Состав, физические и физико-химические свойства грунтов: Учебно-методическое пособие к лабораторным занятиям по дисциплине ''Инженерная геология''

Федеральное агентство по образованию Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Геолого-географический факультет

В.Н. Волков, Е.В. Нариманянц

СОСТАВ, ФИЗИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ

Учебно-методическое пособие к лабораторным занятиям по дисциплине «Инженерная геология» для студентов, обучающихся по направлению 020300 «Геология»

Ростов-на-Дону 2007

Авторы: канд. геол.-мин. н., доц. Волков В.Н., канд. геол.-мин. н., ст. преп. Нариманянц Е.В. Рецензент – доктор геол.-мин. н., профессор Коробкин В.И. Печатается в соответствии с решением кафедры гидрогеологии и инженерной геологии, протокол № 1 от 18 сентября 2007 г.

2

Методическая записка Преподавание курса «Инженерная геология» предполагает формирование у студентов–геологов не только теоретических представлений, но и освоение методических подходов получения и обработки информации о компонентах геологической среды (грунтах). Целью данного учебно-методического пособия является выработка у студентов навыков исследования состава и свойств грунтов, численной обработки и интерпретации получаемых результатов. Учебно-методическое

пособие

предназначено

для

аудиторной

и

самостоятельной работы студентов, обучающихся по направлению 020300 «Геология». Оно включает характеристику основных терминов и понятий, общие методические рекомендации по определению состава и свойств грунтов, а также варианты задач для индивидуального решения и указания о последовательности расчётов и интерпретации данных. Приведены важнейшие классификации грунтов в соответствии с ГОСТ 25100–95. Задачи

могут

быть

предложены

студентам

на

лабораторных

и

практических занятиях, при контроле успеваемости в семестре, приеме зачетов.

3

Состав и свойства грунтов Грунт

–

горные

породы,

почвы,

техногенные

образования,

представляющие собой многокомпонентную и многофазную геологическую систему и являющиеся объектом инженерно-хозяйственной деятельности человека [4]. Компонентами грунта могут быть горные породы, почвы, искусственные образования, лед, водные растворы, газы, органическое вещество (живое и неживое). Сложность грунта как системы предполагает исследование состава и многочисленных свойств в широком спектре их проявления. В настоящем учебно-методическом пособии рассматриваются только некоторые из них: гранулометрический состав, основные физические и физико-химические свойства (влажность, влагоемкость, плотность, пористость (пустотность), пластичность, просадка, набухание, усадка). 1 Гранулометрический состав грунтов Гранулометрический

состав

–

важнейшая

классификационная

характеристика дисперсных грунтов, отражающая количественное содержание частиц различного размера, выраженное в процентах по соотношению к их массе. Для определения гранулометрического состава дисперсных пород выполняется гранулометрический анализ, который состоит в разделении грунта на группы с близкими по величине частицами – фракции. Фракции устанавливаются в соответствии с классификациями (прил. 1, 2). Размер частиц обычно определяют по диаметру и выражают в миллиметрах. Существует несколько способов установления гранулометрического состава грунтов. Основные из них: ситовой метод, метод отмучивания и ареометрический. Ситовой метод используется в основном для несвязных грунтов [8]. Он заключается в просеивании грунта через сита различного диаметра. Комплект 4

состоит из семи сит (максимальный размер отверстий – 10 мм, минимальный – 0,1 мм), при этом сита собирают в колонну таким образом, чтобы их отверстия уменьшались сверху вниз. На верхнее сито надевают крышку, под нижнее ставят поддон. Просеивание осуществляют

до полной сортировки частиц

грунта. Затем содержимое каждого сита взвешивают, и для каждой фракции определяется

% по весу. В результате для контроля сравнивают массу

отдельных фракций с первоначальной массой анализируемого грунта. Расхождением до 0,5 % можно пренебречь. Большее расхождение показывает, что в ходе анализа была допущена какая-то ошибка или значительная потеря частиц образца; в этом случае анализ необходимо повторить. Глинистые частицы мельче песчаных, их просеять невозможно, к тому же происходит слипание частиц. Поэтому глинистые частицы определяются отмучиванием (на приборе Сабанина, по формуле Стокса). Этот метод заключается в разделении грунта на фракции по скорости падения частиц, взвешенных в спокойной жидкости. Готовят суспензию (смесь воды со взвешенными в ней частицами анализируемого грунта), взбалтывают или взмучивают, отстаивают

и сливают через определенное время после

взмучивания. В зависимости от размера частицы осаживаются с различной скоростью. Ареометрический метод основан на измерении плотности суспензии, изменяющейся по мере выпадения из нее более крупных частиц. Этим методом определяют содержание в грунте частиц диаметром менее 0,25 мм. Устройство ареометра основано на законе Архимеда: всякое погруженное в жидкость тело теряет в своем весе столько, сколько весит вытесненная им жидкость. Таким образом, в легкую жидкость тело будет погружено на большую глубину, в тяжелую – на меньшую. Следовательно, чем больше концентрация суспензии, тем больше будет ее плотность и тем меньше глубина, на которую будет погружаться в нее ареометр. 5

Результаты гранулометрического анализа представляют в виде таблиц, в которых указываются процентные содержания различных фракций в породе. Затем обрабатывают результаты и классифицируют грунт. Для определения степени неоднородности грунта ( C ) строят интегральную u

кривую

гранулометрического состава:

Cu =

d 60 , d 10

(1)

где d , d – диаметры частиц, меньше которых в данном грунте содержится 60

10

(по массе) 60 или 10 % частиц, соответственно. Гранулометрическая классификация – выделение различных литологических типов грунтов по соотношению основных гранулометрических фракций – глинистой, песчаной и пылеватой (общая классификация по В.В. Охотину) или подразделение грунтов в пределах одного литологического типа (частные классификации: песков по Е.М. Сергееву, лессов по С.С. Морозову и др.) [6, 7].

2 Физические и физико-химические свойства грунтов 2.1 Физические свойства грунтов Влажность – количественное содержание жидкого компонента в грунтах – отношение массы воды, содержащейся в грунте, к массе сухого грунта. Различают следующие виды влажностей: Естественная влажность ( w , д.е.) – влажность (весовая или объемная), которую имеет грунт в условиях естественного залегания. Весовая влажность ( w , д.е.) – весовое (массовое) содержание жидкости, численно равное отношению массы воды (жидкости), содержащейся в грунте, к массе сухого грунта:

6

w= где

mw , md

(2)

m – масса воды (жидкости) в грунте, г; w

m – масса твердой фазы грунта, г. d

Объемная влажность ( w , д.е.) – отношение объема воды (жидкости) в v

грунте к объему всего грунта:

w = v

где

Vw , Vtot

(3)

Vw – объем воды (жидкости) в грунте, см3; Vtot – объем всего грунта, см3. Гигроскопическая влажность ( w , д.е.) – влажность воздушно-сухого R

образца грунта. Влажность верхнего предела пластичности ( w , д.е.) – весовая влажность, L

являющаяся косвенным показателем консистенции глинистого грунта, превышение которого переводит грунт из пластичной консистенции в текучую. Влажность нижнего предела пластичности ( w , д.е.) – весовая влажность, P

являющаяся косвенным показателем консистенции грунта, превышение которого переводит грунт из полутвердого состояния в пластичное, а понижение – в твердое. Плотность ( ρ , г/см3) – физическое свойство грунтов, количественно оцениваемое отношением массы грунта (включая массу воды в его порах) к занимаемому этим грунтом объему. Плотность частиц грунта ( ρ , г/см3) – отношение массы сухого грунта s

к объему его твердой части.

