Меню разделаНа главную

ГЕОЛОГИЯ СТРОЙПЛОЩАДКИ

Определение физических свойств грунта

Визуально-тактильный метод исследования физических свойств грунта

Степень цементации породы, выветрелость обломков, крепость породы могут быть оценены по сопротивлению ударам молотка, разламыванию руками, характеру излома. Запах породы помогает выявить ее сульфатность, наличие разлагающихся органических включений. Так, глины текучей консистенции часто отличаются от илов по затхлому запаху последних. В полевых условиях могут быть получены и такие приближенные оценки свойств пород, как размокаемость, растворяемость, липкость и другие.

Супесь — почти, но еще не песок. Суглинок — почти, но еще не глина.

Таблица 4

Визуально-тактильно определяемые признаки состояния глинистых грунтов по консистенции
Кон­си­стен­ция При­знак
Су­песь твер­дая Об­ра­зец грун­та при уда­ре раз­би­ва­ет­ся на кус­ки, при сжа­тии в ла­до­ни рас­сы­па­ет­ся, при рас­ти­ра­нии пы­лит. Вы­ре­зан­ный ку­сок ло­ма­ет­ся без за­мет­но­го из­ги­ба.
Су­песь пла­стич­ная Об­ра­зец грун­та лег­ко раз­ми­на­ет­ся ру­кой, хо­ро­шо фор­ми­ру­ет­ся и со­хра­ня­ет при­род­ную фор­му, при сжа­тии в ла­до­ни ощу­ща­ет­ся влаж­ность. Ино­гда об­ла­да­ет лип­ко­стью.
Су­песь те­ку­чая Об­ра­зец грун­та лег­ко де­фор­ми­ру­ет­ся от не­зна­чи­тель­но­го на­жи­ма и рас­те­ка­ет­ся.
Су­глин­ки и гли­ны твер­дые Об­ра­зец грун­та при уда­ре раз­би­ва­ет­ся на кус­ки, ино­гда при сжа­тии в ла­до­ни рас­сы­па­ет­ся, при рас­ти­ра­нии пы­лит, но­готь боль­шо­го паль­ца вдав­ли­ва­ет­ся в об­ра­зец грун­та с тру­дом.
Су­глин­ки и гли­ны по­лутвер­дые Вы­ре­зан­ный бру­сок грун­та без за­мет­но­го из­ги­ба ло­ма­ет­ся с об­ра­зо­ва­ни­ем ше­ро­хо­ва­той по­верх­но­сти из­ло­ма, при раз­ми­на­нии кро­шит­ся. Но­готь боль­шо­го паль­ца вдав­ли­ва­ет­ся в об­ра­зец грун­та без осо­бых уси­лий.
Су­глин­ки и гли­ны ту­го­пла­стич­ные Вы­ре­зан­ный бру­сок грун­та за­мет­но из­ги­ба­ет­ся еще до из­ло­ма. Ку­сок грун­та с тру­дом раз­ми­на­ет­ся ру­ка­ми; па­лец лег­ко остав­ля­ет не­глу­бо­кий от­пе­ча­ток, но вдав­ли­ва­ет­ся лишь при силь­ном на­жи­ме.
Су­глин­ки и гли­ны мяг­ко­пла­стич­ные Об­ра­зец грун­та на ощупь влаж­ный или очень влаж­ный. Ку­сок грун­та лег­ко раз­ми­на­ет­ся, но при фор­ми­ро­ва­нии со­хра­ня­ет при­дан­ную ему фор­му. Ино­гда при­дан­ная фор­ма со­хра­ня­ет­ся на про­дол­жи­тель­ное вре­мя. Па­лец вдав­ли­ва­ет­ся в об­ра­зец грун­та при уме­рен­ном на­жи­ме на не­сколь­ко сан­ти­мет­ров.
Су­глин­ки и гли­ны те­ку­че­пла­стич­ные Об­ра­зец грун­та на ощупь влаж­ный. Ку­сок грун­та раз­ми­на­ет­ся при лег­ком на­жи­ме паль­цем, но не со­хра­ня­ет фор­му, лип­кий и без про­су­ши­ва­ния не мо­жет быть рас­ка­тан в жгут тол­щи­ной 3 мм.
Су­глин­ки и гли­ны те­ку­чие Об­ра­зец грун­та на ощупь очень влаж­ный. При фор­ми­ро­ва­нии не со­хра­ня­ет при­дан­ную фор­му, а по­ме­щен­ный на на­клон­ную плос­кость те­чет тол­стым сло­ем (язы­ком).

