МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «МУРМАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» (ФГБОУ ВО «МГТУ») Кафедра строительства, теплоэнергетики и транспорта Расчетно-графическая работа по дисциплине: «Основы геотехники» на тему: ОЦЕНКА ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ СТРОИТЕЛЬСТВА Выполнил: Шутов А.А., студент группы Стб21о-1 Проверил: Антонов В. М., канд. техн. наук, доцент кафедры СТиТ Мурманск 2023 СОДЕРЖАНИЕ Условие задания ...................................................................................................... 3 Задача 1..................................................................................................................... 8 Задача 2................................................................................................................... 11 Задача 3................................................................................................................... 13 Задача 4................................................................................................................... 14 Задача 5................................................................................................................... 16 Задача 6................................................................................................................... 18 Задача 7................................................................................................................... 19 Список литературы ............................................................................................... 21 2 УСЛОВИЕ ЗАДАНИЯ 3 Строительная площадка №3 0.25 - 0.1 0.1 - 0.05 0.05 - 0.01 0.01 - 0.005 0 1,0 1,0 20, 0 25, 0 20, 0 28, 0 3,0 1,5 2 2,8 0 0,5 1,5 18, 0 27, 0 18, 0 26, 0 4,0 3,0 3 5,0 0 0 0 6,0 6,0 18, 0 35, 0 25, 0 4 7,5 0 0 0 3,0 2,0 5,0 3,0 5 12,0 0 4,0 3,0 20, 0 24, 0 30, 0 10, 0 WP Влажность W 0.5 - 0.25 1,8 WL Плотность 1.0 - 0.5 1 Плотность частиц S 2.0 - 1.0 Граница текучести и пластичности <0.001 Гранулометрический состав грунта в % 5.0- 2.0 № обр грунта 0.005 - 0.001 Обр взят с глубин ы от пов-ти земли >5.0 Таблица результатов определения физических характеристик грунта 1,5 0 0 0 2,6 5 1,8 0,12 2,0 0 0 0 2,6 6 2,0 0,25 4,0 3,0 3,0 0,21 0,15 2,6 7 2,0 8 0,19 30, 0 20, 0 21, 0 16, 0 0,44 0,24 2,7 4 2,0 1 0,27 4,0 3,0 2,0 0 0 0 2,6 4 1,9 9 0,26 4 Скв№1 -108,7 1 2 3 4 5 6 Насыпь серая песч со строит мусором 1,10 107,6 1,10 106,2 2,5 7 угв Песок желт 2,4 105,2 3,5 Супесь желтая 2,5 102,7 6,0 Глина коричневая, 4,0 98,7 10,0 Песок желтый,. 5,0 93,7 15,0 5 Скв№2 -108,6 1 2 3 4 5 6 Насыпь серая песч со строит мусором 1,0 107,6 1,0 106,1 2,5 7 угв Песок желт 2,6 105.0 3,6 Супесь желтая 2,6 102,4 6,2 Глина коричневая, 3.8 98,6 10 Песок желтый,. 5,10 93,5 15,1 6 Скв№3-108,1 1 2 3 4 5 6 Насыпь серая песч со строит мусором 1,10 107,0 1,10 105,6 2,5 7 угв Песок желт 2,6 104.4 3,7 Супесь желтая 2,6 101,8 6,3 Глина коричневая, 4,1 97,7 10,4 Песок желтый, 4,6 93,1 15,0 7 ЗАДАЧА 1. ОЦЕНКА ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ СТРОИТЕЛЬСТВА № Глуб. обр. отб., м - - 1 1,8 3 5 4 7,5 5 12 Наименование Насыпь серая песч. со строит. мусором Песок желт. Пылеватый Средней плотности Малой степени водонасыщения Супесь желтая Пластичная Пылеватая Глина коричневая Легкая пылеватая Полутвердая Песок желтый Средней крупности Средней плотности Насыщенный водой Исходные характеристики Толщ. слоя, м Гранулометрический состав γ γS w wL wP - - - - - - 20 33 18 26,5 0,12 0 0 6 18 70 20,8 26,7 0,19 0,21 0,15 3 2 5 90 20,1 27,4 0,27 0,44 0,24 20 24 30 19 19,9 26,4 0,26 0 0 5 2 1 0,5 0,3 0,1 <0,1 1,1 - - - - - - 2,6 0 1 1 20 25 2,6 0 0 0 6 4,1 0 0 0 4,6 0 4 3 Производные характеристики Прочн. и деф. характеристики γd e Sr γSb IP IL CII CI φII φI E R0 - - - - - - - - - - - - 16,07 0,65 0,49 10 - - 2,66 30 27,27 18(180) 250(2,5) 17,48 0,53 0,96 10,92 0,06 0,67 15 10 26 22,6 24 300(3) 15,83 0,73 1,01 10,06 0,2 0,15 56,8 37,86 19,2 16,52 21,6 350(3,5) 15,79 0,67 1,02 9,82 - - 25,45 24(240) 400(4) 4(0,04) 0,8(0,008) 0,53 28 8 Вывод о пригодности грунтов в качестве естественных оснований: Геологический разрез показывает: рельеф участка спокойный (максимальный перепад составляет 0,4 м < 1 м) с абсолютными отметками скважин (+108,1) и (+ 108,7)м. 1 слой - Насыпь серая песч. со строит. мусором (1,1 - 1,1 м) - в качестве естественного основания не пригоден; 2 слой - Песок желтый, пылеватый, средней плотности малой степени водонасыщения(2,6 - 2,4м) - в качестве естественного основания пригоден; 3 слой - Супесь желтая, пластичная, пылеватая (2,6 - 2,5м) - в качестве естественного основания пригоден; 