7

Плотность сухого грунта или плотность скелета грунта ( ρ , г/см3) – d

отношение массы сухого грунта к объему, занимаемому этим грунтом (включая объем пор):

ρd =

ρ

(4)

1+ w

Пористость ( n , д.е. или %) – отношение объема пор к объему всего грунта:

n=

1− ρd

(5)

ρs

или

n=

Vп Vtot

(6)

Коэффициент пористости ( e , д.е.) – отношение объема пор (V ) к n

объему твердой части (скелета) (V ) грунта: d

e=

Vn Vd

(7)

e=

ρs − ρd ρd

(8)

e=

ρ s ( w + 1) −1 ρ

(9)

или

или

Между пористостью и коэффициентом пористости существует связь:

n=

e

(10)

1+ e

или

e=

n

(11)

1− n

8

Степень влажности или коэффициент водонасыщения ( S , д.е.) – r

степень заполнения пор водой – отношение объема воды к объему пор грунта:

Sr = где

wρ s

eρ w

,

(12)

w – природная влажность грунта, д.е.;

e – коэффициент пористости, д.е.; ρ s – плотность частиц грунта, г/см3; ρ w – плотность воды, принимаемая равной 1 г/см3. Влагоемкость грунта – его способность вмещать максимальное количество воды, обусловленное структурными особенностями и, прежде всего, той или иной категорией пористости. Выделяют следующие разновидности влагоемкости: • максимально-молекулярную ( w

mmc

, д.е.) – соответствует влажности грунта

при образовании в нем максимального количества капиллярных менисков или максимальное количество воды, удерживаемое

в грунте силами

электростатического притяжения (физически связанная вода); • капиллярную ( w , д.е.) – численно равную влажности грунта при его c

капиллярном насыщении; • полную ( w

sat

, д.е.) – численно равную влажности грунта при полном

заполнении всех пор водой. 2.2 Физико-химические свойства грунтов Число пластичности ( I , д.е. или %) – разность влажностей, P

соответствующая двум состояниям грунта: на границе текучести w

L

и на

границе раскатывания w : P

I p = wL − wP .

(13) 9

Показатель текучести ( I , д.е. или %) – отношение разности L

влажностей, соответствующих двум состояниям грунта: естественному w и на границе раскатывания w , к числу пластичности I : P

P

IL =

w − wp

(14)

Ip

Набухание – свойство грунтов увеличивать свой объем при замачивании. Для оценки степени набухания используются: Относительная набухание) ( ε

sw

деформация

набухания

без

нагрузки

(свободное

, д.е.) – отношение увеличения высоты образца грунта после

свободного набухания в условиях невозможности бокового расширения к начальной высоте образца природной влажности.

ε sw =

hsat − hn при p = 0. hn

(15)

Относительная деформация набухания ( ε

sw

, д.е.) определяется в результате

компрессионных испытаний, данные которых обрабатывают по формуле:

ε sw = где

h

n. p

hsat. p − hn. p , hn. p

(16)

– высота образца в кольце, обжатого при давлении p , МПа без

замачивания, см;

h

sat . p

– высота образца в кольце, обжатого при этом же давлении в

условиях замачивания, см. Усадка – способность грунта уменьшать свой объем при дегидратации. Оценивается по величине относительной деформации усадки. Относительная деформация усадки ( ε , д.е.) устанавливается в sh

результате компрессионных испытаний. Значения ε 10

sh

вычисляют по формуле:

ε sh = где

h

d. p

hn. p − hd . p hn. p

,

(17)

– высота образца в кольце, обжатого при давлении p , МПа после его

высушивания, см. Просадка – быстрое сжатие (уплотнение) грунта при его водонасыщении без изменения внешнего давления. Оценивается по относительной деформации просадочности. Относительная деформация просадочности ( ε , д.е.) – устанавливается sl

компрессионными испытаниями методом двух кривых и вычисляется как отношение разности высот образцов, соответственно, природной влажности и после его полного водонасыщения при определенном давлении p , МПа к высоте образца в кольце природной влажности до испытаний:

ε sl = где

h

n. g

hn. p − hsat. p , hn.g

(18)

– начальная высота образца в кольце, см.

3 Методы определения свойств грунтов 3.1 Определение влажности ( w ) Влажность грунта определяется согласно ГОСТ [2, 5]. Для лабораторного определения физических характеристик применяется метод высушивания при 100-105 0С до постоянной массы. Влажность грунта следует определять как отношение массы воды, удаленной из грунта к массе грунта. Это достигается высушиванием до постоянной массы. Влажность грунта ( w , д.е.) в % вычисляется по формуле:

w=

m1m2 ⋅100 % , m2m0

(19) 11

где

m – масса пустого бюкса с крышкой, г; 0

m – масса влажного грунта с бюксом, г; 1

m – масса высушенного грунта с бюксом, г. 2

3.2 Определение влажности на границе раскатывания ( w ) и P

текучести ( w ) L

Верхний и нижний пределы пластичности определяются согласно ГОСТ 5180-84 [5]. Границу текучести w

L

следует определять как влажность

приготовленной из исследуемого грунта пасты, в которую погружается конус под действием собственного веса за 5 секунд на глубину 10 мм. Границу раскатывания w следует определять как влажность приготовленной из грунта P

пасты, при которой паста раскатывается в жгут диаметром 3 мм и начинает распадаться на кусочки. Значения величин влажностей устанавливаются по вышеизложенному методу. Разность между w

L

и w

P

в % составляет число

пластичности ( I ) – важнейшая классификационная характеристика глинистых P

грунтов. 3.3 Определение плотности частиц грунта ( ρ , г/см3) s

Плотность частиц грунта следует определять с помощью пикнометра в соответствии с ГОСТ [2, 5]. Для определения плотности частиц грунта необходимо следующее оборудование: 1) весы технические с разновесами; 2) два пикнометра емкостью не менее 100 см3; 3) сушильный шкаф; 4) фарфоровая ступка с фарфоровым пестиком;

5) сито с отверстиями 2 мм; 6) песчаная баня;

8) бюксы; 9) вакуумный насос; 10) ареометр. 12

7) термометр;

Образец требуется измельчить. Просеять и взять навеску для определения плотности из расчета 15 г на каждые 100 см3. Во взвешенный пикнометр всыпают навеску высушенной породы массой около 15 г и диаметром частиц до 2 мм. Налить в пикнометр 1/2 дистиллированной воды и прокипятить на песчаной бане. После чего пикнометр остудить, долив дистиллированной водой до мерной черты, и взвесить. Содержимое вылить, пикнометр промыть, налить до черты кипяченной дистиллированной воды и взвесить. На основе полученных данных производят расчет плотности:

ρs = где

m , m1 + m − m2

(20)

m – масса сухого грунта, г; m – масса пикнометра с водой, г; 1

m – масса пикнометра с водой и породой, г. 2

Определение следует производить параллельно в двух пикнометрах. 3.4 Определение плотности ( ρ , г/см3) Плотность определяют в соответствии с ГОСТ [2, 5] методом режущего кольца. Определение плотности глинистых и песчано-глинистых грунтов ненарушенной структуры производят в режущих кольцах. Необходимое оборудование:

1) режущие кольца; 2) штангенциркуль;

3) нож; 4) технические весы. Ход опыта: 1. Измеряют при помощи штангенциркуля внутренний диаметр и высоту режущего кольца и вычисляют его объем V , см3. Взвешивают кольцо на технических весах с точностью до 0,01 г и получают массу m , г. 1

2. Кольцо ставят заостренной стороной на зачищенную и выровненную поверхность монолита горной породы. Остро отточенным ножом тонкими 13

срезами вырезают столбик горной породы диаметром на 1 мм больше внутреннего диаметра кольца. По мере вырезания кольцо постепенно надевают на столбик горной породы. Лишняя часть породы срезается при этом острыми краями кольца. При надевании кольца на столбик породы не следует допускать ее высыпания из боковых поверхностей столбика. Загрузка кольца простым задавливанием его в монолит нежелательна, так как это нарушает естественное сложение породы и не обеспечивает плотного заполнения кольца. После того, как столбик породы выступит над краем кольца, лишнюю часть породы срезают вровень с нижним и верхним его краями. 3. Кольцо с породой взвешивают на технических весах и получают массу

m . Определив чистую массу породы m = m2 − m1 , вычисляют ее плотность ρ , 2

г/см3: ρ =

m

V

.

Для каждой пробы горных пород следует производить два параллельных определения и затем вычислять среднее значение плотности с точностью до 0,01. Расхождение результатов между параллельными определениями не должно превышать 0,02 г/см3. Плотность песков определяют в специальном металлическом стакане при рыхлом и плотном сложении в условиях воздушно-сухого состояния по формулам:

ρ min =

ρ max = где

m2 − m1

(21)

V

m2 − m1

V

,

(22)

ρ min , ρ max – плотность песков в рыхлом и плотном состоянии, г/см3; m – масса пустого стакана, г; 1

m – масса стакана с песком, г; 2

V – объем песка в стакане, см3. 14

Полученные значения фактически равны соответствующим плотностям скелета песков, так как установлены в условиях высушивания. Используя эти данные, а также величины плотности минеральной компоненты и влажности, устанавливают пористость и коэффициенты пористости песков различной плотности и рассчитывают коэффициент относительной плотности песка. Плотность сухого грунта ρ , г/см3 вычисляют по формуле (4). d

3.5 Определение характеристик набухания и усадки Характеристики набухания и усадки грунта следует определять по относительной

деформации:

набухание

–

в

условиях,

исключающих

возможность бокового расширения при насыщении грунта водой или химическим раствором; усадку – в условиях свободной трехосной деформации при высыхании грунта. Испытание для определения характеристик набухания следует производить до прекращения поглощения образцом грунта воды (или раствора), а усадки – до полной потери им влажности [3]. За

показатели,

характеризующие

набухание

грунта,

свободное набухание ( ε o ), набухание под нагрузкой ( ε sw

sw

принимают: p ),

давление

набухания ( p ), влажность грунта после набухания ( w ); за показатели, sw

sw

характеризующие усадку грунта, принимаются величины усадки по высоте ( ε ), диаметру ( ε sh

sd

), объему ( ε ), и влажность на пределе усадки ( w ). sv

sh

Образцы грунта природного сложения для испытаний свободного набухания, набухания под нагрузкой, давления набухания и усадки следует вырезать из одного монолита грунта; образцы грунта нарушенного сложения следует приготовлять с заданными величинами плотности и влажности. Свободное набухание определяется испытанием одиночного образца грунта. Набухание под нагрузкой и давление набухания определяются

15

испытанием серии образцов-близнецов, вырезаемых из одного монолита грунта, путем обжатия их давлением и последующего водонасыщения. Образцы грунта при испытании на набухание следует заливать грунтовой водой, взятой с места отбора грунта, водной вытяжкой или водой питьевого качества. При усадке испарение воды (или раствора) из образца грунта не должно вызывать образование на нем усадочных трещин. Приборы для определения свободного набухания грунтов (ПНГ) должны включать следующие основные узлы и детали: −

рабочее кольцо внутренним диаметром не менее 50 мм, высотой не менее 20 мм;

−

вкладыш, обеспечивающий высоту образца в кольце не менее 10 мм;

−

перфорированный верхний штамп;

−

перфорированный поддон;

−

ванночки для жидкости;

−

основания прибора и держателя индикатора;

−

индикатор часового типа с ценой деления шкалы 0,01 мм для измерения вертикальных деформаций образца грунта.

Показатели набухания грунта под нагрузкой и давления набухания следует определять в компрессионных приборах, состоящих из следующих основных узлов и деталей: −

рабочего кольца внутренним диаметром более 71 мм и высотой более 20 мм с соотношением высоты к диаметру 1: 3,5;

−

цилиндрической обоймы;

−

перфорированного штампа;

−

поддона с емкостью для воды и перфорированного вкладыша под кольцо;

16

−

двух индикаторов с ценой деления шкалы 0,01 мм для измерения вертикальных деформаций образца грунта; допускается применение одного индикатора при условии установки его в центре штампа;

−

механизма передачи вертикальной нагрузки на образец грунта.

Для определения усадки грунтов необходимо иметь: −

рабочее кольцо компрессионного прибора внутренним диаметром более 71 мм и высотой более 20 мм с соотношением высоты к диаметру 1: 3,5;

−

предметное стекло, покрытое тонким и ровным слоем парафина;

−

емкость с крышкой (стеклянный колпак или эксикатор) объемом не более 1 л для сушки образцов;

−

шпатель;

−

штангенциркуль

с

погрешностью

измерения

0,05

мм

и

приспособление для измерений; −

микрометр.

Приборы для проведения испытаний должны устанавливаться на жестком основании, исключающем вибрацию. Горизонтальность установки приборов проверяют

по

уровню.

В

помещении

во

время

испытаний

должна

поддерживаться положительная температура. Не допускается попадание прямых солнечных лучей на образцы грунта во время испытаний усадки. Для каждого прибора следует определять: высоту и диаметр рабочего кольца, толщину предметного стекла, покрытого тонким слоем парафина (с погрешностью ± 0,05 мм), их массу (с погрешностью ± 0,01 г) и удельное давление от штампа, расположенного на нем измерительного оборудования и неуравновешенных деталей, ± 0,0001 МПа ( ± 0,001 кгс/см2). Образец грунта для испытания на набухание или усадку вырезают режущим кольцом в соответствии с требованиями ГОСТ 5180-84 [5], при этом зазоры между грунтом и стенкой рабочего кольца не допускаются. 17

Для испытываемых грунтов должны быть определены плотность (объемный вес), плотность минеральной части (удельный вес), влажность, границы текучести и раскатывания по ГОСТ 5180-84 [5] и гранулометрический состав по ГОСТ 12536-79 [1]. Результаты записывают в журнал испытаний. Грунт в кольце следует покрыть с двух сторон фильтрами и поместить: а)