Таблица 5

Визуально-тактильно определяемые признаки степени влажности песчаных грунтов
Сте­пень влаж­но­сти грун­та При­знак
Ма­лой сте­пе­ни во­до­на­сы­ще­ния (ма­ло­влаж­ный) Sr < 0,5 При сжа­тии об­раз­ца пес­ка в ла­до­ни ощу­ща­ет­ся вла­га, при встря­хи­ва­нии на ла­до­ни пе­сок рас­сы­па­ет­ся на ком­ки. На филь­тро­валь­ной бу­ма­ге, на ко­то­рую по­ло­жен пе­сок, об­ра­зу­ет­ся влаж­ное пят­но
Сред­ней сте­пе­ни во­до­на­сы­ще­ния (влаж­ный) 0,5 < Sr < 0,8 При сжа­тии об­раз­ца пес­ка в ла­до­ни хо­ро­шо ощу­ща­ет­ся вла­га, об­ра­зец фор­ми­ру­ет­ся и со­хра­ня­ет не­ко­то­рое вре­мя фор­му. На филь­тро­валь­ной бу­ма­ге, на ко­то­рую по­ло­жен пе­сок, об­ра­зу­ет­ся влаж­ное пят­но
Во­до­на­сы­щен­ные Sr > 0.8 Встря­хи­ва­е­мый на ла­до­ни об­ра­зец рас­по­ла­га­ет­ся, об­ра­зуя ле­пеш­ку, или рас­те­ка­ет­ся

Определение плотности грунта методом режущего кольца

Плотность грунта ρ — отношение массы (веса) грунта к его объему, г/см³ (т/м³).

Полевой метод режущего кольца применяется для песчаных и глинистых немерзлых грунтов, легко поддающихся вырезке, а также для грунтов, форма которых без кольца не сохраняется.

Применяют кольца из некорродирующего материала, внутренним диаметром не менее 50–70 мм, высотой не более диаметра и не менее половины диаметра, со стенками толщиной не менее 1,5 мм. Для однородных глинистых грунтов допускается применять кольца внутренним диаметром 40 мм. Одна сторона кольца должно иметь заостренный режущий край, с углом заточки не более 30°.

Для определения плотности грунта, пустое кольцо с пластинами-крышками взвешивается, измеряются его размеры (внутренний диаметр и высота) и вычисляется его внутренний объем с точностью до 0,1 см³. Затем в него набирается грунт и кольцо с грунтом опять взвешивается (рис. 9). Вес грунта разделенный на внутренний объем кольца покажет объемный вес грунта (плотность).

Определение плотности грунта методом режущего кольца
рис. 10. Определение плотности грунта методом режущего кольца

1. Кольцо, смазанное изнутри тонким слоем вазелина, заостренной поверхностью установить на предварительно выравненную поверхность грунта и вдавить его на 1–2 мм в грунт. Перекос и забивание кольца не допускаются.

2. Если нужно, то узким шпателем или ножом прорыть вокруг кольца канавку формируя грунтовый столбик. Аккуратно и постепенно насадить кольцо на столбик. Снова прорывать канавку и снова вдавить кольцо, пока оно полностью не заполнится исследуемым грунтом и грунт окажется выше кольца на 1-2 мм.

3. Если грунт плотный подрыть его под кольцом на конус и вынуть кольцо с грунтом. Если грунт рыхлый срезать кольцо ниже его на 10–15 мм плоской лопаткой или пластиной. Одновременно отобрать пробу грунта для анализа влажности.

3. Срезать грунт сверху кольца выравнивая его по верхней кромке и накрыть стеклянной металлической или пластмассовой предварительно взвешенной пластиной. Перевернуть кольцо и сровнять грунт с кромкой кольца. Иными словами, нужно сделать так, чтобы в кольце сохранился грунт естественного сложения, заполняющий весь объем кольца.