4 слой - Глина коричневая, легкая пылеватая, полутвердая (4,1 - 4,0м) - в качестве естественного основания пригоден; 5 слой - Песок желтый, средней крупности, плотный, насыщенный водой (4,6 - 5,0м) - в качестве естественного основания пригоден; 9 10 ЗАДАЧА 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНИЦЫ СЖИМАЕМОЙ ЗОНЫ За абсолютную отметку планировки выбираем отметку третьей скважины +108,1 Глубина заложения фундамента 2,3 м Толщина элементарных слоев не должна превышать Δ ≤ 0,4 ∙ b= 0,4∙ 2 = 0,8 м. 11 𝐹 258 𝐴 2 Среднее давление под подошвой: P = 𝑣 + 𝛾𝑐𝑠 𝑑 = z, h, м м 0 γ, кН/м3 Ϭzg, кПа c 2,3 17,1 39,33 0,2 0,2 18,0 1,0 0,8 1,4 2z b + 20 ∗ 2,3 = 175 кПа α Ϭzp, кПа 0 1 175 42,93 0,2 0,99 172,99 10,0 50,93 1,0 0,82 143,15 0,4 10,0 54,93 1,4 0,70 122,24 2,2 0,8 10,92 63,66 2,2 0,51 89,86 3,0 0,8 10,92 72,4 3,0 0,40 69,48 3,8 0,8 10,92 81,14 3,8 0,32 56,26 4,0 0,2 10,92 121,32 4,0 0,31 53,55 4,8 0,26 45,15 Граница сжимаемой зоны 4,8 0,8 20,1 137,4 zg d c d w w 6,3 2,5 10 38кН/м 2 12 ЗАДАЧА 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ОТ СОСЕДНЕГО ФУНДАМЕНТА МЕТОДОМ УГЛОВЫХ ТОЧЕК 𝐹 258 𝐴 2 Среднее давление под подошвой: P = 𝑣 + 𝛾𝑐𝑠 𝑑 = z, м ζABCD= ζDEFC= f(z/b1 ) b1=0,5м, l1=4,6м 0 + 20 ∗ 2,3 = 175 кПа αABCD=αDEFC (l1/b1=9,2) ζBCLK= ζCFLM f( z/b2 ) b2=0,5м, l2=2,2м αBCLK=αCFLM (l2/b2=4,4) ∑α ∆σzp,кПа 0 1 0 1 0 0 0,2 0,4 0,977 0,4 0,977 0 0 1,0 2,0 0,549 2,0 0,540 0,018 0,79 1,4 2,8 0,418 2,8 0,401 0,034 1,49 2,2 4,4 0,276 4,4 0,243 0,066 2,89 3,0 6,0 0,202 6,0 0,161 0,082 3,59 3,8 7,6 0,159 7,6 0,112 0,094 4,11 4,0 8,0 0,151 8,0 0,103 0,096 4,20 13 ЗАДАЧА 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗНАЧЕНИЯ НАЧАЛЬНОЙ И ПРЕДЕЛЬНОЙ КРИТИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ НА ГРУНТ Начальная критическая нагрузка: Pнач.кр (0,25b d c ctg ) d (ctg ) 180 2 Под подошвой на глубине 0,5b = 1м находится 1 слой грунта. 𝛾 = (0,2*18 + 0,8 * 10)/1 = 11,6 𝑃нач.кр. = 3,14 ∗ (0,25 ∗ 11,6 ∗ 2 + 17,1 ∗ 2,3 + 4 ∗ 𝑐𝑡𝑔 30) 𝑐𝑡𝑔 30 + 30 ∗ 3,14 180 − 3,14 + 17,1 ∗ 2,3 = 2 = 239,18 14 Предельное сопротивление грунта: пр Pкр = Nу y𝐼 b + N𝑞 𝑦1 d + N𝑐 c1= =6,55*11,6*2+11,58*17,1*2,3+20,08*2,66=660,81 𝐹 42,14 𝐹𝜈 402,18 𝑡𝑔𝛿 = н = = 0,11 = >𝛿 = atan(0,11) = 6,28 Горизонтальная нагрузка : 𝐹н = Q*1,2+𝐸𝑎 = 17*1,2+21,74=42,14 Ea 2 (d 2 2dhпр )tg 2 (45 2 ) Вертикальная нагрузка : 𝐹𝜈 = N*1,2+Gф*1,2+Gгр*1,15=258*1,2+56,5*1,2+21,55* 1,15= 402,18 Gф bпл tпл 25l bбл hблl 2 0,5 25 1 0,6 2,1 25 1 56,5кН / м, Gгр bпл bбл d tпл l (2 0,62,3 0,5 17,1 1) / 2 21,55кН / м 15 ЗАДАЧА 5. РАСЧЕТ СТЕНЫ ПОДВАЛА НА СДВИГ ПО ПОДОШВЕ ФУНДАМЕНТА Условие которое должно быть выполнено: Fsa c F sг n Активное давление: Ea hпр Ea 2 (d 2 2dhпр )tg 2 (45 2 ) q 10 0,58 17,1 17,1 24,5 (2,32 2 2,3 0,58)tg 2 (45 ) 21,74кН/м 2 2 Активные силы: F F E 17 *1,2 21,74 42,14 sa h a 16 Удерживающие силы: F F tg Ac E F 402,18 tg 27,27 2 2,66 214,45кН sг I v I I p sг F 42,14 sa 0,9 214,45 167 ,83кН 1,15 => Условие выполнено 17 ЗАДАЧА 6. РАСЧЕТ ФУНДАМЕНТА НА ОПРОКИДЫВАНИЕ Опрокидывающий момент: ∑ 𝑀𝑠𝑎 = 𝑀𝐸 = 𝐸𝑎 𝑧 Ea=21,74кН/м z d d 3hпр 3 d 2hпр hпр=0,58 ; d=2,3м z 2,3 2,3 3 0,58 1,34м 3 2,3 2 0,58 M E 21,74 1,34 29,13кН м Удерживающий момент: b b b b M G F e G u sz ф 2 v 2 гр 2 4 , Gф bпл tпл 25l bбл hблl 2 0,5 25 1 0,6 2,1 25 1 56,5кН / м, Gгр bпл bбл d tпл l (2 0,62,3 0,5 17,1 1) / 2 21,55кН / м ∑𝑀 30∗1,2+29,13+17∗2,6 𝑁𝐼 402,18 e= ∑ 𝐼 = 2 = 0,27 м – эксцентриситет приложения нагрузки. 2 2 2 M 56,5 2 402,18 2 0,27 21,55 2 4 599,59кН / м. sz Проверка условия: M sa nc M sz , 29,13 0,9 599 ,59 469 ,24 1,15 Условие выполнено, фундамент устойчив. 18 ЗАДАЧА 7. ПРОВЕРКА УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСА. Высота откоса H = 3 м Угол откоса α = 90 ̊ № Высота Уд.вес Отсе ка H1 H2 𝛾1 𝛾2 ∆ Вес отсека P1 P2 P=P1 +P2 𝛼 𝑁= 𝑇= 𝑃 cos 𝛼 𝑃 sin 𝛼 l c1 𝜑1 1 2,5 0,4 18 10 0,47 37,8 21 58,8 17 56,23 17,19 2 2,5 0,3 18 10 0,47 39,6 22 61,6 24 56,27 25,05 3 2,5 - 18 - 0,47 45 - 45 33 37,74 24,51 4 2,1 - 18 - 0,47 37,8 - 37,8 42 28,09 25,29 5 1,6 - 18 - 0,47 28,8 - 28,8 53 17,33 23 6 0,8 - 18 - 0,47 14,4 - 14,4 67 5,63 13,26 0,49 1 0,51 7 0,56 0 0,63 4 0,78 5 1,36 8 2,6 6 2,6 6 2,6 6 2,6 6 2,6 6 2,6 6 27,2 7 27,2 7 27,2 7 27,2 7 27,2 7 27,2 7 Центр поверхности скольжения:(0,34) ∗ 𝐻 = (0,34) ∗ 3000 = 1020 Вычисление коэффициента запаса: 𝑘= ∑(𝑁𝑖 𝑡𝑔𝜑𝑖 + 𝑐𝑖 𝑙𝑖 ) 𝑀𝑠𝑟 = = ∑ 𝑇𝑖сд 𝑀𝑎 (56,23𝑡𝑔(27,27) + 2,66 ∗ 0,491) + (56,27𝑡𝑔(27,27) + 2,66 ∗ 0,517) + +(37,74𝑡𝑔(27,27) + 2,66 ∗ 0,560) + (28,09𝑡𝑔(27,27) + 2,66 ∗ 0,634) + +(17,33𝑡𝑔(27,27) + 2,66 ∗ 0,785) + (5,63𝑡𝑔(27,27) + 2,66 ∗ 1,368) 17,19 + 25,05 + 24,51 + 25,29 + 23 + 13,26 = 0,905 0,905 < 1,2 − откос неустойчив 19 20 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Абуханов А.