при определении свободного набухания – в ПНГ;

б) при определении набухания под нагрузкой и давления набухания – в компрессионные приборы. При испытании грунта на усадку образец грунта следует извлечь из кольца и поместить на предметное стекло, покрытое тонким ровным слоем парафина. Затем измеряют высоту в центре образца, а его диаметр – по трем, заранее размеченным направлениям. Результаты измерений записывают в журнале испытаний. В ПНГ следует налить жидкость и наблюдать за развитием деформаций во времени, записывая показания индикаторов в журнал испытаний. Ступени давления при определении набухания грунта под нагрузкой и давления набухания должны быть: на первом компрессионном приборе – около 0,0025 МПа (0,025 кгс/см2), что соответствует давлению от массы штампа и смонтированного на нем измерительного оборудования; на втором – 0,025 МПа (0,25 кгс/см2); на третьем – 0,05 МПа (0,5 кгс/см2); на четвертом – 0,1 МПа (1 кгс/см2) и далее с интервалом 0,1-0,2 МПа (1-2 кгс/см2) на каждый прибор до необходимых пределов. После нагружения образов грунта в компрессионных приборах их следует выдержать до условной стабилизации деформаций, после чего образцы надлежит замочить. Как при свободном набухании, так и в компрессионных приборах после замачивания образцов следует регистрировать деформации через 5; 10; 30; 60

18

мин, далее через 2 ч в течение рабочего дня, а затем в начале и конце рабочего дня до достижения условной стабилизации деформаций. В случае отсутствия набухания замачивание производят в течение трех суток. За начало набухания следует считать относительную деформацию ε

sw

,

превышающую 0,001. За критерий условной стабилизации деформаций свободного набухания глинистых грунтов или деформаций набухания под нагрузкой при данной ступени давления в компрессионных приборах следует принимать деформацию не более 0,01 мм за 16 ч. После завершения набухания образца грунта необходимо: слить воду (или раствор) из прибора; кольцо с влажным грунтом (без фильтров) взвесить и произвести контрольное измерение высоты образца грунта в кольце; грунт из кольца высушить в термостате при температуре (105 ± 2) 0C. Все результаты измерений надлежит записать в соответствующий журнал испытаний. Испытание усадки грунта следует проводить в три этапа. На первом и втором этапе испытания измерение высоты, диаметра и массы образца грунта, помещенного в эксикаторе, следует производить не реже двух раз в сутки и результаты заносить в журнал испытаний. Критерием условного завершения испытания на первом этапе является отсутствие изменений в линейных размерах образцов в двух последовательных измерениях. На втором этапе сушка образца грунта производится на воздухе. Критерием условного завершения испытания на втором этапе, после 5-6 измерений, является отсутствие изменений в массе образца грунта. На третьем этапе сушку образца грунта производят в термостате при температуре (105 ± 2) 0C в соответствии с требованиями ГОСТ 5180-84 [5] до постоянной массы и в конце испытания производят контрольное измерение линейных размеров образца грунта. 19

На основании записей в журналах испытаний грунта в ПНГ или компрессионных приборах следует определить: а)

величину абсолютной деформации грунта ( ∆h ) в мм, вычисленную

как разность среднеарифметических значений конечных ( h

sat . p

(h

n. p

) и начальных

) показаний индикаторов за вычетом поправки на деформацию приборов и

фильтров – m . б) величину относительной деформации образца ε

sw

с погрешностью

0,001 по формуле:

ε sw =

hsat. p − hn. p − m hn. p

(23)

По величинам относительной деформации следует построить график зависимости относительных деформаций от вертикального давления –

ε sw = f ( p) . Точки графика, соответствующие ступеням давления, следует соединить лекальной кривой. Величина давления набухания ( p ) соответствует точке пересечения

н

кривой с осью давления ( p ) или точке предполагаемого пересечения продолжения кривой графика ε

sw

= f ( p) с осью давления ( p ).

По результатам испытаний усадки на основании записей испытаний грунта следует: а) определить объем грунта на каждый момент измерения по формуле:

Vi = где

πdi 2hi 4

,

(24)

d – диаметр образца в момент измерения, определенный как среднее i

арифметическое значение измерений в трех направлениях, см;

h – высота образца в момент измерения, см; i 20

б)

рассчитать влажность грунта на каждый момент измерения по

формуле:

w= где

mi − m , m

(25)

m – масса образца грунта на момент измерения, г; i

m – масса образца сухого грунта, г; в) рассчитать усадку по высоте, диаметру и объему по формулам, соответственно:

ε sh =

h − hk h

,

(26)

ε sd =

d − dk , d

(27)

ε sv =

V − Vk , V

(28)

где h , d , V и h , d , V – соответственно, начальные и конечные значения

k

k

k

высоты, диаметра (см) и объема образца грунта (см3). По величинам объема и влажности на каждый момент времени следует построить график зависимости изменения объема образца от влажности

V = f (w) . За величину влажности на пределе усадки ( w ) следует принять sh

влажность, соответствующую точке перегиба графика V = f (w) . Допускается нахождение точки перегиба путем восстановления перпендикуляра к графику из точки пересечения касательных к двум ветвям кривой соответствующим первому и второму этапам сушки образца.

21

Задачи по определению состава и свойств грунтов Задача

1.

Выполнить

обработку

результатов

анализа

гранулометрического состава грунтов (табл. 1): а) построить интегральную кривую гранулометрического состава в полулогарифмическом масштабе; б) определить степень неоднородности грунта C ; u

в) дать наименование грунта, используя классификацию В.В. Охотина (прил. 1, 2, 3.1). Указание: обработка результатов анализа гранулометрического состава грунтов начинается с построения интегральной кривой, для чего вычисляют суммарное содержание частиц (%), начиная от самых мелких фракций. По этим данным строят кривую, откладывая по оси абсцисс диаметры частиц, а по оси ординат – суммарное содержание частиц (%) менее данного диаметра. С целью сокращения горизонтального размера графика, особенно при наличии в грунте частиц, отличающихся по размеру на несколько порядков, по оси абсцисс откладывают не диаметры, а их логарифмы. Эффективные диаметры d

60

и d

10

находят графически, проводя горизонтальные прямые через точки на оси ординат, соответствующие 10 и 60 % суммарного содержания частиц, до пересечения с интегральной кривой, опуская перпендикуляр из точек пересечения на ось абсцисс. По графику определяют d , d 60

степень

неоднородности

грунта

Cu

(прил.

3.3).

10

Для

и вычисляют установления

наименования грунта по гранулометрическому составу последовательно определяют суммарное содержание частиц (%), начиная от наиболее мелких фракций, и сравнивают его с табличными значениями (прил. 1, 2, 3.1).