4. Протереть кольцо и взвесить его с крышкой-пластинкой и грунтом на весах с точностью до 0,01 г. Требуется проводить не менее двух параллельных испытаний. Результат находится, как среднеарифметическое.

5. Объемный вес грунта естественной влажности ρ вычислить по формуле:

m – m1 – m2
ρ =                         ,
V

где m — вес образца грунта с кольцом и пластинками r; m1 — вес кольца, г; m2 — вес стекол или пластинок, г; V — объем грунта, находящегося в полости кольца (внутренний объем кольца), см³.

Определение влажности грунта методом высушивания до постоянной массы

Влажность грунта W — количество свободной и поверхностно связанной воды, содержащейся в порах грунта в естественных условиях.

Для определения влажности грунт нужно взвесить, потом высушить до постоянной массы и опять взвесить. Разность масс покажет сколько в грунте было воды. Метод применяется для всех грунтов.

1. Для исследования естественной влажности W отбирают 15–50 г, грунта и помещают в пронумерованный алюминиевый или стеклянный стаканчик (бюкс) с плотной крышкой. Делается одновременно два анализа, то есть исследуются две пробы.

2. Взвешивают пробу в закрытом стаканчике с известным весом.

3. Открытый стаканчик помещают вместе с крышкой в сушильный шкаф нагретый до 105 ± 2°С (для загипсованных грунтов 80 ± 2°С). Песчаные грунты сушат 3 часа, глинистые — 5 часов, а загипсованные — 8 часов.

4. Стаканчик вынимают из сушильного шкафа, закрывают крышкой и охлаждают в эксикаторе с хлористым кальцием, поглощающем водяные пары, до температуры помещения. Грунт взвешивают вместе со стаканчиком и крышкой.

5. Открытую бюксу вместе с крышкой опять ставят в сушильный шкаф. Песчаные грунты сушат 1 час, остальные — 2 часа.

6. Стаканчик с грунтом вынимают, закрывают крышкой, охлаждают, взвешивают и, если необходимо, опять сушат один или два часа в зависимости от типа грунта. Операцию повторяют до тех пор, пока при двух последовательных взвешиваниях разница масс будет не более 0,02 г. Если при повторном взвешивании наблюдается увеличение массы, то к расчету принимают наименьший результат.

7. Влажность грунта W, %, вычисляют по формуле:

m1 – mo
     W =                × 100 ,
mo - m

где m — масса пустого стаканчика с крышкой, г; m1 — масса влажного грунта со стаканчиком и крышкой, г; mo — масса высушенного грунта со стаканчиком и крышкой, г.

Результат исследования двух проб находится, как среднеарифметическое. Допускается выражать влажность грунта в долях единицы. При расхождении результатов двух параллельных анализов более чем на 2%, исследование нужно повторить изменив количество проб до трех и более.

Для песчаных грунтов этот метод исследования применяется как основной, для глинистых, как заключительная часть исследования на пластичность и текучесть.

Определение характерных влажностей и консистенции глинистого грунта

Изменение влажности глинистого грунта изменяет его состояние (консистенцию). В зависимости от количества воды находящейся в глинистом грунте он может находиться в твердом, пластичном или текучем состояниях. Пограничное состояние содержания влаги, при котором грунт переходит из твердого состояния в пластичное называется границей раскатывания, а из пластичного состояния в текучее — границей текучести.

Разность между численными значениями текучести и раскатывания называется числом пластичности I p, которое определяет классификационное наименование грунта.

Исследование грунта на пластичность
рис. 10. Исследование грунта на пластичность

Определение границы раскатывания

Граница раскатывания грунта характеризуется влажностью Wp (в процентах), при которой тесто, изготовленное из грунта и воды и раскатываемое в жгут диаметром 3 мм, начинает распадаться на отдельные кусочки длиной 3–10 мм.

1. Наиболее достоверные результаты получают при работе с образцами глинистого грунта, доставленного в лабораторию с сохранением естественной влажности (в закрытой банке), так как высушивание может способствовать образованию агрегатов, искажающих оценку гидрофильности.