З. Механика грунтов: учебное пособие для вузов / А. З. Абуханов. - Ростов н/Д.: Феникс, 2006. - 352 с. 2. ГОСТ 12248 Грунты. Методы лабораторного определения ха- рактеристик прочности и деформируемости. 3. ГОСТ 20276-99 Методы полевого определения характеристик де- формируемости. М., ГУП ЦПП. 2000г. 4. ГОСТ 20522-96 Грунты. Методы статистической обработки резуль-татов испытаний. 5. ГОСТ 25100 Грунты. Классификация. 6. Добров Э.М. Механика грунтов: учебник для вузов / Э. М. Добров. - М.: Академия, 2008. - 272 с.. 7. Малышев М.В., Болдырев Г.Г. Механика грунтов, основания и фундаменты. АСВ М., 2009 8. Мангушев Р.А., Карлов В.Д., Сахаров И.И. Механика грунтов АСВ М., 2009г. 264с. 9. Механика грунтов, основания и фундаменты: учебное пособие для вузов / С.Б.Ухов, (и др.). - 4-е изд., стер. - М.: Высш. шк., 2007. - 566 с.: ил. 10. Механика грунтов. Метод. указ./Сост. Антонов В.М., Евдокимцев О.В. Тамбовск. гос. техн. унив. Тамбов, 2006.- 32 с. 11. СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений. М. 1985.. 12. СП 22.13330.2011 Основания зданий и сооружений (Актуализиро-ванная редакция СНиП 2.02.01-83*), Москва 2011. 13. Тер-Мартиросян З.Г. Механика грунтов Изд. АСВ 2009, 552 с. 21 МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «МУРМАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» (ФГБОУ ВО «МГТУ») Кафедра строительства, теплоэнергетики и транспорта Лабораторные работы по дисциплине: «Основы геотехники» на тему: Определение гранулометрического (зернового) состава грунта. Определение физических характеристик грунта. Определение консистенции связного грунта. Определение прочностных характеристик песчаного грунта. Компрессионные испытания грунтов. Выполнил: Шутов А.А., студент группы Стб21о-1 Проверил: Антонов В. М., канд. техн. наук, доцент кафедры СТиТ Мурманск 2023 22 Лабораторная работа №1 Определение гранулометрического (зернового) состава грунта Цель работы: Определить вид и степень неоднородности грунта Приборы и оборудование: набор сит (с поддоном); сита с размером отверстий 10; 5; 2; 1; 0,5; 0,25; 0,1 мм; весы лабораторные по ГОСТ24104 ступка фарфоровая по ГОСТ 9147; пестик по ГОСТ 9147 с резиновым наконечником; чашка фарфоровая по ГОСТ 9147; шкаф сушильный. Порядок выполнения работы: Гранулометрический (зерновой) состав грунта следует определять по весовому содержанию в нем частиц различной крупности, выраженному в процентах по отношению к весу сухой пробы грунта, взятой для анализа. Испытания проводятся в соответствии с ГОСТ 12536-2014 Зерновой состав – один из квалификационных показателей грунта. Для фракций диаметром больше 0,1мм он определяется просеиванием пробы через комплект сит, для более мелких (диаметром менее 0,1мм) применяют методы основанные на определении размеров частиц по скорости их выпадения из суспензии (метод седиментации). Чем мельче частицы.тем медленнее они оседают в спокойной жидкости. Скорость выпадения частиц оценивают по уменьшению плотности раствора, обычно с помощью ареометров. Зная процентное содержание каждой фракции строят кривые однородности (в координатах ln d - содержание фракции, %). Чем более крутыми получаются кривые, тем более однородным является грунт. Для характеристики неоднородности используют коэффициент - степень неоднородности. Навеску помещают в фарфоровую ступку, смачивают водой и тщательно растирают пестиком с резиновым наконечником. Навеску частями переносят на сито диаметром отверстий 0,1 мм и отмучивают под струей воды. Отмучивание продолжается до тех пор, пока из сита не будет вытекать прозрачная вода. Оставшиеся на сите промытые частицы количественно переносят в заранее взвешенную фарфоровую чашку, выпаривают на песчаной бане и высушивают в сушильном шкафу при (105±5)°С. Если грунт органо-минеральный, сушку проводят при температуре (70±5)°С. Взвешивают чашку с грунтом. 23 𝐶𝑢 = где d 60 - 𝑑60 𝑑10 контролирующий диаметр, меньше которого в данном грунте содержится 60% частиц по массе, d10 - эффективный диаметр, меньше которого содержится 10% частиц. При Cu 3 грунт считается однородным. Гранулометрический (зерновой) и микроагрегатный состав грунтов следует определять методами, предусмотренными табл. 1.1 1.1 Методы определения гранулометрического состава грунта Наименование грунтов Состав Метод определения грунта Песчаные, при от 10 ГранулоСитовой без выделении зерен песка до0,5 промывки водой метрический отмм 10 Ситовой с крупностью: до0,1 (зерновой) промывкой водой мм ГранулоАреометрический метрический( Глинистые зерновой) Пробы грунта при разделении их на фракции подготавливают: для выделения частиц размером более 0,1 мм — растиранием грунта; для выделения частиц размером менее 0,1 мм — микроагрегатным навеску грунта растирают, помещают в коническую колбу, заливают дистиллированной водой и кипятят с добавлением аммиака в течение 0,5-1 ч Для определения гранулометрического (зернового) состава грунтов следует брать образцы, высушенные до воздушно-сухого состояния и растертые в фарфоровой ступке пестиком с резиновым наконечником. При выделении частиц крупностью от 10 до 0,5 мм гранулометрический состав определяется ситовым методом без промывки водой; при выделении частиц крупностью от 10 до 0,1 мм - с промывкой водой (обычно для глинистых песков). При определении гранулометрического (зернового) состава песчаных грунтов ситовым методом с промывкой водой применяют водопроводную или профильтрованную дождевую (речную) воду, а при определении 24 гранулометрического (зернового) дистиллированную воду. состава глинистых грунтов — Взвешивание проб грунта на технических весах должно производиться с погрешностью до0,01г, а при весе проб грунта 1000 г и более взвешивание допускается производить с погрешностью до1 г. Взвешивание на аналитических погрешностью до0,001 г. весах должно производиться с Результаты вычисления гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава грунтов должны определяться с погрешностью до 0,1%. Стандартный комплект сит должен состоять из семи сит: с круглыми штамповыми отверстиями диаметром 10; 5; 2; 1 мм и трех сит из медной или латунной сетки простого плетения с отверстиями квадратной формы размером 0,5; 0,25; 0,1 мм.Сита монтируют в колонку, размещая их от поддона в порядке увеличения размера отверстий. На верхнее сито надевают крышку. Минимальная масса образца, необходимая для просеивания определяется в зависимости от вида грунта: для гравия (при наличии частиц диаметром более 2мм)-2000г; при наличии песчаных частиц (диаметром более 0,5мм) 100г; при наличии пылеватых и глинистых частиц диаметром более 0,1мм) 50г. Фракции грунта, задержавшиеся на ситах, высыпают, начиная с верхнего сита, в ступку и дополнительно растирают пестиком с резиновым наконечником, после чего вновь просеивают на этих же ситах. Полноту просеивания фракций грунта проверяют встряхиванием каждого сита над листом бумаги. Если при этом на лист выпадают частицы, то их высыпают на следующее сито; просев продолжают до тех пор, пока на бумагу перестанут выпадать частицы. Фракции грунта, задержавшиеся после просеивания на каждом сите и прошедшие в поддон, необходимо взвесить и суммировать массы всех фракций грунта. Потерю грунта при просеивании разносят по всем фракциям пропорционально их массе. Если полученная суммавеса всех фракций грунта превышает более чем на 1% вес взятой для анализа пробы, то анализ следует повторить. При разделение грунта на фракции с промывкой водой навеску помещают в фарфоровую ступку, смачивают водой и тщательно растирают пестиком с резиновым наконечником. Навеску частями переносят на сито диаметром 25 отверстий 0,1 мм и отмучивают под струей воды. Отмучивание продолжается до тех пор, пока из сита не будет вытекать прозрачная вода. Оставшиеся на сите промытые частицы количественно переносят в заранее взвешенную фарфоровую чашку, выпаривают на песчаной бане и высушивают в сушильном шкафу при (105±5)°С, затем взвешивают.Если грунт органоминеральный, сушку проводят при температуре (70±5)°С. Обработка результатов Содержание в грунте каждой фракцииА в % надлежит вычислять по формуле 𝐴= 𝑔ф ∗ 100% 𝑔 где g —вес данной фракции грунта, г; g — вес средней пробы грунта, взятой ф для анализа, г. Результаты анализа регистрируют в журнале По окончании заполнения таблицы определяется вид грунта, строится кривая зернового состава грунта (рис.1) и делается вывод о его однородности. 26 Данные по результатам испытаний Журнал лабораторного определения гранулометрического (зернового) состава грунта 5-2 2-1 1-0,5 0,50,25 0,25-0,1 Меньш е00,1 Ситовой анализ с промывкой водой Фракции грунта, мм 10-5 Вес пробы грунта, гс Содержани е фракции, % Убыв.итог Возраст.ит ог Ситовой анализ >10 Показатели 0 20 50 160 150 80 30 10 0 4 10 32 30 16 6 2 100 0 96 4 86 14 54 46 24 76 8 92 2 98 0 100 Песок - крупный, частицы d>0,50мм составляют больше 50% общей массы (76%). 