22

23

24

Задача 2. Масса образца грунта ненарушенного сложения объемом 50 см3 при естественной влажности равна m (г), после сушки на воздухе стала

m (г), а после высушивания в термостате – m (г). Объем минеральной части 1

o

грунта равен V

s

(см3). Определить плотность сухого грунта ( ρ , г/см3), d

пористость ( n , д.е.), коэффициент пористости грунта ( e , д.е.), степень влажности ( S , д.е.), полную влагоемкость ( w r

sat

, д.е.), объемную ( w , д.е.) и v

гигроскопическую ( w , д.е.) влажности, плотность грунта ( ρ , г/см3). R

Варианты задачи приведены в таблице 2. Таблица 2 Вариант

m, г

m ,г

m ,г o

Vs , см3

1

87,52

81,58

81,09

30,48

2

86,14

76,30

75,62

28,22

3

88,35

73,28

72,41

26,82

4

94,46

72,03

70,34

25,67

5

99,67

79,89

78,48

28,85

6

86,27

77,49

75,93

28,74

7

87,66

75,82

74,15

28,16

8

90,19

73,67

72,15

27,02

9

86,20

77,32

75,88

28,25

10

94,50

83,54

83,01

31,00

11

98,35

77,21

76,83

28,20

12

94,03

81,43

80,95

30,43

13

101,42

82,53

81,79

29,74

14

94,50

78,84

78,10

29,03

15

90,37

80,20

79,27

29,69

16

95,48

74,26

73,45

27,00

1

25

Вариант

m, г

m ,г

m ,г o

Vs , см3

17

91,32

79,43

78,24

28,76

18

98,00

81,25

80,33

29,53

19

98,37

80,69

79,98

29,62

20

95,12

83,26

82,00

29,93

21

99,71

79,35

78,51

29,08

22

94,87

78,64

77,76

28,91

23

95,34

82,15

81,49

31,00

24

97,89

79,08

78,31

29,58

25

90,50

77,94

76,89

29,10

1

Указание: объемную влажность можно определить из выражения w = w ⋅ ρ , v

s

для чего предварительно вычисляют естественную влажность:

w=

m−m m

0

. Плотность воды ( ρ , г/см3) принять равной 1 г/см3. При решении w

0

задач использовать формулы и обозначения, приведенные в разделе 2. Задача 3.

По

значениям

свойств

грунта

(табл.

3)

определить

коэффициент пористости ( e , д.е.) и степень влажности ( S , д.е.). Плотность r

воды ( ρ , г/см3) принять равной 1 г/см3. w

Таблица 3 Вариант

ρ s , г/см3

ρ d , г/см3

ρ , г/см3

1

2,65

1,52

1,73

2

2,68

1,66

1,83

3

2,67

1,40

1,81

4

2,69

1,56

1,93

5

2,68

1,47

1,87

26

Вариант

ρ s , г/см3

ρ d , г/см3

ρ , г/см3

6

2,68

1,45

1,71

7

2,65

1,59

1,92

8

2,67

1,48

1,93

9

2,73

1,57

1,99

10

2,70

1,45

1,77

11

2,71

1,39

1,77

12

2,69

1,44

1,80

13

2,71

1,51

1,83

14

2,67

1,50

1,74

15

2,66

1,43

1,80

16

2,66

1,62

1,75

17

2,69

1,51

1,72

18

2,68

1,44

1,80

19

2,70

1,62

1,86

20

2,69

1,59

1,84

21

2,71

1,41

1,89

22

2,69

1,41

1,81

23

2,67

1,49

1,78

24

2,65

1,43

1,89

25

2,66

1,52

1,74

Задача 4.

По значениям свойств грунта (табл. 4) определить его

плотность ( ρ , г/см3). Плотность воды ( ρ , г/см3) принять равной 1 г/см3. w

Таблица 4 Вариант

S r , д.е.

ρ d , г/см3

ρ s , г/см3

1

0,74

1,49

2,65

27

Вариант

S r , д.е.

ρ d , г/см3

ρ s , г/см3

2

0,93

1,62

2,70

3

1,00

1,43

2,65

4

0,77

1,44

2,69

5

0,32

1,62

2,66

6

0,70

1,45

2,72

7

0,50

1,52

2,66

8

0,63

1,56

2,70

9

0,83

1,61

2,69

10

0,87

1,60

2,72

11

0,40

1,63

2,69

12

0,57

1,45

2,68

13

0,53

1,61

2,69

14

0,95

1,55

2,74

15

0,91

1,59

2,72

16

0,57

1,64

2,69

17

0,90

1,25

2,70

18

0,49

1,59

2,66

19

0,97

1,53

2,69

20

0,90

1,56

2,69

21

0,97

1,36

2,69

22

0,93

1,62

2,71

23

0,89

1,60

2,72

24

0,94

1,56

2,70

25

0,57

1,35

2,73

28

Задача 5. В лабораторных условиях определены (табл. 5): плотность частиц грунта ( ρ , г/см3), естественная влажность ( w , д.е.), плотность грунта s

( ρ , г/см3)

и

максимальная

молекулярная

влагоемкость ( w

mmc

, д.е.).

Определить плотность сухого грунта ( ρ , г/см3), степень влажности ( S , д.е.), d

полную влагоемкость ( w

sat

r

, д.е.), пористость ( n , д.е.), коэффициент

пористости грунта ( e , д.е.) и коэффициент водоотдачи ( µ , д.е.). Таблица 5 Вариант

ρ s , г/см3

w , д.е.

ρ , г/см3

1

2,75

0,24

2,03

0,16

2

2,69

0,21

1,89

0,15

3

2,67

0,14

1,81

0,12

4

2,72

0,30

1,91

0,24

5

2,64

0,09

1,72

0,05

6

2,65

0,13

1,78

0,10

7

2,67

0,17

1,82

0,14

8

2,66

0,11

1,77

0,08

9

2,65

0,18

1,82

0,14

10

2,68

0,18

1,86

0,12

11

2,66

0,06

1,75

0,04

12

2,67

0,12

1,92

0,10

13

2,69

0,08

1,80

0,06

14

2,65

0,15

1,74

0,11

15

2,70

0,04

1,94

0,02

16

2,69

0,22

1,96

0,16

17

2,73

0,27

1,98

0,20

18

2,71

0,15

1,90

0,09

29

w

mmc

, д.е.

Вариант

ρ s , г/см3

w , д.е.

ρ , г/см3

19

2,72

0,18

1,86

0,14

20

2,70

0,20

1,81

0,16

21

2,72

0,13

1,84

0,10

22

2,74

0,16

1,97

0,13

23

2,68

0,17

1,79

0,13

24

2,70

0,13

1,86

0,07

25

2,67

0,15

1,91

0,10

w

mmc

, д.е.

Указание: коэффициент водоотдачи ( µ , д.е.) – отношение объема свободно вытекающей (или извлекаемой) из грунта воды (при полном заполнении пор водой) к объему всего грунта: µ = eρ w − wmmc ρ s . Задача 6. Определить плотность грунта ( ρ , г/см3) при изменении его 2

влажности от значений w , % до w , %. Значение первоначальной плотности 1

2

грунта ( ρ , г/см3) известно. Варианты задачи приведены в таблице 6. 1

Таблица 6 Вариант

w ,%

w , %

ρ1 , г/см3

1

45

15

1,90

2

22

30

1,81

3

29

10

1,93

4

27

15

1,87

5

32

15

1,81

6

38

20

1,71

7

46

20

1,79

8

21

35

1,72

9

30

15

1,91

1

2

30

Вариант

w ,%

w ,%

ρ1 , г/см3

10

19

30

1,76

11

25

10

1,99

12

7

15

1,84

13

9

25

1,72

14

15

30

1,68

15

31

16

1,80

16

37

19

1,72

17

42

24

1,78

18

29

13

1,85

19

29

18

1,90

20

23

12

1,86

21

15

20

1,79

22

21

32

1,80

23

29

15

1,91

24

31

16

1,90

25

27

13

1,89

1

Задача 7.