Илистые грунты содержащие избыточное количество влаги, подсушить обжатием грунтовой массы, помещенной в хлопчатобумажную ткань, между листами фильтровальной бумаги под давлением (пресс, груз).

Для проведения анализа исследуемый грунт размять (нарезать) и растереть в фарфоровой чашке обрезиненном пестиком не допуская дробления частиц. Пинцетом выбрать из протертого грунта растительные остатки крупнее 1 мм. Выделить из грунта минеральные частицы крупнее 1 мм протиранием сквозь сито.

2. Методом квартования отобрать пробу массой около 300 г. Выдержать пробу в закрытом стеклянном сосуде не менее 2 часов. Для грунтов, содержащих органические вещества, лабораторное исследование делать сразу, без двухчасовой выдержки.

3. В грунт добавить дистиллированной воды и размять его до состояния пластилина. Одновременно провести два анализа используя две пробы по 40–50 г.

4. На стекле, пластмассе или листе бумаги раскатать ладонью шарик грунта в жгут диаметром 3 мм. Длина жгута не должна превышать ширины ладони. При толщине жгута 3 мм он должен развалиться на кусочки от 3 до 10 мм. Если этого не произошло, смять жгут в шарик и раскатать опять. Повторять пока не получится. Смятие и раскатывание удаляет из него воду. Грунт добавлять в пробу нельзя. Если жгут развалился при большем диаметре — добавить в пробу воды. Цель раскатывания пробы в жгут — оставить в грунте, то количество воды, которое будет соответствовать переходу из пластического состояния в твердое. Для контролирования толщины жгута положите рядом гвоздь семидесятку (без шляпки) или обрезок проволоки диаметром 3 мм. Жгут должен быть примерно таким же.

Если из приготовленного грунтового теста невозможно раскатать жгут диаметром 3 мм (грунт рассыпается), то считают, что данный грунт не имеет границы раскатывания.

5. Кусочки распадающегося грунта собрать в бюксы и когда масса грунта в них составит 10–15 грамм провести исследование на влажность, описанное выше. То есть грунт нужно взвесить, довести до абсолютно сухого состояния и опять взвесить.

6. Вычислить влажность грунта на границе пластичности Wp.

Определение границы текучести

Граница текучести грунта характеризуется влажностью Wz (в процентах), при которой лабораторный конус погружается в приготовленную грунтовую массу на 10 мм за 5 секунд.

1. Грунт подготовить также, как и для определения влажности границы раскатывания (см. выше пункты 1–2).

2. Растертую грунтовую массу разбавить дистиллированной водой до состояния пасты. Плотно уложить ее шпателем в цилиндрическую чашу небольшими порциями так, чтобы не было воздушных полостей. Для их удаления, чашу постукивать ладонью или об резиновый коврик. Поверхность пасты загладить шпателем вровень с краями чаши.

3. Смазанный тонким слоем вазелина балансировочный конус осторожно опустить на грунтовую пасту, позволяя ему погрузиться в нее под действием собственного веса.

4. Через пять секунд конус должен погрузиться в исследуемый грунт на 10 мм (риска на конусе). Это говорит о том, что влажность грунта соответствует границе текучести.

5. Если конус не погрузился в пасту на требуемую глубину в образец долить дистиллированную воду и тщательно перемешать. Если конус погрузился ниже риски — грунт подсушить перемешиванием и небольшим ожиданием.

6. По достижении грунтом влажности соответствующей границе текучести (погружение конуса на 10 мм за 5 секунд), отобрать из него пробу 15–20 мм и провести анализ на влажность, описанный выше. То есть грунт взвесить, высушить до абсолютно сухого состояния и опять взвесить. Произвести два параллельных анализа, результат вычислить, как среднеарифметическое.

7. Вычислить влажность грунта на границе текучести Wz.

Число пластичности I p измеряется в долях единцы и рассчитывается по формуле:

I p = Wz - Wp,

где Wz — влажность на границе текучести; Wp — влажность на границе пластичности, в долях единицы.

По числу пластичности и содержанию в грунте песчаных частиц определяется наименование грунта (таблица 3).