𝐶𝑢 = 𝑑60 1,1875 = = 4, (2) 𝑑10 0,28125 Следовательно грунт неоднородный 27 28 Лабораторная работа №2 Определение физических характеристик грунта. Цель работы: Определить основные и производные физические характеристики грунта. Приборы и оборудование: весы лабораторные по ГОСТ 19491 ступка фарфоровая по ГОСТ 9147—73; пестик по ГОСТ 9147—73 с резиновым наконечником; чашка фарфоровая по ГОСТ 9147—73; пикнометры по ГОСТ 22524–77 шкаф сушильный, шпатель, режущее кольцо-пробоотборник, парафин, дистиллированная вода. Краткие теоретические сведения: Грунт представляет собой природное образование, состоящее из минеральной части (скелета) и пор, заполненных водой и газом. В состав отдельных грунтов входят также органоминеральные и органические соединения. Твердая, жидкая и газообразная составляющие определяют фазовое состояние грунта. Лабораторным путем определяются в соответствии с ГОСТ 5180-84 три основные фазовые характеристики: плотность, плотность частиц грунта и его влажность. Определение плотности грунта методом режущего кольца Плотность грунта ρ определяется отношением массы образца грунта к его объему: ρ = m /V , (3) где m = ms + mw V = Vs +Vp Vp = Vw +Vg , (4) здесь m, ms, mw - соответственно масса грунта, масса твердых частиц и воды; V , Vs , Vp , Vw , Vg - соответственно объем грунта, объем твердых частиц, пор, воды и газа. Согласно требованиям ГОСТ 5180-84 по табл. 3 выбирают режущее кольцо-пробоотборник. 29 Таблица 3 Кольца нумеруют, измеряют внутренний диаметр и высоту с погрешностью не более 0,1 мм. По результатам измерений вычисляют объем кольца с точностью до 0,1 см3. Определение плотности грунта методом взвешивания в воде Вырезают образец грунта объемом не менее 50 см3 и придают ему округлую форму, срезая острые выступающие части. Образец обвязывают тонкой прочной нитью со свободным концом длиной 15-20 см, имеющим петлю для подвешивания к серьге весов и взвешивают. Парафин, не содержащий примесей, нагревают до температуры 57-60°С. Образец грунта покрывают парафиновой оболочкой, погружая его на 2-3 с в нагретый парафин. При этом пузырьки воздуха, обнаруженные в застывшей парафиновой оболочке, удаляют, прокалывай их и заглаживая места проколов нагретой иглой. Эту операцию повторяют до образования плотной парафиновой оболочки. Охлажденный парафинированный образец взвешивают. Затем парафинированный образец взвешивают в сосуде с водой. К серьге коромысла подвешивают образец и опускают в сосуд с водой. Объем сосуда и длина нити должны обеспечить полное погружение образца в воду. При этом образец не должен касаться дна и стенок сосуда Взвешенный образец вынимают из воды, промокают фильтровальной бумагой и взвешивают для проверки герметичности оболочки. Если масса образца увеличилась более чем на 0,02 г по сравнению с первоначальной, образец следует забраковать и повторить испытание с другим образцом. 30 Плотность грунта ρ, г/см3 вычисляют по формуле: (5) где т — масса образца грунта до парафинирования, г; m1 — масса парафинированного образца грунта, г; m2 — результат взвешивания образца в воде (разность масс парафинированного образца и вытесненной им воды), г; ρp — плотность парафина, принимаемая равной 0,900 г/см3; ρw — плотность воды при температуре испытаний, г/см3. Определение влажности грунта Влажность грунта — отношение массы воды в объеме грунта к массе этого грунта, высушенного до постоянной массы. w=mw/ms. (6) Влажность грунта w, %, вычисляют по формуле: (7) где m — масса пустого стаканчика с крышкой, г; m1 — масса влажного грунта. со стаканчиком и крышкой, г; m0 — масса высушенного грунта со стаканчиком и крышкой, г. Допускается выражать влажность грунта в долях единицы. Влажность меняется в пределах 0,01-0,6; но встречаются грунты (например, илы) для которых влажность составляет 1. Определение плотности частиц грунта пикнометрическим методом Плотность частиц грунта ρ s — масса единицы объема твердых (скелетных) частиц грунта. Плотность частиц грунта определяется отношением массы частиц грунта к их объему. (8) Плотность частиц грунта ρs, г/см3, вычисляют по формуле: (9) где m0 — масса сухого грунта, г; m1 —масса пикнометра с водой и грунтом 31 после кипячения при температуре испытания, г; m2 — масса пикнометра с водой при той же температуре, г; ρw — плотность воды при той же температуре, г/см3. Плотность частиц грунта для большинства грунтов изменяется в пределах 2,4-2,8 г/см3. Определение производных характеристик. К производным физическим характеристикам относят плотность сухого грунта (плотность скелета), пористость, коэффициент пористости, коэффициент водонасыщения Плотность сухого грунта ρd — отношение массы грунта за вычетом массы воды и льда в его порах к его первоначальному объему. Плотность сухого грунта ρd ( г/см3 ) вычисляют по формуле: (10) где ρ — плотность грунта, г/см3; w — влажность грунта, %; ms,V - масса твердых частиц и объем грунта. Пористость грунта это объем пор в единице объема грунта. (11) Коэффициент пористости это отношение объема пор к полному объему грунта: (12) Коэффициент водонасыщения Sr, т. е. — степень заполнения