2

По приведенным ниже результатам физических свойств

несвязного грунта (табл. 7) вычислить производные и классификационные характеристики: коэффициент пористости ( e , д.е.), пористость ( n , д.е.), степень влажности ( S , д.е.) и полную влагоемкость ( w r

sat

, д.е.).

Таблица 7 Вариант

w , д.е.

ρ s , г/см3

ρ , г/см3

1

0,18

2,68

1,86

2

0,06

2,66

1,78

3

0,12

2,67

1,92

31

Вариант

w , д.е.

ρ s , г/см3

ρ , г/см3

4

0,08

2,69

1,81

5

0,15

2,65

1,73

6

0,03

2,70

1,94

7

0,09

2,64

1,72

8

0,13

2,65

1,78

9

0,17

2,67

1,82

10

0,11

2,66

1,77

11

0,18

2,65

1,81

12

0,12

2,73

1,91

13

0,09

2,70

1,86

14

0,17

2,73

1,79

15

0,16

2,74

1,91

16

0,13

2,72

1,85

17

0,20

2,70

1,81

18

0,09

2,64

1,72

19

0,13

2,65

1,76

20

0,17

2,67

1,82

21

0,11

2,66

1,77

22

0,18

2,65

1,84

23

0,15

2,71

1,90

24

0,09

2,69

1,84

25

0,14

2,68

1,80

Задача 8.

Определить плотность грунта ( ρ , г/см3) после его полного

насыщения водой при следующих известных значениях (табл. 8).

32

Таблица 8 Вариант

ρ d , г/см3

ρ s , г/см3

ρ w , г/см3

1

1,40

2,67

1,000

2

1,58

2,69

1,010

3

1,47

2,68

1,005

4

1,37

2,68

1,014

5

1,30

2,67

1,020

6

1,59

2,65

1,003

7

1,45

2,67

1,022

8

1,56

2,69

1,014

9

1,50

2,72

1,016

10

1,42

2,74

1,012

11

1,44

2,65

1,000

12

1,41

2,71

1,010

13

1,46

2,69

1,017

14

1,49

2,66

1,013

15

1,50

2,70

1,020

16

1,53

2,65

1,012

17

1,48

2,69

1,019

18

1,53

2,66

1,017

19

1,58

2,68

1,000

20

1,52

2,70

1,015

21

1,54

2,67

1,014

22

1,56

2,69

1,016

23

1,42

2,72

1,020

24

1,44

2,69

1,006

25

1,45

2,63

1,009

33

Задача 9.

При известных значениях влажности грунта (табл. 9)

определить его консистенцию и наименование по числу пластичности I . P

Таблица 9 Вариант

w , д.е.

w , д.е.

w , д.е.

1

0,23

0,18

0,38

2

0,27

0,16

0,47

3

0,36

0,21

0,48

4

0,13

0,19

0,32

5

0,23

0,22

0,33

6

0,27

0,25

0,38

7

0,46

0,28

0,54

8

0,21

0,20

0,26

9

0,30

0,25

0,42

10

0,18

0,16

0,29

11

0,34

0,31

0,37

12

0,39

0,35

0,41

13

0,48

0,36

0,50

14

0,31

0,25

0,44

15

0,37

0,33

0,39

16

0,43

0,32

0,45

17

0,16

0,23

0,44

18

0,17

0,19

0,37

19

0,50

0,43

0,53

20

0,18

0,22

0,43

21

0,24

0,18

0,31

22

0,25

0,22

0,27

23

0,29

0,21

0,37

P

34

L

Вариант

w , д.е.

w , д.е.

w , д.е.

24

0,22

0,14

0,20

25

0,37

0,23

0,43

P

L

Указание: консистенцию и наименование грунта по числу пластичности I

P

определяют в соответствии с прил. 4. Задача 10. В прибрежной зоне со дна моря отобран монолит грунта, описанный в полевом журнале как структурный осадок, образовавшийся в воде при наличии микробиологических процессов. Результаты лабораторных испытаний монолита представлены в табл. 10. Определить, является ли данный грунт илом и к какому виду он относится? Таблица 10 Вариант

w , д.е.

ρ , г/см3

ρ s , г/см3

w , д.е.

w , д.е.

1

0,56

1,66

2,64

0,34

0,19

2

0,37

1,83

2,67

0,22

0,17

3

0,78

1,54

2,69

0,53

0,26

4

0,50

1,57

2,65

0,36

0,17

5

0,65

1,73

2,68

0,39

0,21

6

0,51

1,61

2,64

0,32

0,15

7

0,29

1,81

2,67

0,21

0,16

8

0,87

1,58

2,61

0,80

0,62

9

0,55

1,65

2,58

0,35

0,20

10

0,27

1,77

2,71

0,19

0,12

11

0,29

1,75

2,64

0,20

0,16

12

0,59

1,62

2,64

0,51

0,31

13

0,34

1,70

2,66

0,22

0,14

14

0,46

1,76

2,65

0,39

0,23

35

L

P

Вариант

w , д.е.

ρ , г/см3

ρ s , г/см3

w , д.е.

w , д.е.

15

0,28

1,69

2,66

0,24

0,18

16

0,49

1,71

2,69

0,40

0,24

17

0,66

1,59

2,62

0,43

0,24

18

0,69

1,75

2,64

0,62

0,40

19

0,36

1,80

2,68

0,29

0,23

20

0,28

1,81

2,69

0,26

0,17

21

0,44

1,74

2,66

0,35

0,21

22

0,36

1,74

2,66

0,31

0,25

23

0,76

1,54

2,69

0,45

0,24

24

0,36

1,82

2,66

0,21

0,16

25

0,55

1,66

2,65

0,33

0,19

Указание:

необходимо

вычислить

L

коэффициент

P

пористости,

число

пластичности грунта. К илам относят глинистый грунт при e ≥ 0,9 и I > 1. L

Задача 11. В лабораторных условиях определено относительное содержание растительных остатков ( I , д.е.) в связном грунте, а после их r

удаления – пределы пластичности. По результатам лабораторных определений, приведенным в табл. 11, дать наименование грунта в соответствии с прил. 4. Таблица 11 Вариант

I r , д.е.

w , д.е.

w , д.е.

w , д.е.

1

0,47

0,26

0,39

0,18

2

0,08

0,21

0,20

0,15

3

0,66

0,30

0,48

0,24

4

0,19

0,31

0,35

0,20

5

0,33

0,23

0,24

0,16

36

L

P

Вариант

I r , д.е.

w , д.е.

w , д.е.

w , д.е.

