: ультразвуковой прибор
УК–10 ПМС, электрические весы, штангенциркуль, образцы горных пород различной плотности, технический вазелин.
Теоретическая часть
Каждый материал (песок, глина, скальный грунт и т.п.) обладает различной плотностью. При прохождении через грунт импульсов определенной длины, длина волны меняется, и, таким образом, определяют плотность грунта.
6.4 Порядок выполнения работы
6.4.1Определяют размеры l и d и массу образцов. Результаты заносят в журнал наблюдений.
6.4.2Вычисляют плотность грунтов ρ.
6.4.3Образцы грунтов со смазанными вазелином торцами помещают между измерителем и приемником и несколько раз определяют время прохождения продольных волн (t Р) каждого образца.
6.4.4По усредненным значениям (t Р) вычисляют скорость динамических волн V P:
, (6.1)
где l – длина образца (путь прохождения импульса);
t Р – время прохождения импульса (продольной волны).
Все расчеты ведут в таблице 6.1.
6.4.5Строят график зависимости ρ = f (V Р), который можно использовать при определении плотности грунтов в полевых условиях.
Рисунок 6.1 – Блок-схема импульсного ультразвукового прибора: 1 – генератор импульсов; 2 – приемник; 3 – излучатель; 4 – образец; 5 – приемник
Таблица 6.1 – Журнал наблюдений и вычислений
| № п/п | Наименование грунта | Размеры образца, см | V, см3 | m, г | r, г/см2 | t, мкс | V Р, м/c | ||
| d | l | S | |||||||
| Суглинок | 50,3 | 100,0 | 2,10 | 15,9 | |||||
| Мрамор | 3,1 | 8,99 | 134,8 | 2,66 |
Рисунок 6.2 – График зависимости скорости продольных динамических волн
от плотности грунтов
Лабораторная работа № 7
Определение производных
и классификационных физических
характеристик грунтов
7.1 Цель работы: Определить производные и классификационные физические характеристики грунтов.
7.2 Теоретическая часть
Производные и классификационные характеристики грунтов определяются аналитическим путем через основные и дополнительные физические характеристики. К производным характеристикам относятся: плотность сухого грунта ρ d, коэффициент пористости e, удельный вес грунта, взвешенного в воде γ sb. К классификационным характеристикам относятся: число пластичности I Р, показатель текучести I L, коэффициент водонасыщения S r.
7.3 Порядок выполнения работы
7.3.1Каждый студент получает таблицу с основными физическими характеристиками 4 – 5 грунтов.
7.3.2Определение производных и классификационных характеристик производят по следующим формулам:
; 
; 
; (7.1; 7.2; 7.3)
; 
; 
, (7.4; 7.5; 7.6)
где ρ S – плотность твердых частиц, т/см3;
ρ W – плотность воды (1,0 т/м3).
7.3.3Результаты расчета сводят в таблице 7.1 и определяют разновидности грунта по ГОСТ 25100 – 95.
Таблица 7.1 – Сводная таблица физических характеристик грунтов
| № п/п | Грунт (по ГОСТ 25100–95) | Основные | Дополнительные | Производные | Индексационные (классификац.) | |||||||
| r S, т/м3 | g, кн/м3 | W | W L | W Р | r d, т/м3 | e | g sb, кн/м3 | I Р | I L | S r | ||
| Глина полутвердая, легкая, пылеватая | 2,74 | 20,0 | 0,27 | 0,41 | 0,23 | 1,57 | 0,75 | 9,94 | 0,18 | 0,22 | 0,99 | |
Лабораторная работа № 8
Определение размокаемости грунта
8.1 Цель работы: Определить размокаемость грунта.
8.2 Материалы и оборудование: прибор ПРГ–1, кольцевой грунтонос, секундомер, часы, нож, сушильный шкаф, бюкс, технические весы с разновесами, грунт.
8.3 Теоретическая часть
Под размокаемостью понимают способность глинистых грунтов терять связность при впитывании воды и превращаться в рыхлую массу с частичной или полной потерей несущей способности. Характер и интенсивность процесса размокания зависят от характера структурных связей, состава и состояния пород. Величина размокаемости грунтов используется при оценке явлений переработки берегов водохранилища, устойчивости откосов каналов, стенок котлованов и других земляных сооружений. Показателями размокания являются: характер распада (крупные или мелкие комочки, чешуйки, пыль и т.д.) и время, в течение которого образец грунта, помещенный в воду, теряет связность и распадается.
8.4 Порядок выполнения работы
8.4.1Корпус прибора заполняют водой на 10 мм ниже краев боковых стенок. При опыте применяют дистиллированную воду или воду, близкую по составу к той, воздействию которой подвергается грунт в природных условиях.
8.4.2Из монолита грунта кольцевым грунтоносом вырезают цилиндр, диаметром 30 и высотой 30 мм.
8.4.3Из монолита в бюкс отбирают пробу грунта для определения влажности.
8.4.4Выводят стрелку прибора в нулевое положение.
8.4.5Приподнимают сетку, ставят ее на край правой стенки корпуса прибора и осторожно устанавливают образец.
8.4.6Плавно погружают сетку с образцом в воду, придерживая рычаг.
8.4.7Сразу же после погружения образца делают первую цифровую отметку.