объема пор водой. Определяется по формуле: (13) где w — природная влажность грунта; е — коэффициент пористости; ρs — плотность частиц грунта, г/см3; ρw — плотность воды, принимаемая равной 1 г/см3. Коэффициент водонасыщения меняется от 0 до 1. По окончании работы определяется вид и состояние несвязного грунта 32 Обработка результатов 1)Определение плотности грунта методом режущего кольца 𝑝= 𝑚 326 г = = 2,4 𝑉 3,52 ∗ 3,5 ∗ 3,14 см3 2) Определение влажности грунта 𝑤= 𝑚𝑤 (𝑚1 − 𝑚0) 72 − 63 = = = 0,15 𝑚𝑠 𝑚0 − 𝑚 63 − 4 3)Определение плотности частиц грунта пикнометрическим методом m0=17г; m1=136г; m2=126г 𝑝𝑠 = 𝑝𝑤 𝑚0 1 ∗ 17 г = = 2,4 3 𝑚0 + 𝑚2 − 𝑚1 17 + 126 − 136 см 4)Определение производных характеристик Плотность сухого грунта: 𝑝𝑑 = 𝑚𝑠 𝑝 2,4 = = = 2,09 𝑉 1 + 𝑤 1 + 0,15 Пористость грунта: 𝑛= 𝑉𝑝 𝑝𝑑 𝑝𝑠 − 𝑝𝑑 2,4 − 2,09 =1− = = = 0,13 = 13% 𝑉1 𝑝𝑠 𝑝𝑠 2,4 Коэффициент пористости: 𝑒= 𝑉𝑝 𝑛 𝑛 𝑝𝑠 − 𝑝𝑑 2,4 − 2,09 = = = = = 0,15 𝑉 𝑚 1−𝑛 𝑝𝑑 2,09 Коэффициент водонасыщенности: 𝑆𝑟 = 𝑤𝑝𝑠 0,15 ∗ 2,4 = = 2,4 𝑒𝑝𝑤 0,15 ∗ 1,0 Вывод: песок крупный, неоднородный, насыщенный водой, плотный. 33 Лабораторная работа №3 Определение консистенции связного грунта Цель работы: Определить вид и состояние глинистого грунта. Приборы и оборудование: весы лабораторные по ГОСТ 19491; ступка фарфоровая по ГОСТ 9147—73; пестик по ГОСТ 9147—73 с резиновым наконечником; чашка фарфоровая по ГОСТ 9147—73; пикнометры по ГОСТ 22524–77; балансирный конус, шкаф сушильный, шпатель, дистиллированная вода. Краткие теоретические сведения: Под консистенцией понимают густоту и вязкость грунтов, которые обуславливают способность их сопротивления пластическому изменению формы. Консистенция зависит от количественного содержания твердых частиц и воды в единице объема грунта, а также от сил взаимодействия между частицами. Показателем консистенции или текучести служит выражение (14) где wp -влажность, при которой грунт переходит из твердого в пластичное состояние, называют нижним пределом пластичности или пределом раскатывания; wL -влажность на границе пластичной и текучей консистенции, называют верхним пределом пластичности или пределом текучести. С увеличением содержания в грунте глинистых фракций растет разность числовых значений влажности на границе текучести и пластичности - число пластичности: (15) Это число положено в основу строительной классификации глинистых грунтов. Определение границы текучести 34 Границу текучести следует определять как влажность приготовленной из исследуемого грунта пасты, при которой балансирный конус погружается под действием собственного веса за 5 с на глубину 10 мм. Для определения границы текучести используют монолиты или образцы нарушенного сложения, для которых требуется сохранение природной влажности. Для грунтов, содержащих органические вещества, границу текучести определяют сразу после вскрытия образца. Для грунтов, не содержащих органических веществ, допускается использование образцов грунтов в воздушно-сухом состоянии. Образец грунта природной влажности разминают шпателем в фарфоровой чашке или нарезают ножом в виде тонкой стружки, удалив из него растительные остатки круп- нее 1 мм, отбирают из размельченного грунта методом квартования пробу массой около 300 г и протирают сквозь сито с сеткой № 1. Пробу выдерживают в закрытом стеклянном сосуде не менее 2 ч. Образец грунта в воздушно-сухом состоянии растирают в фарфоровой ступке или в растирочной машине, не допуская дробления частиц грунта и одновременно удаляя из него растительные остатки крупнее 1 мм, просеивают сквозь сито с сеткой с диаметром отверстий 0,1мм, увлажняют дистиллированной водой до состояния густой пасты, перемешивая шпателем, и выдерживают в закрытом стеклянном сосуде. Подготовленную грунтовую пасту тщательно перемешивают шпателем и небольшими порциями плотно (без воздушных полостей) укладывают в цилиндрическую чашку к балансирному конусу. Поверхность пасты заглаживают шпателем вровень с краями чашки. Балансирный конус, смазанный тонким слоем вазелина, подводят к поверхности грунтовой пасты так, чтобы его острие касалось пасты. Затем плавно отпускают конус, позволяя ему погружаться в пасту под действием собственного веса. 35 Погружение конуса в пасту в течение 5 с на глубину 10 мм показывает, что грунт имеет влажность, соответствующую границе текучести. При погружении конуса в течение 5 с на глубину менее 10 мм, грунтовую пасту извлекают из чашки, присоединяют к оставшейся пасте, добавляют немного дистиллированной воды, тщательно перемешивают ее и повторяют операции. При погружении конуса за 5 с на глубину более 10 мм грунтовую пасту из чашки перекладывают в фарфоровую чашку, слегка подсушивают на