6

0,08

0,27

0,52

0,23

7

0,37

0,20

0,26

0,17

8

0,61

0,23

0,41

0,23

9

0,16

0,24

0,37

0,22

10

0,52

0,26

0,35

0,21

11

0,29

0,27

0,32

0,20

12

0,06

0,38

0,57

0,32

13

0,12

0,34

0,37

0,31

14

0,70

0,19

0,34

0,15

15

0,43

0,35

0,38

0,23

16

0,10

0,39

0,41

0,35

17

0,36

0,23

0,37

0,18

18

0,20

0,37

0,39

0,33

19

0,40

0,25

0,27

0,22

20

0,48

0,20

0,40

0,17

21

0,09

0,24

0,39

0,23

22

0,24

0,17

0,29

0,14

23

0,51

0,22

0,20

0,14

24

0,64

0,24

0,35

0,17

25

0,07

0,28

0,24

0,18

Указание:

необходимо

вычислить

число

L

пластичности

P

и

показатель

консистенции, а затем, используя прил. 4, определить наименование грунта. Задача 12. Из монолита глинистого грунта вырезан цилиндрический образец диаметром и высотой 4 см, масса которого оказалась равной m , г. С целью определения усадки образец высушивался на воздухе. Усадка прекратилась при диаметре ( d , см), высоте образца ( h , см) и массе ( m , г). 1

1

37

1

После полного высушивания масса образца стала m , г. По лабораторным o

результатам (табл. 12) определить относительную линейную ( ε , %) и sh

объемную ( ε , %) усадку, естественную влажность ( w , д.е.) и влажность на sv

пределе усадки ( w , д.е.), плотность грунта до ( ρ , г/см3) и после усадки sh

( ρ , г/см3). 1

Таблица 12 Вариант

m, г

d , см

h , см

m ,г

m ,г

1

100,41

3,76

3,76

89,25

79,69

2

96,39

3,77

3,95

86,32

83,81

3

94,38

3,84

3,88

87,12

78,00

4

99,40

3,70

3,63

83,98

77,05

5

87,52

3,78

3,67

81,58

78,09

6

86,14

3,81

3,62

76,30

73,62

7

88,35

3,73

3,69

73,28

71,41

8

94,46

3,86

3,86

88,04

70,34

9

99,67

3,91

3,95

96,22

76,48

10

100,20

3,78

3,80

89,25

79,50

11

98,40

3,61

3,96

87,85

85,98

12

96,29

3,77

3,89

86,21

83,70

13

94,00

3,86

3,86

88,95

77,81

14

100,18

3,91

3,87

94,74

79,51

15

96,29

3,76

3,95

86,21

83,69

16

94,38

3,85

3,92

90,30

78,08

17

100,00

3,75

3,68

84,38

77,50

18

99,34

3,64

3,57

81,32

76,99

19

95,48

3,94

3,79

90,72

79,10

1

1

38

1

o

Вариант

m, г

d , см

h , см

m ,г

m ,г

20

96,23

3,71

3,87

86,19

83,68

21

100,06

3,81

3,79

88,85

79,28

22

99,95

3,70

3,63

84,53

76,50

23

96,20

3,77

3,95

87,26

83,70

24

94,58

3,84

3,87

88,25

78,21

25

98,10

3,69

3,64

83,35

75,70

1

1

1

o

Указание: для определения указанных показателей необходимо использовать формулы, приведенные в разделах 2, 3. Задача 13.

По результатам лабораторных исследований (табл. 13)

определить наименование связного грунта и дать предварительную оценку возможности отнесения его к просадочным или набухающим. Таблица 13 Вариант

w , д.е.

ρ s , г/см3

ρ , г/см3

w , д.е.

w , д.е.

1

0,13

2,72

1,85

0,32

0,19

2

0,16

2,74

1,90

0,44

0,23

3

0,17

2,73

1,79

0,37

0,19

4

0,09

2,70

1,88

0,21

0,15

5

0,12

2,73

1,91

0,41

0,25

6

0,21

2,69

1,85

0,37

0,22

7

0,21

2,73

1,65

0,49

0,31

8

0,18

2,74

1,97

0,48

0,29

9

0,22

2,72

1,80

0,41

0,26

10

0,25

2,72

1,88

0,39

0,23

11

0,18

2,72

1,86

0,43

0,22

12

0,20

2,69

1,90

0,28

0,22

39

L

P

Вариант

w , д.е.

ρ s , г/см3

ρ , г/см3

w , д.е.

w , д.е.

13

0,15

2,69

1,66

0,33

0,20

14

0,22

2,72

1,96

0,42

0,23

15

0,20

2,69

1,72

0,39

0,24

16

0,23

2,72

1,97

0,42

0,23

17

0,08

2,66

1,74

0,29

0,23

18

0,20

2,73

1,94

0,47

0,26

19

0,21

2,69

1,95

0,29

0,19

20

0,27

2,73

1,99

0,52

0,31

21

0,20

2,70

1,81

0,30

0,17

22

0,24

2,71

1,82

0,34

0,29

23

0,13

2,71

1,90

0,34

0,21

24

0,19

2,70

1,93

0,43

0,25

25

0,23

2,69

1,90

0,38

0,25

вычислить

число

Указание:

для

ответа

необходимо

L

P

пластичности,

коэффициенты пористости грунта в природном состоянии и на границе текучести, степень влажности и показатель « П » по формуле: П =

eL − e , где 1+ e

eL – коэффициент пористости лессового грунта при влажности на границе текучести ( eL = wL ⋅ ρ s / ρ w ); e – коэффициент пористости того же грунта при естественной влажности. При предварительной оценке лессовые грунты со степенью влажности

S r <0,8 относятся к просадочным, если величина

показателя « П » меньше значений, приведённых ниже: Число пластичности Показатель «П»

0,01≤ I < 0,1

0,1≤ I < 0,14

0,14 ≤ I < 0,22

0,1

0,17

0,24

P

P

P

При предварительной оценке глинистые грунты, имеющие показатель « П » ≥ 0,3, относятся к набухающим. 40

ПРИЛОЖЕНИЯ Приложение

1.

Классификация

гранулометрических

фракций,

слагающих обломочные грунты В.В. Охотина [8] Наименование фракций

Размер (диаметр) частиц, мм

Валуны (окатанные) и глыбы (неокатанные): − крупные

> 800

− средние

800 – 400

− мелкие

400 – 200

Галька (окатанная) и щебень (угловатый): − крупные

200 – 100

− средние

100 – 60

− мелкие

60 – 40

Гравий (окатанный) и дресва (угловатая): − крупные

40 – 20

− средние

20 – 10

− мелкие

10 – 4

− очень мелкие

4–2

Песчаные частицы: − крупные

2,0 – 0,5

− средние

0,5 – 0,25

− мелкие

0,25 – 0,10

− тонкие

0,10 – 0,05

− крупные

0,05 – 0,01

− мелкие

0,01 – 0,005

Пылеватые частицы:

41

Наименование фракций

Размер (диаметр) частиц, мм

Глинистые частицы: − крупные

0,005 – 0,001 < 0,001

− мелкие Приложение

2.