8.4.8Цифровые отметки при распаде образца грунта фиксируют через 5, 10, 30, 60 мин. и т.д. до полного распада образца.
Рисунок 8.1 – Схема прибора ПРГ–1:
1 – корпус прибора; 2 – противовес; 3 – гайка; 4 – качающаяся ось;
5 – опора; 6 – скобообразный рычаг; 7 – стрелка;
8 – гибкая связь; 9 – сетка
8.4.9Вычисляют процент распада П:
, (8.1)
где Г – начальная отметка;
Р – цифровая отметка в процессе размокания.
8.4.10Результаты эксперимента заносят в таблицу 8.1.
Таблица 8.1 – Журнал наблюдений и вычислений
| Время от начала опыта t, мин | Начальная цифровая отметка Г | Цифровая отметка в процессе распада Р | Процент распада П |
8.4.11Опыт считают законченным, если грунт полностью провалился сквозь сетку на дно корпуса, а стрелка заняла нулевое положение.
8.4.12Строят график зависимости величины распада от времени. Для этого на графике по оси абсцисс откладывают время (t, мин), а по оси ординат – процент распада (рисунок 8.2).
8.4.13В процессе опыта фиксируют характер распада: форму, размер и последовательность распада структурных единиц.
Рисунок 8.2 – График зависимости величины распада от времени
Лабораторная работа № 9
Построение геологического разреза
9.1 Цель работы: Построить геологический разрез.
9.2 Материалы и оборудование: план расположения горных выработок, геологические колонки скважин, масштабная линейка или циркуль, миллиметровая бумага.
9.3 Теоретическая часть
Геологический разрез строится для более четкого представления об условиях залегания грунтов в выбранном районе строительства. Линия пересечения земной поверхности с плоскостью геологического разреза называется линией разреза. Для построения геологического разреза выбирается базисная линия, от которой и строится разрез. За базисную линию принимают топографический профиль, линию с абсолютной отметкой 0,000 или нижнюю горизонтальную линию, выбираемую с таким расчетом, чтобы разрез располагался выше этой линии.
9.4 Порядок выполнения работы
9.4.1На плане через горные выработки проводят линию разреза, концы которой обозначают цифрами I – I.
9.4.2Вдоль выбранной линии разреза строят топографический профиль.
9.4.3На профиль наносят устья скважин, отмечают номера выработок и абсолютные отметки их устьев. Тонкими вертикальными линиями отмечают направление осей скважин.
9.4.4На основе линии горных выработок наносят данные о пройденных породах (интервал залегания, наименование породы, ее возрастной индекс). Все построения выполняют от базисной линии.
9.4.5Приступают к объединению аналогичных пород с соседними выработками, в пласты и массивы. Такое объединение возможно лишь для пород, одинаковых по составу, возрасту и происхождению (генезису), а иногда одинаковых только по возрасту и генезису.
9.4.6Нижняя граница геологического разреза определяется наиболее глубокой скважиной. Разрез снизу нельзя ограничивать линией, соединяющей забои горных выработок.
9.4.7На разрез наносят данные о подземных водах. При безнапорном характере подземных вод депрессионная поверхность подземного потока показывается на разрезе I – I сплошной линией, соединяющей отметки воды в скважинах. При напорном характере величина напора обозначается стрелкой, направленной вверх, от отметки появления воды до отметки ее установления. Стрелку проводят слева от сква-жины.
9.4.8Справа от скважины условными знаками показывают места отбора монолитов и проб горных пород, а также проб воды.
9.4.9При окончательном оформлении чертежа линии скважин, от устья до забоя, четко выделяют. Забой скважины необходимо подчеркнуть короткой горизонтальной линией.
Рисунок 9.1 – Геологический разрез по линии I – I
9.4.10По каждой скважине проставляют отметки забоя, кровли и подошвы пластов. Пласты пород на разрезе отмечают в соответствии с принятыми условными обозначениями, контуры пластов выделяют жирными линиями. В пределах контуров пластов и массивов проставляют генетические и возвратные индексы.
9.4.11 Схему разреза сопровождают условными обозначениями. Условные обозначения пород располагают в строгой возрастной последовательности, от более молодых к более древним породам, сверху вниз или слева направо.
Общее оформление геологического разреза приведено на ри-
сунке 8.2.
Рекомендуемый масштаб геологического разреза: горизонтальный 1:500, вертикальный 1:100.
Литература
1. Ананьев, В.П. Инженерная геология и гидрогеология /
В.П. Ананьев, А.Д. Потапов – М.: Высш. шк., 2002. – 400 с.
2. Чернышев, С.Н. Задачи и упражнения по инженерной геологии /
С.Н. Чернышев, А.Н. Чумаченко, И.Л. Ревелис – М.: Высш. шк., 2002. – 254 с.
3. Матузков, В.А. Инженерная геология и охрана природной среды: метод. указания по выполнению лабораторных работ. Часть 1 / В.А. Матузков – Орел: ОрелГТУ, 1995 – 28 с.
4. ГОСТ 25100-95 Грунты. Классификация. Введен с 1.07.96. – М.: Госстрой России – 1996. – 24 с.
5. СНиП 11-02-96 Инженерные изыскания для строительства. – М.: Госстрой России, 1996. – 60 с.
6. СП 11-105-97 Инженерно-геологические изыскания для строительства. – М.: Госстрой России, 1997. – 77 с.