воздухе, непрерывно перемешивая шпателем и повторяют операции. По достижении границы текучести из пасты отбирают пробы массой 15— 20 г для определения влажности в соответствии с порядком выполнения предыдущей лабораторной работы. Определение границы раскатывания Границу раскатывания (пластичности) следует определять как влажность приготовленной из исследуемого грунта пасты, при которой паста, раскатываемая в жгут диаметром 3 мм, начинает распадаться на кусочки длиной 3—10 мм. Подготовку грунта производят в соответствии с предыдущими испытаниями или используют часть грунта (40—50 г), подготовленного для определения текучести. Подготовленную грунтовую пасту тщательно перемешивают, берут небольшой кусочек и раскатывают ладонью на стеклянной или пластмассовой пластинке до образования жгута диаметром 3 мм. Если при этой толщине жгут сохраняет связность и пластичность, его собирают в комок и вновь раскатывают до образования жгута диаметром 3 мм. Раскатывать следует, слегка нажимая на жгут, длина жгута не должна превышать ширины ладони. Раскатывание продолжают до тех пор, пока жгут не начинает распадаться по поперечным трещинам на кусочки длиной 3-10 мм. 36 Кусочки распадающегося жгута собирают в стаканчики, накрываемые крышками. Когда масса грунта в стаканчиках достигнет 10—15 г, определяют влажность в соответствии с требованиями предыдущей лабораторной работы. По окончании работы следует сделать вывод по виду и состоянию связного грунта. Обработка результатов 𝑤= 115 − 107 ∗ 100 = 11,4% 107 − 37 𝑤𝐿 = 97 − 86 ∗ 100 = 22,4% 86 − 37 𝑤𝑝 = 89 − 86 ∗ 100 = 6,1% 86 − 37 𝐼𝐿 = 11,4 − 6,1 = 0,33 22,4 − 6,1 𝐼𝑝 = (22,4 − 6,1) ∗ 0,01 = 0,163 Вывод: суглинок тугопластичный 37 Лабораторная работа №4 Компрессионные испытания грунтов Цель работы: Освоить методику испытания грунта методом компрессионного сжатия для определения коэффициента сжимаемости m0 , модулей деформации Eoed и Ek для ветвей первичного и повторного нагружения. Приборы и оборудование: Компрессионный прибор (одометр), состоящий из: (рис. 4.1) рабочего кольца, цилиндрической обоймы, перфорированного вкладыша под рабочее кольцо и поддона с емкостью для воды; - механизм для вертикального нагружения образца грунта; - устройства для измерения вертикальных деформаций образца грунта. Данные для определения характеристик деформируемости: Начальное значение к-та пористости е0 = 0,16 Высота образца 2,5см Ступень давления Р, МПа Приращение показаний индикаторов Δh1см Приращение показаний индикаторов Δh2, см 0,025 0,02 0,02 0,05 0,028 0,026 0,1 0,035 0,037 0,2 0,041 0,044 0,3 0,054 0,056 0,4 0,061 0,063 Ход работы Для определения характеристик 𝑚0 , Eoed и Ek по результатам испытания для каждой ступени нагружения вычислим: 38 - абсолютную вертикальную стабилизированную деформацию образца грунта ∆ℎ, мм, как среднее арифметическое показаний данных: (∆ℎ)𝑖 = ∆ℎ2 + ∆ℎ1 𝑛 (∆ℎ)1 = 0,02 см; (∆ℎ)2 = 0,027 см; (∆ℎ)3 = 0,036 см; (∆ℎ)4 = 0,0425 см; (∆ℎ)5 = 0, 055 см; (∆ℎ)6 = 0,062 см. Результаты занесём в таблицу. - относительную вертикальную деформацию образца грунта (модуль осадки) по формуле 1 h / h , где h -начальная высота образца = 2,5 см. 𝜀1 = 0,008; 𝜀2 = 0,0108; 𝜀3 = 0,0144; 𝜀4 = 0,017; 𝜀5 = 0,022; 𝜀6 = 0,0248. По вычисленным данным построим график зависимости 𝜀 = 𝑓(𝑝): По графику определяют структурную прочность на сжатие 𝑝𝑠𝑡𝑟 , равное значению давления, соответствующему точке пересечения кривой с осью давления p. На данном графике такое давление отсутствует. 39 Вычислим коэффициенты пористости 𝑒𝑖 грунта при давлениях 𝑝𝑖 по формуле: 𝑒𝑖 = 𝑒0 − 𝜀𝑖 (1 + 𝑒0 ) 𝑒1 = 𝑒0 − 𝜀1 (1 + 𝑒0 ) = 0,151; 𝑒2 = 𝑒0 − 𝜀2 (1 + 𝑒0 ) = 0,147; 𝑒3 = 𝑒0 − 𝜀3 (1 + 𝑒0 ) = 0,143; 𝑒4 = 𝑒0 − 𝜀4 (1 + 𝑒0 ) = 0,140; 𝑒5 = 𝑒0 − 𝜀5 (1 + 𝑒0 ) = 0,134; 𝑒6 = 𝑒0 − 𝜀6 (1 + 𝑒0 ) = 0,131. По этим значениям построим компрессионную кривую 𝑒 = 𝑓(𝑝): Сжимаемость грунта характеризуется коэффициентом сжимаемости 𝑚0 , МПа−1 , в заданном интервале давлений, который вычисляют с точностью 0,001 МПа−1 по формуле: 𝑚0 = (𝑚0 )1 = 𝑒𝑖 − 𝑒𝑖+1 ; 𝑝𝑖+1 − 𝑝𝑖 𝑒0 − 𝑒1 0,16 − 0,151 = = 0,360 МПа−1 ; 𝑝1 − 𝑝0 0,025 − 0 (𝑚0 )2 = 0,160 МПа−1 ; 40 (𝑚0 )3 = 0,080 МПа−1 ; (𝑚0 )4 = 0,030 МПа−1 ; (𝑚0 )5 = 0,060 МПа−1 ; (𝑚0 )6 = 0,030МПа−𝟏 . Результаты занесём в таблицу. Рассчитаем относительный коэффициент сжимаемости 𝑚𝑣 : 𝑚0 𝑚𝑣 = (1 + 𝑒0 ) (𝑚𝑣 )1 = 0,360 1,16 = 0,310 МПа−1 ; (𝑚𝑣 )2 = 0,138 МПа−1 ; (𝑚𝑣 )3 = 0,069 МПа−1 ; (𝑚𝑣 )4 = 0,026 МПа−1 ; (𝑚𝑣 )5 = 0,052 МПа−1 ; (𝑚𝑣 )6 = 0,026 МПа−1 . Одометрический модуль деформации Eoed и модуль деформации по данным компрессионных испытаний Ek , МПа, в заданном интервале давлений Δр (секущие модули) вычисляют с точностью 0,1 МПа по формулам: Eoed p / Ek