Классификация

дисперсных

грунтов

по

гранулометрическому составу В.В. Охотина [7] Содержание частиц, % Грунт Глина

глинистых

пылеватых

песчаных

гравийных

< 0,002 мм

0,002 – 0,05 мм

0,05 – 2 мм

> 2 мм

> 60

Не регламентируется

тяжелая Глина

30 – 60

—

больше, чем пылеватых

Глина

30 – 60

пылеватая Суглинок

больше, чем песчаных

20 – 30

—

больше, чем

тяжелый Суглинок

—

пылеватых 20 – 30

больше, чем

—

песчаных

тяжелый пылеватый Суглинок

15 – 20

—

больше, чем

средний Суглинок

пылеватых 15 – 20

больше, чем

—

песчаных

средний пылеватый Суглинок

10 – 15

—

больше, чем

легкий

пылеватых 42

менее 10

Содержание частиц, % Грунт Суглинок

глинистых

пылеватых

песчаных

гравийных

< 0,002 мм

0,002 – 0,05 мм

0,05 – 2 мм

>2

10 – 15

больше, чем

—

песчаных

легкий пылеватый Супесь

6 – 10

—

больше, чем

тяжелая

пылеватых

Супесь

6 – 10

больше, чем

тяжелая

—

песчаных

пылеватая Супесь

3–6

—

больше, чем

легкая

пылеватых 3–6

Супесь

больше, чем

—

песчаных

легкая пылеватая Песок

<3

—

больше, чем пылеватых

Приложение 3. Классификация крупнообломочных и песчаных грунтов по ГОСТ 25100-95 [4]∗ 3.1 По гранулометрическому (зерновому) составу: Разновидность грунтов

Размер зерен,

Содержание зерен,

частиц d, мм

частиц, % по массе

Крупнообломочные: − валунный (при преобладании

∗

> 200

> 50

Здесь и ниже классификации по ГОСТ изложены в учебных целях. 43

Разновидность грунтов

Размер зерен,

Содержание зерен,

частиц d, мм

частиц, % по массе

неокатанных частиц – глыбовый) − галечниковый (при неокатанных

> 10

> 50

>2

> 50

>2

> 25

− крупный

> 0,50

> 50

− средней крупности

> 0,25

> 50

− мелкий

> 0,10

≥ 75

− пылеватый

> 0,10

< 75

гранях – щебенистый) − гравийный (при неокатанных гранях – дресвяный) Пески: − гравелистый

Примечание: Для установления наименования грунта последовательно суммируются проценты содержания частиц: сначала – крупнее 200 мм, затем – крупнее 10 мм и т.д. Наименование грунта принимается по первому удовлетворяющему показателю. При наличии в крупнообломочном грунте песчаного заполнителя более 40 % или глинистого заполнителя более 30 % от обшей массы воздушно-сухого грунта, добавляется наименование вида заполнителя и указывается характеристика его состояния. Вид заполнителя устанавливается после удаления из крупнообломочного грунта частиц крупнее 2 мм. Например, щебень с заполнителем – супесью пластичной. 3.2 По степени влажности или коэффициенту водонасыщения S , д.е. r

крупнообломочные грунты и пески подразделяются на:

44

Насыщенные водой

S r ≥ 0,80

Средней степени водонасыщения

0,8 > S > 0,5 r

S r ≤ 0,5

Малой степени водонасыщения

3.3 По степени неоднородности гранулометрического состава C

u

крупнообломочные грунты и пески подразделяют на: Однородные

Cu ≤ 3

Неоднородные

Cu > 3

Приложение 4. Классификация глинистых грунтов по ГОСТ 25100-95 4.1 По числу пластичности I : P

Супесь

0,01 ≤ I ≤ 0,07

Суглинок

0,07 < I ≤ 0,17

Глина

I P > 0,17

P

P

4.2 По показателю текучести I : L

Твердые

IL < 0

Полутвердые

0≤ I

Тугопластичные

0,25 < I

Мягкопластичные

0,50 < I

Текучепластичные

0,75 < I

Текучие

IL > 1

L

≤ 0,25 L L L

≤ 0,50 ≤ 0,75 ≤1

45

4.3 По относительной деформации просадочности ε , д.е. глинистые sl

грунты подразделяют на: Непросадочные

ε sl < 0,01

Просадочные

ε sl ≥ 0,01

4.4 По относительной деформации набухания без нагрузки ε

sw

, д.е.

глинистые грунты подразделяют на: Ненабухающие

ε sw < 0,04

Слабонабухающие

0,04 < ε

Средненабухающие

0,08 < ε

Сильнонабухающие

ε sw > 0,12

sw sw

< 0,08 < 0,012

4.5 По относительному содержанию органического вещества I , д.е. r

(степени заторфованности) глинистые грунты и пески подразделяют на: Относительное содержание органического вещества I , д. е.

Разновидность грунтов

r

Глинистые грунты

Пески

С примесью органических веществ

0,05 – 0,10

0,10 – 0,03

Слабозаторфованный

0,10 – 0,25

—

Среднезаторфованный

0,25 – 0,40

—

Сильнозаторфованный

0,40 – 0,50

⎯

Торфы

> 0,50

46

4.6 По гранулометрическому составу и числу пластичности I : P

Содержание песчаных Разновидность глинистых Число пластичности I

P

частиц (2 – 0,5 мм), % по массе

грунтов Супесь: − песчанистая

1–7

≥ 50

− пылеватая

1–7

< 50

− легкий песчанистый

7 – 12

≥ 40

− легкий пылеватый

7 – 12

< 40

− тяжелый песчанистый

12 – 17

≥ 40

− тяжелый пылеватый

12 – 17

< 40

− легкая песчанистая

17 – 27

≥ 40

− легкая пылеватая

17 – 27

< 40

> 27

Не регламентируется

Суглинок:

Глина:

− тяжелая

4.7 По наличию включений глинистые грунты подразделяют на: Разновидность глинистых грунтов

Содержание частиц крупнее 2 мм, % по массе

Супесь, суглинок, глина с галькой

15 – 25

(щебнем) Супесь, суглинок, глина галечниковые (щебенистые) или гравелистые (дресвяные)

47

25 – 50

Список литературы 1.

ГОСТ

12536-79.

Грунты.

Методы

лабораторного

определения

гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава. 2.

ГОСТ 23001-90. Грунты. Методы лабораторных определений плотности и влажности.

3.

ГОСТ

24143-80.

Грунты.

Методы

лабораторного

определения

характеристик набухания и усадки. 4.

ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация / Минстрой России, МНТКС. – М.: ИПК Издательство стандартов, 1997. – 38 с.

5.

ГОСТ 5180-84. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик.

6.

Грунтоведение / В.Т. Трофимов, В.А. Королев, Е.А. Вознесенский, Г.А. Голодковская, Ю.К. Васильчук, Р.С. Зиангиров. Под ред. В.Т. Трофимова.

–

6

изд.,

перераб.

и

доп.

Серия:

Классический

университетский учебник. – М.: Изд-во МГУ, 2005. – 1024 с. 7.

Грунтоведение / Е.М. Сергеев, Г.А. Голодковская, Р.С. Зиангиров, В.И. Осипов, В.Т. Трофимов. Под ред. Е.М. Сергеева. – Издание 5-е, перераб. и доп. – М.: Изд-во МГУ, 1983. – 389 с.

8.

Чаповский Е.Г.. Лабораторные работы по грунтоведению и механике грунтов. Учебное пособие. Изд. 4-е, испр. и доп. М.: Недра, 1975. – 302с.

9.

Чернышев С.Н., Чумаченко А.Н., Ревелис И.Л. Задачи и упражнения по инженерной геологии: Учебное пособие. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Высшая школа, 2001. – 254 с.

48