Eoed - коэффициент, учитывающий отсутствие поперечного расширения грунта в компрессионном приборе и вычисляемый по формуле: 1 2 2 1 При отсутствии экспериментальных данных допускается принимать равным - 0,8 - для песков. (Eoed )1 =3,1 МПа; (Eoed )2 =8,9 МПа; 41 (Eoed )3 =13,9 МПа; (Eoed )4 =38,5 МПа; (Eoed )5 =20,0 МПа; (Eoed )6 =35,7 МПа. (E𝑘 )1 = 2,5 МПа; (E𝑘 )2 = 7,1 МПа; (E𝑘 )3 = 11,1 МПа; (E𝑘 )4 = 30,8 МПа; (E𝑘 )5 = 16,0 МПа; (E𝑘 )6 = 28,6 МПа. Таблица результатов испытаний Ном ер ступ ени нагр ужен ия Давление на образец грунта, 𝑝𝑖 , МПа Абсолютн ая деформаци я образца ∆ℎ𝑖 , см Относите льная деформа ция образца ε Коэффи циент пористо сти e Коэффи циент сжимае мости 𝑚0 , МПа−1 Относитель ный коэффициен т сжимаемост и 𝑚𝑣 , МПа−1 Одометриче ский модуль деформации Eoed Модуль деформаци и по данным компресси онных испытаний Ek 1 0,025 0,02 0,008 0,151 0,360 0,310 3,1 2,5 2 0,05 0,027 0,0108 0,147 0,160 0,138 8,9 7,1 3 0,1 0,036 0,0144 0,143 0,080 0,069 13,9 11,1 4 0,2 0,0425 0,017 0,140 0,030 0,026 38,5 30,8 5 0,3 0,055 0,022 0,134 0,060 0,052 20 16,0 6 0,4 0,062 0,0248 0,131 0,030 0,026 35,7 28,6 42 Лабораторная работа №5 Определение прочностных характеристик грунта Цель работы: Освоить методику испытания грунта методом одноплоскостного среза для определения прочностных характеристик грунтов (сопротивления грунта срезу ; угла внутреннего трения и удельного сцепления c ). Приборы и оборудование: -установка для испытания грунта методом одноплоскостного среза; - режущее кольцо (цилиндрическая форма с режущим краем, рабочее кольцо прибора для испытаний); - гладкие пластинки (стекло, металл и т.п.); - винтовой пресс; - насадка для вдавливания колец; - выталкиватель для извлечения образца из кольца; - штангенциркуль по ГОСТ 166; - плоская лопатка; - нож с прямым лезвием; - лабораторные весы по ГОСТ 24104 с гирями по ГОСТ 7328. Данные для определения прочностных характеристик: -Нормальному давлению 0,1МПа соответствует касательное напряжение 0,21МПа Нормальному давлению 0,2МПа соответствует касательное напряжение 0,35МПа Нормальному давлению 0,3МПа соответствует касательное напряжение 0,43Мпа (количество испытаний -3) Ход работы Сопротивление грунта срезу определяют как предельное среднее касательное напряжение, при котором образец грунта срезается по фиксированной плоскости при заданном нормальном напряжении. При 43 определении cиφпроводят не менее трёх испытаний с помощью установки для испытания грунта методом одноплоскостного среза. Существуют консолидировано-дренированные и неконсолидированно-недренированные испытания. Прочностные характеристики определяются разными методами: прямым одноплоскостным срезом, трёхосным сжатием, или, в полевых условиях – сдвигом грунтовых призм по заранее заданной поверхности, лопастными крыльчатками. В нашем случае используется одноплоскостной срез. Для начала необходимо определить прочностные характеристики грунта при 3 испытаниях. Воспользуемся законом Кулона для несвязных грунтов для расчёта сопротивления грунтов срезу: 𝜏 = 𝜎 ∗ 𝑡𝑔𝜑, Где τ – касательное напряжение, Па; σ – нормальное напряжение на поверхности среза, Па; tgφ – коэффициент внутреннего трения. После проведения всех испытаний с грунтом по измеренным значениям касательной и нормальной нагрузок вычисляют касательные и нормальные напряжения τ и σ МПа, по формулам: 𝑄 𝐹 𝐴 𝐴 𝜏 = 10 ∗ ; 𝜎 = 10 ∗ , Где Qи F – соответственно касательная и нормальная силы к плоскости среза, кН; A – площадь среза, см2 . Из данных возьмём значения нормального давления для расчета нормального напряжения на поверхности среза σ: 𝜎1 = 0,1 МПа; 𝜎2 = 0,2 МПа; 𝜎3 = 0,3МПа. 44 Построим график зависимости 𝜏𝑖 –𝜎𝑖 и укажем угол внутреннего трения: Графически, угол внутреннего трения φ равен 48° Т.к. теперь нам известны все касательные и нормальные напряжения, воспользуемся формулами для расчета угла внутреннего трения φ и удельного сцепления c, МПа: 𝑡𝑔𝜑 = 𝑡𝑔 = 𝑛 ∑ 𝜏𝑖 𝜎𝑖 − ∑ 𝜏𝑖 ∑ 𝜎𝑖 𝑛 ∑(𝜎𝑖 )2 − (∑ 𝜎𝑖 )2 ; 3 ∗ (0,21 ∗ 0,1 + 0,35 ∗ 0,2 + 0,43 ∗ 0,3) − (0,21 + 0,35 + 0,43) ∗ (0,1 + 0,2 + 0,3) = 1,1 3 ∗ (0,12 + 0,22 + 0,32 ) − (0,1 + 0,2 + 0,3)2 𝜑 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔(𝑡𝑔𝜑) = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔(1,1) = 47,7°. 45 𝑐= 𝑐= ∑ 𝜏𝑖 ∑ 𝜎𝑖 2 − ∑ 𝜎𝑖 ∑ 𝜏𝑖 𝜎𝑖 ; 𝑛 ∑(𝜎𝑖 )2 − (∑ 𝜎𝑖 )2 0,99 ∗ (0,12 + 0,22 + 0,32 ) − (0,1 + 0,2 + 0,3) ∗ (0,021 + 0,07 + 0,129) = 3 ∗ 0,14 − 0,36 = 0,99 ∗ 0,14 − 0,6 ∗ 0,22 = 0,11 МПа. 0,06 Вывод: в результате лабораторной работы были определены следующие прочностные характеристики грунта: сопротивление грунта срезу, равное 0,43 МПа, удельное сцепление, равное 0,11 МПа, угол внутреннего трения, равный 47,7°. 46
